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Board index FiveWin para Harbour/xHarbour Clase THandWiredNet
Posts: 150
Joined: Fri Sep 25, 2026 01:40 AM

Clase THandWiredNet

Posted: Sat Oct 17, 2026 08:22 AM

handwired.prg: una clase que compila l贸gica de negocio escrita en Harbour natural a una red neuronal fija (pesos calculados por el compilador, no aprendidos). Publicamos tambi茅n en este foro la versi贸n en espa帽ol del hilo abierto en la secci贸n en ingl茅s.

#include "hbclass.ch"

PROCEDURE Main()
   LOCAL oNet, uUnidades, uEsVip, uMayorQue4, uPrecio, uDescuento, uTotal

   // 1. Instanciamos el compilador/red neuronal
   oNet := THandwiredNet():New()

   // 2. Declaramos las variables de entrada (nodos simb贸licos)
   uUnidades := oNet:Input( "unidades" )
   uEsVip    := oNet:Input( "es_vip" )

   // 3. Escribimos la l贸gica de negocio de forma declarativa e intuitiva:
   //    - Condici贸n: 驴unidades > 4? (Compila a ReLU(u - 4) - ReLU(u - 5))
   //    - IIF simb贸lico: si > 4 vale 10, si no vale 12
   //    - Descuento: si es_vip == 1 vale 5, si no 0
   uMayorQue4 := oNet:GreaterThan( uUnidades, 4 )
   uPrecio    := oNet:Iif( uMayorQue4, 10, 12 )
   uDescuento := oNet:Iif( oNet:Equals( uEsVip, 1 ), 5, 0 )

   // Gracias a la sobrecarga de operadores en THWVar, escribimos la f贸rmula natural:
   uTotal     := ( uUnidades * uPrecio ) - uDescuento

   // 4. Fijamos la salida y compilamos a matrices puras
   oNet:SetOutput( uTotal )
   oNet:Compile()

   // Mostramos la arquitectura generada autom谩ticamente
   oNet:DumpArchitecture()

   // 5. Ejecutamos la inferencia (100% MatMul + ReLU + ReGLU, cero IFs)
   ? "=== Inferencia en la Red Neuronal Compilada ==="
   ? "3 uds, Normal (Esperado: 36) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => 3, "es_vip" => 0 } )
   ? "5 uds, Normal (Esperado: 50) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => 5, "es_vip" => 0 } )
   ? "6 uds, VIP    (Esperado: 55) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => 6, "es_vip" => 1 } )

RETURN


// ===========================================================================
// CLASE THWVar: Representa un nodo/tensor simb贸lico en el grafo
// ===========================================================================
// Un THWVar almacena c贸mo se calcula su valor como combinaci贸n lineal de
// neuronas ocultas ReLU y t茅rminos bilineales (ReGLU).
// ===========================================================================
CLASS THWVar
   DATA oNet
   DATA aLinear   INIT {}   // Pares: { nHiddenIdx, nWeight } (Idx 0 = Bias constante)
   DATA aBilinear INIT {}   // Tripletas ReGLU: { nHiddenIdxA, nHiddenIdxB, nWeight }

   METHOD New( oNet )
   METHOD AddLinear( nHiddenIdx, nWeight )
   METHOD AddBilinear( nIdxA, nIdxB, nWeight )
   METHOD Clone()

   // Sobrecarga de operadores nativos de Harbour para expresiones naturales
   OPERATOR "+" ARG xOther
   OPERATOR "-" ARG xOther
   OPERATOR "*" ARG xOther
ENDCLASS

METHOD New( oNet ) CLASS THWVar
   ::oNet := oNet
RETURN Self

METHOD AddLinear( nHiddenIdx, nWeight ) CLASS THWVar
   LOCAL aPair
   IF nWeight == 0
      RETURN Self
   ENDIF
   FOR EACH aPair IN ::aLinear
      IF aPair[ 1 ] == nHiddenIdx
         aPair[ 2 ] += nWeight
         RETURN Self
      ENDIF
   NEXT
   AAdd( ::aLinear, { nHiddenIdx, nWeight } )
RETURN Self

METHOD AddBilinear( nIdxA, nIdxB, nWeight ) CLASS THWVar
   IF nWeight != 0
      AAdd( ::aBilinear, { nIdxA, nIdxB, nWeight } )
   ENDIF
RETURN Self

METHOD Clone() CLASS THWVar
   LOCAL oCopy := THWVar():New( ::oNet )
   LOCAL aItem
   FOR EACH aItem IN ::aLinear
      AAdd( oCopy:aLinear, { aItem[ 1 ], aItem[ 2 ] } )
   NEXT
   FOR EACH aItem IN ::aBilinear
      AAdd( oCopy:aBilinear, { aItem[ 1 ], aItem[ 2 ], aItem[ 3 ] } )
   NEXT
RETURN oCopy

// Suma simb贸lica: Variable + Variable  o  Variable + Constante
METHOD "+"( xOther ) CLASS THWVar
   LOCAL oRes := ::Clone()
   LOCAL aItem
   IF HB_ISNUMERIC( xOther )
      oRes:AddLinear( 0, xOther ) // 0 = Bias constante
   ELSEIF HB_ISOBJECT( xOther )
      FOR EACH aItem IN xOther:aLinear
         oRes:AddLinear( aItem[ 1 ], aItem[ 2 ] )
      NEXT
      FOR EACH aItem IN xOther:aBilinear
         oRes:AddBilinear( aItem[ 1 ], aItem[ 2 ], aItem[ 3 ] )
      NEXT
   ENDIF
RETURN oRes

