REDES NEURONALES II

1. Definición
Las redes neuronales son modelos computacionales inspirados en la estructura y funcionamiento del cerebro humano.
Estas estructuras de aprendizaje automático están compuestas por unidades llamadas "neuronas" interconectadas, que
colaboran en la resolución de tareas complejas mediante la adaptación y el aprendizaje.
Relevancia
Las redes neuronales han ganado una importancia significativa en el ámbito de la inteligencia artificial y el aprendizaje
automático. Su capacidad para modelar patrones complejos y aprender de datos no lineales las ha convertido en
herramientas fundamentales en diversas disciplinas. Desde reconocimiento de voz hasta diagnósticos médicos, las redes
neuronales han revolucionado la forma en que abordamos problemas computacionales.
REDES NEURONALES

2. Historia y Evolución de las Redes Neuronales
Inicios
Las raíces de las redes neuronales se remontan a la década de 1940, cuando Warren McCulloch y Walter Pitts propusieron un modelo
matemático de neuronas en el cerebro. Este modelo inicial sentó las bases teóricas para el desarrollo futuro de las redes neuronales.
Perceptrón y Desarrollo Temprano
En la década de 1950, Frank Rosenblatt introdujo el perceptrón, un tipo simple de red neuronal de una sola capa. Aunque limitado en su
capacidad para abordar problemas complejos, el perceptrón marcó el comienzo práctico de la investigación en redes neuronales.
Invierno de la IA y Resurgimiento
Durante las décadas de 1970 y 1980, las expectativas sobre las capacidades de las redes neuronales disminuyeron, un período conocido
como el "invierno de la inteligencia artificial". Sin embargo, a partir de la década de 2000, con avances en hardware y grandes conjuntos de
datos, las redes neuronales experimentaron un resurgimiento espectacular.
Aprendizaje Profundo y Redes Neuronales Convolucionales (CNN)
En los últimos años, el auge del aprendizaje profundo ha llevado a avances significativos. Las Redes Neuronales Convolucionales (CNN)
han demostrado excelentes resultados en tareas de visión por computadora, como reconocimiento de imágenes y segmentación.
Estado Actual y Futuro
Hoy en día, las redes neuronales están en el centro de numerosas aplicaciones, desde sistemas de recomendación hasta procesamiento
de lenguaje natural. La investigación continua promete impulsar su evolución y aplicabilidad en diversos campos.

3. Comparación con el Cerebro Humano
Capacidad de Aprendizaje
● Redes Neuronales:
● Aprenden de datos mediante ajuste de los pesos de las conexiones.
● Adaptabilidad y capacidad para generalizar patrones.
● Cerebro Humano:
● Aprendizaje continuo a lo largo de la vida.
● Habilidad para adaptarse a nuevos contextos y retener información a largo plazo.
Limitaciones
● Redes Neuronales:
● Requieren grandes cantidades de datos etiquetados para entrenar eficientemente.
● Vulnerables a sesgos y limitaciones en la interpretación de resultados.
● Cerebro Humano:
● Menos dependiente de grandes conjuntos de datos etiquetados.
● Mayor capacidad para comprender contextos y manejar información incierta.
Aplicaciones Actuales y Potenciales
● Redes Neuronales:
● Excelentes para tareas específicas como reconocimiento de patrones y clasificación.
● Amplia aplicación en campos como visión por computadora, procesamiento de lenguaje natural y juegos.
● Cerebro Humano:
● Realiza una amplia variedad de tareas complejas de manera eficiente y adaptable.
● Inspira investigaciones en inteligencia artificial para alcanzar niveles más cercanos a la cognición humana.

4. Redes Neuronales Feedforward (FFNN)
● Definición:
● Capas de nodos conectados sin retroalimentación.
● Información fluye en una dirección, de la entrada a la salida.
● Características:
● Simple y fácil de entender.
● Utilizadas para problemas de clasificación y regresión.

5. Redes Neuronales Recurrentes (RNN)
● Definición:
● Nodos conectados con retroalimentación.
● Pueden recordar información anterior y manejar secuencias de datos.
● Características:
● Aptas para datos secuenciales, como texto y series temporales.
● Abordan el problema de la dependencia temporal.

6. Redes Neuronales Convolucionales (CNN)
● Definición:
● Especializadas en procesamiento de datos en formato de cuadrícula (imágenes).
● Utilizan capas de convolución para extraer patrones.
● Características:
● Ampliamente aplicadas en visión por computadora.
● Reducen la necesidad de ingeniería manual de características.

7. APRENDIZAJE SUPERVISADO
El aprendizaje supervisado utiliza un conjunto de datos de entrenamiento para enseñar a los
modelos a generar la salida deseada. Este conjunto de datos de entrenamiento de datos
incluye entradas y salidas correctas que, a su vez, permiten que el modelo aprenda con el
tiempo. El algoritmo mide su exactitud a través de la función de pérdida, ajustándose hasta
que el error se ha minimizado lo suficiente.

