Aplicando backpropagation y descenso del gradiente

Clase 16 de 29 • Curso de Fundamentos de Redes Neuronales con Python y Keras

Resumen

¿Qué es el algoritmo de backpropagation y cómo se implementa?

El algoritmo de backpropagation juega un papel crucial en el entrenamiento de una red neuronal. Permite ajustar los pesos de la red mediante la propagación del error desde la salida hacia las capas anteriores. En términos sencillos, se parte del error obtenido en la predicción final y se distribuye hacia atrás, ajustando los pesos para optimizar la precisión del modelo.

Implementación de backpropagation en Colab

Cálculo de las deltas en la última capa:
- Se inicia calculando las deltas de la última capa, delta_z3, utilizando la derivada de la función de pérdida multiplicada por la derivada de la función de activación.
```
params['delta_z3'] = d_loss(output, y, True) * sigmoid_prime(params['a3'])
```
Ajuste de los pesos con el producto punto:
- Para ajustar los pesos, se utiliza el producto punto (np.dot). Recuerda que para aplicar el producto punto, las dimensiones deben coincidir, a menudo se utiliza la traspuesta para solucionarlo.
```
params['delta_w3'] = np.dot(params['a2'].T, params['delta_z3'])
```
Propagación del error hacia las capas anteriores:
- Las deltas de las capas intermedias se calculan utilizando las derivadas parciales y el producto punto con los pesos transpuestos de la capa siguiente.
```
params['delta_z2'] = np.dot(params['delta_z3'], params['w3'].T) * relu_prime(params['a2'])
```

¿Cómo se actualizan los pesos con gradient descent?

El algoritmo gradient descent se utiliza para actualizar los pesos y minimizar el error. Mediante este enfoque iterativo, se ajustan los parámetros de acuerdo con la dirección opuesta del gradiente calculado.

Actualización de los pesos

Aplicación del descenso de gradiente:
- Ajusta los pesos restando la tasa de aprendizaje multiplicada por las deltas calculadas.
```
params['w3'] -= learning_rate * params['delta_w3']
```
Ajuste de las bias:
- Las bias se ajustan de manera similar, tomando en cuenta que a menudo se utiliza la media para reducir el resultado a una sola dimensión.
```
params['b3'] -= learning_rate * np.mean(params['delta_z3'], axis=0, keepdims=True)
```

¿Cómo encapsular todo en una función de entrenamiento?

Encapsular el proceso en una función permite realizar el entrenamiento de forma organizada y reutilizable. La función acepta como parámetros los datos de inicio, la tasa de aprendizaje, los parámetros iniciales y una bandera que indica si se está en modo de entrenamiento.

Creación de la función `train`

Definición de la función:

def train(x_data, learning_rate, params, training=True):
    # Código de procesamiento hacia adelante y backpropagation
    output = forward(x_data, params)
    if training:
        backpropagation(output, params, learning_rate)
    return output

Parámetros personalizables:
- La función recibe parámetros que permiten ajustar el comportamiento, como learning_rate y training, para adaptarse a diferentes escenarios.

Al implementar estos conceptos, podrás crear un modelo de red neuronal más eficiente. Aunque es un proceso meticuloso y técnico, dominarlo te permitirá desarrollar algoritmos avanzados y personalizados. ¡Sigue explorando y mejorando tus habilidades en aprendizaje profundo!