Laboratorio Especializado · Vista DedicadaTopología & Arquitecturas de Red

Zoo de Arquitecturas de Redes Neuronales

Taxonomía completa: Perceptrones, Convolucionales, Recurrentes, Transformers, Autoencoders y Difusión

Catálogo interactivo con diagramas de flujo tensorial de las principales topologías neuronales de la historia de la inteligencia artificial, desde el Perceptrón multicapa y ResNet hasta arquitecturas de difusión y grafos.

Relación Fundamental
$$y = \sigma(W x + b)$$
Taxonomía Arquitectural

Mapa Conceptual: El Zoológico de Redes Neuronales

De los hiperplanos del perceptrón clásico a los modelos de difusión y operadores continuos en SciML. Una clasificación analítica basada en transformaciones espaciales, conservación de simetrías y flujos de información.

FUNDAMENTAL

Perceptrón Multicapa (MLP)

$$y = \sigma \left( \sum_{i=1}^n W_i x_i + b \right)$$

Composición afín no lineal. Base del Teorema de Aproximación Universal (Cybenko, 1989; Hornik, 1991): cualquier función continua sobre compactos de $\mathbb{R}^n$ puede aproximarse arbitrariamente con una capa oculta.

Invarianza:Ninguna
Uso canónico:Tabular, regresión densa
VISION

Redes Convolucionales (CNN)

$$(f * g)(t) = \sum_{\tau} f(\tau) g(t - \tau)$$

Aprovecha la localidad espacial y la equivarianza ante traslación mediante campos receptivos compartidos (LeCun, 1989). Reduce drásticamente los parámetros libres en tensores de alta dimensionalidad (imágenes 2D/3D).

Invarianza:Traslación espacial
Uso canónico:Detección, segmentación, ResNet
SEQUENCE

Celdas LSTM & GRU

$$C_t = f_t \odot C_{t-1} + i_t \odot \tilde{C}_t$$

Resuelve el problema del desvanecimiento del gradiente (*vanishing gradient*) mediante compuertas multiplicativas ($f_t, i_t, o_t$) y un carril lineal de memoria aditiva $C_t$ (Hochreiter & Schmidhuber, 1997).

Invarianza:Causalidad temporal
Uso canónico:Series de tiempo, audio, NLP clásico
GENERATIVE

Autoencoders Variacionales (VAE)

$$\mathcal{L}_{\text{ELBO}} = \mathbb{E}[\log p(x|z)] - D_{\text{KL}}(q(z|x) \parallel p(z))$$

Aprende un espacio latente continuo y ordenado mapeando entradas a distribuciones gaussianas $\mathcal{N}(\mu, \Sigma)$. Emplea el truco de reparametrización ($z = \mu + \sigma \odot \epsilon$) para permitir backpropagation estocástico.

Invarianza:Regularización $D_{\text{KL}}$
Uso canónico:Compresión, generación, espacios latentes
GENERATIVE

Redes Generativas Adversarias (GAN)

$$\min_G \max_D \mathbb{E}_x[\log D(x)] + \mathbb{E}_z[\log(1 - D(G(z)))]$$

Juego de suma cero minimax entre dos redes: un Generador que sintetiza candidatos a partir de ruido latente y un Discriminador que estima la probabilidad de que una muestra sea real (Goodfellow et al., 2014).

Invarianza:Divergencia Jensen-Shannon
Uso canónico:Síntesis fotorrealista, StyleGAN
ATTENTION

Transformers & Multi-Head Attention

$$\text{Attention}(Q, K, V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V$$

Sustituye la recurrencia secuencial por comparaciones cuadráticas de producto punto escalado entre todos los tokens en paralelo (Vaswani et al., 2017). Pilar fundacional de los Large Language Models (LLMs) y Vision Transformers (ViT).

Invarianza:Permutación (con Positional Encoding)
Uso canónico:LLMs (GPT, Claude, Llama), ViTs
SCIML

Redes Informadas por la Física (PINNs)

$$\mathcal{L}_{\text{pinn}} = \mathcal{L}_{\text{data}} + \lambda_{\text{edp}} \|\mathcal{N}[u_\theta]\|_2^2 + \lambda_{\text{bc}} \mathcal{L}_{\text{bc}}$$

Incrusta operadores diferenciales en derivadas parciales (EDPs) directamente en la pérdida mediante diferenciación automática continua (Raissi et al., 2019). No requiere mallas espaciales rígidas (*mesh-free*).

Invarianza:Leyes de conservación física
Uso canónico:Dinámica de fluidos, transferencia térmica
GENERATIVE

Modelos de Difusión (DDPM)

$$q(x_t | x_{t-1}) = \mathcal{N}\left(x_t; \sqrt{1 - \beta_t} x_{t-1}, \beta_t \mathbf{I}\right)$$

Inspirados en la física estadística del no-equilibrio (Sohl-Dickstein, 2015; Ho et al., 2020). Destruyen progresivamente la estructura de la señal con ruido gaussiano hacia adelante y entrenan una red para revertir el proceso paso a paso.

Invarianza:Score Matching estocástico
Uso canónico:Stable Diffusion, Midjourney, DALL-E