Si je permets plus d’extravagance

Mon éditorial sur You Tube

Je continue ma petite aventure intellectuelle avec l’application des réseaux neuronaux – donc de l’intelligence artificielle – à la simulation de l’intelligence collective des sociétés humaines. J’ai découvert un créneau de recherche – documenté dans la littérature – qui s’occupe presque exclusivement du sujet de l’intelligence collective en général. Voici donc un article par Stradner et al. (2013^[1]) qui étudie les algorithmes afférents à la théorie d’essaims ou intelligence distribuée. Nous, les humains, nous hésitons toujours en ce qui concerne notre propre intelligence collective mais nous avons des idées bien arrêtées en ce qui concerne celle d’abeilles ou des fourmis. La théorie d’essaims est une approche behavioriste à l’intelligence collective : elle assume que l’action en général, intelligente ou pas tout à fait, peut être considérée comme collective si elle est coordonnée. L’intelligence collective d’un ensemble d’entités plus ou moins autonomes peut être observée comme coordination et plus exactement comme association. Nous pouvons percevoir toute action comme mouvement et alors nous pouvons juger de la coordination dans cette action par le degré d’association entre mouvements individuels.

Il y a trois classes d’association : dynamique aléatoire, dynamique corrélée et statique. La distinction se fait en fonction d’interactions observées entre les entités qui font l’ensemble donné. Si les interactions sont des contacts aléatoires, dépourvus des schémas habituels – sans ritualisation, si vous voulez – nous parlons d’association aléatoire. On s’associe, de temps à l’autre, mais on ne fait pas d’amis dans le processus. S’il y a échange d’information dans l’association aléatoire, nous perdons une part significative du contenu communiqué puisque nous n’avons pas de rituels sociaux pour le codage et décodage, ainsi que pour la reconnaissance de source. Si je suis un petit investisseur boursier, parmi une foule d’autres petits investisseurs que je ne croise que de façon accidentelle, c’est largement un cas d’association dynamique aléatoire.

L’intelligence dans association dynamique aléatoire, où est-elle ? Y-a-t-il une intelligence quelconque dans ce type d’interaction ? Une annonce publicitaire dans la télé c’est un message jeté en l’air dans l’espoir que quelqu’un l’attrape. Lorsqu’une nouvelle version de Renault Mégane est lancée, c’est un concept technologique introduit dans une population hétérogène, dans l’espoir de trouver un intérêt suffisamment prononcé de la part de certaines personnes dans cette population. Ce sont des cas d’interaction basée sur des associations dynamiques aléatoires. C’est un cas d’intelligence collective basée sur la méthode d’essai et erreur. On produit quelque changement et on sait que dans la plupart d’interactions sociales ce changement va être sans conséquence majeure, néanmoins on compte que d’une perspective probabiliste certaines interactions vont traduire de changement local en quelque chose de plus durable.

Dans l’expression « dynamique aléatoire » le mot « dynamique » veut dire que chaque entité dans l’essaim entre dans un nombre changeant d’interactions avec d’autres entités. Si je suis dans un essaim dynamique, je peux interagir avec 5 autres entités ou bien avec 50 autres, ça dépend. Lorsque « ça dépend » prend une forme récurrente, avec un schéma visible, ma position dans l’essaim devient dynamique corrélée. Le fait d’interagir avec entité A entraîne, avec une probabilité possible à définir, l’interaction avec l’entité B etc. Ce schéma répétitif permet de ritualiser la communication et de la faire plus efficiente, avec moins de pertes niveau contenu. Je retourne à l’exemple de la nouvelle version de Renault Mégane. Les agissements d’un concessionnaire Renault bien établi dans une communauté locale, lorsque ledit contacte ses clients fidèles locaux, c’est-à-dire ceux dont il sait que vu leur histoire de service prêté aux bagnoles Renault qu’ils ont maintenant les prédispose à acheter cette nouvelle bête bien attractive : ça c’est du dynamique corrélé.

Lorsque le schéma récurrent d’interaction devient rigide, donc lorsque chaque entité dans l’essaim interagit dans un réseau fixe d’autres entités – comme dans une structure cristalline – alors nous parlons d’association statique. Les interactions rigides sont hautement formalisées, y compris le mode de communication. Ce qui se passe dans un Parlement – enfin ce qui s’y passe officiellement – est ce type d’interaction.

