Introducción a Deep Learning

What is Deep Learning?

• A subset of machine learning that involves the use of artificial neural networks to model and solve complex problems
• Inspired by the structure and function of the human brain

Key Concepts

• Artificial Neural Networks (ANNs): composed of interconnected nodes (neurons) that process and transmit information
• Layers: ANNs are organized into layers, each performing a specific function (e.g. input, hidden, output)
• Activation Functions: introduce non-linearity into the system, enabling ANNs to learn and represent complex relationships
• Backpropagation: an algorithm used to train ANNs by minimizing the error between predicted and actual outputs

Types of Deep Learning Models

• Feedforward Neural Networks: information flows only in one direction, from input to output
• Recurrent Neural Networks (RNNs): information flows in a loop, allowing the model to capture temporal relationships
• Convolutional Neural Networks (CNNs): designed to process data with grid-like topology (e.g. images)

Deep Learning Applications

• Computer Vision: image recognition, object detection, segmentation
• Natural Language Processing (NLP): language modeling, text classification, machine translation
• Speech Recognition: speech-to-text, voice recognition
• Robotics: control and navigation systems

Deep Learning Techniques

• Transfer Learning: using pre-trained models as a starting point for new tasks
• Regularization: techniques to prevent overfitting (e.g. dropout, L1/L2 regularization)
• Batch Normalization: normalizing inputs to layers to improve stability and performance

Deep Learning Challenges

• Overfitting: models become too specialized to the training data, failing to generalize well
• Vanishing Gradient: gradients used to update weights become too small, making training difficult
• Computational Resources: deep learning requires significant computational power and memory

¿Qué es Deep Learning?

• El aprendizaje profundo es un subconjunto del aprendizaje automático que implica el uso de redes neuronales artificiales para modelar y resolver problemas complejos.
• Está inspirado en la estructura y función del cerebro humano.

Conceptos clave

• Redes Neuronales Artificiales (ANNs): compuestas por nodos interconectados (neuronas) que procesan y transmiten información.
• Capas: las ANNs se organizan en capas, cada una realizando una función específica (por ejemplo, entrada, oculta, salida).
• Funciones de activación: introducen no linealidad en el sistema, permitiendo que las ANNs aprendan y representen relaciones complejas.
• Retropropagación: algoritmo utilizado para entrenar ANNs minimizando el error entre salidas predichas y reales.

Tipos de modelos de Deep Learning

• Redes Neuronales Feedforward: la información fluye solo en una dirección, desde la entrada hasta la salida.
• Redes Neuronales Recurrentes (RNNs): la información fluye en un bucle, permitiendo que el modelo capture relaciones temporales.
• Redes Neuronales Convolucionales (CNNs): diseñadas para procesar datos con topología de rejilla (por ejemplo, imágenes).

Aplicaciones de Deep Learning

• Visión por computadora: reconocimiento de imágenes, detección de objetos, segmentación.
• Procesamiento de lenguaje natural (NLP): modelado de lenguaje, clasificación de textos, traducción automática.
• Reconocimiento de voz: voz a texto, reconocimiento de voz.
• Robótica: sistemas de control y navegación.

Técnicas de Deep Learning

• Aprendizaje de transferencia: utilizando modelos preentrenados como punto de partida para tareas nuevas.
• Regularización: técnicas para prevenir el sobreajuste (por ejemplo, dropout, regularización L1/L2).
• Normalización por lotes: normalizando entradas a capas para mejorar la estabilidad y el rendimiento.

Desafíos de Deep Learning

• Sobreajuste: los modelos se vuelven demasiado especializados en los datos de entrenamiento, fallando en generalizar bien.
• Desvanecimiento del gradiente: los gradientes utilizados para actualizar los pesos se vuelven demasiado pequeños, haciendo que el entrenamiento sea difícil.
• Recursos computacionales: el aprendizaje profundo requiere poder computacional y memoria significativos.

La Revolución Industrial

• La Revolución Industrial fue un proceso de transformación económica, social y tecnológica que se inició en la segunda mitad del siglo XVIII en el Reino de Gran Bretaña y se extendió a gran parte de Europa occidental y América Anglosajona hasta 1820-1840.
• Durante este período se vivió el mayor conjunto de transformaciones económicas, tecnológicas y sociales de la historia de la humanidad desde el Neolítico.
• La producción agrícola y industrial se multiplicó, disminuyendo el tiempo de producción, y la riqueza y la renta per cápita se multiplicaron como nunca antes en la historia.

