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En mode débranché
L’apprentissage artificiel, c’est la faculté des systèmes informatiques à apprendre à se programmer eux-mêmes pour résoudre des problèmes du mieux possible. À la première exécution, ils sont complètement ignorants. Grâce à de nombreux essais-erreurs, ils vont s’améliorer petit à petit et devenir de plus en plus efficaces dans leurs tâches.
La particularité de ces systèmes d’intelligence artificielle est d’être basés sur un grand nombre de données et de règles. C’est cette multitude qui les rend difficiles d’accès à la conscience humaine. L’objectif pour l’activité débranchée est donc d’utiliser un cadre le plus simple possible, par exemple le jeu de Nim.
On y joue à deux joueurs.
- Prenez huit allumettes.
- Chaque joueur à tour de rôle doit en prendre une, deux ou trois.
- Le joueur qui prend la dernière allumette a gagné.
Les caractéristiques suivantes expliquent le choix de ce jeu :
- Ses règles sont accessibles dès 4-5 ans et s’expliquent en deux minutes (il suffit de savoir compter jusqu’à 3 pour jouer).
- Les parties sont très rapides, moins d’une minute. Nous aurons besoin de faire de nombreuses parties.
- Le nombre de parties possibles est très limité même comparé à un autre jeu simple comme le morpion (voir postscriptum).
- L’algorithme qui permet de gagner une partie à tous les coups, est accessible dès 6-7 ans (il leur suffit de connaitre les compléments à 4 par une simple soustraction).
Vous aurez besoin de huit gobelets numérotés, autant que d’allumettes. Dans chacun de ces gobelets, trois jetons marqués 1, 2 et 3, comme les coups possibles à chaque tour de jeu. On donne à chaque duo d’élèves huit allumettes pour jouer des parties. L’un jouera son propre rôle d’élève en jouant du mieux qu’il le peut. L’autre jouera le rôle de l’intelligence artificielle : il devra suivre les indications des gobelets.

Les gobelets au début du jeu
Commençons une partie :
Le joueur IA est le premier joueur. Comme il y a huit allumettes au début de la partie, il tire au sort un jeton dans le gobelet 8. Disons le jeton 2. Il prend donc deux allumettes (il en reste alors six). Ensuite, le joueur humain en choisit deux (il en reste donc quatre). Le joueur IA doit donc tirer au sort un jeton du gobelet 4. Disons le 1. Il reste donc trois allumettes. Le joueur humain faisant appel à toute son intelligence choisit donc de prendre ces trois allumettes restantes pour gagner la partie. Comme le joueur IA a perdu la partie, il doit retirer définitivement le jeton du dernier coup joué (soit le 1 du gobelet 4) puisque c’est un coup perdant.

Deux jetons ont été retirés des gobelets 8 et 4. Le 1 du gobelet 4 sera définitivement retiré pour les parties suivantes.
Le 2 du gobelet 8 est replacé dans son gobelet. Une autre partie peut alors commencer. Au fur et à mesure des parties, les gobelets vont se vider des coups perdants jusqu’à arriver à la situation suivante :

Tous les jetons restants indiquent des coups gagnants. Les gobelets 4 et 8, vides, n’ont aucun coup gagnant.
Le joueur IA sera alors à coup sûr gagnant s’il n’est pas le premier joueur à jouer.
Le nombre de parties à faire est de trente à quarante pour arriver à cette situation. Mais dans une classe de dix à quinze duos d’élèves, cela devrait aller assez vite.
Analysez ensuite les résultats avec les élèves : pourquoi les gobelets 4 et 8 n’ont-ils aucun coup gagnant ? Parce que ce sont des multiples de 4. On pourra expliquer pourquoi les positions multiples de 4 sont perdantes : quel que soit le coup joué, l’autre joueur pourra toujours ramener la position de jeu sur un multiple de 4. Cela se comprend facilement sur la position à quatre allumettes : que j’en prenne une, deux ou trois, l’autre pourra prendre toutes celles qui restent et gagner.

Les flèches rouges indiquent des coups perdants qui amènent à des positions gagnantes pour l’autre joueur. Les flèches vertes montrent les coups gagnants qui amènent à des positions perdantes pour l’autre joueur.
Pour conclure la séance, vous pourrez alors mettre en évidence, que plus l’IA perd et se trompe, plus vite elle apprend à gagner.
Sitographie :
Fiche d’activité pour la classe et capsule vidéo : https://miniurl.be/r-54xu.
Lisa Rougetet – CNRS : Une machine en boites d’allumettes apprend à jouer au jeu du morpion : https://images.math.cnrs.fr/Une-machine-en-boites-d-allumettes-qui-apprend-a-jouer-au-Morpion.html.
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