Algorithme, voilà un terme que nous entendons très souvent dans le domaine de l'informatique et de l'intelligence artificielle. Les algo sont présents partout dans nos activités quotidiennes sans que nous nous en rendions compte.
Vous est-il arrivé de vous demander comment font certaines applications pour trouver le bon partenaire pour vous ou pour vous permettre d'investir dans un marché boursier ? La réponse à ces questions est l'algorithme. Mais de quoi s'agit-il réellement et comment cela fonctionne-t-il ? Dans cet article, nous répondrons à toutes vos questions.
Définition
Un algorithme se définit communément par une série d'instructions qui permet de résoudre un problème ou d'accomplir une tâche. En d'autres termes, il s'agit d'une logique, d'une procédure ou encore d'une formule de résolution d'un problème donné.
Pour vous donnez un exemple, un algo peut être comparé à une recette pour préparer un plat. Entre autres, il comprend des instructions spécifiques pour la réalisation de ce plat. Un algorithme correspond donc à cet ensemble d'instructions qui décrivent comment accomplir une tâche.
Étymologie et histoire
Le mot « algorithme » est dérivé du nom d'un astronome et mathématicien perse du IXe siècle appelé Muhammad Ibn Musa Al-Khwarizmi. Ce nom a été latinisé en Algoritmi, donnant ainsi naissance à ce qui était d'abord appelé « algorismus ». Vers le XVe siècle, le terme a évolué en « algorithmus » puis le mot anglais « algorithm » fut introduit au XIVe siècle.
Les premiers algorithmes remontent à des milliers d'années avant Jésus-Christ et correspondaient à des écritures sur papiers utilisées pour effectuer des calculs mathématiques, notamment la multiplication. Puis, en 1842, Ada Lovelace a écrit le premier algo pour un moteur de calcul. Il était question d'un moteur analytique développé par Charles Babbage pour le calcul de nombres de Bernoulli. Enfin, le premier algorithme de notion moderne dans les ordinateurs électroniques a été vu dans la machine de Turing (Alan Turing) en 1936.
Comment fonctionne un algorithme ?
Dans le domaine de l'informatique, les algorithmes sont des programmes qui fournissent aux ordinateurs un guide d'instructions pour effectuer des actions ou manipuler des données. Autrement dit, un algo indique à une machine comment transformer un ensemble de données en informations utiles.
Un algorithme informatique fonctionne par entrée (input) et sortie (output). En termes simples, il reçoit une information et applique les formules à cette entrée pour générer une sortie. L'input correspond donc à l'information nécessaire pour prendre une décision. Celle-ci conduit des questions qui doivent être traitées par étape. Par exemple, dans un algo de traduction automatique, le texte à traduire constitue l'entrée. La sortie est donc l'expression de la réponse, et dans le cas de notre exemple, le texte traduit.
Au cœur de l'algorithme, c'est-à-dire entre l'input et l'output, se trouve le calcul. C'est à ce niveau que le programme traite les informations pour les transformer en résultats utiles. Les calculs impliquent l'arithmétique, la prise de décision et la répétition.
Les différents types d'algorithmes
Il existe différentes approches algorithmiques pour résoudre un problème. L'algorithme récursif consiste à décomposer le problème en sous-problème de manière répétée. Une autre approche dite « diviser pour régner » le décompose en de plus petits morceaux afin de les résoudre de façon récursive. L'algorithme les combine ensuite pour former une solution.
D'autre part, la programmation dynamique permet de mémoriser les anciens résultats pour les réutiliser. Cet algo utilise une approche diviser pour régner et stocke ensuite la solution pour une utilisation future. Ainsi, il n'a plus besoin de recalculer les solutions.
L'algorithme glouton choisit la solution optimale au niveau local pour résoudre un problème tandis que l'approche par force brute consiste à essayer toutes les possibilités jusqu'à trouver une solution satisfaisante. Et pour finir, le retour sur trace tente de résoudre un élément à la fois. Cela permet de revenir en arrière et de rechercher une solution dans le cas où l'une des solutions échoue.
À quoi ressemble un algorithme ?
D'une manière générale, un algorithme peut être exprimé de différentes manières : langage naturel, pseudo-code, organigrammes, langages de programmation, drakon-chartes et tableaux de contrôle.
