Category Archives: Actuarial science

Networks to reinvent insurance?

The theory of networks, or graphs, was born in 1735, following the work of Leonard Euler, who tried to find a walk – starting from a given point – that would bring us back to that point by passing once and only once through each of the seven bridges in the city of Königsberg. These networks can be compared to metro networks, consisting of stations (nodes), linked between two by rails, or not, or more generally a road network, which can give rise to congestion studies, for example. But today, networks are mainly social, connecting people through friendships, professional, family, or monetary ties. Network analysis makes it possible to create relatively homogeneous communities, accepting to share a risk, recreating a mutualisation.

Network and credit

In genealogy, we will have hierarchical networks, a child being linked to his parents, who are themselves linked to their parents. In sociology, social networks make it possible to analyze the links between individuals (or organizations) within a group. Friendships can be studied in a schoolyard (a link that could be an invitation to a birthday party) or e-mail exchanges in a company (the Enron e-mail database has been widely used, with over 180,000 messages exchanged between 36,000 employees). Figure 1 shows two networks of 20 individuals (A, B, …, T).

 

Figure 1: Random networks, 20 nodes (Watts-Strogatz and Barbasi)

In a Facebook or Linkedin type vision, we will say that E and F are linked, in the sense of “friends”, if there is a segment linking points E and F. A network can be directed, for example if we study the exchange of messages (E wrote to F), or money loans (E lent money to F). If historically only adjacency was studied (existence or not of links), we can now add weights, for example the amount of a financial loan. Babutsidze (2012) thus studies the positions of French and German banks in interbank lending within the European zone (the nodes are then the banks). The study of networks within village communities in developing countries has led to a better understanding of informal finance mechanisms. Banerjee et al (2013) study the dissemination of information in a network, and more particularly microfinance loans.

While networks are useful for better organizing microcredit, CNN noted in 2015 that Facebook allowed credit organizations to use a borrower’s social network to determine whether or not it represents a good credit risk. In particular, if friends’ credit scores were too low, a person could be denied credit. This situation is dangerous because of the particular properties of networks, and more particularly the paradox of friends.

From the very small world to the paradox of friends

In 1929, Frigyes Karinthy hypothesized that any person on earth could be connected to any other person by a succession of individual relationships involving at most 6 links. “We should select anyone from the world’s 1.5 billion people, anyone, anywhere. It seems that, using no more than five individuals, one of whom is a personal acquaintance, he could contact the chosen individuals using nothing other than the network of personal acquaintances. This theory of six handshakes originated in a new literary novel. It will be necessary to wait for the work of Michael Gurevich in the 1960s, then Stanley Milgram ten years later, to see the first attempts to quantify these relationships appear, under the name “Small World Problem”.

While Leskovec & Horvitz (2008) confirmed this order of magnitude, by analyzing several billion messages exchanged using the Windows Live Messenger platform, more recently, Baghat et al (2016) estimated that any two people on Facebook were connected by an average of three and a half people. On the random network on the left, a person has, on average, 2 friends, while a random friend has, on average, 2.25 friends. On the right-hand network, the gap is even greater, because if there too a person has, on average, 2 friends, a random friend will have on average more than 4 friends.

 

Figure 2: Random networks, 500 nodes (Watts-Strogatz and Barbasi)

This paradox, observed in 1991 by sociologist Scott Feld, is very easily demonstrated. Heuristically, we can see a link with the probabilistic property \frac{\mathbb{E}[X^2]}{\mathbb{E}[X]}=\mathbb{E}[X]+\frac{\text{Var}[X]}{\mathbb{E}[X]}>\mathbb{E}[X] where the term on the left is the number of friends of my friends, divided by my number of friends. The difference is all the greater the greater the dispersion of the number of friends. If the left-hand network is very dense, the right-hand network on the other hand has a power law property: the distribution of the number of friends follows a power law (or Zipf law, or Pareto’s law). Figure 3 shows the distribution of the number of friends on a network, in a double logarithmic scale: linearity indicates a distribution according to power. This type of distribution can be found in a very large number of networks, particularly Facebook, as shown by Wohlgemuth & Matache (2014).

 

Figure 3: Distribution of the number of friends on simulated random networks (Watts-Strogatz and Barbasi in red)

The classic interpretation is that some people are central in the network, with a very large number of connections. This property is well known in marketing (we will then speak of a “peer effect“) but it also has impacts in risk management or public health. Chrisakis & Fowler (2010) have shown that influenza epidemics can be detected almost two weeks in advance, by monitoring the infection in a social network. In particular, the analysis of the health of central people in a network is “an ideal way to predict outbreaks, but detailed information doesn’t exist for most groups, and to produce it would be time-consuming and costly”. To return to the example of the credit score, if it is found to be correlated to the number of friends, the friends paradox makes it dangerous to use the friends’ score as an indicator of an individual’s risk!

The importance of homophilia

Another important feature of networks is the notion of homophilia, introduced in 2001 in sociology by two important articles, corresponding to the tendency to be connected to one’s peers. McPherson et al (2001) assumed that similarity generates connection, and therefore people’s personal networks are homogeneous across many socio-demographic, behavioural and intrapersonal characteristics. Moody (2001) studied friendships in elementary school playgrounds in the United States, with a focus on interracial friendships. Easley & Kleinberg (2010) thus presents a number of consequences of homophilia, ranging from the creation of tables at business meals to the granting of credit in the United States. The measurement of homophilia is the same as asking, taking into account pre-existing groups (according to gender, age, socio-professional category, etc.) how the links are distributed, between groups, or within groups.

 

Figure 4: Low homophilia (left) and high homophilia (right)

In an insurance context, an actuary seeks to create tariff classes, groups that are homogeneous in terms of risks, according to explanatory variables (the so-called tariff variables). People who live in the same place, drive the same types of vehicles, and have the same characteristics, are likely to be in the same class. But if homophilia exists in a population, a tariff group could perhaps be observed on a network of friends. Why not then consider creating groups within a network?

Using insurance networks

In this spirit, in 2010, Friendsurance was launched in Germany and has more than 100,000 insured in 2018. In France, a short collaborative insurance experiment was launched in 2015, with Inspeer, offering to share damage insurance deductibles (in car or home insurance) with friends. These types of collaborative insurance, sometimes called peer-to-peer insurance, are based on the formation of small groups by a broker. A portion of the insurance premiums paid is paid to a group fund, the other portion to a third party insurance company. Minor damage suffered by the policyholder is first covered by this group fund. For claims exceeding the deductible, the usual insurer is used. A group can be formed by the insured, forming a social network a bit like Facebook. In this model, the only requirement is that all group members must have the same type of insurance (e. g. liability insurance with legal expenses insurance).

