Comment Les Machines Apprennent-Elles l'Univers ?

5e NUIT DE L’ASTRONOMIE À L’IAP, 17 Juin 2023

François Lanusse
Chercheur CNRS, CEA Paris-Saclay

Qu'est-ce que l'Intelligence Artificielle ?

y = f_\theta(x)
\mathcal{L} = [y - f_\theta(x)]^2

Une fonction paramétrique

\theta

Une fonction de cout,
à minimiser sur un jeu de données d'exemples (x, y)

x
y

La révolution de l'Apprentissage Profond dans la dernière décennie

  • Des architectures neuronales plus larges et mieux adaptées à divers types de données
    • ChatGPT possède 175 milliards de paramètres !
       
  • Des jeux de données plus importants
    • Rendu possible grâce à Internet
       
  • Des resources de calcul plus importantes
    • Émergence du calcul parallèle sur GPU (processeurs graphiques)

60 millions de parametres

Que peut-on faire aujourd'hui avec un réseau de neurones ?

L'apprentissage automatique pour étudier l'Univers ?

Toujours plus de données...

... de plus en plus complexes

SDSS

DES

HSC

Première Application :

Exploration automatique et à grande échelle des données

Où est Charlie?

L'approche classique (avant 2015)

L'approche automatique

  • J'adopte une fonction paramétrique
     
  • Je crée des jeux de données d'entrainement
     
  • J'optimise ma fonction pour minimiser les erreurs de classification, et trouver des paramètres    optimaux
f_\theta(x)
\theta

=> Plus précis qu'un humain pour cette tâche!

Un autre exemple : La classification morphologique des galaxies

Classification automatique comparable a classification humaine 

Huertas-Company et al. (2015)

Encore plus fort: apprentissage sans supervision

Seconde Application :

Utiliser les Simulations pour interpreter les Observations

Une Analyse Cosmologique Classique

y = (\Omega_m, \sigma_8)
\mathrm{Observables } \ x
f_\theta

Une Analyse Automatique

Utiliser les Simulations pour Cartographier la Matiere Noire

Observations

Distribution de Matière Noire

Carte de Matiere Noire Simulee de Reference

Cartes Probables Reconstruites

Cartographie de Matiere Noire dans le champ COSMOS