MA2007B: Use of Geometry and Topology for Data Science

Sesión 21: Representaciones Vectoriales en TDA

Conectando diagramas de persistencia con Machine Learning


Prof. Alejandro Ucan-Puc

Tecnológico de Monterrey • Departamento de Matemáticas

Objetivos de la Sesión

  • Comprender la dificultad de usar diagramas de persistencia directamente en modelos ML.
  • \n\t\t\t\t\t\t
  • Introducir el concepto de Persistence Landscapes (paisajes de persistencia).
  • \n\t\t\t\t\t\t
  • Definir Persistence Images (imágenes de persistencia).

El Reto del Machine Learning

Los diagramas de persistencia tienen diferente número de puntos para cada muestra y no pertenecen a un espacio vectorial clásico. No se pueden ingresar directamente a SVMs, árboles de decisión o redes neuronales.

Persistence Landscapes

Un Persistence Landscape es una secuencia de funciones continuas a trozos $\lambda_k: \mathbb{R} o \mathbb{R}$ obtenidas al rotar el diagrama de persistencia 45 grados y trazar perfiles de altura.

Pertenecen a un espacio de Banach $L^p$, lo que permite calcular promedios, varianzas y realizar estadística multivariante.

Persistence Images

Convierte el diagrama en una función de densidad continua usando núcleos Gaussianos centrados en cada punto, que luego se discretiza en una cuadrícula de píxeles (una imagen). Esta representación es óptima para Redes Neuronales Convolucionales (CNNs).

Fin de la Sesión

Hemos explorado los fundamentos de Representaciones Vectoriales en TDA.

Continúa con los laboratorios correspondientes en la carpeta notebooks/.