As Schiller (2013) noted, this type of mechanism has many virtues, the first being to reduce costs and the risk of fraud. There is no tendency to cheat on the cost of a claim when the risk is borne by family members or friends. The anonymity of mutuality that exists in the law of large numbers is disappearing. But aren’t we reinventing version 2.0. of the tontine associations, with the strong return of risk sharing within close-knit communities?

References

Joshua Angrist. The perils of peer effects. Labor Economics, 30, 98-108, 2014

Zakaria Babutsidze. Positions of French and German Banks in European interbank lending network. OFCE, Mars 2012.

Abhijit Banerjee, Arun Chandrasekhar, Esther Duflo & Matthew Jackson. Diffusion of Microfinance. Science, 341,

Smriti Bhagat, Moira Burke, Carlos Diuk, Ismail Onur Filiz & Sergey Edunov. Three and a half degrees of separation. Facebook Research, 2016.

Ananya Bhattacharya. Facebook patent: Your friends could help you get a loan – or not. 4 août 2015, CNN,

Nicholas Christakis & James Fowler Social Network Sensors for Early Detection of Contagious Outbreaks. PLoS ONE. 5 (9): e12948. arXiv:1004.4792 2015

David Easley & Jon Kleinberg. Networks, Crowds, and Markets. Cambridge University Press. 2010.

Scott Feld. Why your friends have more friends than you do, American Journal of Sociology, 96 (6): 1464–1477, 1991.

Matthew Jackson. Social and Economic Networks. Princeton University Press, 2010.

Jure Leskovec & Eric Horvitz. Planetary-Scale Views on a Large Instant-Messaging Network. Microsoft Research, 2008.

Miller McPherson, Lynn Smith-Lovin & James Cook. Birds of a Feather: Homophily in Social Networks. Annual Review of Sociology. 27: 415–444, 2001.

James Moody. Race, School Integration, and Friendship Segregation in America. American Journal of Sociology, 107 (3): 679-716, 2001.

Wesley Perkins, Michael Haines & Richard Rice. Misperceiving the college drinking norm and related problems: a nationwide study of exposure to prevention information, perceived norms and student alcohol misuse. Journal of Studies on Alcohol 66 (4) : 470-478, 2005.

Ben Schiller. A Social Network For Insurance That Cuts Costs And Reduces Fraud. Fast Company, October 2013,

Brad Walker. How Peer-to-Peer Companies Are Transforming the Insurance Sector. The Street, Avril 2016,

Jason Wohlgemuth & Mihaela Matache. Small-World Properties of Facebook Group

Networks. Complex Systems, 23 (2014).

[i] Complete data can be downloaded from https://snap.stanford.edu/data/email-Enron.html

[ii] https://www.friendsurance.com/ and https://www.inspeer.me/ respectively

Les réseaux pour réinventer l’assurance ?

La théorie des réseaux, ou des graphs, est née en 1735, suite aux travaux de Léonard Euler, qui essayait de trouver une promenade – à partir d’un point donné – qui fasse revenir à ce point en passant une fois et une seule par chacun des sept ponts de la ville de Königsberg. On peut rapprocher ces réseaux des réseaux de métro, constitués de stations (les nœuds), liés entre deux par des rails, ou pas, ou plus généralement un réseau routier, pouvant donner lieu à des études de congestion, par exemple. Mais les réseaux sont aujourd’hui surtout sociaux, reliant les personnes, par des liens d’amitiés, professionnels, familiaux, ou monétaires. L’analyse des réseaux permet de créer des communautés relativement homogène, acceptant de partager un risque, recréant une mutualisation.

Réseau et crédit

En généalogie, on aura des réseaux hiérarchiques, un enfant étant lié à ses parents, eux-mêmes reliés à leurs parents. En sociologie, les réseaux sociaux permettent d’analyser les liens entre des individus (ou des organisations) au sein d’un ensemble. On pourra étudier les amitiés dans une cour d’école (un lien pouvant être une invitation à un anniversaire) ou des échanges de messages électroniques dans une entreprise (la base des courriels d’Enron a ainsi été abondamment utilisée, avec plus de 180 000 messages échangés entre 36 000 employés[i]). La Figure 1 montre ainsi deux réseaux de 20 individus (A, B, …, T).

Figure 1 : réseaux aléatoires, 20 nœuds (Watts-Strogatz et Barbasi),

Dans une vision de type Facebook ou Linkedin, on dira que E et F sont liés, au sens « amis », s’il existe un segment reliant les points E et F. Un réseau peut être dirigé, par exemple si on étudie les échanges de messages (E a écrit à F), ou des prêts d’argent (E a prêté de l’argent à F). Si historiquement seule l’adjacence était étudiée (existence ou non de liens), on peut aujourd’hui rajouter des poids, par exemple le montant d’un prêt financier. Babutsidze (2012) étudie ainsi les positions de banques françaises et allemandes dans les prêts interbancaires au sein de la zone Europe (les nœuds sont alors les banques). L’étude des réseaux au sein de communautés de villages dans les pays en développement a permis de mieux comprendre les mécanismes de finance informelle. Banerjee et al. (2013) étudient ainsi la diffusion de l’information dans un réseau, et plus particulièrement les prêts de microfinance.

Si les réseaux sont utiles pour mieux organiser le microcrédit, CNN notait en 2015 que Facebook permettait à des organismes de crédit d’utiliser le réseau social d’un emprunteur pour déterminer s’il représente un bon risque de crédit, ou pas. En particulier, si le score de crédit des amis était trop faible, une personne pouvait se voir refuser un crédit. Cette situation est dangereuse à cause de propriétés particulières des réseaux, et plus particulièrement le paradoxe des amis.

