🧮 Computational Mathematics

Inicio · Parte 03 — Geometría, trigonometría y geometría analítica

061 — Puntos, segmentos y distancias

basico-intermedio clase 1 de 20 4 horas demostración distances

La distancia euclídea es una de varias métricas posibles; cuál se elige cambia qué está cerca.

Fórmulas

L2: d(p,q) = √Σ(pᵢ−qᵢ)²
L1: d(p,q) = Σ|pᵢ−qᵢ|
L∞: d(p,q) = máx|pᵢ−qᵢ|

Desarrollo

Una distancia no es «la» distancia: es cualquier función que cumpla tres condiciones —no negatividad con d(p,q)=0 solo si p=q, simetría y desigualdad triangular—. Bajo esa definición, la euclídea es una entre muchas, y elegir una u otra cambia qué puntos se consideran cercanos.

Las tres más usadas tienen interpretación directa. La euclídea (L2) es la línea recta: la que mediría una regla. La Manhattan (L1) es la distancia por calles en cuadrícula, y su nombre viene de ahí. La Chebyshev (L∞) es el máximo de las diferencias por coordenada: el movimiento del rey en ajedrez.

Siempre se cumple L∞ ≤ L2 ≤ L1, hecho que conviene comprobar numéricamente porque da una intuición útil: L1 penaliza más el total de desviaciones, L∞ solo mira la peor. Esa diferencia reaparece en la parte 14 como la diferencia entre regularización Lasso (L1) y Ridge (L2), y en la 15 entre pérdida MAE y MSE.

En alta dimensión la intuición euclídea falla. Todas las distancias entre puntos aleatorios se concentran alrededor de un valor común, y la noción de «vecino más cercano» pierde significado. Es la maldición de la dimensionalidad, y es la razón por la que en embeddings se usa similitud coseno en lugar de distancia euclídea.

Ejemplo trabajado

Tres distancias entre p = (1,2) y q = (4,6).

diferencias: (3, 4)

L2 (euclídea):  √(9 + 16) = √25 = 5.0
L1 (Manhattan): |3| + |4|       = 7.0
L∞ (Chebyshev): máx(3, 4)       = 4.0

Orden:  L∞ (4) ≤ L2 (5) ≤ L1 (7)      ✓

Punto medio: ((1+4)/2, (2+6)/2) = (2.5, 4.0)

El triángulo (3,4,5) no es casual: es la terna pitagórica más simple, tema de la clase 064.

Qué calcula el laboratorio

Distancia euclídea, Manhattan y Chebyshev sobre los mismos puntos.

python classes/part-03-geometria-trigonometria-y-geometria-analitica/061-puntos-segmentos-y-distancias/lab.py
compmath run 061

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "p": [
    1.0,
    2.0
  ],
  "q": [
    4.0,
    6.0
  ],
  "euclidea_L2": 5.0,
  "manhattan_L1": 7.0,
  "chebyshev_Linf": 4.0,
  "punto_medio": [
    2.5,
    4.0
  ]
}

Errores comunes

Dónde se usa

k-NN y k-means (parte 14), detección de anomalías, búsqueda de vecinos en embeddings y elección de norma en regularización.

Idea rectora de la parte

El radián no es una unidad decorativa: es la que hace que d(sin x)/dx = cos x.

Error a evitar

Mezclar grados y radianes en la misma expresión.

Conexión con IA

Las transformaciones geométricas son el caso visual de las transformaciones lineales que una red aplica a sus activaciones; la similitud coseno es trigonometría en alta dimensión.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase