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Depuis une vingtaine d'années, un important problème rencontré dans la conservation des espèces est la mesure de la diversité. Cette notion intervient pour savoir quelles espèces en priorité doivent être protégées. La possibilité d'une mesure de la diversité peut d'ailleurs s'étendre à de nombreux autres domaines.
Le sujet contient en fait deux difficultés, la première est d'évaluer la diversité de deux éléments et de la convertir en une quantité que l'on pourrait assimiler à une distance, la seconde est d'évaluer la diversité d'un groupe en utilisant les "distances" deux à deux précédentes et de pouvoir la comparer à celle d'un autre groupe. C'est ce deuxième point que nous allons aborder ici et tenter d'établir s'il peut exister une définition axiomatique de la diversité, au sens de la comparaison de deux ensembles comportant le même nombre d'individus.
Voilà une bonne question et si on la pose à M. Google voilà ce qu'il nous répond ou plutôt ce que les principaux utilisateurs de forums nous répondent.
Bon allez, en fonction de la tête du joueur, de l'âge de celui qui répond et ses connaissances tennistiques on voit apparaître les noms de Nadal, de Federer, de Börg, de Mac Enroe, Wilander, Edberg et cela seulement en consultant le premier lien précédent.
J'ai toujours révé de me faire interroger sur la question par un vrai journaliste sportif. Ah, tiens je le vois arriver.
Le journaliste sportif - Bonjour, vous êtes Webmaster des Inclassables Mathématiques et passionné de tennis.
Moi - C'est ça oui.
Moi (dans ma tête) - J'adore qu'on m'appelle Webmaster avec un W majuscule.
Le journaliste sportif - Alors pour vous quel est le meilleur joueur de tennis de tous les temps?
Moi - Personnellement, je dirai Jimmy Connors à cause de ça:
Le journaliste sportif - Je vois qu'en fait vous êtes très attaché à Connors car c'est un excellent showman mais objectivement, rationnellement, rien ne vous permet de dire que Jimmy Connors est le meilleur joueur de tous les temps.
Moi (dans ma tête) - Le journaliste ne doit sans doute pas savoir que je suis prof de maths et que je peux apporter des arguments mathématiques et rationnels.
Moi - Il faudrait en fait que je vous explique comment faire une analyse du réseau complexe de l'histoire du tennis professionnel depuis 1968 mais je ne sais pas si vous vous sentez d'attaque (de coup droit bien sûr).
Rires (en plus je fais rire le journaliste sportif, je suis aux anges...)
Moi -Alors allons-y.
Nous allons tout d'abord définir les conditions de l'analyse. Nous prendrons en compte les résultats de tous les matchs joués par les joueurs de tennis professionnels entre 1968 et 2010. Tous les matchs du Grand Chelem et ceux intervenant dans le classement ATP seront pris en compte, soit au total 3700 joueurs, 3640 tournois et 133 261 matches.
Si le nombre de tournois est assez régulier avec cependant des pics en 1980 et 1992 avec plus de 90 tournois par an, le nombre de joueurs ne cesse de décroître linéairement depuis 1996 et est passé de 400 environ à 300, comme l'indique le graphique suivant:
Le graphique suivant indique la proportion de de joueurs ayant remporté ou perdu un nombre donné de matches. On voit que beaucoup de joueurs gagnent ou perdent peu de matches (en fait ils quittent les tournois rapidement. A l'autre bout, un petit groupe de joueurs (les meilleurs) jouent beaucoup de matches qu'ils gagnent généralement contre les plus faibles et aussi entre eux qu'ils gagnent ou qu'ils perdent, connu sous le nom d'effet Matthew (les pauvres deviennent plus pauvres et les riches plus riches).
Nous allons ensuite construire le graphe des rencontres. Il sera orienté (une flèche sera "tracée" à chaque victoire du joueur j vers le joueur i) et pondérée par le nombre de défaites du joueur j contre le joueur i.
Le graphique suivant est un sous-graphe extrait de celui de tous les joueurs concernant ceux qui ont été premier au classement ATP. L'intensité et la largeur d'une flêche sont proportionnelles au logarithme de son importance (poids).
La représentation de ce résau peut être utilisée pour classer les joueurs en calculant pour chacun leur taux de "Prestige" dont la somme serait égale à 1. Celà n'est pas sans rappeler la méthode de calcul du PageRank pour classer les pages Web.