Du tout petit monde au paradoxe des amis

En 1929, Frigyes Karinthy a émis l’hypothèse que toute personne sur terre pouvait être relliée à n’importe quelle autre par une succession de relations individuelles comprenant au plus 6 maillons. « Nous devrions sélectionner n’importe quelle personne du 1,5 milliard d’habitants de la planète, n’importe qui, n’importe où. Il paraît que, n’utilisant pas plus de cinq individus, l’un d’entre eux étant une connaissance personnelle, il pourrait contacter les individus choisis en n’utilisant rien d’autre que le réseau des connaissances personnelles ». Cette théorie des six poignées de main a vu son origine  dans une nouvelle littéraire. Il faudra attendre les travaux de

Michael Gurevich dans les années 60, puis Stanley Milgram dix ans après, pour voir apparaître les premières tentatives de quantification de ces relations, sous le nom de « Small World Problem ». Si Leskovec & Horvitz (2008) ont confirmé cet ordre de grandeur, via l’analyse de plusieurs milliards de messages échangés à l’aide de la plateforme Windows Live Messenger, plus récemment, Baghat et al. (2016) ont estimé que deux personnes quelconques sur Facebook étaient connectées par une moyenne de trois personnes et demi. Sur le réseau aléatoire de gauche, une personne a, en moyenne, 2 amis, alors qu’un ami pris au hasard a en moyenne 2.25 amis. Sur le réseau de droite, l’écart est encore plus important, car si là aussi une personne a, en moyenne, 2 amis, un ami pris au hasard aura en moyenne plus de 4 amis.

Figure 2 : réseaux aléatoires, 500 nœuds (Watts-Strogatz et Barbasi)

Ce paradoxe, observé en 1991 par le sociologue Scott Feld se démontre très facilement. Heuristiquement, on peut voir un lien avec la propriété probabiliste\frac{\mathbb{E}[X^2]}{\mathbb{E}[X]}=\mathbb{E}[X]+\frac{\text{Var}[X]}{\mathbb{E}[X]}>\mathbb{E}[X]où le terme de gauche est le nombre d’amis de mes amis, divisé par mon nombre d’amis. La différence est d’autant plus grande que la dispersion du nombre d’amis est importante. Si le réseau de gauche est très dense, celui de droite en revanche possède une propriété de loi puissance : la distribution du nombre d’amis suit une loi en fonction puissance (ou loi de Zipf, ou de Pareto). La Figure 3 montre la distribution du nombre d’amis sur un réseau, dans double échelle logarithmique : la linéarité indique une distribution en fonction puissance. On retrouve ce genre de distribution dans un très grand nombre de réseaux, en particulier Facebook, comme l’a montré Wohlgemuth & Matache (2014).

Figure 3 : distribution du nombre d’amis sur des réseaux aléatoires simulés (Watts-Strogatz et Barbasi en rouge)

L’interprétation classique est que certaines personnes sont centrales dans le réseau, avec un très grand nombre de connexions. Cette propriété est très connue en marketing (on parlera alors d’effet de pair, « peer effect ») mais elle a des impacts aussi en gestion des risques, ou en santé publique. Chrisakis & Fowler (2010) ont ainsi montré que les épidémies de grippe peuvent être détectées près de deux semaines en avance, en surveillant l’infection dans un réseau social. En particulier, l’analyse de la santé des personnes centrales dans un réseau est « an ideal way to predict outbreaks, but detailed information doesn’t exist for most groups, and to produce it would be time-consuming and costly ». Pour revenir à l’exemple du score de crédit, si ce dernier se trouve être corrélé aux nombres d’amis, le paradoxe des amis rend dangereuse l’utilisation du score des amis comme indicateur du risque d’un individu !

L’importance de l’homophilie

Un autre trait important des réseaux est la notion d’homophilie, introduite en 2001 en sociologie par deux articles importants, correspondant à la tendance à être connecté à ses semblables. McPherson et al (2001) partait du principe que la similitude engendre la connexion, et par conséquent, les réseaux personnels des gens sont homogènes sur de nombreuses caractéristiques sociodémographiques, comportementales et intrapersonnelles. Moody (2001) étudiait ainsi les amitiés dans les cours de récréations à l’école primaire, aux États-Unis, et plus particulièrement les amitiés interraciales. Easley & Kleinberg (2010) présente ainsi de nombres conséquences de l’homophilie, allant de la constitution des tables lors de repas d’affaire, à l’attribution de crédit aux États-Unis. La mesure de l’homophilie revient à se demander, compte tenu de groupes préexistants (en fonction du genre, de l’âge, de la catégorie socioprofessionnelle, etc) comment se répartissent les liaisons, entre les groupes, ou à intérieur des groupes.

Figure 4 : faible homophilie (en haut) et forte homophilie (en bas).

Dans un contexte d’assurance, un actuaire cherche à créer des classes tarifaires, des groupes homogènes en termes de risques, suivant des variables explicatives (les variables dites tarifaires). Les personnes qui habitent au même endroit, qui conduisent les mêmes types de véhicules, et qui ont les mêmes caractéristiques, auront de fortes chances d’être dans la même classe. Mais si l’homophilie existe dans une population, un groupe tarifaire pourrait peut-être s’observer sur réseau d’amis. Pourquoi ne pas alors envisager de créer des groupes au sein d’un réseau ?

Utiliser les réseaux en assurance

Dans cet esprit, en 2010, Friendsurance a été lancé en Allemagne et compte en 2018 plus de 100000 assurés[i]. En France, une courte expérience d’assurance collaborative avait été lancée en 2015, avec Inspeer, proposant de mutualiser avec ses proches les franchises d’assurance dommage (en assurance auto ou habitation) entre amis. Ces types d’assurances collaboratives, parfois appelés assurance pair à pair – ou « peer-to-peer insurance » –  reposent sur la constitution de petits groupes par un courtier. Une partie des primes d’assurance versées est versée à un fonds collectif, l’autre partie à une compagnie d’assurance tierce. Les dommages mineurs subis par le preneur d’assurance sont d’abord pris en charge par ce fonds de groupe. Pour les sinistres dépassant la franchise, il est fait appel à l’assureur habituel. Un groupe peut être constitué par les assurés, formant un réseau social un peu comme Facebook. Dans ce modèle, la seule exigence est que tous les membres du groupe doivent avoir le même type d’assurance (par exemple une assurance responsabilité civile avec une assurance des frais juridiques).

Comme le notait Schiller (2013), ce type de mécanisme a beaucoup de vertus, la première étant de diminuer les coûts, et le risque de fraude. On n’a en effet pas tendance à tricher sur le coût d’un sinistre lorsque le risque est porté par des membres de la famille, ou des amis. L’anonymat de la mutualité qui existe dans la loi des grands nombres disparait. Mais n’est-on pas en train de réinventer la version 2.0. des associations tontinières, avec le retour en force de la mutualisation des risques au sein de communautés soudées ?

