Transformer para noticias

Antes de tocar el código

En una noticia, una palabra cambia de significado según las palabras que la rodean. La atención construye ese contexto de forma directa.

Pregunta esencial: ¿Cómo decide cada palabra a qué otras palabras prestar atención?

Haz una predicción antes de ejecutar el notebook. Al final volverás a ella y tendrás que decir qué evidencia la confirmó, la corrigió o la dejó abierta.

Mapa de esta clase: Preguntar, comparar y combinar contexto. La figura no es decorativa; úsala para explicar el mecanismo con tus propias palabras.

🎯 Qué vas a aprender y construir

Aplicar atención multi-cabeza a clasificación de noticias reales.

Práctica propia de esta clase: Calcular atención escalada, aplicar máscaras y contrastar mapas de atención con cambios reales en la predicción.

Es la clase 08 de 31 del programa y pertenece a 🔵 el módulo 2, Arquitecturas según la forma del dato. Llegas desde Autoencoder para fraude y lo que hagas aquí lo da por supuesto GAN generativa.

Trabajarás con el dataset ag_news (Hugging Face, licencia: Consultar dataset card), y tendrás que superar la línea base TF-IDF + regresión logística, decidiendo con la métrica macro_f1 medida sobre validation. Nivel avanzado, unas 8 horas de dedicación.

Lo que conviene traer resuelto de las clases anteriores: PyTorch intermedio, optimización, lectura de artículos técnicos.

Al terminar deberías ser capaz de:

• Aplicar atención multi-cabeza a clasificación de noticias reales.
• Preparar y auditar el dataset real ag_news sin fuga de datos.
• Entrenar y evaluar autoatención para clasificación de texto.
• Comparar contra la línea base: TF-IDF + regresión logística.
• Interpretar intervalos de confianza, errores y limitaciones.

Una idea que conviene desmontar

Un mapa de atención atractivo no es por sí solo una explicación causal de la predicción.

🧠 Comprender antes de entrenar

Esta sección es la explicación completa del tema. No hace falta abrir otro archivo para entender lo que viene después: aquí está la idea, la matemática que la sostiene y sus límites. (El mismo texto vive en theory.md, que es la fuente desde la que se genera esta guía, junto con la bibliografía del final.)

De qué trata

Este laboratorio estudia autoatención para clasificación de texto usando ag_news, un dataset público real procedente de Hugging Face.

La intuición central es que el significado de una palabra depende de su contexto, y ese contexto puede estar lejos en la secuencia. Los modelos recurrentes procesan el texto token a token y arrastran la información en un estado que se degrada con la distancia. La autoatención rompe con eso: permite que cada token mire a todos los demás en un solo paso y pondere cuánto atender a cada uno según su relevancia. Para clasificar una noticia como "Deportes", "Mundo", "Negocios" o "Ciencia/Tecnología", el modelo aprende a concentrar la atención en las palabras discriminantes (nombres de equipos, términos financieros, etc.) sin importar en qué posición aparezcan.

Cada token se proyecta en tres roles: una consulta (query) que expresa "qué busco", una clave (key) que expresa "qué ofrezco" y un valor (value) que es la información a transmitir. La compatibilidad entre la consulta de un token y las claves de los demás determina los pesos con que se combinan los valores. Al apilar varias "cabezas" de atención en paralelo, el modelo puede atender simultáneamente a distintos tipos de relación (sintáctica, semántica, de correferencia). Este laboratorio construye el transformer desde cero para ver cómo estas piezas producen una representación contextual de toda la noticia.

La matemática, paso a paso

El bloque de atención escalada por producto punto se define sobre matrices Q ∈ ℝ^{n×d_k}, K ∈ ℝ^{n×d_k} y V ∈ ℝ^{n×d_v}, donde n es el número de tokens:

Attention(Q, K, V) = softmax( Q Kᵀ / √d_k ) V

La matriz Q Kᵀ contiene, en su entrada (i, j), el producto punto entre la consulta del token i y la clave del token j: un puntaje de compatibilidad. La división por √d_k es esencial —no cosmética—: cuando d_k es grande, los productos punto crecen en magnitud proporcionalmente a √d_k, y sin escalar empujarían al softmax a regiones de gradiente casi nulo (saturación), frenando el aprendizaje. Dividir por √d_k mantiene la varianza de los puntajes controlada. El softmax por filas convierte cada fila en una distribución de pesos que suma 1, y al multiplicar por V se obtiene, para cada token, un promedio ponderado de los valores de toda la secuencia: su nueva representación contextual.

