¿Qué es una red neuronal?

Una red neuronal es un tipo de algoritmo de aprendizaje automático inspirado en el cerebro humano. Se trata de una herramienta muy eficaz para resolver problemas complejos que son más difíciles de solucionar para los algoritmos informáticos tradicionales, como el reconocimiento de imágenes y el procesamiento del lenguaje natural.


Las redes neuronales, compuestas por nodos interconectados denominados neuronas, organizan estas unidades en capas. Cada neurona recibe información de otras neuronas, la procesa y transmite una salida a otras neuronas. Las conexiones entre las neuronas tienen ponderaciones asociadas, que representan la intensidad de la conexión. Durante el entrenamiento, la red ajusta estas ponderaciones para optimizar su rendimiento en una tarea determinada. Este proceso de aprendizaje les permite hacer predicciones y reconocer patrones, lo que les facilita una amplia adopción en diversas aplicaciones, como el reconocimiento de imágenes, el procesamiento del lenguaje natural y la traducción automática.



¿Cómo funcionan las redes neuronales?

El aprendizaje en redes neuronales se produce mediante la creación de conexiones y del ajuste de las ponderaciones de las conexiones entre las neuronas mediante un proceso denominado entrenamiento. Esto implica alimentar la red con grandes conjuntos de datos que luego utiliza para refinar sus ponderaciones y así poder minimizar los errores entre sus predicciones y los valores reales. Este proceso es similar al de los humanos, donde la exposición repetida ayuda a reconocer patrones.


Una técnica llamada retropropagación facilita este ajuste de las ponderaciones. La retropropagación calcula el error en la salida y lo propaga por la red, ajustando las ponderaciones de forma iterativa hasta alcanzar el nivel de precisión deseado. Una vez entrenada, la red puede hacer predicciones sobre nuevos datos, como identificar gatos en imágenes.

Ejemplos de redes neuronales

Además de aplicaciones generales, a continuación te mostramos algunos ejemplos concretos de cómo funcionan las redes neuronales:


  • Reconocimiento de escritura a mano: la digitalización de documentos escritos a mano o la automatización de la clasificación del correo se benefician de la capacidad de las redes neuronales para reconocer caracteres escritos a mano.


  • Reconocimiento facial: los sistemas de seguridad, el etiquetado en redes sociales y la publicidad personalizada utilizan el potencial de las redes neuronales para el reconocimiento facial.


  • Análisis de imágenes médicas: la detección de anomalías en imágenes médicas, como rayos X y resonancias magnéticas, es posible a través de redes neuronales, lo que ayuda a diagnosticar y planificar el tratamiento de las enfermedades.


Tipos de redes neuronales

Clasificamos las redes neuronales según su arquitectura, sus métodos de entrenamiento y sus usos. Entre los tipos más habituales se incluyen los siguientes:


  • Redes neuronales de retroalimentación: este tipo básico procesa los datos de forma lineal desde la entrada hasta la salida, sin bucles. Se suelen usar para tareas sencillas, como la clasificación y la regresión.
  • Redes neuronales recurrentes (RNN): están diseñadas para obtener datos secuenciales, como series temporales o lenguaje natural, y utilizan un bucle de retroalimentación para conservar los recuerdos de entradas anteriores, de forma que son adecuadas para los datos con componentes temporales.
  • Redes neuronales convolucionales (CNN): diseñadas específicamente para tareas relacionadas con imágenes, las CNN extraen elementos de imágenes mediante una capa convolucional que identifica patrones como bordes y formas.
  • Redes generativas antagónicas (GAN): formadas por un generador y un discriminador, las GAN enfrentan estos dos componentes entre sí. El generador crea datos mientras el discriminador evalúa su autenticidad. Este proceso antagónico provoca que el generador produzca datos cada vez más realistas, que a menudo se utilizan para generar imágenes, vídeos y audio.


Importancia de las redes neuronales

Las redes neuronales se están convirtiendo en una herramienta esencial para muchas empresas y organizaciones.

Estos son algunos de los motivos por los que son tan importantes:

  • Automatización: las redes neuronales pueden ayudar a automatizar tareas, como el servicio de atención al cliente, el análisis de datos y el procesamiento de imágenes. De esta forma, las empresas pueden ahorrar tiempo y dinero.
  • Mejor toma de decisiones: las empresas pueden tomar mejores decisiones si proporcionan información que sería difícil o imposible de obtener con los métodos tradicionales.
  • Mayor eficiencia: los procesos empresariales pueden mejorarse automatizando las tareas, reduciendo los errores y mejorando la toma de decisiones.
  • Nuevos productos y servicios: las empresas pueden crear productos y servicios que no serían posibles sin la IA.