Ces distinctions fondamentales peuvent être appliquées aux réseaux neuronaux et à l’intelligence artificielle qui s’ensuit. Les réseaux probabilistes, qui créent des agglomérations des phénomènes sur la base des traits distinctifs définis par observation, sans assomptions à priori, sont des formes d’association dynamique aléatoire. On se groupe autour de quelque chose qui émerge, dans cette situation précise, comme le truc le plus évident pour se grouper autour. L’algorithme appelé BEECLUST est un exemple de ce type d’intelligence collective. A l’autre extrémité nous avons des algorithmes pour simuler des relations plus ou moins statiques. L’un d’eux est le Réseau d’Hormones Artificielles. Imaginez un essaim d’abeilles – donc un BEECLUST – qui au lieu de s’agglomérer de façon tout à fait spontanée et spécifique à la situation donnée s’agrège autour d’un agent chimique, comme des phéromones. Si j’ai un petit univers fait des phénomènes décrits avec des variables quantitatives, je peux inclure un agent artificiel d’agglomération, comme une hormone artificielle. Dans un marché, je peux introduire une fonction qui distribue les actifs financiers parmi les agents économiques et imposer une règle d’agglomération autour de ces actifs financiers. L’idée générale est que si dans une structure associée aléatoirement j’introduis un agent d’agglomération contrôlé, je peux transformer des associations aléatoires en des associations corrélées ou même des associations statiques.

Le truc intéressant est de définir quel type d’association est le plus approprié pour le cas donné. Il y a une classe d’algorithmes qui suivent le modèle d’Embryogénèse Virtuelle (Thenius et al. 2009[2]). Dans cette approche, chaque entité dans l’essaim définit et redéfinit ses associations avec d’autres entités à mesure que l’essaim change de taille et/ou en fonction des conditions externes à l’essaim. C’est tout comme les cellules d’un embryon, qui redéfinissent leurs associations avec d’autres cellules au fur et à mesure de la croissance de l’organisme entier.

J’ai trouvé un autre article, par Kolonin et al. (2016[3]), qui va dans une direction tout à fait différente dans l’étude de l’intelligence collective. Kolonin et al assument qu’une structure intelligente – le cerveau humain par exemple – est d’habitude une structure complexe, composée des sous-structures distinctes. L’intelligence est l’interaction aussi bien entre ces sous-unités qu’à l’intérieur de chaque entité séparément. Une collectivité est habituellement formée de sous-groupes culturels qui se distinguent l’un de l’autre par leurs systèmes respectifs des croyances. La formation de ces sous-groupes suit un schéma quasi-colloïdal : un système des croyances a une frontière sémantique – comme une membrane cellulaire – qui définit la compatibilité relative de ce système avec d’autres systèmes.

Kolonin et al ont conduit une expérience avec la participation de 2784 utilisateurs des réseaux sociaux. L’expérience visait à étudier la manière dont cette population choisie de façon aléatoire se structurerait en des sous – groupes avec des systèmes distincts des croyances. La méthode expérimentale consistait à créer des conditions pour que ces 2784 individus se communiquent entre eux de façon typique à un réseau social, avec l’introduction des contraintes possibles.

La première découverte intéressante est qu’à mesure que de l’information nouvelle était mise en circulation dans le réseau expérimental, elle était utilisée par les participants pour former des systèmes des croyances de plus en plus distincts et divergents. La vitesse de divergence tend à croître avec le temps : l’utilité marginale de chaque nouvelle unité d’information est croissante. En plus, la divergence survenait de façon la plus dynamique lorsque la population expérimentale ne rencontrait aucune contrainte significative. Lorsque des contraintes contrôlées étaient imposées sur le groupe – manque relatif de ressources, par exemple – les sous – groupes commençaient à chercher des manières de combler les différences des croyances et de créer des liens intergroupes.

Alors là, si cette expérience par Kolonin et al était robuste en termes de rigueur scientifique, c’est toute une théorie nouvelle qui en émerge. On se pose des questions au sujet de cette violence verbale bizarroïde qui survient dans aussi bien que par l’intermédiaire des réseaux sociaux. L’expérience citée montre que c’est absolument normal. On prend une collectivité, on lui assure des conditions de vie décentes et on lui donne un medium de communication qui facilite le partage d’information. Cette collectivité semble être condamnée à se scinder en des sous-groupes qui vont développer des dissonances de plus en plus prononcées dans leurs systèmes des croyances. Seulement une pression environnementale sentie comme significative peut inciter à chercher l’accord.

