El Machine Learning es algo que esta siendo muy utilizado por empresas de seguridad a nivel mundial.
El análisis computacional y de rendimiento de los algoritmos de aprendizaje automático es una rama de la estadística conocida como teoría computacional del aprendizaje.
El aprendizaje automático las personas lo llevamos a cabo de manera automática ya que es un proceso tan sencillo para nosotros que ni nos damos cuenta de cómo se realiza y todo lo que implica.
Desde que nacemos hasta que morimos los seres humanos llevamos a cabo diferentes procesos, entre ellos encontramos el de aprendizaje por medio del cual adquirimos conocimientos, desarrollamos habilidades para analizar y evaluar a través de métodos y técnicas así como también por medio de la experiencia propia.
Sin embargo, a las máquinas hay que indicarles cómo aprender, ya que si no se logra que una máquina sea capaz de desarrollar sus habilidades, el proceso de aprendizaje no se estará llevando a cabo, sino que solo será una secuencia repetitiva.
También debemos tener en cuenta que el tener conocimiento o el hecho de realizar bien el proceso de aprendizaje automático no implica que se sepa utilizar, es preciso saber aplicarlo en las actividades cotidianas, y un buen aprendizaje también implica saber cómo y cuándo utilizar nuestros conocimientos.
Para llevar a cabo un buen aprendizaje es necesario considerar todos los factores que a este le rodean, como la sociedad, la economía, la ciudad, el ambiente, el lugar, etc. Por lo tanto, es necesario empezar a tomar diversas medidas para lograr un aprendizaje adecuado, y obtener una automatización adecuada del aprendizaje.
Así, lo primero que se debe tener en cuenta es el concepto de conocimiento, que es el entendimiento de un determinado tema o materia en el cual tú puedas dar tu opinión o punto de vista, así como responder a ciertas interrogantes que puedan surgir de dicho tema o materia.
Pero qué es Machine Learning?
El aprendizaje automático o aprendizaje de máquinas (En inglés, “Machine Learning”) es el subcampo de las ciencias de la computación y una rama de la inteligencia artificial cuyo objetivo es desarrollar técnicas que permitan a las computadoras aprender.
De forma más concreta, se trata de crear programas capaces de generalizar comportamientos a partir de una información suministrada en forma de ejemplos. Es, por lo tanto, un proceso de inducción del conocimiento.
En muchas ocasiones el campo de actuación del aprendizaje automático se solapa con el de la estadística computacional, ya que las dos disciplinas se basan en el análisis de datos. Sin embargo, el aprendizaje automático también se centra en el estudio de la complejidad computacional de los problemas.
Aplicaciones
- Motores de búsqueda
- Diagnóstico médico
- Detección de fraudes con el uso de tarjetas de crédito
- Análisis del mercado de valores
- Clasificación de secuencias de ADN
- Reconocimiento del habla
- Robótica
- Minería de datos
- Big Data
- Previsiones de series temporales
Modelos
El aprendizaje automático tiene como resultado un modelo para resolver una tarea dada. Entre los modelos se distinguen:
Los modelos geométricos: construidos en el espacio de instancias y que pueden tener una, dos o múltiples dimensiones. Si hay un borde de decisión lineal entre las clases, se dice que los datos son linealmente separables. Un límite de decisión lineal se define como w * x = t, donde w es un vector perpendicular al límite de decisión, x es un punto arbitrario en el límite de decisión y t es el umbral de la decisión.
Los modelos probabilísticos: que intentan determinar la distribución de probabilidades descriptora de la función que enlaza a los valores de las características con valores determinados. Uno de los conceptos claves para desarrollar modelos probabilísticos es la estadística bayesiana.
Los modelos lógicos: que transforman y expresan las probabilidades en reglas organizadas en forma de árboles de decisión.
Los modelos pueden también clasificarse como modelos de agrupamiento y modelos de gradiente. Los primeros tratan de dividir el espacio de instancias en grupos.
Los segundos, como su nombre lo indican, representan un gradiente en el que se puede diferenciar entre cada instancia. Clasificadores geométricos como las máquinas de vectores de apoyo son modelos de gradientes.
Tipos de algoritmos
Los diferentes algoritmos de Aprendizaje Automático se agrupan en una taxonomía en función de la salida de los mismos. Algunos tipos de algoritmos son:
Aprendizaje supervisado
El algoritmo produce una función que establece una correspondencia entre las entradas y las salidas deseadas del sistema.
Un ejemplo de este tipo de algoritmo es el problema de clasificación, donde el sistema de aprendizaje trata de etiquetar (clasificar) una serie de vectores utilizando una entre varias categorías (clases).
La base de conocimiento del sistema está formada por ejemplos de etiquetados anteriores. Este tipo de aprendizaje puede llegar a ser muy útil en problemas de investigación biológica, biología computacional y bioinformática.
Aprendizaje no supervisado
Todo el proceso de modelado se lleva a cabo sobre un conjunto de ejemplos formado tan sólo por entradas al sistema.
No se tiene información sobre las categorías de esos ejemplos. Por lo tanto, en este caso, el sistema tiene que ser capaz de reconocer patrones para poder etiquetar las nuevas entradas.
Aprendizaje semisupervisado
Este tipo de algoritmos combinan los dos algoritmos anteriores para poder clasificar de manera adecuada. Se tiene en cuenta los datos marcados y los no marcados.
Aprendizaje por refuerzo
El algoritmo aprende observando el mundo que le rodea. Su información de entrada es el feedback o retroalimentación que obtiene del mundo exterior como respuesta a sus acciones. Por lo tanto, el sistema aprende a base de ensayo-error.
El aprendizaje por refuerzo es el más general entre las tres categorías. En vez de que un instructor indique al agente qué hacer, el agente inteligente debe aprender cómo se comporta el entorno mediante recompensas (refuerzos) o castigos, derivados del éxito o del fracaso respectivamente.
El objetivo principal es aprender la función de valor que le ayude al agente inteligente a maximizar la señal de recompensa y así optimizar sus políticas de modo a comprender el comportamiento del entorno y a tomar buenas decisiones para el logro de sus objetivos formales.
Los principales algoritmos de aprendizaje por refuerzo se desarrollan dentro de los métodos de resolución de problemas de decisión finitos de Markov, que incorporan las ecuaciones de Bellman y las funciones de valor.
Los tres métodos principales son: la Programación Dinámica, los métodos de Monte Carlo y el aprendizaje de Diferencias Temporales.2
Entre las implementaciones desarrolladas está AlphaGo, un programa de IA desarrollado por Google DeepMind para jugar el juego de mesa Go.
En marzo de 2016 AlphaGo le ganó una partida al jugador profesional Lee Se-Dol que tiene la categoría noveno dan y 18 títulos mundiales. Entre los algoritmos que utiliza se encuentra el árbol de búsqueda Monte Carlo, también utiliza aprendizaje profundo con redes neuronales. Puede ver lo ocurrido en el documental de Netflix “AlphaGo”.
Transducción
Similar al aprendizaje supervisado, pero no construye de forma explícita una función. Trata de predecir las categorías de los futuros ejemplos basándose en los ejemplos de entrada, sus respectivas categorías y los ejemplos nuevos al sistema.
Aprendizaje multi-tarea
Métodos de aprendizaje que usan conocimiento previamente aprendido por el sistema de cara a enfrentarse a problemas parecidos a los ya vistos.
Árboles de decisiones
Este tipo de aprendizaje usa un árbol de decisiones como modelo predictivo. Se mapean observaciones sobre un objeto con conclusiones sobre el valor final de dicho objeto.
Los árboles son estructuras básicas en la informática. Los árboles de atributos son la base de las decisiones.
Una de las dos formas principales de árboles de decisiones es la desarrollada por Quinlan de medir la impureza de la entropía en cada rama, algo que primero desarrolló en el algoritmo ID3 y luego en el C4.5.
Otra de las estrategias se basa en el índice GINI y fue desarrollada por Breiman, Friedman et alia. El algoritmo de CART es una implementación de esta estrategia.3
Reglas de asociación
Los algoritmo de reglas de asociación procuran descubrir relaciones interesantes entre variables. Entre los métodos más conocidos se hallan el algoritmo a priori, el algoritmo Eclat y el algoritmo de Patrón Frecuente.
Algoritmos genéticos
Los algoritmos genéticos son procesos de búsqueda heurística que simulan la selección natural. Usan métodos tales como la mutación y el cruzamiento para generar nuevas clases que puedan ofrecer una buena solución a un problema dado.
Redes neuronales artificiales
Las redes de neuronas artificiales (RNA) son un paradigma de aprendizaje automático inspirado en las neuronas de los sistemas nerviosos de los animales.
Se trata de un sistema de enlaces de neuronas que colaboran entre sí para producir un estímulo de salida. Las conexiones tienen pesos numéricos que se adaptan según la experiencia.
De esta manera, las redes neurales se adaptan a un impulso y son capaces de aprender. La importancia de las redes neurales cayó durante un tiempo con el desarrollo de los vectores de soporte y clasificadores lineales, pero volvió a surgir a finales de la década de 2000 con la llegada del aprendizaje profundo.
Máquinas de vectores de soporte
Las MVS son una serie de métodos de aprendizaje supervisado usados para clasificación y regresión.
Los algoritmos de MVS usan un conjunto de ejemplos de entrenamiento clasificado en dos categorías para construir un modelo que prediga si un nuevo ejemplo pertenece a una u otra de dichas categorías.
Algoritmos de agrupamiento
El análisis por agrupamiento (clustering en inglés) es la clasificación de observaciones en subgrupos – clusters – para que las observaciones en cada grupo se asemejen entre sí según ciertos criterios.
Las técnicas de agrupamiento hacen inferencias diferentes sobre la estructura de los datos; se guían usualmente por una medida de similaridad específica y por un nivel de compactamiento interno (similaridad entre los miembros de un grupo) y la separación entre los diferentes grupos.
El agrupamiento es un método de aprendizaje no supervisado y es una técnica muy popular de análisis estadístico de datos.
Redes bayesianas
Una red bayesiana, red de creencia o modelo acíclico dirigido es un modelo probabilístico que representa una serie de variables de azar y sus independencias condicionales a través de un grafo acíclico dirigido.
Una red bayesiana puede representar, por ejemplo, las relaciones probabilísticas entre enfermedades y síntomas. Dados ciertos síntomas, la red puede usarse para calcular las probabilidades de que ciertas enfermedades estén presentes en un organismo.
Hay algoritmos eficientes que infieren y aprenden usando este tipo de representación.