Cependant, le langage naturel est rarement utilisé pour les algorithmes complexes ou techniques. En revanche, les organigrammes, le pseudo-code et les tableaux de contrôle sont structurés de manière à éviter les ambiguïtés.
De plus, un ordinateur ne comprend pas le langage humain. Cela signifie que tous les algorithmes doivent être traduits dans un langage de programmation. Les développeurs ont le choix entre de nombreux langages qui présentent chacun leur spécificité et des usages spécifiques.
La conception d'un algorithme
Pour créer un algorithme en informatique, il existe cinq éléments de base que le programmeur doit prendre en compte.
Il doit avant tout décrire le problème à résoudre en termes mathématiques. Ensuite, il doit créer les formules et les processus qui permettront de générer les résultats dont les paramètres devront être saisis. Afin de tester sa précision, le programme doit être exécuté de manière répétitive. Entre autres, les paramètres doivent suivre les séries d'instructions du programme afin d'obtenir le résultat qui définit la conclusion de l'algorithme.
En outre, la conception des algori doit aussi suivre certaines règles supplémentaires. Outre la prise en charge d'une entrée et d'une sortie, l'efficacité en termes de calcul et de mémoire est essentielle. De plus, un algorithme ne doit pas être trop complexe et les étapes doivent être précisément définies. De même, le programmeur doit définir les résultats de chaque étape de manière unique.
Par ailleurs, l'évolutivité est une caractéristique importante pour un programme afin de s'adapter aux nouveaux progrès de l'informatique. Cependant, cet aspect ne doit pas modifier la logique de base.
La finitude constitue une autre règle de conception d'un algo. Pour faire simple, il doit s'arrêter après l'exécution d'un nombre fini d'instructions. Autrement dit, il ne doit pas s'arrêter avant d'avoir passé toutes les étapes et ne doit pas non plus former une boucle infinie.
Enfin, il doit être conçu d'une manière indépendante du langage. Il est important que les instructions puissent être mises en œuvre dans n'importe quel langage sans modifier le résultat.
Les avantages et les inconvénients
En tant qu'une représentation pas à pas et détaillée de la solution d'un problème donné, un algorithme a pour principal avantage d'être facile à comprendre. D'autant plus qu'il utilise un procédure définie, autrement dit, il ne nécessite aucune improvisation pour accomplir une tâche.
Le fait qu'un algo ne dépend d'aucun langage de programmation présente également un avantage. Cela le rend facile à comprendre pour quiconque, même sans connaissances approfondies en programmation.
D'autre part, chaque étape dispose d'une séquence logique propre à elle, ce qui en facilite le débogage. Et pour finir, l'approche algorithmique qui décompose les problèmes en petites étapes permet au programmeur de le convertir plus facilement en un programme réel.
Néanmoins, les algorithmes ont quand même quelques inconvénients. Leur utilisation peut prendre du temps et d'un autre côté, la mise en place des tâches importantes présente plus de difficultés dans les algo.
L'utilisation d'un algorithme
En informatique, les algorithmes peuvent être utilisés pour le chiffrement de données ou pour l'automatisation. Par ailleurs, les termes algorithme et intelligence artificielle vont souvent ensemble, mais nous y consacrerons une partie de notre article plus tard.
Le chiffrement de données consiste à transformer des données en texte chiffré. Autrement dit, un algo de chiffrement de données ou de cryptage reçoit des données ou des lignes de communications comme entrée. En guise d'output, il les convertit dans un autre format. Les données chiffrées peuvent correspondre à un texte composé de symboles aléatoires ou à une image quelconque. Dans le cadre de la cybersécurité, les algorithmes de cryptage protègent les données des pirates informatiques.
Les logiciels d'automatisation constituent un autre exemple de l'utilisation des algo. Pour effectuer une tâche automatiquement, une machine doit suivre des règles définies. Cela nous ramène à la définition de l'algorithme qui correspond à une série d'instructions. En d'autres termes, un logiciel d'automatisation est constitué par plusieurs algorithmes qui œuvrent pour automatiser un processus.
Quelques exemples d'algorithmes
Précisons d'abord qu'il existe un nombre incalculable d'algorithmes utilisés dans différents domaines pour résoudre différents problèmes. Les exemples que nous allons citer n'en sont qu'une infime partie, mais ils font partie des algo les plus utilisés.
