Comment une machine apprend-elle à reconnaître un chat ? Un jeu de cartes « apprends à la machine » pour les 8-12 ans

Votre téléphone range dans un même album toutes les photos de votre chat. Votre enfant demande : « Comment il sait que c'est un chat ? » Personne n'a donné au téléphone une règle du genre « oreilles pointues et moustaches, c'est un chat ». On a plutôt montré à la machine un très grand nombre d'images déjà marquées « chat » ou « pas un chat », et elle a trouvé toute seule ce qu'elles avaient en commun. Cette façon d'apprendre s'appelle l'apprentissage automatique.

Cet article vous propose un jeu de cartes illustrées où votre enfant de 8 à 12 ans joue le rôle de la machine. À la fin, il aura compris comment une machine apprend à partir d'exemples et, surtout, pourquoi elle se trompe parfois.

Les machines apprennent avec des exemples étiquetés

Il y a deux façons d'amener une machine à distinguer les chats des chiens :

• Écrire des règles : un programmeur détaille tout, par exemple « oreilles pointues et moustaches, c'est un chat ». C'est difficile, car certains chats ont les oreilles pliées, certains chiens les ont pointues, et certaines photos montrent un chat de dos.
• Laisser la machine apprendre : on réunit beaucoup d'images, chacune avec une étiquette, c'est-à-dire son nom exact (« chat » ou « chien »). La machine les regarde encore et encore et ajuste sa façon de deviner jusqu'à réussir la plupart d'entre elles. Ensuite, devant une image nouvelle sans étiquette, elle fait un pari.

La machine ne comprend pas ce qu'est un chat. Elle repère seulement les traits qui accompagnent souvent l'étiquette « chat » dans les exemples qu'elle a vus. De bons exemples donnent de bonnes réponses, de mauvais exemples de mauvaises réponses. Le jeu ci-dessous permet à votre enfant de le constater de ses propres mains.

Fabriquer les cartes

Il vous faut une vingtaine de morceaux de carton de la taille d'une main, des feutres de couleur et quelqu'un pour jouer le « maître » (en général, vous).

1. Sur chaque carte, dessinez un chat ou un chien très simple. Faites-les différents : oreilles pointues ou tombantes, avec ou sans moustaches, pelage orange, noir, blanc ou tacheté, queue longue ou courte.
2. Écrivez l'étiquette « chat » ou « chien » au dos de chaque carte.
3. Séparez les cartes en deux lots : environ 12 cartes d'apprentissage et les autres en cartes de test. Votre enfant ne voit pas encore les cartes de test.

Les dessins n'ont pas besoin d'être beaux. S'ils sont un peu de travers, c'est même mieux, car les vraies machines doivent aussi se débrouiller avec des photos floues et de guingois.

Le jeu : votre enfant est la machine

Manche 1 : apprendre. Votre enfant retourne chaque carte d'apprentissage, regarde le dessin et vérifie l'étiquette au dos. Il peut noter ce qu'il remarque, comme « les chats ont souvent des moustaches » ou « les chiens ont souvent les oreilles tombantes ». C'est sa propre façon de deviner, tout comme ce qu'une machine trouve après avoir appris.

Manche 2 : le test. Montrez chaque carte de test côté dessin. Votre enfant dit « chat » ou « chien » et explique pourquoi. Retournez la carte pour vérifier et comptez les bonnes réponses.

Manche 3 : apprendre davantage. Les cartes ratées passent dans le lot d'apprentissage et votre enfant ajuste sa façon de deviner. Rejouez avec quelques nouvelles cartes de test. Le score monte en général. Les vraies machines apprennent aussi comme cela : elles corrigent là où elles se sont trompées, et recommencent un très grand nombre de fois.

Après chaque manche, demandez : « Qu'est-ce qui t'a le plus aidé à trouver la bonne réponse ? Qu'est-ce qui t'a trompé ? »

Quand la machine apprend de travers

Le plus amusant, c'est d'enseigner mal exprès pour voir ce qui se passe. Essayez une chose à la fois :

• Trop peu d'exemples : ne montrez que trois cartes d'apprentissage, puis passez au test. Votre enfant devinera plus au hasard et se trompera plus souvent.
• Des exemples tous semblables : faites que tous les chats du lot d'apprentissage soient noirs et tous les chiens orange. Quand un chat orange apparaît au test, votre enfant dira très probablement « chien ». L'idée « noir, c'est un chat » colle aux cartes d'apprentissage, mais pas au monde réel.
• Apprendre un détail sans importance : dessinez tous les chiens debout sur de l'herbe verte et tous les chats assis sur une chaise. Au test, dessinez un chat sur l'herbe. Votre enfant dit-il « chien » ? Les vraies machines font parfois ce genre d'erreur, elles aussi, en regardant le décor plutôt que l'animal.
• Des étiquettes fausses : échangez en cachette les étiquettes de deux cartes d'apprentissage. Votre enfant verra ses réponses partir de travers.

À chaque fois, dites-le ensemble à voix haute : le problème n'est pas la « machine » (votre enfant), ce sont les exemples qu'on lui a donnés.

Pourquoi de bons exemples comptent

Avec ce jeu, votre enfant peut déduire lui-même quelques points auxquels pensent toujours ceux qui fabriquent des machines qui apprennent :

• Assez d'exemples : plus il y en a, moins la machine devine à l'aveugle.
• Assez de variété : les exemples doivent présenter toutes sortes de pelages, de formes et de décors, pour que la machine ne s'accroche pas à un détail sans importance.
• Des étiquettes justes : une mauvaise étiquette enseigne de travers, et la machine n'a aucun moyen de s'en rendre compte.
• Quelqu'un qui vérifie : une machine peut paraître très sûre d'elle et se tromper quand même, c'est pourquoi les humains doivent continuer à contrôler.

Avec les 10-12 ans, vous pouvez aller plus loin : les machines qui reconnaissent les voix, l'écriture manuscrite ou les visages apprennent aussi à partir d'exemples. Si les exemples laissent de côté un certain type de voix ou d'écriture, la machine sera moins bonne avec lui. C'est pourquoi ceux qui les fabriquent doivent choisir leurs exemples avec soin et équité.

Ces âges ne sont qu'un repère approximatif, et chaque enfant est différent. Les 6-7 ans peuvent aussi s'amuser avec les manches 1 et 2, avec moins de cartes.

Chercher ce que les choses ont en commun et les ranger en groupes, c'est ce que fait votre enfant dans ce jeu, et ce que fait une machine quand elle apprend. Dans Dologi, les énigmes « Trie dans les boîtes » du thème Maths demandent de mettre les objets dans la bonne boîte selon un critère, comme le nombre de points d'un dé. La différence, c'est que votre enfant comprend pourquoi il trie ainsi.

En bref

• Les machines apprennent en regardant beaucoup d'exemples étiquetés et en trouvant ce qu'ils ont en commun, pour pouvoir deviner les nouveaux.
• Le jeu « apprends à la machine » avec des cartes de chats et de chiens permet à votre enfant de jouer la machine : apprendre, tester, apprendre encore.
• Trop peu d'exemples, des exemples tous semblables ou de fausses étiquettes font se tromper la machine.
• Les machines ne comprennent pas comme les humains : de bons exemples et quelqu'un qui vérifie restent donc importants.

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