Références

Joshua Angrist. The perils of peer effects. Labor Economics, 30, 98-108, 2014

Zakaria Babutsidze. Positions of French and German Banks in European interbank lending network. OFCE, Mars 2012.

Abhijit Banerjee, Arun Chandrasekhar, Esther Duflo & Matthew Jackson. Diffusion of Microfinance. Science, 341,

Smriti Bhagat, Moira Burke, Carlos Diuk, Ismail Onur Filiz & Sergey Edunov. Three and a half degrees of separation. Facebook Research, 2016.

Ananya Bhattacharya. Facebook patent: Your friends could help you get a loan – or not. 4 août 2015, CNN,

Nicholas Christakis & James Fowler Social Network Sensors for Early Detection of Contagious Outbreaks. PLoS ONE. 5 (9): e12948. arXiv:1004.4792 2015

David Easley & Jon Kleinberg. Networks, Crowds, and Markets. Cambridge University Press. 2010.

Scott Feld. Why your friends have more friends than you do, American Journal of Sociology, 96 (6): 1464–1477, 1991.

Matthew Jackson. Social and Economic Networks. Princeton University Press, 2010.

Jure Leskovec & Eric Horvitz. Planetary-Scale Views on a Large Instant-Messaging Network. Microsoft Research, 2008.

Miller McPherson, Lynn Smith-Lovin & James Cook. Birds of a Feather: Homophily in Social Networks. Annual Review of Sociology. 27: 415–444, 2001.

James Moody. Race, School Integration, and Friendship Segregation in America. American Journal of Sociology, 107 (3): 679-716, 2001.

Wesley Perkins, Michael Haines & Richard Rice. Misperceiving the college drinking norm and related problems: a nationwide study of exposure to prevention information, perceived norms and student alcohol misuse. Journal of Studies on Alcohol 66 (4) : 470-478, 2005.

Ben Schiller. A Social Network For Insurance That Cuts Costs And Reduces Fraud. Fast Company, October 2013,

Brad Walker. How Peer-to-Peer Companies Are Transforming the Insurance Sector. The Street, Avril 2016,

Jason Wohlgemuth & Mihaela Matache. Small-World Properties of Facebook Group

Networks. Complex Systems, 23 (2014).

[i] Les données complètes sont en ligne sur https://snap.stanford.edu/data/email-Enron.html

[ii] https://www.friendsurance.com/ et https://www.inspeer.me/ respectivement

Les données actuarielles des assureurs, un trésor pour la connaissance client ?

Dans le supplément des Échos, publication d’une entrevue datant du printemps dernier.

Quels sont les typologies de données utilisées par les assureurs ?

Les actuaires, ces spécialistes des données et des statistiques chez les assureurs, utilisent les données clients internes, à savoir celles que les assurés leur fournissent, notamment au moment de la souscription de contrat, sur leur véhicule, leur lieu d’habitation, etc. Ils peuvent aussi “piocher” ailleurs, dans la cote argus par exemple, pour estimer le montant maximal d’un sinistre ; dans l’historique des inondations ; les données de cambriolage ; les données INSEE ou encore la météo. À partir de toutes ces données, les actuaires vont créer des modèles afin de prédire des scores d’accidents, de fraudes, de résiliation…

À quoi sert l’analyse des données actuarielles?

Ces données permettent surtout de segmenter le portefeuille, de trouver les bonnes variables tarifaires, pour créer des classes tarifaires en assurance auto ou habitation par exemple. Elles peuvent aussi être utilisées pour trouver le juste prix pour couvrir de nouveaux risques. Elles permettent enfin de répondre aux nouvelles demandes des assurés. Avant, avec l’assurance auto par exemple, lorsque votre voiture tombait en panne, on vous remboursait les frais et ça suffisait. Maintenant, les clients veulent être hébergés, disposer d’une voiture de remplacement… C’est à l’actuaire d’évaluer le coût de ces nouveaux services pour les inclure dans les différentes primes proposées par l’assureur.

« Il y a d’un côté l’approche marketing, qui va chercher à individualiser pour proposer des offres personnalisées ; de l’autre celle de l’actuaire, qui va chercher à trouver des catégories pertinentes, en mutualisant. »

a suivre…

Données Personnelles et Assurance

Depuis plusieurs semaines (pour ne pas dire plusieurs mois), je discute avec Delphine Cocteau-Senn et Rodolphe Bigot (dialogue de juristes avec un actuaire) sur la protection des données personnelles en assurance. Tout avait commencé il y 15 mois, avec une table ronde organisée à Amiens, avec un resto la veille, les discussions pendant la table ronde, puis des dizaines et des dizaines d’échanges de messages, de coup de fils, de restos…. Rodolphe Bigot m’avait sollicité pour une autre table ronde sur le droit de l’assurance à Caen, et de mon côté, j’avais demandé à Delphine Cocteau-Senn d’intervenir dans la formation Actuariat – Data Science de l’Institut des Actuaires, depuis l’an dernier. Bref, on a eu de très nombreux échanges, et quand on voit les prises de positions ici et là (pour ne pas parler de brassage d’air), on s’était dit que nos discussions pourraient éclairer les débats qui agitent actuaires et juristes.

C’était d’autant plus intéressant, je pense, qu’on a vraiment appris, mutuellement, de ces échanges. Echanges entre un actuaire et des juristes, tous les trois universitaires. Depuis plusieurs semaines, on tente de mettre par écrit ces échanges, et le résultat est aujourd’hui en ligne. La forme retenue est une présentation juridique de plusieurs points (en lien avec des notions évoquées dans le Réglement Général sur la Protection des Données – n° 2016/679), quelques questions actuarielles, et une ébauche de réponse. On a longuement hésité sur la forme, mais on a gardé la forme de la discussion, probablement plus agréable à lire qu’un texte écrit à trois. Je mets ici l’introduction (le document complet est en ligne)

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Dossier Assurance sur Variances.eu

Sur variances.eu (le blog d’ENSAE Almuni) commence un dossier sur l’assurance, avec un premier billet sur l’assurance et le défi des taux d’intérêt bas, par Bernard Delas, vice-président de l’Autorité de contrôle prudentiel et de résolution (ACPR).