// Resta simb贸lica: Variable - Variable  o  Variable - Constante
METHOD "-"( xOther ) CLASS THWVar
   LOCAL oRes := ::Clone()
   LOCAL aItem
   IF HB_ISNUMERIC( xOther )
      oRes:AddLinear( 0, -xOther )
   ELSEIF HB_ISOBJECT( xOther )
      FOR EACH aItem IN xOther:aLinear
         oRes:AddLinear( aItem[ 1 ], -aItem[ 2 ] )
      NEXT
      FOR EACH aItem IN xOther:aBilinear
         oRes:AddBilinear( aItem[ 1 ], aItem[ 2 ], -aItem[ 3 ] )
      NEXT
   ENDIF
RETURN oRes

// Multiplicaci贸n simb贸lica (Genera compuertas ReGLU cuando multiplica 2 variables)
METHOD "*"( xOther ) CLASS THWVar
   LOCAL oRes := THWVar():New( ::oNet )
   LOCAL aItemA, aItemB
   IF HB_ISNUMERIC( xOther )
      FOR EACH aItemA IN ::aLinear
         oRes:AddLinear( aItemA[ 1 ], aItemA[ 2 ] * xOther )
      NEXT
      FOR EACH aItemA IN ::aBilinear
         oRes:AddBilinear( aItemA[ 1 ], aItemA[ 2 ], aItemA[ 3 ] * xOther )
      NEXT
   ELSEIF HB_ISOBJECT( xOther )
      // Producto distributivo entre dos expresiones lineales -> Compuertas ReGLU
      FOR EACH aItemA IN ::aLinear
         FOR EACH aItemB IN xOther:aLinear
            IF aItemA[ 1 ] == 0
               oRes:AddLinear( aItemB[ 1 ], aItemA[ 2 ] * aItemB[ 2 ] )
            ELSEIF aItemB[ 1 ] == 0
               oRes:AddLinear( aItemA[ 1 ], aItemA[ 2 ] * aItemB[ 2 ] )
            ELSE
               // Ambos dependen de neuronas ocultas -> Interacci贸n Bilineal (ReGLU)
               oRes:AddBilinear( aItemA[ 1 ], aItemB[ 1 ], aItemA[ 2 ] * aItemB[ 2 ] )
            ENDIF
         NEXT
      NEXT
   ENDIF
RETURN oRes


// ===========================================================================
// CLASE THandwiredNet: Compilador de L贸gica a Matrices + Motor de Inferencia
// ===========================================================================
CLASS THandwiredNet
   DATA hInputs       INIT {=>} // Mapa nombre_entrada -> 铆ndice de columna
   DATA aInputNames   INIT {}   // Lista ordenada de entradas
   DATA aHiddenSpecs  INIT {}   // Definici贸n de cada neurona ReLU de Capa 1
   DATA oOutputVar              // THWVar de salida

   // Matrices compiladas listas para inferencia matricial
   DATA aW1           INIT {}   // Matriz Capa 1: [ nHidden ][ nInputs + 1 (Bias) ]
   DATA aW2Linear     INIT {}   // Vector Capa 2 Lineal: [ nHidden + 1 (Bias) ]
   DATA aW2Bilinear   INIT {}   // Matriz Capa 2 ReGLU: tripletas { idxA, idxB, peso }

   METHOD New()
   METHOD Input( cName )
   METHOD AddReLUNeuron( nInputIdx, nWeight, nBias )
   METHOD GreaterThan( oVar, nThreshold )
   METHOD LessThan( oVar, nThreshold )
   METHOD Equals( oVar, nValue )
   METHOD Iif( oCond, xTrue, xFalse )
   METHOD SetOutput( oVar )
   METHOD Compile()
   METHOD Run( hValues )
   METHOD DumpArchitecture()
ENDCLASS

METHOD New() CLASS THandwiredNet
RETURN Self

// Crea una variable de entrada y una neurona ReLU identidad para dejarla pasar
METHOD Input( cName ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputIdx, nHiddenIdx, oVar

   AAdd( ::aInputNames, cName )
   nInputIdx := Len( ::aInputNames )
   ::hInputs[ cName ] := nInputIdx

   // Creamos una neurona ReLU(1 * x + 0) que act煤a como "cable" de paso (para x >= 0)
   nHiddenIdx := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, 0 )

   oVar := THWVar():New( Self )
   oVar:AddLinear( nHiddenIdx, 1 )
RETURN oVar

// A帽ade una neurona a la Capa 1: ReLU( nWeight * Input[nInputIdx] + nBias )
METHOD AddReLUNeuron( nInputIdx, nWeight, nBias ) CLASS THandwiredNet
   AAdd( ::aHiddenSpecs, { nInputIdx, nWeight, nBias } )
RETURN Len( ::aHiddenSpecs )

// Compila (x > k) para enteros: ReLU(x - k) - ReLU(x - (k + 1))
METHOD GreaterThan( oVar, nThreshold ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputIdx := ::aHiddenSpecs[ oVar:aLinear[ 1 ][ 1 ] ][ 1 ]
   LOCAL nH1 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -nThreshold )
   LOCAL nH2 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -( nThreshold + 1 ) )
   LOCAL oCond := THWVar():New( Self )

   oCond:AddLinear( nH1,  1 )
   oCond:AddLinear( nH2, -1 )
RETURN oCond

// Compila (x < k) para enteros: 1 - (x > k - 1)
METHOD LessThan( oVar, nThreshold ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL oGe := ::GreaterThan( oVar, nThreshold - 1 )
   LOCAL oRes := THWVar():New( Self )
   oRes:AddLinear( 0, 1 )
RETURN oRes - oGe

// Compila igualdad exacta (x == k) usando un pulso triangular de 3 ReLUs:
// ReLU(x - (k-1)) - 2*ReLU(x - k) + ReLU(x - (k+1))
METHOD Equals( oVar, nValue ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputIdx := ::aHiddenSpecs[ oVar:aLinear[ 1 ][ 1 ] ][ 1 ]
   LOCAL nH1 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -( nValue - 1 ) )
   LOCAL nH2 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -nValue )
   LOCAL nH3 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -( nValue + 1 ) )
   LOCAL oEq := THWVar():New( Self )

   oEq:AddLinear( nH1,  1 )
   oEq:AddLinear( nH2, -2 )
   oEq:AddLinear( nH3,  1 )
RETURN oEq

