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2020 | Buch

Cognitive Computing

Theorie, Technik und Praxis

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Über dieses Buch

Mit diesem Buch führen die Herausgeber den Begriff „Cognitive Computing“ ein. Unter Cognitive Computing werden verschiedene Technologieansätze wie künstliche neuronale Netze, Fuzzy-Systeme und evolutionäres Rechnen zusammengefasst mit dem Ziel, die kognitiven Fähigkeiten eines Menschen (Denken, Lernen, Schlussfolgern etc.) mithilfe von Computermodellen zu simulieren. Nebst den theoretischen Grundlagen widmet sich das Herausgeberwerk der Vielfalt verschiedener Anwendungsmöglichkeiten und zeigt erste Erfahrungen aus Pionierprojekten. Das Buch richtet sich gleichermaßen an Studierende, Fachleute aller Fachrichtungen sowie den interessierten Anwender. Es hilft dem Leser, die Bedeutungsvielfalt des Begriffs Cognitive Computing zu verstehen und verschiedene Einsatzmöglichkeiten im eigenen Umfeld zu erkennen und zu bewerten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Künstliche Intelligenz

Frontmatter
Vorbild Gehirn – Randbedingungen für eine kognitive Architektur
Zusammenfassung
Um menschliche Kognition als emergentes Phänomen verstehen zu können, müssen zwei Fragen beantwortet werden: Was ist das gemeinsame Datenformat aller kognitiven Strukturen und durch welchen Mechanismus wird dieses Datenformat geformt? Für die Beantwortung dieser Fragen dürfte es nützlich sein, sich von Wissen über Strukturen und Vorgänge im Gehirn, dem einzigen existierenden Modell für Kognition, leiten zu lassen. Als Datenformat werden hier strukturierte Netze vorgeschlagen, die durch den gut untersuchten Vorgang der Netzwerk-Selbstorganisation gebildet werden, und wichtige kognitive Prozesse werden auf dieser Basis diskutiert. Der Artikel setzt sich mit einigen der das Gebiet beherrschenden Vorurteile auseinander.
Christoph von der Malsburg
Artificial Intelligence – The Big Picture
Abstract
This article presents an introduction to key concepts in the field of artificial intelligence and how they relate to each other. It offers a scheme to assess the maturity levels of current and future technologies or applications and lays out why today’s solutions cannot be reasonably considered intelligent. At its heart, the article includes an overview of fundamental solution approaches, the resulting capabilities, required enablers and the critical aspects of robustness, transparency and trust of produced results. Using novel ways to organize existing knowledge, it aims to enable the reader to accurately separate different notions and to gain a broad understanding of the key concepts under consideration. Based on a more comprehensive framework, it is deliberately limited in scope to provide a well-rounded overview to help the reader identify topics on which more detailed information should be sought out.
David Abele, Sara D’Onofrio
Artificial Intelligence – The Mindfire Foundation and Other Initiatives
Abstract
Artificial intelligence being one of the buzzwords of the decade, with an increasingly growing number of new initiatives and investments, the scope of this article is that of investigating the current situation of research in this field. In particular the reasons why experts believe that research in artificial intelligence is currently stuck and other of its problems, as well as some possible solutions are analyzed. Moreover, a framework describing the fundamental building blocks of AI initiatives, based on an analysis of already existing solutions, is defined, and the innovative structure and ideas of one of those initiatives, the Mindfire Foundation, are presented in detail. The Mindfire Foundation is a non-profit organization with the goal of understanding and replicating the human mind, with a focus on application solving problems affecting humanity. To allow this, its fulcrum is an innovative blockchain-based system providing incentivization of transdisciplinary and antidisciplinary collaborations, combined with a solid framework for the handling of ethical and regulatory problems.
Moreno Colombo, Edy Portmann, Pascal Kaufmann