Causas de la Revolución Industrial

• La alianza de los comerciantes con los agricultores hizo aumentar la productividad y provocó una explosión demográfica acentuada a partir del siglo XIX.
• La guerra, especialmente las Guerras Napoleónicas, obligó a los gobiernos a presionar a sus industrias y a la nación en general para producir más y mejor que antes, desarrollándose industrias antes inexistentes.

Desarrollo de la Revolución Industrial en diferentes países

• En Gran Bretaña, la Revolución Industrial se originó en el siglo XVIII gracias a la disponibilidad de materias primas, como carbón mineral, y una tendencia hacia un menor absolutismo e instituciones más inclusivas.
• En otros países europeos, como Bélgica, Francia, Alemania y Rusia, la industrialización comenzó más tarde, en el siglo XIX.
• En Japón, la industrialización comenzó en 1868.
• En España, Italia y Rusia, la industrialización comenzó más tarde, en el siglo XIX y principios del siglo XX.

Consecuencias de la Revolución Industrial

• La Revolución Industrial marcó un punto de inflexión en la historia, modificando e influenciando todos los aspectos de la vida cotidiana.
• La introducción de la máquina de vapor de James Watt en 1769 fue el paso definitivo en el éxito de esta revolución.
• La expansión del comercio fue posible gracias al desarrollo de las comunicaciones, con la construcción de vías férreas, canales y carreteras.

Impacto demográfico

• La población de Inglaterra y Gales se duplicó entre 1700 y 1800, y alcanzó 30,5 millones en 1901.
• La población europea pasó de 100 millones en 1700 a 400 millones en 1900.
• El aumento de la población urbana en ciudades con trazado medieval supuso el hacinamiento, la insalubridad y la aparición de las primeras patologías sociales.

Desarrollo de la industria textil

• La industria textil fue el sector líder de la industrialización en Gran Bretaña.
• Inventiones como la lanzadera volante (1733), la caja ascendente (1747) y la máquina de hilar (1764) permitieron una cierta automatización del proceso de tejido.
• La hiladora Jenny (1764) y la máquina de hilar (Water frame) (1769) fueron inventadas por James Hargreaves y Richard Arkwright, respectivamente.

Comercio internacional

• La Revolución Industrial no hubiera podido prosperar sin el desarrollo de los transportes y el comercio internacional.
• El comercio internacional se liberalizó y se crearon los grandes mercados nacionales e internacionales.
• Los nuevos mercados se conquistaron mediante el abaratamiento de los productos hechos con la máquina, por los nuevos sistemas de transporte y la apertura de vías de comunicación.### La Revolución Industrial y el Transporte
• La industrialización de Europa se produjo entre 1850 y 1914 en países como Francia, Alemania y Bélgica.
• En el siglo XIX, la revolución industrial trajo consigo un aumento en la velocidad y eficiencia del transporte.

El Ferrocarril

• El ferrocarril se originó en Inglaterra en el siglo XVIII y se expandió a Europa y América en el siglo XIX.
• George Stephenson construyó la primera locomotora en 1814 y estableció la primera línea de ferrocarril en 1825 en Inglaterra.
• En 1830, el ferrocarril se extendió a Bélgica y Alemania, y luego a Italia, España y Rusia.
• El ferrocarril revolucionó el transporte de personas y mercancías, reduciendo los tiempos de viaje y aumentando la eficiencia.

La Construcción de Líneas de Ferrocarril

• En Inglaterra, el Estado no intervenía en la construcción de ferrocarriles, mientras que en Francia, el Estado se encargó de la construcción y explotación de las líneas.
• En Alemania, la construcción de ferrocarriles se llevó a cabo bajo la supervisión del Estado.
• En Italia, España y Rusia, la construcción de ferrocarriles se retrasó debido a la guerra civil y la falta de inversión.

Problemas y Desafíos

• Uno de los problemas fue el ancho de vía, que variaba en diferentes países, lo que obligaba a transbordos frecuentes.
• También hubo objeciones a la construcción de ferrocarriles debido a la pérdida de tierras de cultivo y la destrucción del medio ambiente.

El Apogeo del Ferrocarril

• En la segunda mitad del siglo XIX, el ferrocarril alcanzó su apogeo, con la construcción de líneas transcontinentales en Estados Unidos y la unión de Europa a través de ferrocarriles.
• El coste del billete disminuyó entre un 50 y un 70% en este período.

La Locomotora y los Vagones

• La locomotora evolucionó con el tiempo, con mejoras en la velocidad y eficiencia.
• Los vagones de pasajeros también mejoraron, con la introducción de iluminación de gas y electricidad, y la creación de vagones de lujo para los pasajeros ricos.

