Configurer des expériences

Conception expérimentale en Python

James Chapman

Curriculum Manager, DataCamp

Définition du plan d'expériences

Un processus
Une approche objective et contrôlée
Tirer des conclusions précises
- Par rapport à une hypothèse

¹ https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/experimental-design

Formuler des énoncés robustes

X a probablement eu un effet sur Y. Il y a sans doute un petit risque d'erreur

Langage précis et quantifié

L'analyse de la p-valeur indique que X a eu un effet sur Y avec 10 % de risque d'erreur de type I

Erreur de type I : rejet à tort de l'hypothèse nulle

Objectif : plan d'expériences et analyse statistique

Pourquoi le plan d'expériences ?

Utile dans de nombreux domaines :

Recherche médicale
Marketing
Analytique produit
Agriculture
Politiques publiques

Quelques termes...

Sujets = ce sur quoi on expérimente (personnes, employés, utilisateurs, etc.)

Un sujet : une personne ici.

Quelques termes...

Sujets = ce sur quoi on expérimente (personnes, employés, utilisateurs, etc.)
Traitement = un changement appliqué à un groupe

Un traitement appliqué à un groupe de sujets.

Quelques termes...

Sujets = ce sur quoi on expérimente (personnes, employés, utilisateurs, etc.)
Traitement = un changement appliqué à un groupe

Un traitement appliqué à un groupe traité.

Quelques termes...

Sujets = ce sur quoi on expérimente (personnes, employés, utilisateurs, etc.)
Traitement = un changement appliqué à un groupe
Contrôle = le groupe sans changement

Sujets divisés en groupes traitement et contrôle.

Répartir les sujets en groupes

Comment répartir les sujets en groupes ?
- Option 1 - non aléatoire (« scinder » le DataFrame)
- Option 2 - assignation aléatoire

Exemple : 200 tailles dans le DataFrame heights

    id  height
0    0  177.98
1    1  174.17
2    2  178.89

Répartition non aléatoire

Répartition par slicing du DataFrame

group1_nonrandom = heights.iloc[0:100,:]
group2_nonrandom = heights.iloc[100:,:]

compare_df = pd.concat(
    [group1_nonrandom['height'].describe(), 
     group2_nonrandom['height'].describe()],
    axis=1)
compare_df.columns = ['group1', 'group2']
print(compare_df)

Très différent ! (moyenne écart de 9 cm)

       group1  group2
count  100.00  100.00
mean   170.32  179.19 <--
std      3.28    3.50
min    159.28  175.03
25%    168.06  176.57
50%    170.75  178.03
75%    173.09  180.79
max    174.92  191.32

Assignation aléatoire

Utiliser .sample()
- n ou frac (fraction 0–1)

group1 = heights.sample(frac=0.5,
                        replace=False,
                        random_state=42)

group2 = heights.drop(group1.index)

print(compare_df)

Bien plus proche ! (<1 cm)

       group1  group2
count  100.00  100.00
mean   175.10  174.41 <--
std      5.39    5.78
min    163.07  159.28
25%    171.32  170.17
50%    175.22  174.86
75%    178.32  177.85
max    189.78  191.32

Résumé de la répartition

Les sujets doivent être répartis de façon aléatoire
- Pour attribuer correctement les effets observés

Assignation aléatoire des sujets : .sample()
Vérifier les différences : .describe()

Sujets répartis aléatoirement en traitement et contrôle.

Passons à la pratique !

Conception expérimentale en Python