J’essaie d’associer les deux lignes différentes de raisonnement dans les deux articles que je viens de citer. Y-a-t-il un lien entre la théorie d’essaims et les types possibles d’association dans un essaim, d’une part, et le phénomène découvert dans l’expérience de Kolonin et al ? Je me dis qu’une disparité de plus en plus poussée d’une collectivité, en des sous-groupes distincts avec des systèmes distincts des croyances, veut dire de moins en moins d’aléatoire dans les associations d’individus et de plus en plus de corrélation prévisible. Si je tends à faire copain avec un groupe des gens qui démontrent des croyances similaires aux miennes, et en même temps je crée une distance vis-à-vis de ces-mecs-qui-se-gourent-complétement-dans-leur-vision-du-monde, mes associations se ritualisent et deviennent plus rigides. Dans un cas extrême, une divergence très poussée des systèmes des croyances peut créer un essaim rigide, où chaque entité suit un protocole très strict dans ses relations avec les autres et chacun a peur d’aller au-delà de ce protocole.

Voilà encore un autre article, par de Vicenzo et al (2018[4]) avec lequel je reviens vers les algorithmes d’intelligence artificielle. L’algorithme général – ou plutôt le modèle d’algorithme – que Vicenzo et al présentent est un exemple d’apprentissage profond, spécifiquement orienté comme représentation des décisions humaines collectives. Il y a donc une partie perceptron, similaire à ce que j’utilise couramment dans ma recherche sur le marché de l’énergie, et une partie qui utilise la théorie d’essaims pour évaluer la qualité des solutions préalablement définies de façon expérimentale par le perceptron. Je sens que je vais y passer quelque temps, avec cet article. Pour le moment, cette lecture particulière me pousse à poser une question à la frontière de maths et de la philosophie : comment les nombres aléatoires existent-ils dans une structure intelligente ?

J’explique. Voilà un perceptron simple, comme celui que j’ai discuté dans « De la misère, quoi » où les variables d’entrée, groupées dans un tenseur, reçoivent des coefficients de pondération aléatoires. Tout logiciel, les langages de programmation compris, génèrent les nombres aléatoires comme, en fait, des nombres quasi-aléatoires. Le logiciel se réfère à une bibliothèque des nombres compris entre 0 et 1 et y conduit quelque chose comme tirage au sort. Les nombres que le logiciel rend après la commande du type « random » sont donc des nombres prédéfinis dans la bibliothèque. La pondération des variables d’entrée avec des coefficients aléatoires consiste donc, mathématiquement, à créer une combinaison locale entre le tenseur des variables en question avec un tenseur, beaucoup plus complexe, des nombres quasi-aléatoires. Comment est-ce que ça reflète l’intelligence humaine ? Lorsque quelqu’un me demande de dire un nombre au hasard, comme ça, par surprise, est-ce que mon cerveau crée ce nombre ou bien puise-je dans une bibliothèque des nombres dont l’existence même est au-delà de ma conscience momentanée ?

Vicenzo et al présentent une façon intéressante d’utiliser un perceptron pour simuler les décisions collectives : les variables d’entrée du perceptron peuvent être présentées comme autant des décisions distinctes. Lorsque dans ma recherche j’ai ce tenseur d’entrée fait des prix d’énergie, ainsi que de son coût lissé LCOE et du capital investi, ces variables composantes peuvent être vues comme autant des décisions. Si nous prenons plusieurs décisions distinctes, il est important de comprendre leurs liens mutuels. Pour le faire, Vincenzo et al utilisent une procédure communément appelée « NK » ou bien « paysage adaptatif ». Si j’ai N décisions variables dans mon tenseur d’entrée, chacune d’elles peut entrer en K = N – 1 interactions avec les K = N – 1 autres.

Pour chaque décision « d_i » de parmi l’ensemble de N = {d₁, d₂, …, d_N} décisions je peux définir une fonction d’adaptation V(d_i). La fonction d’adaptation, à son tour, repose sur l’assomption que des décisions distinctes peuvent former un tout fonctionnel si elles sont mutuellement cohérentes. Je peux exprimer la cohérence mutuelle de quoi que ce soit avec deux opérations mathématiques de base : la distance Euclidienne ou la division. La distance Euclidienne c’est tout simplement de la soustraction qui a peur des minus, donc au lieu de calculer d₁ – d₂, je fais [(d₁ – d₂)²]^0,5 , juste en cas où d₂ > d₁.