Otros Medios de Transporte

• El barco de vapor se desarrolló en el siglo XIX, con la introducción de la hélice y el condensador de superficie.
• La construcción de carreteras y canales también se produjo en este período, aunque a un ritmo más lento que el ferrocarril.

Conclusiones

• El ferrocarril revolucionó el transporte en el siglo XIX, permitiendo viajes más rápidos y eficientes.
• La construcción de ferrocarriles también impulsó el desarrollo económico y la unión de países y continentes.### Mejora de las carreteras en Europa
• A principios del siglo XIX, Francia tenía una red de 33 000 kilómetros de carreteras de gran calidad que se extendían hasta Alemania, Suiza e Italia.
• Otros países como los Países Bajos, el Reino de Prusia y Suiza también experimentaron una gran mejora en las comunicaciones.
• En el otro extremo, lugares como Sicilia, Rusia zarista y España se encontraban atrasados en cuanto a la construcción de carreteras.

Construcción de canales

• En el siglo XVIII, Gran Bretaña comenzó a construir canales para comunicar los centros industriales del norte con los puertos marítimos del sur y Londres.
• Los canales permitieron un transporte rápido y fácil de mercancías por todo el país, transportando varias docenas de veces más de tonelaje por viaje que con un transporte terrestre.
• A principios de la década de 1820, ya existía una red nacional consolidada de canales en Gran Bretaña.
• Francia y Alemania también desarrollaron sus propios sistemas de canales, mientras que en España la construcción de canales no pasó de un proyecto debido al relieve difícil y la falta de capitales.

Consecuencias de la Revolución Industrial

• La existencia de controles fronterizos más intensos evitó la propagación de enfermedades y disminuyó la propagación de epidemias.
• La revolución agrícola británica hizo más eficiente la producción de alimentos, lo que alentó a la población a buscar empleos relacionados con la industria y originó un movimiento migratorio desde el campo a las ciudades.
• La expansión colonial del siglo XVII y el desarrollo del comercio internacional, la creación de mercados financieros y la acumulación de capital son considerados factores influyentes en la Revolución Industrial.

Etapas de la Revolución Industrial

• La Revolución Industrial se dividió en dos etapas: la primera del año 1750 hasta 1840, y la segunda de 1880 hasta 1914.
• La primera etapa se caracterizó por la invención de la máquina de vapor y el desarrollo del ferrocarril, mientras que la segunda etapa se centró en la electrificación y la aplicación de la ciencia y la tecnología al trabajo.

Impacto social de la Revolución Industrial

• La industrialización generó enormes transformaciones sociales, como el éxodo masivo de campesinos hacia las ciudades y la formación del proletariado urbano.
• La ciudad industrial aumentó su población debido al crecimiento natural y el arribo de nuevos contingentes humanos, lo que generó problemas como la carencia de habitaciones y la explotación laboral.
• La burguesía industrial se fortaleció y se convirtió en la clase dominante, caracterizando el sistema económico capitalista.

La Revolución Industrial

• La Revolución Industrial fue un proceso de transformación económica, social y tecnológica que se inició en la segunda mitad del siglo XVIII en el Reino de Gran Bretaña y se extendió a gran parte de Europa occidental y América Anglosajona hasta 1820-1840.
• Durante este período se vivió el mayor conjunto de transformaciones económicas, tecnológicas y sociales de la historia de la humanidad desde el Neolítico.
• La producción agrícola y industrial se multiplicó, disminuyendo el tiempo de producción, y la riqueza y la renta per cápita se multiplicaron como nunca antes en la historia.

Causas de la Revolución Industrial

• La alianza de los comerciantes con los agricultores hizo aumentar la productividad y provocó una explosión demográfica acentuada a partir del siglo XIX.
• La guerra, especialmente las Guerras Napoleónicas, obligó a los gobiernos a presionar a sus industrias y a la nación en general para producir más y mejor que antes, desarrollándose industrias antes inexistentes.

Desarrollo de la Revolución Industrial en diferentes países

• En Gran Bretaña, la Revolución Industrial se originó en el siglo XVIII gracias a la disponibilidad de materias primas, como carbón mineral, y una tendencia hacia un menor absolutismo e instituciones más inclusivas.
• En otros países europeos, como Bélgica, Francia, Alemania y Rusia, la industrialización comenzó más tarde, en el siglo XIX.
• En Japón, la industrialización comenzó en 1868.
• En España, Italia y Rusia, la industrialización comenzó más tarde, en el siglo XIX y principios del siglo XX.