Les principales économies européennes connaissent depuis la crise des subprimes une baisse ininterrompue des taux d’intérêt. Ils ont atteint, au cours des cinq dernières années, des niveaux qu’ils n’avaient jamais connus jusqu’alors, inférieurs au taux zéro. Un tel scénario n’avait pas été envisagé par la réglementation post-crise des institutions et des marchés financiers. Ces taux d’intérêts, s’ils sont à court terme bénéfiques pour le financement des activités marchandes et industrielles, posent en revanche des défis inédits non seulement aux fonds d’investissement, aux banques et aux assureurs mais également  aux autorités de contrôle des institutions financières chargées de veiller à la préservation de la stabilité du système financier et, tout particulièrement depuis la crise, à la protection des consommateurs et des épargnants.

[à suivre] Et pour l’occasion – j’en profite aussi avec mon premier cours d’actuariat qui commence demain, à l’ENSAE, pour remettre quelques statistiques sur les ENSAE qui deviennent actuaires

“Ethics in Quantitative Finance”

Just before going to the workshop on dependencies in finance and insurance, Tim Johnson (also known as @TCJUK on Twitter), researcher at Heriot-Watt University in Edinburgh and blogger on http://magic-maths-money.blogspot, sent me a copy of his manuscript entitled Ethics in Quantitative Finance: a pragmatic theory of markets. While opening the book, we think of Peter L. Bernstein, his masterpieces Capital Ideas (or the later Capital Ideas Evolving) as well as Against the Gods. But Tim’s book is quite different.  This book is not really about finance, but about financial valuation and actuarial science. We can clearly see the deep interactions between financial mathematics and actuarial science. About uncertainy, prices and probabilities. And all those topics are embeded with a philosophical perspective

the argument is presented that financial markets are radically uncertain environments, where correspondence theories of truth are meaningless since there are no matters of fact about an uncertain financial future. In the face of this uncertainty, markets are places where “the opinion which is fated to be ultimately agreed to by all who investigate” is sought and opinions are expressed through asset prices. This implies that markets are centres of communicative action and money is behaving as a language. Using Jürgen Habermas’ analysis, this implies that market prices ‒ statements of opinions ‒ must satisfy objective, subjective and social truth criteria. The argument presented is that reciprocity guarantees the objective truth, sincerity guarantees the subjective truth and charity guarantees the rightness of a price. This explains why reciprocity is embedded in financial mathematics.

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C’est normal ! (partie 1) et si la normalité n’existait pas?

Il y a quelques semaines, je discutais avec une collègue juriste (alors que j’essayais de glaner des statistiques juridiques), et alors que l’on parlait alors de la lenteur de l’instruction, ou de l’inversion de la charge de la preuve (je ne me souviens plus) j’ai été supris qu’elle me dise que “c’est normal“. Je sais qu’un juriste et un statisticien ne donnent pas forcément le même sens aux mots, et cette phrase m’a dérangé parce qu’une situation qui pourrait sembler “normale” (car observée régulièrement) n’est pas pour autant “juste” (c’est le paradoxe is/ought de Hume, mais j’en parlerais dans un autre billet).

Le point de départ est de comprendre ce qu’est la normalité “empirique”, telle qu’observée dans une population. Ce qui pourrait être “normal” pour un statisticien. Pour commencer, je pensais revenir sur un exemple raconté dans The End of Average de Todd Rose, qui essaye de montrer, exemples à l’appui, que l’homme moyen n’existe pas.

  • L’homme moyen de Quételet

Au XIXème siècle, si plusieurs astronomes mesuraient la vitesse d’un même objet céleste, ils obtenaient (souvent) plusieurs mesures différentes. Pour savoir “laquelle” utiliser dans leurs calculs, l’idée d’utiliser “la méthode des moyennes” s’est rapidement imposée – comme le rappelle Stahl (2006), et surtout Sheynin (1973) – cette “moyenne” ayant une précision plus grande que n’importe quelle autre grandeur (ou dirait aujourd’hui “statistique”).

Adolphe Quetelet fut, semble-t-il, le premier à appliquer ce calcul de moyennes à des mesures humaines, introduisant son fameux concept d'”homme moyen”. Comme j’en avais parlé dans un précédant billet, la moyenne est une grande particulière, dont le sens n’est pas forcément clair. Si on définit la moyenne à l’aide d’une minimisation d’erreur quadratique, on a une interprétation en terme de prévision (on retrouve ici la notion de mesure elicitable dont je parlais dans mon dernier cours): la taille moyenne est la taille de “devrait” mesurer une personne tirée au hasard (à une variation aléatoire – et imprévisible – près). En 1846 dans une lettre (publiée dans l’ouvrage Lettres sur la théorie des probabilités, appliquée aux sciences morales) Adolphe Quételet utilise l’image de la statue du gladiateur pour expliquer ce que peut être l’homme moyen.

  • L’interprétation de Francis Galton

Ce homme moyen a beaucoup plu à l’époque, en particulier au sein de l’école anglaise eugéniste, dirigée à l’époque par Francis Galton, même si ce dernier s’intéresse surtout aux déviations par rapport à cette norme (déviation vers le haut et déviation vers le bas). Comme le rappelle Bulmer (2004),the deviations from that average—upwards towards genius, and downwards towards stupidity—must follow the law that governs deviations from all true averages“. Les travaux de Galton ont visé à comprendre ces déviations. Si Florence Nightingale affirmait que “the Average Man is God’s Will“, Galton de son côté s’intéressait davantage au caractère héréditaire. Mais cet “homme moyen” a-t-il pour autant du sens ?

  • L’être humain moyen n’existe pas

Une anecdote intéressante est celle de deux statues, à Cleveland, celles de Norma et Normann. L’artiste Abram Belskie et l’obstetricien Robert Latou Dickinson ont réalisé ensemble ces statues, en 1943. La particularité est qu’aucun modèle n’a été représenté. En fait, il s’agissait de représenter une femme et un homme qui avaient les mensurations moyennes de l’époque.

Une fois ces statues réalisées, un concours a été organisé pour trouver qui ces statues pouvaient bien représenter. Plusieurs milliers de personnes de l’Ohio ont envoyé leurs mensurations, mais aucun ne correspondaient à celles des statues. Certes, plusieurs centaines avaient la même taille. Plusieurs centaines avaient le même tour de poitrine. Mais aucune n’avait toutes les bonnes mesures. Car comme l’explique Todd Rose, l’homme n’est pas unidimensionnel: c’est sur plusieurs dimensions qu’on le mesure.