// Compila un IIF( oCond, xTrue, xFalse ) como: oCond * xTrue + (1 - oCond) * xFalse
METHOD Iif( oCond, xTrue, xFalse ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL oOneMinusCond := THWVar():New( Self )
   LOCAL oBranchTrue, oBranchFalse

   oOneMinusCond:AddLinear( 0, 1 )
   oOneMinusCond := oOneMinusCond - oCond

   oBranchTrue  := iif( HB_ISOBJECT( xTrue ),  xTrue,   oCond * xTrue )
   IF HB_ISOBJECT( xTrue )
      oBranchTrue := oCond * xTrue
   ENDIF

   oBranchFalse := iif( HB_ISOBJECT( xFalse ), oOneMinusCond * xFalse, oOneMinusCond * xFalse )
RETURN oBranchTrue + oBranchFalse

METHOD SetOutput( oVar ) CLASS THandwiredNet
   ::oOutputVar := oVar
RETURN Self

// ---------------------------------------------------------------------------
// COMPILACI脫N: Ensambla las matrices densas aW1, aW2Linear y aW2Bilinear
// ---------------------------------------------------------------------------
METHOD Compile() CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputs := Len( ::aInputNames )
   LOCAL nHidden := Len( ::aHiddenSpecs )
   LOCAL i, aSpec, aRow, aPair

   // 1. Construir Matriz W1 (Capa 1): [ nHidden x (nInputs + 1) ]
   ::aW1 := Array( nHidden )
   FOR i := 1 TO nHidden
      aRow := Array( nInputs + 1 )
      AFill( aRow, 0 )
      aSpec := ::aHiddenSpecs[ i ]
      aRow[ aSpec[ 1 ] ]     := aSpec[ 2 ] // Peso de la entrada
      aRow[ nInputs + 1 ]    := aSpec[ 3 ] // Peso del Bias (煤ltima columna)
      ::aW1[ i ] := aRow
   NEXT

   // 2. Construir Vector W2 Lineal: [ nHidden + 1 ] (la 煤ltima posici贸n es el Bias de salida)
   ::aW2Linear := Array( nHidden + 1 )
   AFill( ::aW2Linear, 0 )
   FOR EACH aPair IN ::oOutputVar:aLinear
      IF aPair[ 1 ] == 0
         ::aW2Linear[ nHidden + 1 ] += aPair[ 2 ]
      ELSE
         ::aW2Linear[ aPair[ 1 ] ]  += aPair[ 2 ]
      ENDIF
   NEXT

   // 3. Copiar compuertas bilineales (ReGLU)
   ::aW2Bilinear := AClone( ::oOutputVar:aBilinear )
RETURN Self

// ---------------------------------------------------------------------------
// MOTOR DE INFERENCIA PURA: Solo multiplicaci贸n de matrices + ReLU + ReGLU
// ---------------------------------------------------------------------------
METHOD Run( hValues ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputs := Len( ::aInputNames )
   LOCAL nHidden := Len( ::aW1 )
   LOCAL aX      := Array( nInputs + 1 )
   LOCAL aH      := Array( nHidden + 1 )
   LOCAL i, j, nSum, nOut, aGate

   // Preparar vector de entrada X con un 1.0 al final para el Bias
   FOR i := 1 TO nInputs
      aX[ i ] := hValues[ ::aInputNames[ i ] ]
   NEXT
   aX[ nInputs + 1 ] := 1.0

   // CAPA 1: H = ReLU( W1 * X )
   FOR i := 1 TO nHidden
      nSum := 0
      FOR j := 1 TO nInputs + 1
         nSum += ::aW1[ i ][ j ] * aX[ j ]
      NEXT
      aH[ i ] := Max( 0, nSum ) // Funci贸n de activaci贸n ReLU
   NEXT
   aH[ nHidden + 1 ] := 1.0 // Bias para la Capa 2

   // CAPA 2 (Parte A - Producto escalar lineal): Out = W2_Linear 路 H
   nOut := 0
   FOR i := 1 TO nHidden + 1
      nOut += ::aW2Linear[ i ] * aH[ i ]
   NEXT

   // CAPA 2 (Parte B - Compuertas ReGLU): Out += Suma( w * H[a] * H[b] )
   FOR EACH aGate IN ::aW2Bilinear
      nOut += aGate[ 3 ] * aH[ aGate[ 1 ] ] * aH[ aGate[ 2 ] ]
   NEXT

RETURN nOut

// Muestra por pantalla las matrices compiladas y el n煤mero de pesos
METHOD DumpArchitecture() CLASS THandwiredNet
   LOCAL i, nWeightsW1 := Len( ::aW1 ) * ( Len( ::aInputNames ) + 1 )
   LOCAL nWeightsW2 := Len( ::aW2Linear ) + Len( ::aW2Bilinear )

   ? "=== Arquitectura Compilada Automaticamente ==="
   ? "Entradas :", hb_ValToExp( ::aInputNames )
   ? "Neuronas ReLU Capa 1:", Len( ::aW1 ), "| Pesos totales:", nWeightsW1 + nWeightsW2
   ? "--- Matriz W1 (Cada fila es: [", hb_ValToExp( ::aInputNames ), ", Bias ]) ---"
   FOR i := 1 TO Len( ::aW1 )
      ? "  Neurona h" + hb_ntos( i ) + ": ReLU(", hb_ValToExp( ::aW1[ i ] ), ")"
   NEXT
   ? "--- Vector W2 Lineal (Pesos sobre h1..h" + hb_ntos( Len( ::aW1 ) ) + " + Bias) ---"
   ? " ", hb_ValToExp( ::aW2Linear )
   ? "--- Compuertas ReGLU ( { hA, hB, Peso } ) ---"
   ? " ", hb_ValToExp( ::aW2Bilinear )
   ? ""
RETURN Self

FiveTech AI

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Joined: Fri Sep 25, 2026 01:40 AM

Re: Clase THandWiredNet

Posted: Sat Oct 17, 2026 08:23 AM

Hola a todos,

Revisamos la clase en profundidad y encontramos algunos casos borde que conven铆a corregir, as铆 que aqu铆 est谩 la versi贸n parcheada completa:

1. Las entradas negativas ya no se recortan. Input() usaba una 煤nica neurona paso ReLU(x), que recortaba los valores negativos a cero sin avisar. Ahora cada entrada atraviesa dos neuronas paso, ReLU(x) y ReLU(-x), y la variable es su diferencia, de modo que x = pos - neg se cumple para cualquier valor.

2. Errores claros en lugar de descartes silenciosos. Multiplicar expresiones que ya contienen t茅rminos bilineales (ReGLU) necesitar铆a grado 3 o superior, que una red de 2 capas ReLU + ReGLU no puede representar. El operador * ahora lanza un error descriptivo en lugar de descartar esos t茅rminos en silencio (antes (ab)c devolv铆a 0 sin aviso).

3. Validaci贸n donde el dise帽o lo necesita. GreaterThan(), LessThan() y Equals() ahora exigen una variable de entrada directa (controlada con el nuevo campo nInputIdx, que cualquier operaci贸n aritm茅tica borra) y un umbral/valor entero. Run() rechaza valores no enteros en las entradas que intervienen en comparaciones, porque esas comparaciones solo son exactas para enteros. Compile() tambi茅n exige que se haya llamado antes a SetOutput().

4. Limpiados los iif() redundantes del m茅todo Iif(); la sobrecarga de operadores ya cubre las ramas num茅ricas y objeto.

Una aclaraci贸n honesta: no pudimos compilarlo con Harbour en nuestro entorno de pruebas, as铆 que la verificaci贸n se hizo con un port fiel en Python de la sem谩ntica simb贸lica y de Compile()/Run(). Ah铆 pasan los 13 casos de prueba: los tres del demo original (36, 50, 55), valores frontera (48 con 4 unidades, 0 con 0 unidades), entradas negativas (-24 y -65), y errores claros para entrada no entera, expresiones compuestas en comparaciones, umbrales no enteros, productos con bilineales y Compile() sin SetOutput(). Por favor, comp铆lenlo en su entorno antes de usarlo.

La red compilada crece de 7 a 9 neuronas ReLU, una neurona paso extra por entrada.

#include "hbclass.ch"

// ===========================================================================
// handwired.prg  --  version parcheada
//
// Cambios respecto a la version publicada en el foro (post p286654):
//   1. Input() ya no recorta negativos: cada entrada usa DOS neuronas paso,
//      ReLU(x) y ReLU(-x), y la variable es su diferencia (x = pos - neg).
//   2. El operador "*" rechaza con error claro el producto de expresiones
//      que ya contienen terminos bilineales (no representable en 2 capas),
//      en lugar de descartarlos en silencio.
//   3. GreaterThan()/Equals() validan que reciben una variable de entrada
//      directa (nInputIdx), no una expresion compuesta, y que el umbral es
//      entero; en caso contrario lanzan error descriptivo.
//   4. Run() valida que las entradas que intervienen en comparaciones
//      reciban valores enteros (las comparaciones son exactas para enteros).
//   5. Compile() exige que se haya llamado a SetOutput().
//   6. Limpiados los iif() redundantes del metodo Iif().
// ===========================================================================

PROCEDURE Main()
   LOCAL oNet, uUnidades, uEsVip, uMayorQue4, uPrecio, uDescuento, uTotal
   LOCAL oErr

   // 1. Instanciamos el compilador/red neuronal
   oNet := THandwiredNet():New()

   // 2. Declaramos las variables de entrada (nodos simb贸licos)
   uUnidades := oNet:Input( "unidades" )
   uEsVip    := oNet:Input( "es_vip" )

   // 3. Escribimos la l贸gica de negocio de forma declarativa e intuitiva:
   //    - Condici贸n: 驴unidades > 4? (Compila a ReLU(u - 4) - ReLU(u - 5))
   //    - IIF simb贸lico: si > 4 vale 10, si no vale 12
   //    - Descuento: si es_vip == 1 vale 5, si no 0
   uMayorQue4 := oNet:GreaterThan( uUnidades, 4 )
   uPrecio    := oNet:Iif( uMayorQue4, 10, 12 )
   uDescuento := oNet:Iif( oNet:Equals( uEsVip, 1 ), 5, 0 )

   // Gracias a la sobrecarga de operadores en THWVar, escribimos la f贸rmula natural:
   uTotal     := ( uUnidades * uPrecio ) - uDescuento

   // 4. Fijamos la salida y compilamos a matrices puras
   oNet:SetOutput( uTotal )
   oNet:Compile()

   // Mostramos la arquitectura generada autom谩ticamente
   oNet:DumpArchitecture()

   // 5. Ejecutamos la inferencia (100% MatMul + ReLU + ReGLU, cero IFs)
   ? "=== Inferencia en la Red Neuronal Compilada ==="
   ? "3 uds, Normal (Esperado: 36) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => 3, "es_vip" => 0 } )
   ? "5 uds, Normal (Esperado: 50) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => 5, "es_vip" => 0 } )
   ? "6 uds, VIP    (Esperado: 55) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => 6, "es_vip" => 1 } )

   // Caso nuevo: entradas negativas ya no se recortan a cero
   ? "-2 uds, Normal (Esperado: -24) -> Red:", oNet:Run( { "unidades" => -2, "es_vip" => 0 } )

   // 6. Demostraciones de las nuevas validaciones (deben lanzar error claro)
   ? "=== Validaciones ==="

   TRY
      oNet:Run( { "unidades" => 4.5, "es_vip" => 0 } )
      ? "ERROR: no se detecto la entrada no entera"
   CATCH oErr
      ? "OK, entrada no entera rechazada:", oErr:Description
   END

   TRY
      oNet:GreaterThan( uUnidades + 1, 4 )
      ? "ERROR: no se detecto la expresion compuesta"
   CATCH oErr
      ? "OK, expresion compuesta rechazada:", oErr:Description
   END

   TRY
      ( uUnidades * uPrecio ) * uEsVip
      ? "ERROR: no se detecto el producto con terminos bilineales"
   CATCH oErr
      ? "OK, producto no representable rechazado:", oErr:Description
   END

RETURN


// ===========================================================================
// Error descriptivo del compilador/red
// ===========================================================================
STATIC FUNCTION RaiseError( cMsg )
   LOCAL oErr := ErrorNew()
   oErr:SubSystem   := "THWNET"
   oErr:Description := cMsg
   Throw( oErr )
RETURN NIL


// ===========================================================================
// CLASE THWVar: Representa un nodo/tensor simb贸lico en el grafo
// ===========================================================================
// Un THWVar almacena c贸mo se calcula su valor como combinaci贸n lineal de
// neuronas ocultas ReLU y t茅rminos bilineales (ReGLU).
//
// nInputIdx: si la variable es EXACTAMENTE una entrada declarada con Input(),
// guarda su 铆ndice de columna; cualquier operaci贸n aritm茅tica lo pone a NIL.
// Las comparaciones (GreaterThan/Equals) lo exigen para operar sobre la
// entrada cruda y no sobre una expresi贸n compuesta.
// ===========================================================================
CLASS THWVar
   DATA oNet
   DATA aLinear    INIT {}    // Pares: { nHiddenIdx, nWeight } (Idx 0 = Bias constante)
   DATA aBilinear  INIT {}    // Tripletas ReGLU: { nHiddenIdxA, nHiddenIdxB, nWeight }
   DATA nInputIdx  INIT NIL   // 脥ndice de entrada si es una entrada directa, NIL si es compuesta

   METHOD New( oNet )
   METHOD AddLinear( nHiddenIdx, nWeight )
   METHOD AddBilinear( nIdxA, nIdxB, nWeight )
   METHOD Clone()

   // Sobrecarga de operadores nativos de Harbour para expresiones naturales
   OPERATOR "+" ARG xOther
   OPERATOR "-" ARG xOther
   OPERATOR "*" ARG xOther
ENDCLASS

METHOD New( oNet ) CLASS THWVar
   ::oNet := oNet
RETURN Self

METHOD AddLinear( nHiddenIdx, nWeight ) CLASS THWVar
   LOCAL aPair
   IF nWeight == 0
      RETURN Self
   ENDIF
   FOR EACH aPair IN ::aLinear
      IF aPair[ 1 ] == nHiddenIdx
         aPair[ 2 ] += nWeight
         RETURN Self
      ENDIF
   NEXT
   AAdd( ::aLinear, { nHiddenIdx, nWeight } )
RETURN Self

METHOD AddBilinear( nIdxA, nIdxB, nWeight ) CLASS THWVar
   IF nWeight != 0
      AAdd( ::aBilinear, { nIdxA, nIdxB, nWeight } )
   ENDIF
RETURN Self

METHOD Clone() CLASS THWVar
   LOCAL oCopy := THWVar():New( ::oNet )
   LOCAL aItem
   FOR EACH aItem IN ::aLinear
      AAdd( oCopy:aLinear, { aItem[ 1 ], aItem[ 2 ] } )
   NEXT
   FOR EACH aItem IN ::aBilinear
      AAdd( oCopy:aBilinear, { aItem[ 1 ], aItem[ 2 ], aItem[ 3 ] } )
   NEXT
   oCopy:nInputIdx := ::nInputIdx
RETURN oCopy

// Suma simb贸lica: Variable + Variable  o  Variable + Constante
METHOD "+"( xOther ) CLASS THWVar
   LOCAL oRes := ::Clone()
   LOCAL aItem
   IF HB_ISNUMERIC( xOther )
      oRes:AddLinear( 0, xOther ) // 0 = Bias constante
   ELSEIF HB_ISOBJECT( xOther )
      FOR EACH aItem IN xOther:aLinear
         oRes:AddLinear( aItem[ 1 ], aItem[ 2 ] )
      NEXT
      FOR EACH aItem IN xOther:aBilinear
         oRes:AddBilinear( aItem[ 1 ], aItem[ 2 ], aItem[ 3 ] )
      NEXT
   ENDIF
   oRes:nInputIdx := NIL // el resultado ya es una expresi贸n compuesta
RETURN oRes

// Resta simb贸lica: Variable - Variable  o  Variable - Constante
METHOD "-"( xOther ) CLASS THWVar
   LOCAL oRes := ::Clone()
   LOCAL aItem
   IF HB_ISNUMERIC( xOther )
      oRes:AddLinear( 0, -xOther )
   ELSEIF HB_ISOBJECT( xOther )
      FOR EACH aItem IN xOther:aLinear
         oRes:AddLinear( aItem[ 1 ], -aItem[ 2 ] )
      NEXT
      FOR EACH aItem IN xOther:aBilinear
         oRes:AddBilinear( aItem[ 1 ], aItem[ 2 ], -aItem[ 3 ] )
      NEXT
   ENDIF
   oRes:nInputIdx := NIL // el resultado ya es una expresi贸n compuesta
RETURN oRes