Consecuencias de la Revolución Industrial

• La Revolución Industrial marcó un punto de inflexión en la historia, modificando e influenciando todos los aspectos de la vida cotidiana.
• La introducción de la máquina de vapor de James Watt en 1769 fue el paso definitivo en el éxito de esta revolución.
• La expansión del comercio fue posible gracias al desarrollo de las comunicaciones, con la construcción de vías férreas, canales y carreteras.

Impacto demográfico

• La población de Inglaterra y Gales se duplicó entre 1700 y 1800, y alcanzó 30,5 millones en 1901.
• La población europea pasó de 100 millones en 1700 a 400 millones en 1900.
• El aumento de la población urbana en ciudades con trazado medieval supuso el hacinamiento, la insalubridad y la aparición de las primeras patologías sociales.

Desarrollo de la industria textil

• La industria textil fue el sector líder de la industrialización en Gran Bretaña.
• Inventiones como la lanzadera volante (1733), la caja ascendente (1747) y la máquina de hilar (1764) permitieron una cierta automatización del proceso de tejido.
• La hiladora Jenny (1764) y la máquina de hilar (Water frame) (1769) fueron inventadas por James Hargreaves y Richard Arkwright, respectivamente.

Comercio internacional

• La Revolución Industrial no hubiera podido prosperar sin el desarrollo de los transportes y el comercio internacional.
• El comercio internacional se liberalizó y se crearon los grandes mercados nacionales e internacionales.
• Los nuevos mercados se conquistaron mediante el abaratamiento de los productos hechos con la máquina, por los nuevos sistemas de transporte y la apertura de vías de comunicación.### Industrialización en Europa
• La industrialización en Europa se produjo entre 1850 y 1914, destacando países como Francia, Alemania y Bélgica.
• En 1850, apenas existía la fábrica moderna en Europa continental, solo Bélgica había seguido el modelo de revolución industrial del Reino Unido.
• En la segunda mitad del siglo XIX, la industrialización de Alemania se fortaleció en Turingia y Sajonia.
• Otros países como Italia, Imperio austrohúngaro, España y Rusia seguirían un modelo de industrialización tardía, iniciando en las últimas décadas del siglo XIX.

El Ferrocarril

• El ferrocarril nació en el siglo XVIII y se convirtió en un gran protagonista de la Revolución Industrial.
• En sus comienzos se empleaba la fuerza animal como medio de locomoción, y los raíles eran de madera.
• George Stephenson utilizó la máquina de vapor como medio de locomoción en 1814, lo que revolucionó el transporte.
• En 1825 se inauguró la primera línea de ferrocarril con tracción de vapor entre Stockton y Darlington.
• En Francia, el estado se hizo cargo de la construcción y explotación de los ferrocarriles, aportando 150 000 francos por kilómetro de vía.
• En Alemania, la construcción de ferrocarriles fue promovida por la administración y pronto se convirtió en un arma política para unir las ciudades y estados.
• En Estados Unidos, el ferrocarril se construyó a un ritmo frenético y pronto superó a Europa en extensión de vías.
• El ferrocarril presentó problemas como el ancho de vía, que variaba en anchura en los diferentes países.
• En Italia, los ferrocarriles coserían la bota, pero no pasaron de simples promesas, y en Hungría y Rusia, la construcción de ferrocarriles fue lenta.

El Apogeo del Ferrocarril

• Entre 1851 y 1901, el ferrocarril vivió su apogeo y reinado definitivo.
• Europa y EE. UU. se repartían más o menos 198 000 kilómetros de vías en igualdad, mientras que el resto del mundo no tenía más de 15 000 kilómetros.
• En 1910, se habían construido más de un millón de kilómetros de vías.
• La construcción del ferrocarril necesitó de un esfuerzo enorme, movilizando grandes cantidades de capital y trabajadores.
• Se desarrollaron infraestructuras como túneles, que se excavaban a costa del sufrimiento obrero.

Mejoras en el Ferrocarril

• La velocidad media del ferrocarril aumentó sin cesar, pasando de 27 km/h en 1850 a 74 km/h en 1880 en Inglaterra.
• Se introdujeron innovaciones como el freno hidráulico de aire comprimido, alumbrado de gas y eléctrico, y calefacción en los vagones.
• Se creó el llamado Boggie o bastidor de varios ejes, que permitía al convoy dar curvas más acentuadas.
• En 1880, se instaló en la línea del Pacífico un vagón imprenta en el que se editaba un periódico diario.

