Ingeniero trabajando con diseños y simulaciones en varias pantallas
Tecnología

Simulación y gemelos digitales

Una simulación es un modelo que reproduce cómo evoluciona un sistema: una epidemia, una cadena de suministro, un cultivo o una mente. La ciencia de datos la alimenta con datos reales, la calibra y, a su vez, aprende de los escenarios que genera.

Foto: Encata PD · Unsplash

Qué es y qué datos genera

Hay varias familias: Monte Carlo (miles de escenarios aleatorios para medir el riesgo), modelos basados en agentes (individuos que interactúan), eventos discretos (colas, procesos) y modelos físicos. Un gemelo digital es una simulación conectada en tiempo real a su equivalente físico mediante sensores.

Datos históricosParámetros estimadosEscenarios sintéticosDistribuciones de resultadosTelemetría en tiempo real
Ilustración: red de agentes simulados y abanico de escenarios posiblesEscenarios simulados

Cómo se relaciona con la ciencia de datos

La relación va en los dos sentidos: la tecnología produce datos y la ciencia de datos la hace más inteligente.

1. Datos que calibran la simulación

Los parámetros del modelo se estiman con datos reales.

2. Simulaciones que generan datos

Datos sintéticos para entrenar modelos cuando los reales escasean.

3. Machine learning que acelera la simulación

Modelos sustitutos que emulan simulaciones costosas en milisegundos.

Del dato a la decisión

  1. 1Pregunta¿Qué escenario queremos explorar?
  2. 2Modelo conceptualEntidades, reglas y supuestos.
  3. 3CalibraciónParámetros estimados con datos reales.
  4. 4ValidaciónLo simulado reproduce lo observado.
  5. 5EscenariosMiles de corridas what-if.
  6. 6DecisiónRiesgos e incertidumbre cuantificados.

Aplicaciones por sector

Elige un sector para ver casos concretos, qué datos se usan y qué técnica de ciencia de datos hay detrás.

Pacientes virtuales

Simuladores conversacionales para que terapeutas en formación practiquen la entrevista clínica.

Datos
Transcripciones y decisiones del estudiante
Ciencia de datos
Procesamiento de lenguaje natural

Modelos computacionales de la cognición

Simular cómo se aprende o se decide para contrastar teorías con datos.

Datos
Respuestas y tiempos en tareas experimentales
Ciencia de datos
Ajuste de modelos (aprendizaje por refuerzo, modelos de difusión)

Difusión de conductas en redes

Modelos de agentes sobre cómo se propagan hábitos o el estigma en una comunidad.

Datos
Redes sociales y encuestas
Ciencia de datos
Modelos basados en agentes

Ejemplo

Ejemplo ilustrativo con datos sintéticos.

Simulación de una epidemia: dos escenarios

Porcentaje de la población infectada al mismo tiempo (modelo SIR)

0510152025día 0día 50día 100día 150capacidad sanitaria
Ver datos
DíaSin intervención (R₀ 2,5)Con medidas (R₀ 1,6)
día 00,1 %0,1 %
día 40,23 %0,14 %
día 80,53 %0,2 %
día 121,19 %0,27 %
día 162,64 %0,38 %
día 205,57 %0,53 %
día 2410,67 %0,74 %
día 2817,33 %1,02 %
día 3222,54 %1,39 %
día 3623,43 %1,87 %
día 4020,47 %2,5 %
día 4415,95 %3,26 %
día 4811,6 %4,16 %
día 528,1 %5,16 %
día 565,51 %6,16 %
día 603,69 %7,08 %
día 642,45 %7,78 %
día 681,62 %8,17 %
día 721,06 %8,21 %
día 760,7 %7,91 %
día 800,46 %7,34 %
día 840,3 %6,59 %
día 880,19 %5,76 %
día 920,13 %4,92 %
día 960,08 %4,13 %
día 1000,05 %3,41 %
día 1040,04 %2,78 %
día 1080,02 %2,25 %
día 1120,02 %1,8 %
día 1160,01 %1,44 %
día 1200,01 %1,14 %
día 1240 %0,9 %
día 1280 %0,71 %
día 1320 %0,56 %
día 1360 %0,44 %
día 1400 %0,34 %
día 1440 %0,27 %
día 1480 %0,21 %
día 1520 %0,17 %
día 1560 %0,13 %
día 1600 %0,1 %

Retos y buenas prácticas

Validación

Un modelo elegante pero no validado da respuestas precisas… y equivocadas.

Supuestos ocultos

Cada simulación descansa en supuestos que deben documentarse y comunicarse.

Coste computacional

Las simulaciones detalladas exigen infraestructura o modelos sustitutos.

Otras tecnologías