La atención multi-cabeza ejecuta h proyecciones distintas en paralelo. Con matrices aprendidas W_iᵠ, W_iᴷ, W_iⱽ para cada cabeza i, se calcula headᵢ = Attention(Q W_iᵠ, K W_iᴷ, V W_iⱽ), y luego se concatenan y se proyectan: MultiHead(Q,K,V) = Concat(head₁, …, head_h) Wᴼ. Cada cabeza opera en un subespacio de dimensión d_k = d_model / h, de modo que el coste total es comparable al de una sola cabeza pero con mayor capacidad de representar relaciones diversas. Como la atención es invariante al orden (permutar los tokens permuta las filas pero no cambia las relaciones), se suma una codificación posicional a los embeddings de entrada para inyectar la noción de posición; sin ella el modelo no distinguiría "el perro muerde al hombre" de "el hombre muerde al perro".

Conectando con los cuatro elementos del laboratorio: la representación de entrada es la secuencia de embeddings de tokens más su codificación posicional; la función del modelo apila bloques de atención multi-cabeza + red feed-forward con conexiones residuales y normalización de capa, y agrega la secuencia en un vector para clasificar; la función de pérdida es la entropía cruzada categórica sobre las cuatro clases, ℒ = −Σ_c y_c log ŷ_c, donde ŷ = softmax de los logits; y la regla de actualización es descenso de gradiente (Adam) con θ ← θ − η ∇_θ ℒ. El notebook muestra las dimensiones de los tensores (n, d_model, h, d_k) en cada etapa y conserva la misma implementación que el script de terminal.

Por qué se divide por √d_k, con el cálculo delante

El factor 1/√d_k es la parte de la fórmula que más se copia sin entender, y tiene una justificación estadística exacta. Supóngase que las componentes de q y k son variables aleatorias independientes de media 0 y varianza 1. Su producto escalar es q·k = Σ_(i=1..d_k) qᵢ·kᵢ, una suma de d_k términos independientes de media 0 y varianza 1, de modo que

𝔼[q·k] = 0, Var(q·k) = d_k, desviación típica = √d_k.

Es decir, la magnitud típica del producto escalar crece con √d_k. Con d_k = 64, los logits de atención tendrían una desviación típica de 8: valores que el softmax convierte casi en un one-hot, concentrando toda la atención en un único token. Y un softmax saturado tiene gradiente prácticamente nulo —la misma patología de la sigmoide en la clase 01—, así que la atención dejaría de aprender a quién mirar. Dividir por √d_k devuelve la varianza a 1 y mantiene el softmax en su zona sensible, independientemente de la dimensión elegida.

De ahí también se entiende para qué sirven varias cabezas. Con d_model = 256 se podría hacer una sola atención de d_k = 256, pero se prefieren, por ejemplo, 8 cabezas de d_k = 32 cada una. El costo en parámetros es idéntico —las proyecciones suman lo mismo—, y a cambio el modelo obtiene ocho relaciones distintas en subespacios distintos, que luego concatena y mezcla con W_O. Una cabeza sola tiene que comprometer una única distribución de atención para todos los tipos de relación; ocho cabezas pueden especializarse, y en la práctica se observa que unas siguen la posición contigua, otras enlazan sujeto y verbo, otras marcan tokens raros.

Lo que el transformer gana y lo que paga frente a la recurrencia

La comparación con la clase 05 se puede hacer con dos números, y explica el cambio de paradigma completo.

Camino de información. En una RNN, la señal entre las posiciones i y j debe atravesar |i − j| pasos recurrentes, multiplicándose por otras tantas matrices —de ahí el desvanecimiento—. En la atención, cualquier par de posiciones está conectado por un solo producto escalar: el camino máximo es O(1). Esa es la razón de fondo por la que los transformers capturan dependencias largas que a una RNN se le escapan, y no una cuestión de tamaño.

Costo. La contrapartida es que construir la matriz de atención exige comparar todos los pares: complejidad O(n²·d) en tiempo y en memoria, frente a la O(n·d²) de la recurrencia. Para los titulares cortos de este laboratorio n es pequeño y el cuadrado no duele; para documentos de miles de tokens, esa cuadrática es la razón de ser de toda una línea de investigación en atención eficiente.

Paralelismo. Una RNN debe calcular hₜ antes que hₜ₊₁: su cómputo es secuencial por construcción y no se puede repartir en el tiempo. La atención procesa todas las posiciones a la vez, y por eso aprovecha el hardware paralelo de forma que la recurrencia nunca podrá. Esta ventaja práctica —no una superioridad teórica— es la que decidió la adopción masiva de la arquitectura.

Hay un precio conceptual: al mirar todas las posiciones simultáneamente, la atención no sabe nada del orden. Es una operación permutación-equivariante, así que sin información posicional «el perro mordió al hombre» y «el hombre mordió al perro» tendrían representaciones idénticas para el conjunto de tokens. La codificación posicional que se suma a los embeddings existe únicamente para romper esa simetría, y por eso no es un adorno: sin ella el modelo pierde toda la sintaxis.

Qué es y qué no es un mapa de atención

Los mapas de atención se visualizan en este laboratorio y conviene interpretarlos con precisión. Cada fila de softmax(Q·Kᵀ/√d_k) es una distribución de probabilidad: suma 1 y dice qué mezcla de valores V construye la representación de esa posición. Eso es todo lo que dice.

En particular, no es una explicación de la decisión. Un peso alto significa que ese token contribuyó a la mezcla en esa capa y esa cabeza, no que la predicción dependa causalmente de él: la información puede haber viajado por la conexión residual, haber sido reescrita por la FFN, o repartirse entre varias cabezas que se compensan. Se han construido modelos con mapas de atención muy distintos y predicciones idénticas, que es la prueba de que la atención no identifica de forma única la causa. Para afirmar dependencia causal hacen falta las técnicas de la clase 22 —perturbar la entrada y medir el cambio en la salida—, no leer los pesos.

Históricamente la atención nació como mecanismo de alineamiento en traducción (Bahdanau et al., 2015), donde el decodificador aprendía a qué palabras de la frase origen mirar en cada paso. La contribución de Vaswani et al. (2017) fue mostrar que la atención por sí sola —sin recurrencia ni convolución— basta para modelar secuencias, lo que además desbloquea el paralelismo masivo que hizo posibles los modelos de lenguaje actuales.

La pregunta que deberías poder responder al terminar: ¿La atención observada coincide con evidencia útil para la clase?

Qué se mide y con qué se decide

La clase reporta accuracy, balanced_accuracy, macro_precision, macro_recall, macro_f1. De todas ellas, la que decide qué modelo se conserva es macro_f1, y se mide siempre sobre validation: es la única forma de que test siga siendo una estimación honesta de lo que pasará con datos nuevos.

📓 Los tres cuadernos

La clase se puede recorrer en Jupyter y trae tres cuadernos con papeles distintos. Los tres siguen el mismo camino —descargar el dataset real, auditar la partición, entrenar, sellar el experimento y evaluar test una vez—; lo que cambia es qué te toca escribir a ti:

Qué se practica en los ejercicios

Cinco de ellos cubren el contrato experimental común: auditar la partición, decidir con validation, compararse con la línea base, sellar antes de abrir test y dejar el plan por escrito. Se resuelven con Python estándar —sin descargar el dataset ni entrenar—, así que se corrigen en segundos y sin GPU, y cada uno está parametrizado con los valores de este laboratorio: su métrica de selección, su línea base y su experimento propio.

Cómo abrirlos

Los cuadernos necesitan el extra notebooks, que instala Jupyter junto con el paquete:

pip install -e ".[dev,notebooks]"
jupyter lab labs/07_transformer_attention/notebook.ipynb

También se abren desde VS Code —con la extensión de Jupyter— haciendo doble clic en el archivo, o desde la interfaz clásica con jupyter notebook. El primer arranque descarga el dataset real desde su proveedor, así que la primera ejecución tarda más y requiere conexión.

Si prefieres ejecutar sin abrir un cuaderno, train.py hace exactamente lo mismo desde la terminal, y la sección de comandos de arriba explica cada opción.

🖥️ Los comandos, explicados

Todo el laboratorio se maneja con una sola herramienta de terminal, neural-labs, que se instala junto con el paquete (pip install -e ".[dev,notebooks]"). Cada subcomando hace una cosa del protocolo, y por eso se pueden ejecutar por separado: preparar datos, auditar la partición, entrenar, repetir con varias semillas.

La forma general es siempre la misma:

neural-labs <subcomando> --lab <identificador> [opciones]

El script del laboratorio

labs/07_transformer_attention/train.py no es un programa distinto: fija el --lab y delega en la misma herramienta, de modo que estas dos líneas hacen exactamente lo mismo.

python labs/07_transformer_attention/train.py --quick
neural-labs train --lab 07_transformer_attention --quick

Lo mismo desde Python

Si prefieres trabajar en un cuaderno o llamar al laboratorio desde tu propio código, la misma ejecución se lanza así. La función devuelve un objeto con el directorio de la ejecución, las métricas y el historial ya cargados:

from neural_labs.experiments import run_lab

resultado = run_lab(
    "07_transformer_attention",
    quick=True,          # False para la ejecución completa
    config_name="baseline",
    split_seed=42,       # fija la partición
    training_seed=43,    # varía la inicialización
)

print(resultado.run_dir)   # dónde quedaron los archivos
print(resultado.metrics)   # el diccionario de métricas finales

Y para preparar el dataset sin entrenar —útil para inspeccionarlo antes—:

from neural_labs.datasets import prepare_dataset

datos = prepare_dataset("07_transformer_attention", quick=True, seed=42)
print(datos.summary)       # tamaño de cada partición y metadatos de la fuente

🪜 Laboratorio guiado

Cada paso dice qué ocurre por dentro, por qué se hace en ese orden y cómo comprobar que salió bien. El orden no es una convención de estilo: es el que ejecuta el código, y alterarlo invalida el resultado.

Paso 1 — Traer el dataset real y partirlo

Qué ocurre. Descarga ag_news desde su proveedor y construye las tres particiones —train, validation y test— con la semilla de partición que le pases.

Por qué. La partición se fija antes de entrenar y su semilla (--split-seed) es independiente de la del entrenamiento (--training-seed). Si ambas fueran la misma, no podrías distinguir si un cambio en el resultado viene de haber repartido los datos de otro modo o de haber inicializado los pesos de otro modo.

neural-labs dataset --lab 07_transformer_attention --quick --split-seed 42

Cómo sabes que salió bien. El comando termina sin error y deja el dataset en caché. Si no hay red, falla: no se rellena con datos inventados (data/dataset.yaml declara fallback_to_generated_data: false).

Paso 2 — Comprobar que las particiones no se tocan

Qué ocurre. Recorre los identificadores de las tres particiones y verifica que ninguno aparece en dos de ellas.

Por qué. Una sola fila compartida entre train y test basta para que la métrica final quede inflada. Es el error más caro del oficio porque no produce ningún síntoma visible: el modelo simplemente «parece» mejor de lo que es.

neural-labs audit --lab 07_transformer_attention --quick --split-seed 42

Cómo sabes que salió bien. La auditoría reporta cero solapamientos. Si reporta alguno, no sigas: el resto del laboratorio no significaría nada.

Paso 3 — Mirar los datos antes de modelarlos

Qué ocurre. Genera el informe de calidad (valores faltantes, balance de clases, rangos) y el de deriva entre particiones.

Por qué. Un desbalance fuerte o una diferencia de distribución entre train y test cambia qué métrica tiene sentido leer. Descubrirlo después de entrenar obliga a repetirlo todo.

neural-labs quality --lab 07_transformer_attention --quick --split-seed 42

Cómo sabes que salió bien. Obtienes data_quality.json y drift_report.json; ábrelos antes de decidir la configuración.

Paso 4 — Estudiar la teoría del laboratorio

Qué ocurre. Leer theory.md: la idea central, el desarrollo matemático, los riesgos de interpretación y la bibliografía de la que sale todo eso.

Por qué. Sin esto, el entrenamiento es una caja que devuelve números. La teoría es lo que te permite decidir qué mirar y reconocer cuándo un resultado es sospechoso.

Cómo sabes que salió bien. Puedes responder, con tus palabras, qué calcula el modelo y por qué esa arquitectura encaja con la tarea multiclass_classification.

Paso 5 — Entrenar y seleccionar con validation

Qué ocurre. El entrenamiento recorre las épocas midiendo en validation después de cada una, y conserva el checkpoint con el mejor valor de macro_f1.

Por qué. El conjunto de validación existe para tomar decisiones —arquitectura, hiperparámetros, cuándo parar—. Si esas decisiones se tomaran mirando test, test dejaría de ser una estimación de lo que pasará con datos nuevos y pasaría a ser parte del entrenamiento.

python labs/07_transformer_attention/train.py --quick
# o, con control explícito de las dos semillas:
neural-labs train --lab 07_transformer_attention --config baseline --split-seed 42 --training-seed 43

Cómo sabes que salió bien. En runs/07_transformer_attention/<ejecución>/ aparecen history.csv y best_model.pt; la métrica de validación mejora respecto de la primera época.

Paso 6 — Compararte con la línea base

Qué ocurre. El repositorio entrena por su cuenta TF-IDF + regresión logística y guarda su resultado, primero sobre validation y —solo al final— sobre test.

Por qué. Una métrica sola no dice si el modelo aporta algo. Puede que un método mucho más simple llegue igual de lejos, y entonces la complejidad añadida no está justificada. Esta comparación es la que convierte un número en un argumento.

Cómo sabes que salió bien. Comparas metrics.json con baseline_metrics.json. Si tu modelo no supera la línea base, el resultado del laboratorio es exactamente ese, y hay que reportarlo.

Paso 7 — El sellado: experiment.lock.json

Qué ocurre. Antes de tocar test, el código escribe un archivo que fija el laboratorio, las dos semillas, la configuración, la métrica de selección, el checkpoint elegido y el hash del dataset.

Por qué. Es la frontera del experimento. A partir de ahí, cualquier ajuste que hagas mirando test queda a la vista: el sello dice qué habías decidido antes de ver el resultado final. Sin ese archivo, nadie —incluido tú dentro de un mes— puede distinguir una predicción de una racionalización.

Cómo sabes que salió bien. El archivo existe y su contenido coincide con lo que creías haber ejecutado.

Paso 8 — Evaluar test una sola vez y medir la incertidumbre

Qué ocurre. Con el checkpoint congelado se evalúa test, se calculan intervalos de confianza por bootstrap y se desglosan las métricas por subgrupo.

Por qué. Un número puntual esconde cuánto podría moverse. Los intervalos dicen si la diferencia con la línea base es real o cabe dentro del ruido; el desglose por subgrupo revela si el promedio está tapando un grupo donde el modelo funciona mucho peor.

Cómo sabes que salió bien. Tienes metrics.json, confidence_intervals.json y subgroup_metrics.json, y puedes decir la magnitud de la mejora y su incertidumbre.

Paso 9 — Repetir con varias semillas de entrenamiento

Qué ocurre. Se repite el entrenamiento manteniendo fija la partición y cambiando solo la semilla de entrenamiento.

Por qué. Dos ejecuciones idénticas salvo por la inicialización pueden diferir bastante. Si no mides esa dispersión, corres el riesgo de celebrar una mejora que era una semilla afortunada.

neural-labs benchmark --lab 07_transformer_attention --quick --split-seed 42 --training-seeds 41 42 43

Cómo sabes que salió bien. Obtienes media y dispersión entre semillas, no un único número.

Paso 10 — Documentar y cerrar

Qué ocurre. Cada ejecución deja model_card.md y report.md; el plan de experimentos vive en experiments.md y la rúbrica en assessment.md.

Por qué. Un resultado sin su contexto —qué datos, qué decisiones, qué límites— no es reutilizable. La model card es lo que permite que otra persona sepa cuándo no debería usar tu modelo.

Cómo sabes que salió bien. Completaste la tabla multi-semilla de experiments.md y respondiste las preguntas de assessment.md.

🔍 Cómo leer lo que produce la ejecución

Cada ejecución escribe su propio directorio con nombre único, de modo que dos corridas nunca se pisan. Esto es lo que encontrarás dentro:

⚠️ Dónde suele perderse la gente

• --quick no es una versión pequeña del resultado, es una prueba de que todo corre. En esta ruta recorta a 1024 ejemplos de entrenamiento · 256 de validación · 256 de test · 2 épocas. Sirve para comprobar la instalación y la descarga; cualquier conclusión sobre el modelo exige la ejecución completa.
• Cambiar algo después de ver test invalida la comparación. Si al mirar el resultado final se te ocurre una mejora, la ruta correcta es volver a validation, decidir allí, y sellar de nuevo.
• Las dos semillas no son intercambiables. --split-seed cambia qué datos caen en cada partición; --training-seed cambia cómo se inicializa y baraja el entrenamiento. Para comparar modelos se fija la primera y se varía la segunda.
• Límite declarado de este dataset. Noticias reales en cuatro categorías con particiones públicas.

Riesgos al interpretar los resultados

Noticias reales en cuatro categorías con particiones públicas.

El dataset refleja su proceso de recolección y no representa automáticamente otros períodos, países o poblaciones. Una asociación predictiva no demuestra causalidad.

✅ Antes de darlo por terminado

La clase está aprobada cuando se cumplen estos criterios:

• [ ] cero solapamiento entre train, validation y test
• [ ] selección basada únicamente en validation
• [ ] métricas finales acompañadas por incertidumbre
• [ ] conclusiones que distinguen evidencia de suposición

Y cuando tienes estos entregables:

• [ ] notebook ejecutado
• [ ] reporte experimental
• [ ] model card
• [ ] comparación con línea base
• [ ] respuesta a preguntas críticas

El plan experimental con la tabla que hay que completar está en experiments.md, y las preguntas con su rúbrica, en assessment.md. Ambos documentos se abren desde la barra de navegación de arriba.

Para ir más lejos

• Cambia una decisión experimental y justifícala con el resultado en validation, no con la intuición.
• Analiza los errores por clase o por segmento: casi siempre se concentran en un subconjunto reconocible.
• Compara costo, precisión y latencia; el mejor modelo no siempre es el que gana por décimas.
• Documenta sesgos, limitaciones y usos para los que no recomendarías este modelo.

📚 Fuentes

La teoría de arriba no es original de este repositorio: se apoya en la literatura de referencia del área y en los papers originales de cada arquitectura. Estas son las obras concretas, y lo que aporta cada una:

• Goodfellow, Bengio & Courville — Deep Learning (MIT Press, 2016), cap. 10 — modelado de secuencias y mecanismos de atención sobre redes recurrentes.
• Géron — Hands-On Machine Learning (3.ª ed., O'Reilly), cap. 16 — procesamiento de secuencias con RNN y atención, transformer paso a paso.
• Prince — Understanding Deep Learning (MIT Press, 2024), cap. 12 — desarrollo moderno y didáctico de la autoatención y la arquitectura transformer.
• Bahdanau, Cho & Bengio (2015), Neural Machine Translation by Jointly Learning to Align and Translate, ICLR — introdujo la atención como alineamiento suave en secuencia-a-secuencia.
• Vaswani et al. (2017), Attention Is All You Need, NeurIPS — la arquitectura transformer basada íntegramente en autoatención multi-cabeza.
• Fuente del dataset: https://huggingface.co/datasets/fancyzhx/ag_news — AG News Topic Classification Dataset (Distribuido por Hugging Face Datasets, La ficha de Hugging Face declara unknown); procedencia, versión y SHA-256 en el registro de fuentes, entrada ag-news — esta clase la usa para aplicar atención multi-cabeza a la clasificación de titulares reales en cuatro categorías.
• Consulte docs/experiment-protocol.md, docs/reproducibility.md y docs/ethics-and-licenses.md.

Los archivos de este laboratorio

Todo lo que necesitas está en esta carpeta. Cada enlace abre el archivo directamente:

Y fuera de la carpeta, tres referencias que esta guía usa: el catálogo configs/labs.yaml —de donde salen el objetivo, la línea base y las métricas—, el código src/neural_labs/experiments.py —que define el orden de los pasos y los archivos que escribe cada ejecución— y docs/experiment-protocol.md, con la regla general del protocolo.

Los datasets se descargan de su proveedor original y conservan su licencia; este repositorio no los redistribuye ni sustituye una descarga fallida por datos generados.

🔬 Experimentos

Plan de experimentos — Transformer para noticias

Qué significa «experimentar» aquí

Entrenar un modelo y mirar el número que sale no es un experimento: es una observación. Un experimento empieza por una afirmación que podría resultar falsa, sigue fijando todo lo que no se está poniendo a prueba, y termina midiendo si la afirmación se sostiene cuando se repite.

La diferencia importa porque el entrenamiento de una red tiene azar por dentro: la inicialización de los pesos y el orden en que se barajan los lotes cambian el resultado aunque no cambies nada más. Si comparas una sola corrida contra otra sola corrida, no sabes si la diferencia viene de tu idea o de la semilla. Por eso todo lo que sigue está organizado para separar la señal (el efecto de lo que cambiaste) del ruido (la variabilidad propia del entrenamiento).

La hipótesis de este laboratorio

Aplicar atención multi-cabeza a clasificación de noticias reales.

Formulada como algo que se puede refutar: el modelo de este laboratorio supera a TF-IDF + regresión logística en macro_f1, y la diferencia es mayor que la dispersión entre semillas.

Qué la haría falsa —y esto también es un resultado que hay que reportar—:

• El modelo no supera a TF-IDF + regresión logística.
• Lo supera, pero por menos de lo que varía el propio modelo al cambiar la semilla de entrenamiento.
• Lo supera solo con una semilla concreta y no con las demás.
• Lo supera a costa de un tiempo o un tamaño que el problema no justifica.

El experimento propio de esta clase

Además de la comparación con la línea base, aquí interesa una pregunta específica: Analizar cabezas, posiciones y longitud. Es la comparación que da sentido al tema de este laboratorio; la de la línea base solo dice si el modelo sirve, mientras que esta dice qué parte del diseño es la que aporta.

Qué se varía y qué se mantiene fijo

Un experimento es interpretable cuando cambia una cosa a la vez. Esta tabla dice qué papel juega cada elemento y, sobre todo, por qué:

Las dos configuraciones que vas a comparar

El laboratorio trae dos configuraciones ya escritas. Estos son los parámetros en los que difieren —el resto es idéntico, que es justamente lo que hace legible la comparación—:

Elegir entre ellas es una decisión de validation. Si improved gana en validación, se queda; si no, la configuración base es la respuesta y hay que decirlo así.

Cómo ejecutar la serie

El comando benchmark hace exactamente esto: repite el entrenamiento manteniendo la partición fija y cambiando solo la semilla de entrenamiento.

neural-labs benchmark --lab 07_transformer_attention \
  --config baseline --split-seed 42 --training-seeds 41 42 43

neural-labs benchmark --lab 07_transformer_attention \
  --config improved --split-seed 42 --training-seeds 41 42 43

Por dentro, benchmark no hace magia: llama a run_lab una vez por semilla con la misma partición y resume los resultados. Desde Python es literalmente eso:

from neural_labs.experiments import run_lab
from neural_labs.benchmarking import summarize_benchmark

registros = []
for semilla in (41, 42, 43):
    resultado = run_lab(
        "07_transformer_attention",
        config_name="baseline",
        split_seed=42,          # la partición NO cambia
        training_seed=semilla,  # solo cambia la inicialización
    )
    registros.append({"training_seed": semilla, "metrics": resultado.metrics})

print(summarize_benchmark(registros))   # media y dispersión entre semillas

Empieza con --quick para comprobar que la serie corre entera; los números que se reportan salen de la ejecución completa.

La tabla que debes completar

De dónde sale cada columna, para que no haya que adivinarlo:

• Métrica en validation: el mejor valor de macro_f1 durante el entrenamiento; está en history.csv y resumido en metrics.json.
• Métrica en test: el valor final, en metrics.json, ya con el modelo congelado.
• Tiempo: wall_time_seconds de metrics.json.
• Parámetros: parameters de metrics.json; es la medida honesta del tamaño del modelo.
• Observación: lo que viste y los números no dicen —una curva que se dispara, una clase que concentra los errores, una corrida que no convergió—.

Cómo decidir con esos números

1. Compara medias, pero decide con la dispersión. Calcula media y desviación entre las tres semillas de cada variante. Una mejora de 0,3 puntos entre variantes cuya dispersión interna es de 1,2 puntos no es una mejora: es ruido con buena suerte.
2. Si los rangos se solapan, dilo. «No se observó una diferencia distinguible del ruido con tres semillas» es una conclusión legítima y mucho más útil que un número inventado de confianza.
3. Decide con validation. La columna de test sirve para reportar el resultado final una vez, no para elegir la variante ganadora.
4. El costo forma parte del resultado. Si improved gana por poco y cuesta el triple de tiempo, la conclusión honesta menciona ambas cosas.
5. Vuelve a la línea base. La comparación contra TF-IDF + regresión logística es la que dice si todo el aparato de la red neuronal estaba justificado para este problema.

Qué debe decir tu conclusión

Una conclusión completa contiene cinco cosas, y se puede escribir en un párrafo:

• Magnitud: cuánto mejoró, en qué métrica y sobre qué conjunto.
• Incertidumbre: cuánto varió entre semillas, y si la mejora sobrevive a esa variación.
• Costo: tiempo, memoria o tamaño adicional que hubo que pagar.
• Errores: dónde falla el modelo, no solo cuánto acierta.
• Condiciones: en qué circunstancias no esperarías que este resultado se repitiera.

Errores de diseño que invalidan el experimento

• Cambiar dos cosas a la vez. Si tocas la arquitectura y la tasa de aprendizaje en la misma corrida, el resultado no atribuye el efecto a ninguna de las dos.
• Comparar con particiones distintas. Es el error más frecuente y el más difícil de detectar después: parece una mejora del modelo y es un reparto distinto de los datos.
• Quedarse con la mejor semilla. Elegir la corrida más favorable y reportar solo esa es seleccionar el ruido. Se reportan todas.
• Ajustar mirando test. En cuanto una decisión se toma con el resultado de test, ese conjunto deja de estimar el rendimiento con datos nuevos.
• No registrar el entorno. Sin versiones ni hardware, una diferencia de tiempo o de resultado se vuelve inexplicable meses después.

📝 Evaluación

Evaluación — Transformer para noticias

Cómo se evalúa esta clase

No se evalúa el número final. Un modelo con una métrica alta obtenida mirando test, o sin compararse con nada, vale menos que uno modesto cuyo resultado se puede auditar. Lo que se califica es el proceso: si las particiones están limpias, si la decisión se tomó donde debía, si la conclusión distingue lo que se midió de lo que se supone.

Evidencias que debes entregar

Las preguntas, y qué se busca en tu respuesta

No se corrige la longitud de la respuesta, sino si demuestra comprensión. Debajo de cada pregunta está lo que una buena respuesta debería contener.

1. ¿Cómo decide cada palabra a qué otras palabras prestar atención?

Qué se busca: Comienza con la predicción que hiciste al abrir la clase y contrástala con una gráfica, una medida o una observación concreta de tu ejecución.

2. Explica con tus palabras: Attention(Q,K,V)=softmax(QKᵀ/√d)V.

Qué se busca: Una buena respuesta conecta cuatro cosas —cómo se representa la entrada, qué calcula el modelo, qué mide la función de pérdida y cómo se actualizan los pesos— en vez de repetir la definición del libro. Si puedes explicarlo sin la fórmula delante, lo entendiste.

3. ¿Qué información del dataset solo puede usarse durante el entrenamiento?

Qué se busca: Se espera que nombres casos concretos: las estadísticas de normalización, el vocabulario, la selección de variables, los umbrales. Todo eso se ajusta solo con train; calcularlo sobre el conjunto completo es una fuga silenciosa que infla el resultado sin dar ningún aviso.

4. ¿Por qué TF-IDF + regresión logística es una comparación razonable para este problema?