Et chercher à le résumer en une grandeur unidimensionnel est beaucoup trop réducteur. C’est ce qu’il montre dans son livre sur les tests d’intelligence, par exemple, où un même QI peut être associé à deux personnes très différentes.

Pareil pour décider de recruter quelqu’un, se focaliser sur un seul indicateur n’a pas de sens. Le soucis quand on travaille dans un contexte multivarié, c’est que la moyenne perd de son sens. Pour reprendre le titre d’un billet mis en ligne voilà 6 mois, être moyen peut être extraordinaire.

  • La malédiction de la dimension (en grande dimension, l’espace est très vide…)

En fait, ce problème est bien connu par les statisticiens, sous le nom de “fléau de la dimension“. Prenons un exemple simple: supposons qu’une grandeur d’intérêt suive une loi normale https://latex.codecogs.com/gif.latex?\mathcal{N}(\mu,\sigma^2), par exemple le poids, la taille, le tour de poitrine, etc. On pourrait dire que la norme, c’est se trouver dans un intervalle https://latex.codecogs.com/gif.latex?[\mu\pm%201.5%20\cdot\sigma]. Si on a une loi normale, cette situation survient dans 85% des cas,

> (1-2*pnorm(-1.5))
[1] 0.8663856

Et 15% seront vues comme “anormales”. Elles peuvent être anormalement petites, ou anormalement grandes. C’est le dessin ci-dessous: on regarde ici seulement une dimension

On peut maintenant regarder deux dimensions, le poids et la taille, par exemple. La norme serait ici que dans les deux dimensions, on soit dans l’intervalle https://latex.codecogs.com/gif.latex?[\mu\pm%201.5%20\cdot\sigma]. Si les grandeurs sont indépendantes, la probabilité que les deux grandeurs soient “normale” est de 75%

> (1-2*pnorm(-1.5))^2
[1] 0.750624

En dimension deux, 75% des observations sont “normales”, et 25% sont “anormales”

En dimension 3, on passe à 65%

> (1-2*pnorm(-1.5))^3
[1] 0.6503298

pour 35% d’observations “anormales” (plus du tiers)

Etc. En dimension cinq, on passe en dessous de 50%

> (1-2*pnorm(-1.5))^5
[1] 0.4881532

autrement dit, être dans la norme dans les 5 dimensions, ce n’est plus le cas de la majorité. Et en dimension vingt, ceux qui sont “normaux” sont plutôt atypiques, avec une proportion de l’ordre de 5%,

> (1-2*pnorm(-1.5))^20
[1] 0.0567838

Bref, la normalité est un concept particulièrement étrange sur le plan empirique, car intuitivement associé à l’idée d’une majorité. Alors que ce n’est pas le cas, la normalité étant justement atypique.

Actuarial Pricing Game, with Reinsurance

The Third Actuarial Pricing Game is still open, the deadline for submission is still February 25th. As mentioned in the instructions, for those willing to play in a market where reinsurance is available, here are the prices offered by some reinsurance company.

As mentioned in the description, the price is per insurance policy, per year. Players should send me their premiums in a csv file, gross of reinsurance, and mention in the email that they want to purchase treaty (A) – for instance (and mention explicitly in the object of the email that they want to play in this specific market, where reinsurance is available).

Third Actuarial Pricing Game

With the support of ACTINFO Chair and the (French) Institute of Actuaries, our Third Actuarial Pricing Game starts today ! There is a toolbox file available online, with

  • a description of the game : the rules, the dates, and a description of the datasets
  • 3 datasets : one underwriting and one claims databases, for year 0 (training data) and one underwriting dataset to enter the game

Anyone can play. Students from various programs around the world, as well as practitioners are welcome to play. It can be by teams, and there are no limit on the size. And there is no registration: to start playing, teams have to submit a dataset before the deadline (end of February), to pricing-game@univ-rennes1.fr.

Teasing for the Third Actuarial Pricing Game

We will launch within the next few days the Third Actuarial Pricing Game. The goal will be to replicate the behavior of insurance markets over time. There will be a first stage (January-February) where players will have to build a pricing model for motor insurance policies on the basis of 50,000 contracts observed Year 0 (characteristics of contracts, policyholder, and claims datasets). Proposals for premiums for Year 1 will have to be provided for the same contracts (updated for the age, the location, the car model, etc.). Players will use only the underwriting datasets to provide premiums for Year 1.

Between February 25th (deadline for the proposal for premiums) and March 1st, we will replicate an insurance market by creating competition among insurers (players), and by setting simple rules to match drivers and insurers (randomly among the cheapest at the beginning of the game, and then, as time goes by, we will add inertia, i.e. a tendency to stay with the same insurer if the latter is not too expensive). Once the drivers and the playees are matched we will provide claims information for the insured that each player has won. A new premium proposal must then be submitted at the end of Year 1 (i.e. at the end of March). Etc.

We will here try to replicate the a car insurance market over four years. The goal (for players) will be to maximize the profit of the insurance company over those four years. To make the game more realistic, insurers are assumed to have capital, and they can remain in the game only if their yearly loss ratio (claims over premium) is less than 150%. More information next week (rules, and training datasets).

Localisation des accidents corporels

Encore un billet dans le cadre du projet R de la formation en Data Science pour l’Actuariat, avec quelques lignes de codes pour visualiser les accidents corporels, en France. Il y aura d’autres billets sur ces données dans les jours à venir. Le premier s’inspire du projet de Guillaume Gerber. L’idée est de normaliser par la population d’un département, quand on va visualiser le nombre d’accidents.

On va commencer par récupérer notre fond de carte

library(rgdal)
library(sp)
library(data.table)
library(dplyr)
library(plyr)
download.file(url = "http://professionnels.ign.fr/sites/default/files/GEOFLA_1-1_SHP_LAMB93_FR-ED111.tar.gz",
destfile="GEOFLA.tar.gz")
untar("GEOFLA.tar.gz")

Ces données contiennent la population. Mais par commune. Donc on va aggréger pour l’avoir par département

com <- readOGR(dsn = "./GEOFLA_1-1_SHP_LAMB93_FR-ED111/COMMUNES/", layer="COMMUNE", stringsAsFactors=FALSE,encoding = "UTF-8")
com <- readOGR(dsn = "/home/arthur/Téléchargements/projet-R-DSA-2016/GEOFLA_1-1_SHP_LAMB93_FR-ED111/COMMUNES/", layer="COMMUNE")
dep <- readOGR(dsn = "/home/arthur/Téléchargements/projet-R-DSA-2016/GEOFLA_1-1_SHP_LAMB93_FR-ED111/DEPARTEMENTS/", layer="DEPARTEMENT", stringsAsFactors=FALSE,encoding = "UTF-8")
pop <- as.data.table(tapply(X=com$POPULATION, INDEX = com$CODE_DEPT, FUN = sum), keep.rownames=TRUE)
colnames(pop) <- c("CODE_DEPT","POPULATION")
superficie <- as.data.table(tapply(X=com$SUPERFICIE, INDEX = com$CODE_DEPT, FUN = sum), keep.rownames=TRUE)
colnames(superficie) <- c("CODE_DEPT","SUPERFICIE")
dep@data <- inner_join(dep@data, pop)
dep@data <- inner_join(dep@data, superficie)
dep@data$POPULATION <- dep@data$POPULATION * 1000

On va ensuite récupérer les données d’accidents de la route

debut_url_base_accident = "https://www.data.gouv.fr/s/resources/"
acc_caract <- read.csv(file = paste(debut_url_base_accident,"base-de-donnees-accidents-corporels-de-la-circulation-sur-6-annees/20150806-155035/caracteristiques_2010.csv",sep=''),colClasses=c("com"="character","dep"="character"))
acc_caract <- rbind(acc_caract,read.csv(file = paste(debut_url_base_accident,"base-de-donnees-accidents-corporels-de-la-circulation-sur-6-annees/20150806-154723/caracteristiques_2011.csv",sep=""), colClasses=c("com"="character","dep"="character")))
acc_caract <- rbind(acc_caract,read.csv(file = paste(debut_url_base_accident,"base-de-donnees-accidents-corporels-de-la-circulation-sur-6-annees/20150806-154431/caracteristiques_2012.csv",sep=""), colClasses=c("com"="character","dep"="character")))
acc_caract <- rbind(acc_caract,read.csv(file = paste(debut_url_base_accident,"base-de-donnees-accidents-corporels-de-la-circulation-sur-6-annees/20150806-154105/caracteristiques_2013.csv",sep=""), colClasses=c("com"="character","dep"="character")))
acc_caract <- rbind(acc_caract,read.csv(file = paste(debut_url_base_accident,"base-de-donnees-accidents-corporels-de-la-circulation-sur-6-annees/20150806-153701/caracteristiques_2014.csv",sep=""), colClasses=c("com"="character","dep"="character")))
acc_caract <- rbind(acc_caract,read.csv(file = paste(debut_url_base_accident,"base-de-donnees-accidents-corporels-de-la-circulation/20160909-181230/caracteristiques_2015.csv",sep=""), colClasses=c("com"="character","dep"="character")))
acc_caract$dep[which(acc_caract$dep %in% "201")] <- "2A0"
acc_caract$dep[which(acc_caract$dep %in% "202")] <- "2B0"
acc_caract$dep <- substr(acc_caract$dep, 1, 2)

Maintenant, on peut compter, par année, par département (ou en aggrégeant, temporellement)

dep_with_nb_acc <- function(acc_caract, dep,nb_an=1,normalize=FALSE){
acc_nb_par_dep <- count(acc_caract,"dep")
acc_nb_par_dep$dep <- substr(acc_nb_par_dep$dep, 1, 2)
names(acc_nb_par_dep)[names(acc_nb_par_dep) == "dep"] <- "CODE_DEPT"
dep@data <- inner_join(dep@data, acc_nb_par_dep)
dep@data$SUPERFICIE <- dep@data$SUPERFICIE/100 # en km^2
dep@data$freq_par_hab <- (dep@data$freq/nb_an)/dep@data$POPULATION
m <- sum(dep@data$freq/nb_an)/sum(dep@data$POPULATION)
if(normalize) dep@data$freq_par_hab <- log(dep@data$freq_par_hab/m)
return(dep)
}

On va alors constituer nos bases,

data_plot <-  c(
"2010_2015" = dep_with_nb_acc(acc_caract, dep,nb_an = 6),
"2010_2015_n" = dep_with_nb_acc(acc_caract, dep,nb_an = 6,normalize=TRUE))

La première correspond juste au nombre d’accident, sur 6 ans, normalisé par la population (ce qui pourraît être vu comme une fréquence d’accident corporel)

zmax = max(data_plot[[1]]@data$freq_par_hab)
spplot(obj = data_plot$'2010_2015',"freq_par_hab",at = seq(0, zmax, by = zmax/10),main = "")

mais on peut aussi normaliser par la fréquence nationale, afin de faire ressortir les départements les plus dangereux. On est également passé sur une échelle logarithmique,

zmin = min(data_plot[[8]]@data$freq_par_hab)
zmax = max(data_plot[[8]]@data$freq_par_hab)
spplot(obj = data_plot$'2010_2015_n',"freq_par_hab",at = seq(zmin, zmax, by = (zmax-zmin)/10),main = "")

Visualiser l’évolution de la taxe d’habitation

Dans le cadre du projet R de la formation en Data Science pour l’Actuariat, on continue à explorer les données sur data.gouv, par exemple https://data.gouv.fr/fr/datasets/impots-locaux/, sur les impôts locaux. C’est ce que Nicolas Jaudel avait proposé,

library(sp)
tax_hab=read.csv("http://freakonometrics.free.fr/F7815_taxe_hab.csv", col.names=c("CODDPT", "LIBDPT","E2001", "E2002","E2003","E2004","E2005", "E2006","E2007","E2008","E2009", "E2010"), header=FALSE, dec=",", sep=";", stringsAsFactors = FALSE)

On va extraire une information intéressante, par exemple la variation du taux moyen pour la taxe d’habitation, sur 10 ans,

tax_hab$taux_evo=tax_hab$E2010/tax_hab$E2001-1

Pour la carte des départements, on peut aller récupérer un fond de carte sur biogeo.ucdavis.edu.

download.file("http://freakonometrics.free.fr/FRA_adm2.rds","FRA_adm2.rds")
FR=readRDS("FRA_adm2.rds")
donnees_carte=data.frame(FR@data)
donnees_carte=cbind(donnees_carte,"taux_evo"=0)
for (i in 1:96){
donnees_carte[i,"taux_evo"]=tax_hab[tax_hab$CODDPT==donnees_carte$CCA_2[i],'taux_evo']*100
}

