This book offers a comprehensive presentation of methods from topological data analysis applied to the study of neural network structure and dynamics. Using topology-based tools such as persistent homology and the Mapper algorithm, the authors explore the intricate structures and behaviors of fully connected feedforward and convolutional neural networks.

The authors discuss various strategies for extracting topological information from data and neural networks, synthesizing insights and results from over 40 research articles, including their own contributions to the study of activations in complete neural network graphs. Furthermore, they examine how this topological information can be leveraged to analyze properties of neural networks such as their generalization capacity or expressivity. Practical implications of the use of topological data analysis in deep learning are also discussed, with a focus on areas including adversarial detection and model selection. The authors conclude with a summary of key insights along with a discussion of current challenges and potential future developments in the field.

This monograph is ideally suited for mathematicians with a background in topology who are interested in the applications of topological data analysis in artificial intelligence, as well as for computer scientists seeking to explore the practical use of topological tools in deep learning.

Acerca del autor

Rub�n Ballester is a PhD student in Topological Machine Learning at the Department of Mathematics and Computer Science of the University of Barcelona (UB). He received his bachelor’s degrees in Mathematics and Computer Science from UB in 2021 and completed the Advanced Mathematics and Mathematical Engineering MSc at Universitat Polit�cnica de Catalunya (UPC) in 2022, achieving the highest master’s degree GPA recognition. He has published articles on the connection between generalizations of neural networks and persistent homology and on the design of neural networks for topological domains. He won the Topological Deep Learning Challenge in the modality of combinatorial complexes, organized within the 2nd Annual Workshop on Topology, Algebra, and Geometry in Machine Learning at ICML 2023. In addition, he has actively contributed to the TopoX software suite for topological neural networks.

Carles Casacuberta is Full Professor of Geometry and Topology at the University of Barcelona (UB) since 2001. He earned his doctoral degree in 1988, specializing in algebraic topology. He has edited ten books and authored 55 research articles in areas such as homotopy theory, category theory, homological algebra, and more recently, topological data analysis. He serves on the editorial board of the Springer Universitext series and two research journals. Currently, he coordinates the Topological Machine Learning Seminar at UB and participates in several Horizon Europe projects focused on applications of artificial intelligence in biomedicine.

Sergio Escalera is Full Professor at the Department of Mathematics and Computer Science of the University of Barcelona. He is action editor of the Journal of Data-centric Machine Learning Research and IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. He is vice-president of ChaLearn Challenges in Machine Learning, leading ChaLearn Looking at People events. He is co-creator of the Codalab open source platform for challenge organization and co-founder of the NeurIPS competition and Datasets and Benchmarks tracks. He has published more than 400 research papers and participated in the organization of scientific events. His research interests include machine learning fundamentals, and inclusive and transparent analysis of humans from visual and multi-modal data by means of deep learning mechanisms.

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Tienes derecho a desistir del presente contrato en un plazo de 14 d�as naturales sin necesidad de justificaci�n.

El plazo de desistimiento expirar� a los 14 d�as naturales del d�a en que t� o un tercero que hayas indicado, distinto del transportista, adquiera la posesi�n material del �ltimo bien, componente o pieza.

Para ejercer el derecho de desistimiento, deber�s notificarnos a Revaluation Books, Exstowe, Exton, EX3 0PP, Exeter, United Kingdom, 44 1179083586, de tu decisi�n de desistir del contrato a trav�s de una declaraci�n inequ�voca (por ejemplo, una carta enviada por correo postal, fax o correo electr�nico). Podr�s utilizar el modelo de formulario de desistimiento que figura a continuaci�n, aunque su uso no es obligatorio. Tienes asimismo la opci�n de cumplimentar y enviar electr�nicamente el modelo de formulario de desistimiento o cualquier otra declaraci�n inequ�voca a trav�s de nuestro sitio web a "Mis pedidos" en "Mi cuenta". Si recurres a esta opci�n, te comunicaremos sin demora en un soporte duradero (por ejemplo, por correo electr�nico) la recepci�n de dicho desistimiento.

Para cumplir el plazo de desistimiento, basta con que la comunicaci�n relativa al ejercicio por tu parte de este derecho sea enviada antes de que venza el plazo correspondiente.

Consecuencias del desistimiento:

En caso de desistimiento por tu parte, te devolveremos todos los pagos recibidos de ti, incluidos los gastos de entrega (con la excepci�n de los gastos adicionales resultantes de la elecci�n por tu parte de una modalidad de entrega diferente a la modalidad menos costosa de entrega ordinaria que ofrezcamos) sin ninguna demora indebida y, en todo caso, a m�s tardar 14 d�as naturales a partir de la fecha en la que se nos informes de tu decisi�n de desistir del presente contrato. Procederemos a efectuar dicho reembolso utilizando el mismo medio de pago empleado por ti para la transacci�n inicial, a no ser que hayas dispuesto expresamente lo contrario; en todo caso, no incurrir�s en ning�n gasto como consecuencia del reembolso.

Podremos retenerte el reembolso hasta haber recibido los bienes, o hasta que hayas presentado una prueba de la devoluci�n de los mismos, seg�n qu� condici�n se cumpla primero. Deber�s devolvernos o entregarnos directamente los bienes a Revaluation Books, Edward Bowditch Ltd, Clifton Heights, Triangle West, BS8 1EJ, Bristol, United Kingdom, 44 1179083586, sin ninguna demora indebida y, en cualquier caso, a m�s tardar en el plazo de 14 d�as naturales a partir de la fecha en que nos comuniques tu decisi�n de desistimiento del contrato. Se considerar� cumplido el plazo si efect�as la devoluci�n de los bienes antes de que haya concluido dicho plazo. Deber�s asumir el coste directo de devoluci�n de los bienes. Solo ser�s responsable de la disminuci�n de valor de los bienes resultante de una manipulaci�n distinta a la necesaria para establecer la naturaleza, las caracter�sticas y el funcionamiento de los bienes.

Excepciones al derecho de desistimiento:

La entrega de peri�dicos, publicaciones especializadas o revistas con la excepci�n de contratos de suscripci�n; y
La entrega de contenido digital (incluyendo apps, software digital e-books, MP3, etc.) que no hubiera sido entregado en un medio tangible (por ejemplo: CD o DVD), si al realizar tu pedido has aceptado que podemos proceder al env�o del producto y que no resulta posible su cancelaci�n una vez comienza la entrega.

Modelo de formulario de desistimiento

(S�lo debe cumplimentar y enviar el presente formulario si desea desistir del contrato)

A la atenci�n de: (Revaluation Books, Exstowe, Exton, EX3 0PP, Exeter, United Kingdom, 44 1179083586)

Por la presente le comunico/comunicamos* que desisto de mi/desistimos de nuestro* contrato de venta del siguiente bien/prestaci�n del siguiente servicio*

Pedido el/recibido el*:

Nombre del consumidor y usuario o de los consumidores y usuarios:

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Firma del consumidor y usuario o de los consumidores y usuarios (solo si el presente formulario se presenta en papel):

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