Kreative Systeme

Frontmatter
Zur Grenze des Verstehens künstlicher Kreativität
Zusammenfassung
Dieser Artikel diskutiert das theoretische kreative Potential kognitiver Systeme. Er zeigt auf, wie eng verwoben die Diskussionen um menschliche und künstliche Kreativität sind und wie schwer der Kreativitätsbegriff einzuordnen ist. Aus diesem Grund wird die bekannte Unterscheidung dreier Ebenen genutzt, um das kreative Vermögen auf Basis seiner Komplexität in kombinatorische, explorative und transformative Kreativität zu unterteilen. Es werden fünf menschliche Charakteristika identifiziert, die für die höchste, transformative Ebene notwendig scheinen und über die kognitive Systeme jedoch nicht verfügen: Körperlichkeit, Individualität & Subjektivität, Bewusstsein, das Unbewusste sowie Sinnlichkeit. Anhand eines Beispiels wird verdeutlicht, warum es keinen Unterschied für jemandes Empfinden macht, ob kognitive Systeme tatsächlich kreativ sind oder es nur so wirkt, als ob sie es wären. Daher wird ein Perspektivenwechsel vorgeschlagen: Wenn akzeptiert wird, Kreativität nicht gänzlich verstehen zu können und das Erstaunen hierüber zuzulassen, kann die künstliche Kreativität des Cognitive Computings der eigenen Fähigkeit zur transformativen Kreativität augmentativ zur Seite stehen.
Jan Sebastian Zipp
Maschinen zur Lösung der grossen Probleme – Ein formeller Rahmen
Zusammenfassung
Einige der bedeutendsten Probleme dieser Welt müssen jetzt gelöst werden. In diesem Artikel wird dargelegt, was von den Maschinen – also von modernen Technologien – erwartet wird, wenn sie einen Beitrag zur Bewältigung grosser und drängender Probleme leisten sollen. Der vorgeschlagene formelle Rahmen für die Herleitung dieser Erwartungen baut darauf auf, dass das individuelle wahrgenommene Risiko einer Wissenschaftlerin, eines Ingenieurs oder jeder anderen potenziellen Mitwirkenden eine kollektive Problemlösung verhindern und die Lösungsfindung verschleppen kann. Es wird aufgezeigt, wie dieses Risiko mit der strukturellen Güte von Problemen zusammenhängt und es wird vorgeschlagen, je ein System zur Bewältigung der beiden grundlegenden Problemstruktur-Typen aufzubauen. Die Bewältigung von „ill-structured problems“ soll dabei über ein Creativity System erfolgen, während „well-structured problems“ über ein Productivity System abgewickelt werden sollen.
Dieser Artikel stellt eine Erweiterung eines bereits in der Zeitschrift Informatik Spektrum erschienenen Artikels dar (Gross 2018). Während im Artikel das Augenmerk auf das Creativity System gelegt wurde, findet im vorliegenden Artikel auch eine Auseinandersetzung mit der Frage statt, wie ein Productivity System im Rahmen der kollektiven Problemlösung zur Reduktion des von potenziellen Mitwirkenden wahrgenommenen individuellen Risikos beiträgt und somit deren Partizipation fördert. Es werden Leistungsanforderungen an ein solches System formuliert und in Ansätzen wird diskutiert, was das System zur Erfüllung dieser Anforderungen leisten muss. Die entsprechenden Ausführungen zum Creativity System wurden praktisch unverändert aus dem Informatik-Spektrum-Artikel übernommen.
Philip Gross

Chatbots

Frontmatter
Chatbot & Cognitive Services – Ein Schritt Richtung Automatisierung im User Help Desk der Schweizerischen Post
Zusammenfassung
Der User Help Desk der Informatikabteilung der Schweizerischen Post ist über verschiedene Kommunikationskanäle erreichbar. Das Telefon ist der meist verwendete Kanal, gefolgt von der E-Mail und dem Webformular für die Erfassung von Tickets. Dabei ist der Automatisierungsgrad der Verarbeitung von technischen Problemfällen und Anfragen gering. Mitarbeiter des User Help Desks müssen sich oft mit sich wiederholenden (und allgemeinen) Fragen auseinandersetzen und Aufgaben ausführen, die der Benutzer selbst erledigen könnte. Aus diesem Grund verfolgt die Informatikabteilung der Schweizerischen Post das Ziel, den Automatisierungsgrad mithilfe eines textbasierten Chatbots basierend auf Microsofts Cognitive Services als zusätzlichen Kanal zu erhöhen. Der Chatbot soll den Benutzern jederzeit die Informationen liefern können, die für die Problemlösung relevant sind. Deshalb wird in diesem Artikel diskutiert, ob und welche Cognitive Services von Microsoft für den Einsatz eines textbasierten Chatbots geeignet sind.
Julie Mackmood, Daniel Bammert Marty, Sara D’Onofrio
Soziotechnische Gestaltung von Chatbots
Zusammenfassung
Chatbots sind softwarebasierte Systeme, die mittels natürlicher Sprache mit Menschen interagieren. Viele Unternehmen setzen zunehmend auf Chatbots, um Kunden bei der Suche nach Informationen über Produkte oder Dienstleistungen und bei der Durchführung einfacher Prozesse zu unterstützen. Nichtsdestotrotz ist die Akzeptanz von Chatbots bei vielen Nutzern derzeit noch gering. Ein Grund dafür ist, dass sich die Interaktion mit Chatbots nur selten natürlich und menschlich anfühlt. Es wächst deshalb die Erkenntnis, dass neben einer guten technischen Plattform auch weitere Faktoren bei der Gestaltung von Chatbots beachtet werden sollten. Die soziotechnische Gestaltung von Chatbots fokussiert sich daher auf die sozialen Signale eines Chatbots. Diese sozialen Signale (z. B. Lächeln, Sprachstil oder Antwortgeschwindigkeit) spielen nicht nur in der zwischenmenschlichen Kommunikation, sondern auch in der Interaktion mit Chatbots eine grosse Rolle. Dieser Artikel erläutert die Grundlagen der soziotechnischen Gestaltung von Chatbots, verdeutlicht die Wirkung sozialer Signale anhand eines Forschungsbeispiels und diskutiert kritisch die Vermenschlichung von Chatbots.
Ulrich Gnewuch, Jasper Feine, Stefan Morana, Alexander Maedche