On a ainsi toutes les données, et on peut faire une carte

library(cartography)
cols <- rev(carto.pal(pal1 = "red.pal",n1 = 10,pal2="green.pal",n2=10))
plot(FR, col = "grey", border = "gray1", bg="#A6CAE0",xlim=c(-5.2,12))
choroLayer(spdf = FR,
df = donnees_carte,
var = "taux_evo",
breaks = seq(-30,70,5),
col = cols,
legend.pos = "topright",
legend.title.txt = "Evolution",
legend.values.rnd = 2,
add = TRUE)

Cartographier le vote pour le Brexit

Je suis, ces temps-ci plongé dans les projets de R que j’avais donnés pour la formation Data Science pour l’Actuariat. Comme j’ai eu plein de choses intéressantes, je me suis dit que je pourrais tenter de reprendre dans des billets sur le blog (en plus, ça me permet de vérifier au passage que les codes tournent).

Pour commencer la série (oui, il y en aura d’autres), Flavien Thery a proposé une cartographie du vote pour le Brexit. La première étape était de récupérer un fond de carte (on va utiliser la seconde zone administrative ici)

library(sp)
library(raster)
download.file("http://biogeo.ucdavis.edu/data/gadm2.8/rds/GBR_adm2.rds","GBR_adm2.rds")
UK=readRDS("GBR_adm2.rds")
UK@data[159,"HASC_2"]="GB.NR"
plot(UK, xlim = c(-4,-2), ylim = c(50, 59), main="UK areas")

Cette carte est un peu surprenante… parce qu’on est sur le Royaume uni, ce qui inclu l’Angleterre, le Pays de Galles, l’Ecosse et l’Irlande du Nord. Et l’Irlande du Sud n’est pas sur la carte… Autant la rajouter (ça sera plus joli si on met du bleu pour l’eau)

download.file("http://biogeo.ucdavis.edu/data/gadm2.8/rds/IRL_adm0.rds","IRL_adm0.rds")
IRL=readRDS("IRL_adm0.rds")
plot(IRL,add=TRUE)

Mais on commence à rajouter l’Irlande, pourquoi pas la France, qui est juste en bas à droite, et qu’on devrait voir un peu…

download.file("http://biogeo.ucdavis.edu/data/gadm2.8/rds/FRA_adm0.rds","FRA_adm0.rds")
FR=readRDS("FRA_adm0.rds")
plot(FR,add=TRUE)

Bon, arrêtons là….

On peut ensuite récupérer les données du référendum sur le Brexit (que je stocke sur le blog histoire de gagner un peu de temps)

loc="http://freakonometrics.hypotheses.org/files/2016/12/EU-referendum-result-data.csv"
referendum=read.csv(loc,header=TRUE,dec=".",sep=",",stringsAsFactors = FALSE)
referendum=referendum[c(3,6,13,14)]
library(plyr)
referendum=ddply(referendum,.(Region,HASC_code),summarise,Remain=sum(Remain),Leave=sum(Leave))

On peut retrouver que le Brexit a gagné, avec 51,89% des votes exprimés (ce qui est conforme à ce que dit wikipedia)

> sum(referendum$Leave)/(sum(referendum$Leave)+sum(referendum$Remain))
[1] 0.5189184

On peut regarder, région par région, si c’est le leave ou le remain qui a gagné, en utilisant

referendum=referendum[c(referendum$Region!="Northern Ireland"),]
referendum=referendum[c(referendum$HASC_code!="Gibraltar"),]
row.names(referendum)=seq(1,nrow(referendum),1)
leave_or_remain=cbind(referendum,"Brexit?"=0)
leave_or_remain[,"Brexit?"]=ifelse(leave_or_remain$Remain<leave_or_remain$Leave,rgb(1,0,0,.7),rgb(0,0,1,.7))
map_data=data.frame(UK@data)
map_data=cbind(map_data,"Brexit"=0)
for (i in 1:nrow(map_data)){
if(map_data[i,"NAME_1"]=="Northern Ireland"){
map_data[i,"Brexit"]="blue"}else{
map_data[i,"Brexit"]=as.character(leave_or_remain[leave_or_remain$HASC_code==map_data$HASC_2[i],'Brexit?'])
}
}
plot(UK, col = map_data$Brexit, border = "gray1", xlim = c(-4,-2), ylim = c(50, 59), main="How the UK has voted?", bg="#A6CAE0")
plot(IRL, col = "lightgrey", border = "gray1",add=TRUE)
plot(FR, col = "lightgrey", border = "gray1",add=TRUE)

legend(-1,59,c("Leave","Remain"),fill=c("red","blue"),bty="n")

(on rajoute une petite légende pour être plus clair). Mais on peut aller plus loin en représentant le pourcentage obtenu, par région, par le camp du leave. Pour ça, on peut utiliser le package cartography

library(cartography)
cols <- carto.pal(pal1 = "red.pal",n1 = 5,pal2="green.pal",n2=5)
map_data=data.frame(UK@data)
map_data=cbind(map_data,"Percentage_Remain"=0)
for (i in 1:nrow(map_data)){
if(map_data[i,"NAME_1"]=="Northern Ireland"){
map_data[i,"Percentage_Remain"]=55.78}else{         map_data[i,"Percentage_Remain"]=100*leave_or_remain[leave_or_remain$HASC_code==map_data$HASC_2[i],"Remain"]/(leave_or_remain[leave_or_remain$HASC_code==map_data$HASC_2[i],"Remain"]+leave_or_remain[leave_or_remain$HASC_code==map_data$HASC_2[i],"Leave"])
}
}
plot(UK, col = "grey", border = "gray1", xlim = c(-4,-2), ylim = c(50, 59),bg="#A6CAE0")
plot(IRL, col = "lightgrey", border = "gray1",add=TRUE)
plot(FR, col = "lightgrey", border = "gray1",add=TRUE)
choroLayer(spdf = UK,
df = map_data,
var = "Percentage_Remain",
breaks = seq(0,100,10),
col = cols,
legend.pos = "topright",
legend.title.txt = "",
legend.values.rnd = 2,
add = TRUE)

(là encore, une légende permet d’aider à lire la carte). Amusant, n’est ce pas ?