๐งฎ ๐ ๐́๐ง๐๐ข๐๐ ๐๐ ๐ก๐๐ช๐ง๐ข๐ก-๐ฅ๐๐ฃ๐๐ฆ๐ข๐ก : ๐’๐๐๐๐ข๐ฅ๐๐ง๐๐ ๐ ๐ค๐จ๐ ๐๐ฆ๐ง๐๐ ๐ ๐๐๐ฆ ๐ ๐ข๐๐̀๐๐๐ฆ ๐ฆ๐ง๐๐ง๐๐ฆ๐ง๐๐ค๐จ๐๐ฆ
La mรฉthode de Newton-Raphson est une technique numรฉrique permettant de rechercher rapidement la solution d’une รฉquation non linรฉaire.
Son principe est simple : on part d’une valeur initiale, puis on amรฉliore progressivement cette approximation en utilisant la pente de la fonction.
La formule gรฉnรฉrale est :
๐ซโ₊₁ = ๐ซโ − ๐ณ(๐ซโ) / ๐ณ′(๐ซโ)
Dans cette expression :
• ๐ซโ reprรฉsente l’estimation actuelle ;
• ๐ณ(๐ซโ) mesure l’รฉcart par rapport ร la solution recherchรฉe ;
• ๐ณ′(๐ซโ) reprรฉsente la pente de la fonction ;
• ๐ซโ₊₁ est la nouvelle estimation obtenue.
L’algorithme rรฉpรจte ce calcul jusqu’ร ce que la diffรฉrence entre deux estimations successives devienne suffisamment petite :
|๐ซโ₊₁ − ๐ซโ| < ฮต
oรน ฮต reprรฉsente le niveau de prรฉcision souhaitรฉ.
ร chaque รฉtape, Newton-Raphson trace mentalement la tangente ร la courbe au point actuel.
L’intersection de cette tangente avec l’axe horizontal fournit une nouvelle approximation de la racine.
Lorsque la valeur initiale est bien choisie et que la fonction est rรฉguliรจre, la convergence peut รชtre trรจs rapide.
En statistique, les paramรจtres d’un modรจle ne peuvent pas toujours รชtre calculรฉs directement ร l’aide d’une formule explicite.
Il faut alors rรฉsoudre numรฉriquement les รฉquations obtenues ร partir de la fonction de vraisemblance.
Newton-Raphson est notamment utilisรฉe pour :
Dans un modรจle statistique, l’objectif consiste souvent ร trouver le paramรจtre ฮฒ qui maximise la log-vraisemblance :
๐น(ฮฒ) = log L(ฮฒ)
Le maximum est obtenu lorsque le gradient devient nul :
๐ด(ฮฒ) = ∂๐น(ฮฒ) / ∂ฮฒ = 0
La version multidimensionnelle de Newton-Raphson s’รฉcrit alors :
ฮฒ⁽แต⁺¹⁾ = ฮฒ⁽แต⁾ − [๐(ฮฒ⁽แต⁾)]⁻¹ ๐ด(ฮฒ⁽แต⁾)
avec :
• ๐ด(ฮฒ) : le vecteur gradient ou vecteur score ;
• ๐(ฮฒ) : la matrice hessienne des dรฉrivรฉes secondes ;
• [๐(ฮฒ)]⁻¹ : l’inverse de la matrice hessienne.
La rรฉgression logistique est utilisรฉe lorsque la variable ร expliquer est binaire :
๐ฌ = 1 : succรจs, achat, maladie ou dรฉfaut ;
๐ฌ = 0 : รฉchec, non-achat, absence de maladie ou non-dรฉfaut.
La probabilitรฉ prรฉdite pour l’individu i est :
๐ฃแตข = 1 / [1 + exp(−๐ซแตข′ฮฒ)]
Contrairement ร la rรฉgression linรฉaire, les coefficients ฮฒ de la rรฉgression logistique ne possรจdent pas une solution directe de type :
ฮฒ = (X′X)⁻¹X′Y
Ils doivent รชtre obtenus par itรฉrations.
La fonction de log-vraisemblance est :
๐น(ฮฒ) = ฮฃ [๐ฌแตข ln(๐ฃแตข) + (1 − ๐ฌแตข) ln(1 − ๐ฃแตข)]
Le vecteur score est :
๐ด(ฮฒ) = X′(Y − P)
La matrice hessienne est :
๐(ฮฒ) = −X′WX
oรน W est une matrice diagonale contenant :
๐ชแตขแตข = ๐ฃแตข(1 − ๐ฃแตข)
La mise ร jour des coefficients devient donc :
ฮฒ⁽แต⁺¹⁾ = ฮฒ⁽แต⁾ + (X′WX)⁻¹X′(Y − P)
ร chaque itรฉration, le logiciel :
C’est ainsi que des logiciels comme ๐ฅ, ๐ฆ๐๐ฎ๐๐ฎ, ๐ฆ๐ฃ๐ฆ๐ฆ, ๐ฆ๐๐ฆ ou ๐ฃ๐๐๐ต๐ผ๐ป estiment les coefficients d’une rรฉgression logistique.
Supposons que l’on souhaite expliquer la probabilitรฉ qu’un client rembourse un crรฉdit.
Le modรจle peut s’รฉcrire :
log[๐ฃ / (1 − ๐ฃ)] = ฮฒ₀ + ฮฒ₁Revenu + ฮฒ₂รge + ฮฒ₃Endettement
Newton-Raphson recherche progressivement les valeurs de ฮฒ₀, ฮฒ₁, ฮฒ₂ et ฮฒ₃ qui rendent les donnรฉes observรฉes les plus probables.
Une fois les coefficients estimรฉs, l’odds ratio d’une variable est obtenu par :
๐ข๐ฅ = exp(ฮฒ)
Si exp(ฮฒ₁) = 1,40, une augmentation d’une unitรฉ du revenu multiplie les chances de remboursement par 1,40, toutes choses รฉgales par ailleurs.
Newton-Raphson peut rencontrer des difficultรฉs lorsque :
• la valeur initiale est trรจs รฉloignรฉe de la solution ;
• la dรฉrivรฉe est nulle ou trรจs faible ;
• la matrice hessienne n’est pas inversible ;
• les variables explicatives sont fortement corrรฉlรฉes ;
• les donnรฉes prรฉsentent une sรฉparation complรจte en rรฉgression logistique ;
• la fonction ร optimiser possรจde plusieurs maxima locaux.
๐๐ก ๐ฅ๐́๐ฆ๐จ๐ ๐́
Newton-Raphson n’est pas seulement une mรฉthode permettant de trouver les racines d’une fonction.
C’est aussi l’un des mรฉcanismes fondamentaux utilisรฉs pour ๐ฒ๐๐๐ถ๐บ๐ฒ๐ฟ ๐น๐ฒ๐ ๐ฝ๐ฎ๐ฟ๐ฎ๐บ๐ฒ̀๐๐ฟ๐ฒ๐ ๐ฑ๐ฒ ๐ป๐ผ๐บ๐ฏ๐ฟ๐ฒ๐๐
๐บ๐ผ๐ฑ๐ฒ̀๐น๐ฒ๐ ๐๐๐ฎ๐๐ถ๐๐๐ถ๐พ๐๐ฒ๐.
Derriรจre un simple rรฉsultat de rรฉgression logistique se cache donc un processus itรฉratif qui corrige les coefficients jusqu’ร obtenir la meilleure estimation possible.
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