PageRank de Google
Vous avez sûrement utilisé cet algorithme au moins une fois, sans le savoir. Il s'agit de l'ensemble des algo que le géant du net utilise pour classer les résultats dans son moteur de recherche. PageRank détermine dans quel ordre afficher les documents, en fonction de leur importance. Les mots utilisés dans la requête constituent l'entrée. Le programme utilise cette information pour pondérer les facteurs de classement, notamment la pertinence et la facilité d'utilisation des pages ainsi que le niveau d'expertise des sources.
Trading haute fréquence
Le trading algorithmique permet de décider du moment, du prix et de la quantité des ordres de bourse. Aussi appelé algo trading ou trading automatique, il automatise l'achat ou la vente de titres. Parmi ces algorithmes figure le trading haute fréquence (HFT) que plusieurs banques d'investissement et de fonds spéculatifs utilisent. Actuellement, ils ont plus d'influence sur le marché que les opérateurs humains.
Round Robin
Round Robin ou l'algorithme du tourniquet est particulièrement connu dans le domaine de l'informatique. En termes simples, il permet à un ordinateur de déterminer les priorités lorsqu'il effectue plusieurs tâches à la fois. Il détermine combien de temps un processeur doit passer sur une tâche.
L'algorithme de TikTok
L'application TikTok dispose d'une fonctionnalité connue sous le nom de « For You Page ». Il s'agit d'un flux de vidéos alimenté par un algorithme de recommandation. Celui-ci tient compte des activités et des préférences des utilisateurs pour générer des flux personnalisés.
Algorithme et intelligence artificielle
Comme nous l'avons dit plutôt, les algorithmes et l'intelligence artificielle vont souvent ensemble et sont même indissociables. En fait, les algo constituent la base de tous les systèmes d'IA.
Le machine learning ou l'apprentissage automatique permet à un ordinateur d'apprendre par lui-même. Un algorithme d'IA est un sous-ensemble du ML qui indique donc à une machine comment acquérir les connaissances nécessaires. Entre autres, les algo permettent aux ordinateurs de reconnaître des voix, des images, etc., et de savoir où et à quel moment utiliser ces connaissances.
Les algorithmes les plus utilisés en IA
Rappelons encore une fois qu'il existe une infinité d'options pour programmer une machine. Mais généralement, les algorithmes d'IA s'inscrivent dans trois catégories.
Le premier type d'algorithme est utilisé pour classer un ensemble de données d'une manière spécifique. Il s'agit là des algorithmes de classification. Ensuite, la deuxième catégorie, dite de régression, regroupe les algo utilisés pour prédire des résultats futurs. Enfin, les algorithmes de clustering identifient les similitudes ou les différences entre des points spécifiques d'un ensemble de données.
Cas d'utilisation
L'intelligence artificielle est un vaste domaine qui touche plusieurs secteurs. Pour vous donner une meilleure idée de l'utilisation d'un algorithme dans ce cadre, voici quelques exemples.
Dans l'industrie de la santé, il permet par exemple d'analyser les dossiers médicaux électroniques en peu de temps. Cela permet aux chercheurs et aux médecins de faire des diagnostics plus rapides et même de développer de nouveaux traitements médicaux.
En matière de sécurité publique, les algorithmes d'IA contribuent à améliorer la circulation. Ils permettent d'étudier et d'apprendre les modèles de trafic complexes sur le réseau routier. Ainsi, les responsables peuvent modifier la circulation en adaptant les feux de signalisation, par exemple.
D'autre part, une étude récente a dévoilé qu'un algorithme de deep learning permettrait de révéler les points de basculement du changement climatique.
Les limites des algorithmes d'IA
Malgré leurs avantages et les possibilités qu'ils offrent, les algorithmes d'IA sont très controversés. L'idée que des programmes informatiques prennent des décisions à la place des humains soulève des inquiétudes.
En outre, comme tout système créé par des humains, un algorithme peut présenter des failles. Les conséquences peuvent être la production de résultats biaisés. Cela s'est déjà produit dans plusieurs cas, notamment dans les algorithmes utilisés pour les dispositifs médicaux.
- Partager l'article :