Le prestige d'un joueur i représente la fraction de prestige totale de l'état d'équilibre du graphe dans un processus de diffusion. Pour expliquer en termes un peu plus simples, chaque nouveau résultat d'un matche modifie le "prestige" des deux compétiteurs puis par diffusion celui de tous les joueurs. Les mathématiques nous indiques que ce calcul converge vers un équilibre permettant de calculer le nouveau "Prestige" de tous les joueurs du graphes. Par exemple un joueur k qui a gagné contre le joueur i qui vient lui même de remporter un matche contre un adversaire fort voit son prestige augmenter.
Comme dans le cas du PageRank, il est nécessaire de fixer la valeur d'un paramètre (c pour le PageRank, q ici). La valeur a été choisie dans les deux cas.
Le graphique suivant indique le prestige en fonction du nombre de victoires (jusqu'à 7) pour différentes valeurs du paramètre q. Le choix de 0.15 est "traditionnel" et équilibré.
Plus le nombre de matchs gagné est grand plus le prestige est grand. Cependant, le nombre de match gagnés augmentant, le niveau de prestige doit être recalculé en implémentant une condition dite de normalisation, imposant qu'une quantité donnée soit constante. Elle permettra ainsi de définir un Prestige de référence a partir duquel tous les autres pourront être caculés. Cette condition impose que la somme des produits du nombre de victoires par le prestige pour chaque joueur soit égal à 1.
Et le résultat est bien celui que je vous avais donné. Jimmy Connors est bien le meilleur joueur de tous les temps:
Le journaliste sportif - C'est certainement aussi celui qui a gagné le plus grand nombre de matches, c'est à dire dont la carrière a été la plus longue. Et les joueurs dont la carrière est terminée sont favorisés par rapport aux autres qui sont en cours de carrière. Alors pour ce qui est de la rationnalité de votre méthode de calcul permettez moi d'en douter.
Moi (un peu embarassé par les arguments du journaliste) - Burp, c'est à dire que en fait... Vous voyez, il ne faut pas confondre le nombre de victoires et le prestige. Rafael Nadal par exemple serait classé 40 ème au nombre de victoires alors qu'il est à la 24 ème position dans notre classement. C'est aussi visible pour Björn Borg qui a eu une carrière plus courte que la moyenne et est cependant classé dans le top 10 de notre classement. Pour ce qui est de la carrière en cours d'un certain nombre de joueurs, vous avez remarqué qu'il y a un biais. On peut penser à un classement annuel qui diffère parfois du classement ATP et IDF.
Il est possible aussi de penser à un classement par type de surface qui donnerait Jimmy Connors gagnant pour l'herbe et Andre Agassi pour les surfaces dures. Si l'on considère le meilleur joueur des tournois en terre battue c'est Guillermo Villas.
En faisant le calcul par décennie, Jimmy Connors est le meilleur pour les années 70, Ivan Lendl pour les années 80, Pete Sampras pour les années 90 et Roger Federer pour les anées 2000.
Le classement par "Prestige" est donc une nouvelle forme de classement qui ne coïncide d'ailleurs pas toujours avec les classements techniques et qui permet en outre de faire des comparaisons sur des temps longs.
Le journaliste sportif - Merci, je crois que j'ai tout compris, enfin la partie non technique. Vos inclassables mathématiques ont prouvé leur incroyable efficacité et ont eu raison de mes inclassables joueurs de tennis.
Tout a commencé il y a une quinzaine de jours lorsqu'un mathématicien ingénieur a mis en ligne les éléments d'une preuve de l'un des problèmes mathématiques les plus difficiles à savoir si P=NP.
Pour les non-matheux, j'imagine que cela n'évoque rien et pour les matheux moyens, comme moi, la vague idée que c'est un problème ardu qui traite de la complexité des algorithmes et qui rapportera un million de dollars à qui le résoudra (s'il accepte la somme... elle vient d'être refusée par le mathématicien russe Perelman pour un autre problème).
Le mathématicien s'appelle Vinay Deolalikar et sa publication a mis la communauté mathématique internationale en effervescence. En effet, les commentaires sur les blogs, forums et les wikis n'ont pas cessé depuis la publication de la preuve sur Arxiv, il y a une quinzaine de jours.
Il en reste des traces un peu partout et en particulier:
Une semaine: c'est le temps quil aura fallu pour que deux failles importantes soient trouvées par les mathématiciens les plus talentueux dans cette preuve qui aura fait beaucoup parlé d'elle.
Ce qui est surprenant dans cette histoire c'est d'une part le niveau de technicité et d'expertise que peuvent prendre des échanges sur la toile, ce qui contredit largement l'idée selon laquelle Internet serait un lieu d'échanges de seconde zone et d'autre part la rapidité avec laquelle se sont faits ces échanges.
Même si l'on n'est pas sensible aux sujets mathématiques on ne peut qu'être interpellé par cette révolution permise par le monde numérique dans l'accès aux documents, leur diffusion et les discussions qui en sont issues.