8. APRENDIZAJE NO SUPERVISADO
El aprendizaje no supervisado, también conocido como machine
learning no supervisado, utiliza algoritmos de machine learning
para analizar y agrupar en conjuntos de datos sin etiquetar. Estos
algoritmos descubren agrupaciones de datos o patrones ocultos
sin necesidad de ninguna intervención humana. Su capacidad de
descubrir similitudes y diferencias en la información lo convierten
en la solución ideal para el análisis de datos exploratorios, las
estrategias de venta cruzada, la segmentación de clientes y el
reconocimiento de imágenes.

9. En esta imagen podemos ver como a través del aprendizaje no
supervisado el programa busca un patrón y agrupa una serie de puntos
de un plano en función de su distancia a un centro.

10. PROBLEMAS Y DESAFIOS
A pesar de todas las ventajas y
aplicaciones que tienen las redes
neuronales, también tienen algún que
otro problema. Es importante hablar de
algunas de las consecuencias negativas
que trae en la actualidad su uso: como
el racismo, discriminación, deep fake,
opacidad, limitaciones físicas, entre
otras.
Estos problemas han traído la necesidad
de elaborar una normativa regulatoria
global, que abarque a la totalidad de la
comunidad internacional en este nuevo
entorno, en este nuevo universo llamado
internet.

11. FUTURO DE LAS REDES NEURONALES
Las redes neuronales tieien muchas aplicaciones pero sin embargo podemos afirmar
que su futuro se encuentra actualmente en el desarrollo de inteligencias artificiales
accesibles globalmente. Las redes neuronales también están allanando el camino para
el desarrollo de computadoras neuromórficas, que se inspiran en la arquitectura del
cerebro humano. Estas computadoras, diseñadas con unidades de procesamiento
basadas en neuronas electrónicas, tienen el potencial de realizar tareas de manera más
eficiente y consumiendo menos energía que las computadoras tradicionales. Esto
podría llevar a avances significativos en áreas como el aprendizaje automático, la
medicina y la exploración espacial.

12. Avances Recientes en Redes Neuronales
Arquitecturas Innovadoras:
● CNN para procesamiento avanzado de imágenes.
● RNN para mejorar el análisis de secuencias.
Aprendizaje Profundo:
● Modelos preentrenados y transferencia de aprendizaje.
● Aprendizaje por refuerzo profundo para toma de decisiones.
PLN y Modelos Basados en Transformer:
● BERT y GPT-3 para comprensión contextual y generación de texto.
Computación Cuántica:
● Explorando el impacto positivo en el rendimiento de redes neuronales.
Interpretabilidad y Ética:
● Enfoques para mayor interpretabilidad y consideraciones éticas.
Hardware Especializado:
● GPUs y TPUs diseñadas para acelerar entrenamiento e inferencia.
Autoaprendizaje y Autoajuste:
● Sistemas adaptables a cambios en datos y entorno.
Aplicaciones Específicas:
● Éxitos notables en medicina, conducción autónoma y más

13. Aplicaciones Prácticas de Redes Neuronales
Salud:
● Diagnóstico médico avanzado.
● Detección temprana de enfermedades.
Transporte:
● Conducción autónoma.
● Optimización de rutas y tráfico.
Lenguaje y Comunicación:
● Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN).
● Traducción automática y asistentes virtuales.
Finanzas:
● Pronósticos y análisis de mercado.
● Detección de fraudes financieros.
Seguridad y Entretenimiento:
● Reconocimiento facial y sistemas biométricos.
● IA en juegos, seguridad y autenticación.

14. Hardware Especializado para Redes Neuronales
GPUs (Unidades de Procesamiento Gráfico):
● Aceleración eficiente del entrenamiento y la inferencia.
● Ampliamente utilizadas en aplicaciones de aprendizaje profundo.
TPUs (Unidades de Procesamiento Tensorial):
● Diseñadas específicamente para manipular tensores.
● Mayor eficiencia en tareas intensivas de álgebra lineal.
ASICs (Circuitos Integrados Específicos de Aplicación):
● Personalizados para tareas de redes neuronales específicas.
● Rendimiento optimizado para cargas de trabajo definidas.
FPGAs (Arreglos de Puertas Programables en Campo):
● Flexibilidad para reconfigurarse según la tarea.
● Desempeño mejorado en inferencia y algunas tareas de entrenamiento.
Neuromorphic Processors:
● Inspirados en la estructura y función del cerebro humano.
● Eficiencia energética y procesamiento de información de manera sinérgica.

15. CONCLUSIÓN
En conclusión, las redes neuronales han supuesto un gran
avance en los últimos años y son el futuro de la tecnología,
están allanando el camino hacia un futuro donde la
interacción entre humanos y máquinas es más fluida y
enriquecedora.
Estamos ante una nueva era de posibilidades tecnológicas y
científicas que promete cambiar la forma en que vivimos y
trabajamos.