// Multiplicaci贸n simb贸lica (Genera compuertas ReGLU cuando multiplica 2 variables)
METHOD "*"( xOther ) CLASS THWVar
   LOCAL oRes := THWVar():New( ::oNet )
   LOCAL aItemA, aItemB
   IF HB_ISNUMERIC( xOther )
      FOR EACH aItemA IN ::aLinear
         oRes:AddLinear( aItemA[ 1 ], aItemA[ 2 ] * xOther )
      NEXT
      FOR EACH aItemA IN ::aBilinear
         oRes:AddBilinear( aItemA[ 1 ], aItemA[ 2 ], aItemA[ 3 ] * xOther )
      NEXT
      oRes:nInputIdx := NIL
   ELSEIF HB_ISOBJECT( xOther )
      // El producto de t茅rminos bilineales dar铆a grado 3 o superior, que una
      // red de 2 capas (ReLU + ReGLU) no puede representar: error claro,
      // no descarte silencioso.
      IF ! Empty( ::aBilinear ) .OR. ! Empty( xOther:aBilinear )
         RaiseError( "THWVar * : el producto de expresiones con t茅rminos bilineales " + ;
                     "no es representable en una red de 2 capas (ReLU + ReGLU)" )
      ENDIF
      // Producto distributivo entre dos expresiones lineales -> Compuertas ReGLU
      FOR EACH aItemA IN ::aLinear
         FOR EACH aItemB IN xOther:aLinear
            IF aItemA[ 1 ] == 0
               oRes:AddLinear( aItemB[ 1 ], aItemA[ 2 ] * aItemB[ 2 ] )
            ELSEIF aItemB[ 1 ] == 0
               oRes:AddLinear( aItemA[ 1 ], aItemA[ 2 ] * aItemB[ 2 ] )
            ELSE
               // Ambos dependen de neuronas ocultas -> Interacci贸n Bilineal (ReGLU)
               oRes:AddBilinear( aItemA[ 1 ], aItemB[ 1 ], aItemA[ 2 ] * aItemB[ 2 ] )
            ENDIF
         NEXT
      NEXT
      oRes:nInputIdx := NIL
   ENDIF
RETURN oRes


// ===========================================================================
// CLASE THandwiredNet: Compilador de L贸gica a Matrices + Motor de Inferencia
// ===========================================================================
CLASS THandwiredNet
   DATA hInputs       INIT {=>} // Mapa nombre_entrada -> 铆ndice de columna
   DATA aInputNames   INIT {}   // Lista ordenada de entradas
   DATA aHiddenSpecs  INIT {}   // Definici贸n de cada neurona ReLU de Capa 1
   DATA oOutputVar              // THWVar de salida
   DATA hCmpInputs    INIT {=>} // 脥ndices de entrada usados en comparaciones (exigen enteros en Run)

   // Matrices compiladas listas para inferencia matricial
   DATA aW1           INIT {}   // Matriz Capa 1: [ nHidden ][ nInputs + 1 (Bias) ]
   DATA aW2Linear     INIT {}   // Vector Capa 2 Lineal: [ nHidden + 1 (Bias) ]
   DATA aW2Bilinear   INIT {}   // Matriz Capa 2 ReGLU: tripletas { idxA, idxB, peso }

   METHOD New()
   METHOD Input( cName )
   METHOD AddReLUNeuron( nInputIdx, nWeight, nBias )
   METHOD GreaterThan( oVar, nThreshold )
   METHOD LessThan( oVar, nThreshold )
   METHOD Equals( oVar, nValue )
   METHOD Iif( oCond, xTrue, xFalse )
   METHOD SetOutput( oVar )
   METHOD Compile()
   METHOD Run( hValues )
   METHOD DumpArchitecture()
ENDCLASS

METHOD New() CLASS THandwiredNet
RETURN Self

// Crea una variable de entrada.
// La entrada atraviesa DOS neuronas paso, ReLU(x) y ReLU(-x), y la variable
// es su diferencia: x = ReLU(x) - ReLU(-x). As铆 los valores negativos no se
// recortan a cero (con una sola neurona ReLU(x) se perd铆an en silencio).
METHOD Input( cName ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputIdx, nHPos, nHNeg, oVar

   AAdd( ::aInputNames, cName )
   nInputIdx := Len( ::aInputNames )
   ::hInputs[ cName ] := nInputIdx

   nHPos := ::AddReLUNeuron( nInputIdx,  1, 0 ) // parte positiva: ReLU(x)
   nHNeg := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, -1, 0 ) // parte negativa: ReLU(-x)

   oVar := THWVar():New( Self )
   oVar:AddLinear( nHPos,  1 )
   oVar:AddLinear( nHNeg, -1 )
   oVar:nInputIdx := nInputIdx // marca: esta variable ES la entrada cruda
RETURN oVar

// A帽ade una neurona a la Capa 1: ReLU( nWeight * Input[nInputIdx] + nBias )
METHOD AddReLUNeuron( nInputIdx, nWeight, nBias ) CLASS THandwiredNet
   AAdd( ::aHiddenSpecs, { nInputIdx, nWeight, nBias } )
RETURN Len( ::aHiddenSpecs )

// Valida que oVar es una entrada directa (no una expresi贸n compuesta) y la
// registra para que Run() exija valores enteros sobre ella.
METHOD CheckComparableInput( oVar, cMetodo ) CLASS THandwiredNet
   IF ! HB_ISOBJECT( oVar ) .OR. oVar:nInputIdx == NIL
      RaiseError( cMetodo + "(): requiere una variable de entrada directa, " + ;
                  "no una expresi贸n compuesta" )
   ENDIF
   ::hCmpInputs[ oVar:nInputIdx ] := .T.
RETURN oVar:nInputIdx

// Compila (x > k) para enteros: ReLU(x - k) - ReLU(x - (k + 1))
METHOD GreaterThan( oVar, nThreshold ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputIdx := ::CheckComparableInput( oVar, "GreaterThan" )
   LOCAL nH1, nH2, oCond

   IF nThreshold != Int( nThreshold )
      RaiseError( "GreaterThan(): el umbral debe ser entero (recibido: " + ;
                  hb_ValToExp( nThreshold ) + ")" )
   ENDIF

   nH1 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -nThreshold )
   nH2 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -( nThreshold + 1 ) )
   oCond := THWVar():New( Self )

   oCond:AddLinear( nH1,  1 )
   oCond:AddLinear( nH2, -1 )
RETURN oCond

// Compila (x < k) para enteros: 1 - (x > k - 1)
METHOD LessThan( oVar, nThreshold ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL oGe := ::GreaterThan( oVar, nThreshold - 1 )
   LOCAL oRes := THWVar():New( Self )
   oRes:AddLinear( 0, 1 )
RETURN oRes - oGe