Qué se busca: Una buena respuesta explica qué captura la línea base y qué no, y por qué superarla —o no superarla— es informativo aquí. Si la línea base ya resuelve el problema, la conclusión correcta es que la red no estaba justificada.

5. ¿La atención observada coincide con evidencia útil para la clase?

Qué se busca: Esta es la pregunta propia del tema. Responde con evidencia de tu ejecución —predicciones, matriz de confusión, curvas, artefactos del directorio de la corrida—, no con una impresión general.

6. ¿Qué aprendiste al realizar esta práctica: Calcular atención escalada, aplicar máscaras y contrastar mapas de atención con cambios reales en la predicción.?

Qué se busca: No basta con relatar los pasos. Explica qué cambió, por qué cambió y qué resultado te haría rechazar tu interpretación inicial.

7. Refuta con evidencia esta idea frecuente: «Un mapa de atención atractivo no es por sí solo una explicación causal de la predicción.»

Qué se busca: Se busca una refutación situada en esta materia, apoyada en el mecanismo estudiado y en los resultados obtenidos, no una negación genérica.

8. ¿Qué te dice macro_f1 que no te dirían las otras métricas?

Qué se busca: Cada métrica pondera distinto los errores. Se espera que expliques por qué esa es la que decide aquí y en qué situación sería una mala elección.

9. ¿Qué cambiarías antes de usar este modelo fuera del laboratorio?

Qué se busca: Aquí se evalúa el criterio, no la técnica: licencias y condiciones de uso de ag_news, representatividad de la población, calibración de las probabilidades, vigilancia de la deriva, desempeño por subgrupo y supervisión humana. Un «funcionaría bien» sin condiciones se corrige como respuesta incompleta.

La rúbrica, explicada

La diferencia entre adecuado y excelente casi nunca está en la métrica: está en si el trabajo permite que otra persona llegue a la misma conclusión con los artefactos que dejaste. Un resultado peor, bien medido y bien explicado, se califica por encima de uno mejor que no se puede auditar.

La aprobación exige al menos 70 % y cero errores críticos de fuga de datos. La fuga es eliminatoria por sí sola porque invalida todas las demás cifras del trabajo, por buenas que parezcan.

Autoevaluación antes de entregar

• [ ] Puedo explicar la idea central de la clase a alguien que no la cursó, sin leer el código.
• [ ] Sé qué decisión tomé en cada paso y con qué evidencia la tomé.
• [ ] Miré test una sola vez, después de que existiera experiment.lock.json.
• [ ] Mi conclusión dice magnitud, incertidumbre, costo, errores y condiciones.

• [ ] Puedo señalar al menos una limitación real de mi resultado.

• [ ] cero solapamiento entre train, validation y test

• [ ] selección basada únicamente en validation
• [ ] métricas finales acompañadas por incertidumbre
• [ ] conclusiones que distinguen evidencia de suposición

🧑‍🏫 Guía docente

Guía docente — Clase 08: Transformer para noticias

Módulo 2: Arquitecturas · Esta guía acompaña a quien facilita la clase; no es un guion que deba leerse literalmente.

La conversación que abre la clase

En una noticia, una palabra cambia de significado según las palabras que la rodean. La atención construye ese contexto de forma directa.

Plantee primero esta pregunta y permita que el grupo formule una predicción antes de mostrar código:

¿Cómo decide cada palabra a qué otras palabras prestar atención?

Qué debe quedar comprendido

• Aplicar atención multi-cabeza a clasificación de noticias reales.
• Preparar y auditar el dataset real ag_news sin fuga de datos.
• Entrenar y evaluar autoatención para clasificación de texto.
• Comparar contra la línea base: TF-IDF + regresión logística.
• Interpretar intervalos de confianza, errores y limitaciones.

Secuencia sugerida

Práctica propia de esta materia

Calcular atención escalada, aplicar máscaras y contrastar mapas de atención con cambios reales en la predicción.

La figura es un punto de entrada. Pida al estudiante que explique qué cambia entre los tres pasos y qué resultado observable invalidaría su explicación.

Dificultad conceptual que conviene provocar

Idea engañosa: Un mapa de atención atractivo no es por sí solo una explicación causal de la predicción.

No la corrija inmediatamente. Solicite un ejemplo o contraejemplo, ejecute una comparación y recién entonces reconstruya la explicación con el grupo.

Preguntas para acompañar sin resolver

• ¿Qué observación concreta respalda esa afirmación?
• ¿Qué variable está cambiando y cuáles permanecen controladas?
• ¿La gráfica muestra el mecanismo o solamente una correlación?
• ¿En qué caso dejaría de ser válida esta conclusión?

Cierre verificable

La clase termina cuando el estudiante puede responder la pregunta esencial, interpretar su visualización y señalar al menos una limitación. Una métrica aislada no reemplaza ninguna de esas tres evidencias.