Backpropagation en redes neuronales, ¿cómo funciona?

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Tokio School | 30/06/2022

Las redes neuronales son un tipo de aprendizaje automático que cada vez tiene más desarrollo y aplicaciones. Dentro de este sistema, la backpropagation es un método de cálculo que se emplea en algoritmos diseñados para el entrenamiento de redes neuronales artificiales.

En este artículo vamos a ver en detalle todo lo que tiene que ver con esta forma de crear y entrenar redes neuronales artificiales. Un tipo de machine learning que requiere de programación con Python para su desarrollo. Un proceso importante dentro del aprendizaje supervisado y que es fundamental que conozcas, sobre todo si te interesa convertirte en un profesional de este campo.

Algo para lo que necesitarás formación en programación. Por eso, también abordaremos la preparación que necesitas para poder trabajar como programador de algoritmos de machine learning. Algo que podrás conseguir con un curso de Programador Python con especialización en Machine Learning. ¡Quieres saber más? ¡Quédate con nosotros y descubre todo lo que necesitas saber!

¿Qué es backpropagation en redes neuronales?

Las redes neuronales artificiales son un tipo de machine learning que pretende imitar el funcionamiento del cerebro humano. Para ello, se emplean nodos (neuronas) que se conectan entre ellas en distintas capas y que intentan imitar el modelo de aprendizaje del cerebro humano. Se trata de un procesamiento complejo dentro del campo de la IA que cada vez está más desarrollado, como, por ejemplo, con las redes antagónicas generadoras.

En este contexto, un elemento clave para la programación de algunos algoritmos para redes neuronales es el algoritmo de backpropagation. Se trata de un método de cálculo que se emplea, como decíamos, para entrenar sistemas para este tipo de aprendizaje automático. Para ello se emplea un método de dos fases, de adaptación-propagación.

Existen muchas maneras de entrenar redes neuronales artificiales y todas parten de la programación de algoritmos de entrenamiento. En este sentido, Python es el lenguaje más usado para lograrlo.

Este proceso es especialmente importante ya que, a medida que se entrena una red neuronal, los nodos de las capas intermedias son capaces de organizarse por si mismas. De esta manera, cada uno de estos nodos son capaces de aprender a reconocer distintas características de los datos de entrada.

Gracias al método de backpropagation las redes neuronales son capaces de identificar patrones de datos incompletos o arbitrarios y encontrar la solución más adecuada para el problema que se les haya planteado ya que serán capaces de hallar un patrón similar a las características que hayan aprendido a reconocer durante su entrenamiento. Es decir, este algoritmo sirve para detectar errores en procesos que implican el uso de redes neuronales.

¿Cómo funciona el método backpropagation en redes neuronales?

El entrenamiento de las redes neuronales es un proceso complejo que implica distintas etapas. El método de backpropagation es la cuarta etapa del proceso y, al mismo tiempo se compone de distintas fases:

  • Elección de entrada y salida: Este es el primer paso en el funcionamiento del algoritmo y es el momento en el que se determina una entrada para todo el proceso de retropropagación, desde el punto de entrada hasta la salida deseada.
  • Configuración: Una vez configurados los valores de entrada y de salida, el algoritmo procede a asignar una serie de valores secundarios que le permiten modificar parámetros dentro de cada capa y nodo que conforman la red neuronal.
  • Cálculo de error: En este paso se determina el erro total a partir del análisis de los nodos y capas de red neuronal.
  • Minimización de errores: Una vez detectados los errores, el algoritmo procede a minimizar su efecto en el conjunto de la red neuronal.
  • Actualización de parámetros: Si la tasa de error es muy alta, el método de bakcpropagation ajusta y actualiza los parámetros para reducirla lo máximo posible.
  • Modelado para la predicción: Tras la optimización de los errores, el método de cálculo de backpropagation evalúa las entradas de prueba adecuadas para garantizar que se obtienen el resultado deseado.

¿Para qué sirve este método de cálculo en machine learning?

En el desarrollo de redes neuronales uno de los objetivos es ajustar el peso que tiene cada uno de los nodos para minimizar posibles errores en el proceso de aprendizaje. El algoritmo de backpropagation sirve para poder detectar cuánta culpa tiene cada uno de los nodos de la red en los posibles errores.

Como hemos visto, el método de cálculo que se emplea en este tipo de algoritmo es lo que hace que tenga sentido. Y es que, lo que se determina con él en el análisis de errores es el primer nodo y el primer error. A partir de este punto, el algoritmo hace un recorrido inverso para detectar otros puntos sensibles de haber cometido errores. Esto permite detectar los problemas y aplicar las soluciones pertinentes.

La concatenación de errores en las redes neuronales es una consecuencia del origen del primer error y se va superponiendo y afectando a las distintas capas.

Los parámetros de entrada de los nodos que forman cada una de las capas de las redes neuronales pueden afectar a las salidas hacia las siguientes capas y hacia los nodos que las conforman. Aplicando el algoritmo de backpropagation se puede rastrear todos los errores. Gracias a esto es posible corregir la configuración de los parámetros para cada uno de los nodos que influyen en capas y nodos posteriores.

¡Aprende a programar en Python para redes neuronales!

Ahora ya sabes qué es, como funciona y para que sirve la backpropagation en el entrenamiento de redes neuronales artificiales. Ahora es el momento de que te formes para poder programar y entrenar algoritmos para machine learning por ti mismo.

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