// Compila igualdad exacta (x == k) usando un pulso triangular de 3 ReLUs:
// ReLU(x - (k-1)) - 2*ReLU(x - k) + ReLU(x - (k+1))
METHOD Equals( oVar, nValue ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputIdx := ::CheckComparableInput( oVar, "Equals" )
   LOCAL nH1, nH2, nH3, oEq

   IF nValue != Int( nValue )
      RaiseError( "Equals(): el valor debe ser entero (recibido: " + ;
                  hb_ValToExp( nValue ) + ")" )
   ENDIF

   nH1 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -( nValue - 1 ) )
   nH2 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -nValue )
   nH3 := ::AddReLUNeuron( nInputIdx, 1, -( nValue + 1 ) )
   oEq := THWVar():New( Self )

   oEq:AddLinear( nH1,  1 )
   oEq:AddLinear( nH2, -2 )
   oEq:AddLinear( nH3,  1 )
RETURN oEq

// Compila un IIF( oCond, xTrue, xFalse ) como: oCond * xTrue + (1 - oCond) * xFalse
METHOD Iif( oCond, xTrue, xFalse ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL oOneMinusCond := THWVar():New( Self )

   oOneMinusCond:AddLinear( 0, 1 )
   oOneMinusCond := oOneMinusCond - oCond

RETURN oCond * xTrue + oOneMinusCond * xFalse

METHOD SetOutput( oVar ) CLASS THandwiredNet
   ::oOutputVar := oVar
RETURN Self

// ---------------------------------------------------------------------------
// COMPILACI脫N: Ensambla las matrices densas aW1, aW2Linear y aW2Bilinear
// ---------------------------------------------------------------------------
METHOD Compile() CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputs := Len( ::aInputNames )
   LOCAL nHidden := Len( ::aHiddenSpecs )
   LOCAL i, aSpec, aRow, aPair

   IF ::oOutputVar == NIL
      RaiseError( "Compile(): falta fijar la salida con SetOutput()" )
   ENDIF

   // 1. Construir Matriz W1 (Capa 1): [ nHidden x (nInputs + 1) ]
   ::aW1 := Array( nHidden )
   FOR i := 1 TO nHidden
      aRow := Array( nInputs + 1 )
      AFill( aRow, 0 )
      aSpec := ::aHiddenSpecs[ i ]
      aRow[ aSpec[ 1 ] ]     := aSpec[ 2 ] // Peso de la entrada
      aRow[ nInputs + 1 ]    := aSpec[ 3 ] // Peso del Bias (煤ltima columna)
      ::aW1[ i ] := aRow
   NEXT

   // 2. Construir Vector W2 Lineal: [ nHidden + 1 ] (la 煤ltima posici贸n es el Bias de salida)
   ::aW2Linear := Array( nHidden + 1 )
   AFill( ::aW2Linear, 0 )
   FOR EACH aPair IN ::oOutputVar:aLinear
      IF aPair[ 1 ] == 0
         ::aW2Linear[ nHidden + 1 ] += aPair[ 2 ]
      ELSE
         ::aW2Linear[ aPair[ 1 ] ]  += aPair[ 2 ]
      ENDIF
   NEXT

   // 3. Copiar compuertas bilineales (ReGLU)
   ::aW2Bilinear := AClone( ::oOutputVar:aBilinear )
RETURN Self

// ---------------------------------------------------------------------------
// MOTOR DE INFERENCIA PURA: Solo multiplicaci贸n de matrices + ReLU + ReGLU
// ---------------------------------------------------------------------------
METHOD Run( hValues ) CLASS THandwiredNet
   LOCAL nInputs := Len( ::aInputNames )
   LOCAL nHidden := Len( ::aW1 )
   LOCAL aX      := Array( nInputs + 1 )
   LOCAL aH      := Array( nHidden + 1 )
   LOCAL i, j, nSum, nOut, aGate, cName

   // Las comparaciones GreaterThan/LessThan/Equals son exactas solo para
   // enteros: rechazar valores no enteros en las entradas que las usan,
   // en lugar de interpolar en silencio.
   FOR EACH cName IN ::aInputNames
      IF hb_HHasKey( ::hCmpInputs, ::hInputs[ cName ] ) .AND. ;
         hValues[ cName ] != Int( hValues[ cName ] )
         RaiseError( "Run(): la entrada '" + cName + "' interviene en comparaciones " + ;
                     "y debe ser entera (recibido: " + hb_ValToExp( hValues[ cName ] ) + ")" )
      ENDIF
   NEXT

   // Preparar vector de entrada X con un 1.0 al final para el Bias
   FOR i := 1 TO nInputs
      aX[ i ] := hValues[ ::aInputNames[ i ] ]
   NEXT
   aX[ nInputs + 1 ] := 1.0

   // CAPA 1: H = ReLU( W1 * X )
   FOR i := 1 TO nHidden
      nSum := 0
      FOR j := 1 TO nInputs + 1
         nSum += ::aW1[ i ][ j ] * aX[ j ]
      NEXT
      aH[ i ] := Max( 0, nSum ) // Funci贸n de activaci贸n ReLU
   NEXT
   aH[ nHidden + 1 ] := 1.0 // Bias para la Capa 2

   // CAPA 2 (Parte A - Producto escalar lineal): Out = W2_Linear 路 H
   nOut := 0
   FOR i := 1 TO nHidden + 1
      nOut += ::aW2Linear[ i ] * aH[ i ]
   NEXT

   // CAPA 2 (Parte B - Compuertas ReGLU): Out += Suma( w * H[a] * H[b] )
   FOR EACH aGate IN ::aW2Bilinear
      nOut += aGate[ 3 ] * aH[ aGate[ 1 ] ] * aH[ aGate[ 2 ] ]
   NEXT