Le New-York Times a d'ailleurs rédigé un article sur ce sujet, pointant l'étonnant pouvoir collaboratif de la Toile. A lire de toute urgence !
J'ai terminé la partie initiale du wiki "Maths au lycée" ( fonctionnant sous Firefox et Internet Explorer + MathPlayer). Celui-ci est destiné aux élèves de lycée. La partie que j'ai rédigée comprend des synthèses de cours qui sont dans la plupart des cas illustrées par des animations GeoGebra ou ce sont elles qui en constituent l'élément central. J'ai volontairement omis de préciser s'il s'agissait de définitions ou de théorèmes (lorsque c'était possible! C'est par exemple difficile de parler du théorème des gendarmes sans utiliser ce mot ou de donner la définition des suites adjacentes sans le mot "définition"). J'ai aussi choisi d'utiliser parfois le langage courant pour expliquer certaines notions et préciser quelques méthodes et pièges sans vraiment les distinguer du contenu mathématique pur.
En fait l'idée est de considérer que la synthèse de cours sera utilisée par les élèves, soit en ligne (façon Zapping) pour ses animations, retrouver celles qui ont été vues en cours, avec la possibilité de visualiser les mathématiques de façon dynamique en manipulant les applets, soit imprimée, le paramétrage des animations pouvant être réalisé dans cet objectif et les pages pouvant (et devant) être anotées par les élèves. L'impression des pages est facilement accessible par l'onglet page. Je me demande même si l'idée de fournir cette base aux élèves en cours comme support de notes ne serait pas satisfaisante. Elle pourrait être considérée comme élément transitoire entre la connaissance inconnue à acquérir et la connaissance présentée sous sa forme finalisée et structurée.
J'ai placé les progressions envisagées à coté des cours pour faire "coller" le contenu du wiki au vécu des élèves, tout en évitant le piège de la numérotation en chapitres qui ne permet guère de modifications ultérieures, ne serait-ce que pour l'adapter aux réformes qui se succèdent.
J'ai aussi choisi de ne placer aucune démonstrationdans cette synthèse pour plusieurs raisons. Ce travail a déjà été assez long (et bénévole!). Les démonstrations auraient fait perdre le caractère synthétique du projet et elle ne demandent guère d'être animées. L'idée est donc d'une part de les replacer comme élément fondateur dans le cours en classe et d'essayer d'impliquer les élèves dans leur rédaction sur le wiki. J'avais déjà tenté l'expérience il y a deux ans surle wiki-bloget je vais la renouveler à la rentrée prochaine sur ce wiki. J'ai choisi un petit gif sympa pour lier les démonstrations à la synthèse animée qui me parait assez bien ilustrer la situation:
Pour les liens externes et internes, j'ai choisi mon infatigable oiseau :
L'objectif exclusif que je vais me fixer l'année prochaine sera de faire tourner ce wiki sur trois classes: Première S, Terminale ES et Terminale S. Ce sera sans connexion Internet. Les animations Geogebra seront présentes sur un portable relié à un vidéo-projecteur. Je pense commencer l'année en fournissant aux élèves la synthèse imprimée puis me dégager de cette contrainte en la transférant vers les élèves si ils le souhaitent.
J'aurai peut-être besoin de reconduire une micro-structure type "atelier maths" si le projet ne prend pas racine en classe entière. J'utiliserai de toutes façon encoreEdmodopour la communication et le contact avec les élèves. Le wiki sera la façade externe et Edmodo en sera la composante interne.
J'ai aussi l'intention de développer des activités pédagogiques impliquant les élèves comme la rédaction de devoirs en temps libres à plusieurs mains. On peut aussi envisager l'écriture d'algorithmes etleur publication. J'ai tenté l'expérience cette année dans un petit atelier (toujours bénévole!). En moyenne quatre élèves ont été impliqués pendant 2/3 de l'année à raison d'1/2 heure par semaine. L'un d'entre eux , Alexis, a particulièrement été productif. Je n'avais pas trop orienté l'atelier vers les maths pour ne pas effrayer les quelques rares volontaires.
Il serait intéressant d'augmenter ce wiki avec les classes que je n'ai pas. Si j'ai le temps je m'y collerai mais une telle démarche pourrait être reprise par d'autres collègues, sur ce wiki ou sur un autre, dans la même optique et avec une charte graphique similaire. Je pense cependant que l'utilisation régulière d'un tel outil le condamne nécessairement à n'être collectif qu'autour d'un enseignant ou d'un groupe limité d'enseignants qui suivent les mêmes objectifs.