A continuación se resumen los temas clave tratados en este curso. El material de resumen está disponible para su descarga al final de esta página.

Configuración de TensorFlow

Instalación

pip install tensorflow

Importación

# Import the TensorFlow library with the alias tf
import tensorflow as tf

Tipos de tensores

Creación simple de tensores

# Create a 1D tensor
tensor_1D = tf.constant([1, 2, 3])

# Create a 2D tensor
tensor_2D = tf.constant([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# Create a 3D tensor
tensor_3D = tf.constant([[[1, 2], [3, 4]], [[5, 6],[7, 8]]])

Propiedades de los tensores

• Rango: indica el número de dimensiones presentes en el tensor. Por ejemplo, una matriz tiene un rango de 2. Se puede obtener el rango del tensor usando el atributo .ndim:

print(f'Rank of a tensor: {tensor.ndim}')

• Forma: describe cuántos valores existen en cada dimensión. Una matriz de 2x3 tiene una forma de (2, 3). La longitud del parámetro de forma coincide con el rango del tensor (su número de dimensiones). Se puede obtener la forma del tensor mediante el atributo .shape:

print(f'Shape of a tensor: {tensor.shape}')

• Tipos: Los tensores pueden tener varios tipos de datos. Aunque existen muchos, algunos comunes son float32, int32 y string. Se puede obtener el tipo de dato del tensor mediante el atributo .dtype:

print(f'Data type of a tensor: {tensor.dtype}')

Ejes de tensores

Aplicaciones de los tensores

• Table Data

• Secuencias de texto

• Secuencias numéricas

• Procesamiento de imágenes

• Procesamiento de video

Lotes

Métodos de creación de tensores

# Create a 2x2 constant tensor
tensor_const = tf.constant([[1, 2], [3, 4]])

# Create a variable tensor
tensor_var = tf.Variable([[1, 2], [3, 4]])

# Zero tensor of shape (3, 3)
tensor_zeros = tf.zeros((3, 3))

# Ones tensor of shape (2, 2)
tensor_ones = tf.ones((2, 2))

# Tensor of shape (2, 2) filled with 6
tensor_fill = tf.fill((2, 2), 6)

# Generate a sequence of numbers starting from 0, ending at 9
tensor_range = tf.range(10)

# Create 5 equally spaced values between 0 and 10
tensor_linspace = tf.linspace(0, 10, 5)

# Tensor of shape (2, 2) with random values normally distributed 
tensor_random = tf.random.normal((2, 2), mean=4, stddev=0.5)

# Tensor of shape (2, 2) with random values uniformly distributed 
tensor_random = tf.random.uniform((2, 2), minval=-2, maxval=2)

Conversiones

• De NumPy a Tensor

# Create a NumPy array based on a Python list
numpy_array = np.array([[1, 2], [3, 4]])

# Convert a NumPy array to a tensor
tensor_from_np = tf.convert_to_tensor(numpy_array)

• De Pandas a Tensor

# Create a DataFrame based on dictionary
df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': [3, 4]})

# Convert a DataFrame to a tensor
tensor_from_df = tf.convert_to_tensor(df.values)

• De tensor constante a tensor variable

# Create a variable from a tensor
tensor = tf.random.normal((2, 3))
variable_1 = tf.Variable(tensor)

# Create a variable based on other generator
variable_2 = tf.Variable(tf.zeros((2, 2)))

Tipos de datos

# Creating a tensor of type float16
tensor_float = tf.constant([1.2, 2.3, 3.4], dtype=tf.float16)

# Convert tensor_float from float32 to int32
tensor_int = tf.cast(tensor_float, dtype=tf.int32)

Aritmética

• Suma

c1 = tf.add(a, b)  
c2 = a + b

# Changes the object inplace without creating a new one
a.assign_add(b)

• Resta

c1 = tf.subtract(a, b)  
c2 = a - b 

# Inplace substraction
a.assign_sub(b)

• Multiplicación elemento a elemento

c1 = tf.multiply(a, b)  
c2 = a * b

• División

c1 = tf.divide(a, b)  
c2 = a / b 

Broadcasting

Álgebra lineal

• Multiplicación de matrices

product1 = tf.matmul(matrix1, matrix2)
product2 = matrix1 @ matrix2

• Inversión de matrices

inverse_mat = tf.linalg.inv(matrix)

• Transposición

transposed = tf.transpose(matrix)

• Producto punto

# Dot product along axes
dot_product_axes1 = tf.tensordot(matrix1, matrix2, axes=1)
dot_product_axes0 = tf.tensordot(matrix1, matrix2, axes=0)

Redimensionar

# Create a tensor with shape (3, 2)
tensor = tf.constant([[1, 2], [3, 4], [5, 6]])

# Reshape the tensor to shape (2, 3)
reshaped_tensor = tf.reshape(tensor, (2, 3))

Segmentación

# Create a tensor
tensor = tf.constant([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

# Slice tensor to extract sub-tensor from index (0, 1) of size (1, 2)
sliced_tensor = tf.slice(tensor, begin=(0, 1), size=(1, 2))

# Slice tensor to extract sub-tensor from index (1, 0) of size (2, 2)
sliced_tensor = tf.slice(tensor, (1, 0), (2, 2))

Modificación mediante segmentación

# Create a tensor
tensor = tf.Variable([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

# Change the entire first row 
tensor[0, :].assign([0, 0, 0])

# Modify the second and the third columns 
tensor[:, 1:3].assign(tf.fill((3,2), 1))

Concatenación

# Create two tensors
tensor1 = tf.constant([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
tensor2 = tf.constant([[7, 8, 9]])

# Concatenate tensors vertically (along rows)
concatenated_tensor = tf.concat([tensor1, tensor2], axis=0)

# Concatenate tensors horizontally (along columns)
concatenated_tensor = tf.concat([tensor3, tensor4], axis=1)

Operaciones de reducción

# Calculate sum of all elements
total_sum = tf.reduce_sum(tensor)

# Calculate mean of all elements
mean_val = tf.reduce_mean(tensor)

# Determine the maximum value
max_val = tf.reduce_max(tensor)

# Find the minimum value
min_val = tf.reduce_min(tensor)

Cinta de Gradiente

# Define input variables
x = tf.Variable(tf.fill((2, 3), 3.0))
z = tf.Variable(5.0)

# Start recording the operations
with tf.GradientTape() as tape:
    # Define the calculations
    y = tf.reduce_sum(x * x + 2 * z)
    
# Extract the gradient for the specific inputs (x and z)
grad = tape.gradient(y, [x, z])

print(f"The gradient of y with respect to x is:\n{grad[0].numpy()}")
print(f"The gradient of y with respect to z is: {grad[1].numpy()}")

@tf.function

@tf.function
def compute_gradient_conditional(x):
    with tf.GradientTape() as tape:
        if tf.reduce_sum(x) > 0:
            y = x * x
        else:
            y = x * x * x
    return tape.gradient(y, x)

x = tf.constant([-2.0, 2.0])
grad = compute_gradient_conditional(x)
print(f"The gradient at x = {x.numpy()} is {grad.numpy()}")