M6 · Métodos

Aprendizaje No Supervisado

25 horas40 % sincrónicoAgosto – Septiembre5 unidades
Objetivos

Que los estudiantes descubran estructura en datos sin etiquetas: agrupen observaciones con criterios explícitos y evalúen la calidad del agrupamiento; reduzcan la dimensionalidad para visualizar y para modelar; detecten anomalías; y analicen asociaciones y estructuras latentes.

Distribución de las 25 horas del módulo por unidad. Tocá una unidad para ir a sus contenidos.

Qué toma de los módulos anteriores

Lo que este módulo da por aprendido

De M1

autovalores y autovectores, SVD, normas, matrices de similitud y de incidencia de grafos.

De M2

distribuciones multivariadas, covarianza, verosimilitud y EM, análisis descriptivo multivariado.

De M4

Laplaciano de grafos y teoría espectral, nociones de optimización para las funciones objetivo del agrupamiento.

De M3

manejo de conjuntos grandes, consultas SQL para armar la tabla analítica.

Contenidos

Cinco unidades

Unidad 1Problemas sin etiqueta y geometría de los datos4 h
  • Qué cambia sin variable objetivo: no hay error de predicción, la validación es otro problema.
  • Medidas de similitud y distancia: euclídea, Manhattan, coseno, Mahalanobis, distancias para variables mixtas.
  • Escalado y su efecto determinante sobre cualquier método basado en distancias.
  • La maldición de la dimensionalidad: concentración de distancias y sus consecuencias prácticas.
  • Análisis exploratorio previo obligatorio: distribuciones, correlaciones, valores faltantes.
PrácticaNotebook 1: efecto del escalado y de la métrica sobre un mismo conjunto; visualización de la concentración de distancias al crecer la dimensión.
Unidad 2Agrupamiento7 h
  • K-Means: función objetivo, algoritmo de Lloyd, inicialización k-means++, sensibilidad a la escala y a la forma de los grupos.
  • Elección de k: codo, silueta, criterio de Calinski-Harabasz, estadístico de brecha; por qué no hay respuesta única.
  • Agrupamiento jerárquico: enlaces, dendrograma, corte del árbol.
  • DBSCAN y HDBSCAN: densidad, parámetros eps y min_samples, grupos de forma arbitraria y puntos de ruido.
  • Modelos de mezcla gaussiana y agrupamiento probabilístico; algoritmo EM y asignación blanda (retoma verosimilitud de M2).
  • Clustering espectral: del grafo de similitud al Laplaciano y a sus autovectores (usa directamente M1 y M4).
  • Interpretación y perfilado de los grupos obtenidos: cómo describir un cluster para un destinatario no técnico.
PrácticaNotebook 2: comparación sistemática de cinco algoritmos sobre datos sintéticos con estructuras distintas y sobre un conjunto real de segmentación.
Unidad 3Evaluación de agrupamientos3 h
  • Índices internos: silueta, Davies-Bouldin, Calinski-Harabasz; qué mide cada uno y sus sesgos.
  • Índices externos cuando existe una etiqueta parcial: Rand ajustado, información mutua normalizada.
  • Estabilidad del agrupamiento frente a remuestreo y a semillas; validación por bootstrap.
  • Errores frecuentes: forzar k, interpretar ruido como grupo, comparar índices entre métricas distintas.
PrácticaNotebook 3: función reutilizable de evaluación y análisis de estabilidad de las soluciones de la Unidad 2.
Unidad 4Reducción de dimensionalidad6 h
  • PCA: varianza explicada, componentes, biplot, elección del número de componentes; su equivalencia con la SVD vista en M1.
  • PCA para preprocesar antes de modelar en M5 y M7; cuándo mejora y cuándo destruye señal.
  • Métodos no lineales: t-SNE y UMAP; parámetros críticos, lectura correcta del gráfico resultante y sus abusos habituales.
  • Factorización de matrices no negativas y su lectura como temas o partes.
  • Autocodificadores como reducción no lineal: se enuncia aquí y se implementa en M7.
  • Selección de variables frente a extracción de variables: criterios de decisión.
PrácticaNotebook 4: PCA + t-SNE/UMAP sobre un conjunto de alta dimensión, con lectura crítica de qué conclusiones se pueden y no se pueden extraer del mapa.
Unidad 5Anomalías y estructuras latentes5 h
  • Detección de anomalías: enfoque estadístico, distancia al vecindario (LOF), Isolation Forest, One-Class SVM, error de reconstrucción.
  • Anomalía contextual y colectiva; el problema del desbalance extremo y de la evaluación sin etiquetas.
  • Reglas de asociación: soporte, confianza, lift, algoritmo Apriori y FP-Growth; análisis de canasta de compra.
  • Estructuras latentes en texto: representación vectorial, LSA/LDA como panorama.
  • Integración: el análisis no supervisado como etapa exploratoria previa al modelado supervisado del proyecto integrador.
PrácticaNotebook 5: detección de anomalías sobre transacciones o registros de sensores, y reglas de asociación sobre un conjunto de transacciones comerciales.

Evaluación

Trabajo práctico: análisis no supervisado completo de un conjunto real asignado — exploración, reducción de dimensionalidad, agrupamiento con al menos dos algoritmos, evaluación y estabilidad, perfilado interpretativo de los grupos y detección de anomalías. Se evalúa la justificación de cada decisión y la honestidad de las conclusiones.

Datos de trabajo

Conjunto de segmentación de clientes o de usuarios, conjunto de expresión génica o espectros de alta dimensión, registro de transacciones para reglas de asociación.

Bibliografía

  • Hastie, T., Tibshirani, R. y Friedman, J. (2009). The Elements of Statistical Learning, cap. 14.
  • Aggarwal, C. C. (2015). Data Mining: The Textbook, caps. 6, 8 y 9.
  • VanderPlas, J. (2016). Python Data Science Handbook, cap. 5.
  • Géron, A. (2022). Hands-On Machine Learning..., cap. 9.
  • Documentación de scikit-learn y de UMAP-learn.