Ma fonction d’adaptation peut donc se présenter comme V(d_i) = {[(d_i – d₁)²]^0,5 + [(d_i – d₂)²]^0,5 + … + [(d_i – d_K)²]^0,5} ou bien comme V(d_i) = (d_i/d₁ + d_i/d₂ + … + d_i/d_K). Laquelle de ces deux formes choisir pour un problème donné ? En théorie, la distance Euclidienne reflète la différence pendant que la division représente une proportion. Allez voir ce qui est plus approprié pour votre problème. Si nous appréhendons la différence d’opinion, par exemple, comme chez Kolonin et al, cité plus haut, la distance Euclidienne semble être plus appropriée. En revanche, lorsque je prends en compte la magnitude des résultats des décisions distinctes – comme des taux de rendement sur un portefeuille d’investissements distincts – je peux essayer la proportion, donc la division. En pratique, essayez voir ce qui marche niveau computation. Mon expérience personnelle avec les réseaux neuronaux est celle d’un néophyte, mais j’ai déjà appris un truc : un réseau neuronal c’est comme un mécanisme d’horlogerie. Y’a des combinaisons d’équations qui marchent et celles qui ne marchent pas, point à la ligne. Vous remplacez la tangente hyperbolique avec le sinus hyperbolique, avec le même ensemble des valeurs initiales, et le perceptron se cale.

Un autre truc que j’ai appris : les perceptrons, ça marche bien avec des valeurs numériques relativement petites et lissées. Je prends donc V(d_i) = {[(d_i – d₁)²]^0,5 + [(d_i – d₂)²]^0,5 + … + [(d_i – d_K)²]^0,5} et je lui fais faire deux pas de danse. Pas no. 1 : inclure d_i dans ce tenseur. La fonction d’adaptation d’une décision c’est la décision-même plus la somme de ses différences par rapport aux autres K décisions du lot. Ça donne V(d_i) = {d_i + [(d_i – d₁)²]^0,5 + [(d_i – d₂)²]^0,5 + … + [(d_i – d_K)²]^0,5}. Ensuite, je réduis la valeur de V(d_i) en la divisant par N, le nombre total des décisions dans le jeu. J’ai alors donne V(d_i) = {d_i + [(d_i – d₁)²]^0,5 + [(d_i – d₂)²]^0,5 + … + [(d_i – d_K)²]^0,5} / N et c’est à peu de choses près la version de travail en ce qui concerne la fonction d’adaptation. C’est suffisamment complexe pour refléter la structure du problème et c’est suffisamment simplifié pour être utilisé dans un algorithme.

Le temps est venu de mettre cette mise à jour en ligne, sur mon blog. C’est donc le temps de conclure. Comme je passe en revue la littérature sur le phénomène d’intelligence collective, je vois un dénominateur commun à toutes ces lignes de recherche extrêmement diverses : une intelligence collective est une culture et en tant que telle elle se caractérise par une certaine cohésion interne. Haute cohésion veut dire efficacité aux dépens de la découverte. Lorsque je relâche la cohésion et je permets plus d’extravagance, je peux découvrir plus mais la culture devient difficile à diriger et peut générer des conflits.

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[1] Stradner, J., Thenius, R., Zahadat, P., Hamann, H., Crailsheim, K., & Schmickl, T. (2013). Algorithmic requirements for swarm intelligence in differently coupled collective systems. Chaos, Solitons & Fractals, 50, 100-114.

[2] Thenius R, Bodi M, Schmickl T, Crailsheim K. (2009) Evolving virtual embryogenesis to structure complex controllers. PerAdaMagazine; 2009.

[3] Kolonin, A., Vityaev, E., & Orlov, Y. (2016). Cognitive architecture of collective intelligence based on social evidence. Procedia Computer Science, 88, 475-481.

[4] De Vincenzo, I., Massari, G. F., Giannoccaro, I., Carbone, G., & Grigolini, P. (2018). Mimicking the collective intelligence of human groups as an optimization tool for complex problems. Chaos, Solitons & Fractals, 110, 259-266.