El Ferrocarril en Europa

• Exceptuando Gran Bretaña, Bélgica y algunas partes de España y Alemania, las vías férreas no dibujaban redes en ninguna parte antes de 1860.
• En Francia, se realizó un esfuerzo serio a partir del Segundo Imperio y en los albores de la Tercera República.
• Se vislumbraba la columna vertebral de ferrocarriles europeos, conectando Francia, Alemania, Suiza y Italia.
• En Estados Unidos, se siguió consiguiendo grandes logros, como la construcción del primer transcontinental en 1869.

El Barco de Vapor

• Antes del siglo XIX, la larga tradición naval europea se había sustentado sobre el control de los vientos como medio de propulsión.
• La invención del barco de vapor partió de los trabajos de Jouffroy d´Abbens sobre el Sena y los de Fulton con su máquina Clermont.
• En 1815, ya circulaban un centenar de navíos de ruedas que obtenían su energía de la leña.
• En 1838, los navíos Sirius y Great Western cruzaron el Atlántico entre Liverpool y Nueva York en 16 y 13 días respectivamente.
• La hélice y el condensador de superficie lograron ahorrar grandes cantidades de combustible y la introducción de calderas cilíndricas posibilitaron la producción de vapor a alta presión.

Carreteras y Canales

• El esfuerzo en la construcción y mejora de carreteras comenzó en muchas partes de Europa antes de la Revolución Industrial.
• La industrialización y la construcción de ferrocarriles y barcos de vapor revolucionaron el transporte y la economía en Europa y América en el siglo XIX.### Mejora de las Carreteras y Construcción de Canales en el Siglo XIX
• A principios del siglo XIX, Francia era el país más adelantado en la construcción de carreteras, con una red de 33 000 kilómetros de gran calidad que se extendía hasta Alemania, Suiza e Italia.
• Otros países, como los Países Bajos, el Reino de Prusia y Suiza, también habían mejorado sus comunicaciones.
• Sin embargo, lugares como Sicilia, Rusia zarista y España estaban muy atrasados en la construcción de carreteras.
• En Gran Bretaña, el rápido desarrollo de ferrocarriles y canales quita importancia a la construcción de carreteras, pero aun así se suceden las ampliaciones y modernizaciones de la maltrecha red británica.

Mejora en la Técnica de Construcción de Vías de Comunicación

• La técnica en la construcción de carreteras también mejora en este siglo.
• Los problemas clásicos derivados de estas construcciones, como filtraciones de agua, mantenimiento o infraestructura, se solucionan en las décadas de 1820 y 1830 gracias a las mejoras introducidas por Mac Adam y Telford.

Desarrollo del Transporte y la Comunicación

• El uso de la diligencia y los servicios públicos de transporte se desarrollan y generalizan con velocidades que oscilan entre 10 y 15 km/h, usándose en el transporte de pasajeros, mercancías y correo.
• No es hasta principios del siglo XX cuando se da un uso masivo a los trazados de carreteras gracias al motor de explosión y el desarrollo del automóvil.

Desarrollo de los Canales

• Los primeros canales se construyen en Gran Bretaña en el siglo XVIII con el objeto de comunicar los centros industriales del norte británico con los puertos marítimos del sur y Londres.
• Los canales son la primera tecnología que permite un fácil y relativamente rápido transporte de mercancías por todo el país, pudiéndose transportar varias docenas de veces más de tonelaje por viaje que con un transporte terrestre.
• En Francia se desarrolla su propio sistema de canales, que a mediados del siglo XIX cuenta con 8500 kilómetros de vías.
• En Alemania, la navegación se ve muy favorecida gracias a sus grandes ríos como el Rín y el Elba.

Consecuencias de la Revolución Industrial

• La existencia de controles fronterizos más intensos evita la propagación de enfermedades y disminuye la propagación de epidemias.
• La revolución agrícola británica hace más eficiente la producción de alimentos con una menor aportación del factor trabajo, alentando a la población a buscar empleos relacionados con la industria y originando un movimiento migratorio desde el campo a las ciudades.

Etapas de la Revolución Industrial

• La Revolución Industrial se divide en dos etapas: la primera del año 1750 hasta 1840, y la segunda de 1880 hasta 1914.

Consecuencias Sociales de la Revolución Industrial

• La industrialización que se originó en Inglaterra y luego se extendió por toda Europa no solo tuvo un gran impacto económico, sino que también generó enormes transformaciones sociales.
• El proletariado urbano se forma como consecuencia de la revolución agrícola y demográfica.
• La ciudad industrial aumenta su población como consecuencia del crecimiento natural de sus habitantes y por el arribo de este nuevo contingente humano.
• La carencia de habitaciones es el primer problema que sufre esta población socialmente marginada.
• La burguesía industrial se fortalece en este período, afianzando de este modo el sistema económico capitalista.