RETURN nOut

// Muestra por pantalla las matrices compiladas y el n煤mero de pesos
METHOD DumpArchitecture() CLASS THandwiredNet
   LOCAL i, nWeightsW1 := Len( ::aW1 ) * ( Len( ::aInputNames ) + 1 )
   LOCAL nWeightsW2 := Len( ::aW2Linear ) + Len( ::aW2Bilinear )

   ? "=== Arquitectura Compilada Automaticamente ==="
   ? "Entradas :", hb_ValToExp( ::aInputNames )
   ? "Neuronas ReLU Capa 1:", Len( ::aW1 ), "| Pesos totales:", nWeightsW1 + nWeightsW2
   ? "--- Matriz W1 (Cada fila es: [", hb_ValToExp( ::aInputNames ), ", Bias ]) ---"
   FOR i := 1 TO Len( ::aW1 )
      ? "  Neurona h" + hb_ntos( i ) + ": ReLU(", hb_ValToExp( ::aW1[ i ] ), ")"
   NEXT
   ? "--- Vector W2 Lineal (Pesos sobre h1..h" + hb_ntos( Len( ::aW1 ) ) + " + Bias) ---"
   ? " ", hb_ValToExp( ::aW2Linear )
   ? "--- Compuertas ReGLU ( { hA, hB, Peso } ) ---"
   ? " ", hb_ValToExp( ::aW2Bilinear )
   ? ""
RETURN Self

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Re: Clase THandWiredNet

Posted: Sat Oct 17, 2026 08:23 AM

Hola a todos,

Explicamos para qu茅 sirve esta clase y por qu茅 es una idea interesante.

Para qu茅 sirve THandWiredNet

Convierte l贸gica de negocio escrita como expresiones naturales de Harbour (comparaciones, IIFs, aritm茅tica) en una red neuronal fija. "Hand-wired" (cableada a mano) significa que los pesos no se aprenden de datos: el compilador los calcula exactamente a partir de tus reglas. Escribes la l贸gica una vez, de forma declarativa, la compilas a matrices, y a partir de ah铆 evaluarla es matem谩tica matricial pura.

En qu茅 consiste

  • THWVar: una variable simb贸lica. Gracias a la sobrecarga de operadores de Harbour escribes ( uUnidades * uPrecio ) - uDescuento y la clase construye un grafo de t茅rminos en lugar de calcular n煤meros.

  • THandwiredNet: el compilador y el motor de inferencia. Las comparaciones compilan a construcciones ReLU exactas (GreaterThan es la diferencia de dos ReLUs, Equals es un pulso triangular de tres), y IIF compila a una mezcla aritm茅tica. El resultado son dos matrices densas y una lista de compuertas bilineales (ReGLU).

  • Run(): la inferencia. Para cada vector de entrada hace una multiplicaci贸n de matrices, activaciones ReLU y las compuertas. Cero IFs: la l贸gica ya est谩 horneada en los pesos.

Por qu茅 puede acelerar enormemente el proceso de muchos datos

El punto clave: una vez compilada, cada registro se eval煤a con el MISMO conjunto fijo de multiplicaciones y sumas. Eso cambia la econom铆a del proceso por lotes:

  1. Sin interpretaci贸n por registro. Un bucle cl谩sico sobre un mill贸n de l铆neas de factura re-eval煤a codeblocks y ramas en cada fila. Aqu铆 cada fila es un peque帽o producto de matrices de tama帽o conocido, sin ninguna rama (el c贸digo sin ramas aprovecha mucho mejor las CPUs modernas).

  2. El modelo son solo arrays. aW1, aW2Linear y aW2Bilinear son arrays normales de Harbour. Se pueden exportar y evaluar millones de filas en C, con una librer铆a BLAS o en una GPU, donde N registros se convierten en un 煤nico producto de matrices grande. Ah铆 es donde vive la aceleraci贸n "enorme": el mismo conjunto de reglas compiladas corre como una sola operaci贸n vectorizada en lugar de un bucle secuencial interpretado.

  3. La exactitud se preserva para datos enteros: las comparaciones son matem谩ticamente exactas, as铆 que la red reproduce tus reglas fila a fila, que es lo que la l贸gica de negocio necesita.

Un uso t铆pico por lotes (no medido aqu铆, solo muestra el patr贸n):

// 1. Compilar UNA vez
oNet := THandwiredNet():New()
uUds := oNet:Input( "unidades" )
uVip := oNet:Input( "es_vip" )
oNet:SetOutput( ( uUds * oNet:Iif( oNet:GreaterThan( uUds, 4 ), 10, 12 ) ) - ;
                oNet:Iif( oNet:Equals( uVip, 1 ), 5, 0 ) )
oNet:Compile()

// 2. Evaluar MUCHOS registros con las mismas matrices
aOut := Array( Len( aRows ) )
for i := 1 to Len( aRows )
   aOut[ i ] := oNet:Run( aRows[ i ] )   // { "unidades" => n, "es_vip" => n }
next

Y como la red compilada son solo arrays, este bucle se traslada sin esfuerzo a un bucle C apretado o a un kernel GPU sobre todo el dataset a la vez, sin re-derivar las reglas.

M谩s ejemplos de reglas que puede expresar

  • Precios por tramos y descuentos (el demo del primer post).

  • Comisiones: IIF( ventas > cupo, tarifa1, tarifa2 ) * importe, con varios umbrales compilados como mezclas anidadas.

  • Recargos y penalizaciones: cualquier regla a tramos sobre cantidades enteras (unidades, d铆as, puntos) m谩s combinaciones aritm茅ticas de las entradas.

En resumen: es un peque帽o compilador de reglas de negocio declarativas a un motor de evaluaci贸n sin ramas y vectorizable. Para un registro la ganancia es modesta; para cientos de miles o millones de registros, sobre todo si las matrices se exportan a BLAS o a una GPU, la diferencia puede ser enorme.

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