Praktische Anwendungsfälle

Frontmatter
Kollektive Intelligenz von Mensch und Maschine – Fuzzy Logik zur Einbindung von Expertenwissen in die Wegeplanung von Fahrerlosen Transportfahrzeugen
Zusammenfassung
Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Wegeplanung von Fahrerlosen Transportfahrzeugen. Es wird eine Übersicht über die verschiedenen Gruppen von Wegeplanungsalgorithmen, wie zum Beispiel Geometrische Ansätze oder Algorithmen der Computational Intelligence gegeben. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Kombination von menschlichem Wissen mit Wegeplanungsalgorithmen. Ein konkretes Beispiel für ein Expertensystem wird vorgestellt, das menschliches Wissen in Form eines Fuzzy Inferenz Systems speichert. Der Output des Fuzzy Inferenz Systems interagiert mit einem A∗-Algorithmus. Als Ergebnis entstehen Wegenetze, die sowohl anwendbar, als auch effizient sind. Der Artikel endet mit einer Evaluierung, wann Ansätze des Cognitive Computings sinnvoll für die Wegeplanung von Fahrerlosen Transportfahrzeugen eingesetzt werden können.
Sarah Uttendorf
Legal Tech – Cognitive Computing in der juristischen Praxis
Zusammenfassung
Die Rechtswissenschaft und juristische Praxis zeichnen sich durch das Beherrschen der natürlichen Sprache aus. Sachverhalte und Argumente müssen möglichst präzise beschrieben werden. Das Recht, bestehend aus Gesetzestexten und Gerichtsurteilen, stellt einen grossen, weitgehend unstrukturierten Datensatz dar. Der Artikel zeichnet nach, wie es dennoch möglich ist, Recht maschinenlesbar zu machen beziehungsweise wie Computersysteme das Recht interpretieren und JuristInnen unterstützen können. Methoden, die im Sinne des Cognitive Computings natürliche Sprache ohne viel menschliches Zutun auswerten, stecken noch in den Kinderschuhen, weisen aber Potenzial auf. Mittels Analyse von Metadaten und gezielten Suchen ist es möglich, Zusammenhänge zwischen Rechtsquellen herzustellen oder Gerichtsurteile zu einem gewissen Grad vorherzusagen. Das Kapitel zeigt dabei die eingesetzten datengetriebenen oder regelorientierten Ansätze auf und setzt sich mit den Möglichkeiten, Grenzen und Risiken dieser Methoden auseinander.
Philip Hanke
Die Digitalisierung des Skillmanagements – Kognitiver Digitaler Assistent für die Wertschöpfung des Human Ressource Management in der Digitalen Transformation
Zusammenfassung
Die Digitalisierung ist überall und im Zentrum dieser neuen Welle der Digitalisierung geht es (wieder einmal) um den Einsatz von künstlicher Intelligenz um eine Wertschöpfung zu erzielen. Im Rahmen der durch die Digitalisierung ausgelösten Transformationen werden nicht nur neue digitale Wertschöpfungsketten gebildet. Innerhalb dieser neuen, digitalen Wertschöpfungsketten werden die Aufgabenteilungen zwischen Mensch und Maschine neu definiert. Dieser Artikel behandelt die gleichermassen aktuelle wie relevante Frage nach der digitalen Transformation im Personalbereich. Er beschäftigt sich mit dem dortigen Nutzen einer Cognitive-Computing-Plattform, als eine Ausprägung für Systeme künstlicher Intelligenz, wie man sie heute bauen kann, sowie ihre Auswirkungen auf Unternehmen und Mitarbeiter. Von dieser Transformation sind alle Bereiche eines Unternehmens betroffen. Jeder Bereich muss für eine erfolgreiche Umsetzung seinen Beitrag leisten. Der Einsatz von künstlicher Intelligenz im Human Ressource Management (HR, deut. Personalmanagement) unterstützt darüber das Aufsetzen auf bereits vorhandene Ansätze für ein strategisches Workforce Management.
Adrian Vogler
Health Recommendation System Framework for the Optimization of Medical Decisions
Abstract
The introduction of recommendation systems for the health sector has opened additional channels to improve the decision-making of physicians and administrators of the healthcare system. Web-based and mobile applications, social networks and virtual communities could improve these processes. The Internet provides a huge amount of information; therefore, the creation of intelligent mechanisms and tools, such as the ones proposed, allows physicians and the health sector to be better informed in the decision-making process while improving communication channels. In this work, a theoretical framework for the design and implementation of the so-called project MedicGate, a smart social network to optimize medical decisions using cognitive computing is presented. The expectation is that this initiative will have an impact on those responsible for the generation of health policies, by providing information and resources for decision-making through informed knowledge and feedback from the medical and academic sector.
Luis Terán, Jhonny Pincay, Diana Pacheco, Martin Štěpnička, Daniel Simancas-Racines
Backmatter
Metadaten
Titel
Cognitive Computing
herausgegeben von
Prof. Dr. Edy Portmann
Sara D'Onofrio
Copyright-Jahr
2020
Electronic ISBN
978-3-658-27941-7
Print ISBN
978-3-658-27940-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-27941-7