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MT087

Compuertas (gating)

También: compuerta, gate

En inglés: Gating

Mecanismo que multiplica una señal por valores entre 0 y 1, calculados a partir de la entrada, para decidir cuánto de ella pasa, se guarda o se olvida.

Una compuerta es un vector de números entre 0 y 1, producido por una sigmoide a partir de la entrada y del estado, que se multiplica elemento a elemento por otra señal:

g = σ(W·x + U·h + b), salida = g ⊙ señal

Donde g vale cerca de 0, la señal se bloquea; donde vale cerca de 1, pasa. Lo importante es que la decisión no está programada: g depende de los datos y sus pesos se aprenden como cualquier otro (Witten et al., 2017, p. 458).

En la LSTM. La LSTM usa tres compuertas: de entrada (iₜ), de olvido (fₜ) y de salida (oₜ). La celda de memoria se actualiza como cₜ = fₜ ⊙ cₜ₋₁ + iₜ ⊙ sₜ y el estado oculto como hₜ = oₜ ⊙ tanh(cₜ) (Witten et al., 2017, pp. 458–459). Así la red puede conservar información durante muchos pasos sin que se degrade, y el error retropropagado también fluye sin desvanecerse: es la respuesta al gradiente que se desvanece (Hochreiter y Schmidhuber, 1997). La GRU simplifica el esquema sin celda separada, con rendimiento comparable en algunas tareas (Witten et al., 2017, p. 460; Cho et al., 2014); las unidades recurrentes de Atención de Bahdanau también eran de este tipo (Bahdanau et al., 2015, sec. 4.2).

Más allá de las recurrentes. La idea se volvió ubicua. En la mezcla de expertos, una «red de compuerta» decide qué expertos procesan cada token (Shazeer et al., 2017) (Mezcla de expertos (Mixtral)). Las redes bloque feedforward de muchos transformers actuales usan SwiGLU, una activación con compuerta (Alammar y Grootendorst, 2024, p. 101). Y Mamba hace que los parámetros de su recurrencia dependan de la entrada, para propagar u olvidar información de manera selectiva (Gu y Dao, 2023).

Cautela interpretativa. Es cómodo describir las compuertas como «decisiones» de recordar u olvidar. M. Mitchell (2019) subraya que sus pesos se aprenden por retropropagación igual que los demás (2019, ch. 12): la arquitectura ofrece la posibilidad de olvidar selectivamente; qué se olvida, y por qué, lo fija el entrenamiento, y no siempre coincide con lo que un lingüista llamaría información relevante.

Fuentes

  • Alammar, J., & Grootendorst, M. (2024). Hands-on large language models: Language understanding and generation. O’Reilly Media. §
  • Bahdanau, D., Cho, K., & Bengio, Y. (2015). Neural machine translation by jointly learning to align and translate. In 3rd International Conference on Learning Representations (ICLR 2015). https://doi.org/10.48550/arXiv.1409.0473 §
  • Cho, K., van Merriënboer, B., Gulcehre, C., Bahdanau, D., Bougares, F., Schwenk, H., & Bengio, Y. (2014). Learning phrase representations using RNN encoder–decoder for statistical machine translation. In A. Moschitti, B. Pang, & W. Daelemans (Eds.), Proceedings of the 2014 Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing (EMNLP) (pp. 1724–1734). Association for Computational Linguistics. https://doi.org/10.3115/v1/D14-1179 §
  • Gu, A., & Dao, T. (2023). Mamba: Linear-time sequence modeling with selective state spaces (arXiv:2312.00752). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2312.00752 §
  • Hochreiter, S., & Schmidhuber, J. (1997). Long short-term memory. Neural Computation, 9(8), 1735–1780. https://doi.org/10.1162/neco.1997.9.8.1735 §
  • Mitchell, M. (2019). Artificial intelligence: A guide for thinking humans. Pelican Books. §
  • Shazeer, N., Mirhoseini, A., Maziarz, K., Davis, A., Le, Q., Hinton, G., & Dean, J. (2017). Outrageously large neural networks: The sparsely-gated mixture-of-experts layer. In 5th International Conference on Learning Representations (ICLR 2017). https://openreview.net/forum?id=B1ckMDqlg §
  • Witten, I. H., Frank, E., Hall, M. A., & Pal, C. J. (2017). Data mining: Practical machine learning tools and techniques (4th ed.). Morgan Kaufmann. https://doi.org/10.1016/C2015-0-02071-8 §