Unsupervised Learning (Aprendizaje No Supervisado)
El aprendizaje no supervisado se enfoca en identificar patrones o estructuras ocultas.
En datos no etiquetados.
A diferencia del aprendizaje supervisado.
En este enfoque no se proporcionan etiquetas.
Salidas esperadas para los datos de entrada.
El modelo debe inferir relaciones.
Agrupaciones por sí mismo.
Características del Aprendizaje No Supervisado
Datos no etiquetados
El modelo trabaja con conjuntos de datos.
No contienen información predefinida.
Sobre la clase o categoría de cada instancia.
Descubrimiento de patrones
El objetivo principal es encontrar patrones significativos.
Estructuras o relaciones inherentes.
Dentro de los datos.
Resultados exploratorios
Los algoritmos no supervisados son útiles.
Para la exploración.
De datos y el descubrimiento de conocimiento.
Cuando no se tiene claridad sobre las características.
Clases de los datos.
Tipos de Aprendizaje No Supervisado
Clustering (Agrupamiento)
Agrupar datos similares en categorías.
Basándose en características compartidas.
Ejemplo:
Algoritmos como K-Means, DBSCAN y Algoritmo Jerárquico.
Uso:
Segmentación de clientes en marketing.
Reducción de Dimensionalidad
Simplificar datos de alta dimensionalidad.
A un espacio más manejable.
Mientras se conserva la información importante.
Ejemplo:
Análisis de Componentes Principales (PCA), t-SNE, UMAP.
Uso:
Visualización de datos complejos.
Modelos Generativos
Crear nuevas muestras de datos.
Que sigan las mismas distribuciones.
Que los datos originales.
Ejemplo:
Algoritmos como GANs (Generative Adversarial Networks).
VAEs (Variational Autoencoders).
Uso:
Generación de imágenes o textos sintéticos.
Análisis de Detección de Anomalías
Identificar datos que se desvían significativamente.
Del patrón general.
Ejemplo:
Isolation Forests, Clustering.
Detección de puntos atípicos.
Uso:
Prevención de fraude en sistemas financieros.
Asociación
Descubrir reglas que describan relaciones entre variables.
En grandes conjuntos de datos.
Ejemplo:
Algoritmo Apriori, FP-Growth.
Uso:
Reglas de asociación en análisis de mercado.
Cómo Funciona el Aprendizaje No Supervisado
Recopilación de datos
Se recolecta un conjunto de datos no etiquetados.
Contiene únicamente características.
Variables de entrada.
Definición de objetivos
Aunque no hay etiquetas se establece un objetivo claro.
Identificar grupos, reducir dimensionalidad.
Detectar anomalías.
Entrenamiento del modelo
El algoritmo procesa los datos para descubrir estructuras.
Subyacentes utilizando métricas de similitud.
Densidad, correlación entre otros.
Interpretación de resultados
Los resultados se interpretan para validar.
Los patrones identificados tengan sentido.
En el contexto del problema.
Ventajas del Aprendizaje No Supervisado
No requiere etiquetas
Ahorra tiempo y recursos al no depender de datos etiquetados.
Pueden ser costosos de generar.
Exploración de datos desconocidos
Ayuda a identificar relaciones o patrones desconocidos.
No habrían sido obvios a simple vista.
Flexibilidad
Es aplicable en una amplia variedad de dominios.
Donde no existen datos etiquetados.
Generalización
Los algoritmos pueden descubrir patrones.
Subyacentes aplicables a datos futuros.
Desafíos del Aprendizaje No Supervisado
Evaluación de resultados
Sin etiquetas es difícil determinar automáticamente.
Si los resultados del modelo son correctos o útiles.
Sensibilidad a parámetros
K-Means depende de parámetros como el número de clústeres.
Deben definirse manualmente.
Escalabilidad
Algunos métodos pueden no ser eficientes.
En grandes conjuntos de datos.
Debido a su complejidad computacional.
Interpretabilidad
Los resultados pueden ser difíciles de interpretar.
No alinearse con las expectativas del usuario.
Aplicaciones del Aprendizaje No Supervisado
Segmentación de Clientes
Agrupar clientes en categorías.
Basadas en patrones de comportamiento.
Personalizar estrategias de marketing.
Sistemas de Recomendación
Descubrir similitudes entre usuarios.
Productos para ofrecer recomendaciones.
Análisis Genómico
Identificar patrones genéticos comunes.
Diferenciales en estudios biomédicos.
Detección de Fraude
Identificar transacciones que difieren significativamente.
De la actividad habitual.
Compresión de Datos
Reducir el tamaño de los datos.
Aplicaciones como transmisión de video.
Almacenamiento eficiente.
Procesamiento de Imágenes y Videos
Clasificación no supervisada de características visuales.
Para reconocimiento de objetos.
Ejemplo Práctico: Clustering con K-Means
Un ejemplo típico es usar el algoritmo K-Means para agrupar clientes.
En diferentes segmentos según su comportamiento de compra.
from sklearn.cluster import KMeans
import numpy as np
# Datos de ejemplo: características de clientes
data = np.array([[20, 5000], [25, 6000], [30, 8000], [35, 7000], [40, 10000]])
# Aplicar K-Means
kmeans = KMeans(n_clusters=2, random_state=0)
kmeans.fit(data)
# Etiquetas de los clústeres
labels = kmeans.labels_
# Centros de los clústeres
centroids = kmeans.cluster_centers_
print(«Etiquetas:», labels)
print(«Centros:», centroids)
El aprendizaje no supervisado es una herramienta útil para tareas exploratorias.
Donde no hay datos etiquetados disponibles.
Aunque presenta desafíos en la interpretación y evaluación.
Su capacidad para descubrir estructuras ocultas.
Lo convierte en una pieza esencial.
En problemas de ciencia de datos y machine learning.
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