Aplicaciones y usos de las redes neuronales

Las redes neuronales se pueden usar en una amplia variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen:

Reconocimiento de imágenes

La identificación de objetos en imágenes se puede aplicar a coches sin conductor, plataformas de redes sociales y diagnósticos médicos.

Procesamiento del lenguaje natural (PLN)

La traducción automática, el resumen de textos y el análisis de opinión son posibles gracias a las redes neuronales, potentes herramientas como el Traductor de Google y los bots de chat.

Modelado financiero

Las redes neuronales pueden ayudar a las instituciones financieras analizando el historial de datos financieros e identificando tendencias y patrones para tomar decisiones de inversión. También pueden utilizarse para la gestión de riesgos, la detección de fraudes y la optimización de carteras.

Diagnóstico médico

Con la ayuda de las redes neuronales, es posible diagnosticar enfermedades y predecir los resultados de los pacientes a través del uso de datos médicos para identificar patrones asociados a enfermedades específicas. Esto puede ayudar a los médicos a hacer diagnósticos más precisos y desarrollar planes de tratamiento personalizados.

Robótica

Los movimientos de los robots se pueden controlar y entrenar para realizar tareas complejas, como montaje, soldadura y cirugía. Las redes neuronales también se pueden utilizar en la navegación de robots y en la planificación de rutas.

Self-driving vehicles

Para poder alimentar los sistemas de visión de los coches sin conductor, se pueden identificar objetos como peatones, semáforos y otros vehículos, y tomar decisiones sobre la conducción segura. Las redes neuronales también pueden ayudarte en tareas como mantener el carril, mantener el control de crucero adaptativo y evitar colisiones.

Detección de fraudes

La detección de transacciones fraudulentas se puede realizar analizando los datos de las transacciones de tarjetas de crédito, donde estas redes identifican patrones asociados al fraude. Esto puede ayudar a los bancos y otras instituciones financieras a prevenir la actividad fraudulenta.

Filtrado de spam

El filtrado de correos de spam se puede hacer analizando el contenido de los correos, donde las redes neuronales pueden ayudar a identificar patrones asociados al spam. Esto puede ayudar a los usuarios a evitar recibir correos no deseados.

Ventajas de las redes neuronales

Existen varias ventajas que ofrecen las redes neuronales con respecto a los algoritmos informáticos tradicionales, entre las que se incluyen:

  • Adaptabilidad: las redes neuronales pueden aprender y adaptarse a nuevos datos, por lo que son más flexibles y potentes que los algoritmos tradicionales.
  • No linealidad: se pueden aprender relaciones no lineales complejas en los datos, algo con lo que los algoritmos tradicionales tienen dificultades.
  • Procesamiento en paralelo: las redes neuronales se pueden cargar en paralelo, lo que significa que se pueden ejecutar en varios procesadores a la vez, lo que las hace más rápidas y eficientes.
  • Tolerancia a fallos: son tolerantes al ruido y a la falta de datos, por lo que son más fiables que los algoritmos tradicionales.
  • Generalización: permite generalizar datos nuevos con los que no se ha entrenado, lo que las hace más versátiles que los algoritmos tradicionales.

Redes neuronales y aprendizaje profundo

El aprendizaje profundo es una técnica potente del aprendizaje automático que utiliza redes neuronales con varias capas. Estas redes más profundas son ideales para identificar patrones complejos en grandes conjuntos de datos, revolucionando áreas como el procesamiento de imágenes y lenguajes.


Por ejemplo, el aprendizaje profundo permite a los coches sin conductor detectar objetos en la carretera, permite que los modelos de lenguaje generen texto similar al de los humanos, impulsa los sistemas de recomendación que sugieren contenido personalizado y sirve de ayuda en diagnósticos médicos mediante el análisis de imágenes.



La distinción clave entre las redes neuronales tradicionales y el aprendizaje profundo reside en su profundidad, ya que las redes de aprendizaje profundo incorporan muchas más capas. Esta mayor profundidad les permite abordar problemas complejos y procesar grandes cantidades de datos que podrían saturar las redes más simples.

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