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Erschienen in:
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2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

4. Künstliche Intelligenz

verfasst von : Volker Lang

Erschienen in: Digitale Kompetenz

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Künstliche Intelligenz (KI) ist die vielseitigste Digitale Technologie, die in diesem Buch vorgestellt wird und gehört zu den am häufigsten verwendeten Schlagwörtern in den heutigen Medien. Sie wird oft in Verbindung mit den verwandten Begriffen Maschinelles Lernen, Neuronale Netze (NN), Big Data und Deep Learning verwendet, die wir in diesem Kapitel ebenfalls besprechen werden. Wir werden sehen, dass Künstliche Intelligenz eine breite Palette von Anwendungen in allen Bereichen der modernen Wirtschaft und Gesellschaft bietet.

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Fußnoten
1
Technisch gesehen erzeugen chemische Reaktionen eine Potenzialdifferenz, die mit einer elektrischen Spannung verbunden ist. Diese Spannung führt zu schwachen elektrischen Strömen, die von den Axonen weitergeleitet werden.
 
2
Bereits der griechische Philosoph Platon verwendete den Begriff cybernētēs in diesem Sinne zur Bezeichnung der Selbstverwaltung der Menschen in seinem berühmten literarischen Dialog „Alkibiades I“, in dem es um ein philosophisches Gespräch zwischen den beiden Philosophen Alkibiades und Sokrates geht.
 
3
The Logic Theorist war ein Computerprogramm, das 38 der ersten 52 Theoreme in Kap. 2 der berühmten Principia Mathematica, einem dreibändigen Werk über die Grundlagen der Mathematik, das 1910 von Alfred Whitehead und Bertrand Russell veröffentlicht wurde, mathematisch bewies.
 
4
Die Automatentheorie ist eine Disziplin der theoretischen Informatik, die sich mit abstrakten Automaten und Problemen befasst, die speziell von solchen Automaten gelöst werden können.
 
5
Eine schöne Online-Version dieses weltweit ersten Chatbots gibt es zum Beispiel auf www.​masswerk.​at/​elizabot/​.
 
6
Der „then“-Teil des Programmiercodes oder der Anweisung sagt der Maschine im Grunde, was sie bei den einzelnen „if’s“ und „else’s“ tun soll.
 
7
Checkers ist ein strategisches Brettspiel für zwei Spieler. Es geht darum, einheitliche Spielsteine (schwarz oder weiß) diagonal zu bewegen und gegnerische Steine zu schlagen.
 
8
Eine schöne Dokumentation über die Entwicklung von IBM Watson ist auf YouTube unter https://​youtu.​be/​X0JZMHhupTs/​ zu sehen.
 
9
Bei der Vorhersage geht es darum, vorhandene Informationen zu analysieren, um Erkenntnisse und Informationen zu gewinnen, die man nicht hat. Sie ist das Herzstück der Entscheidungsfindung unter Unsicherheit.
 
10
Es gibt auch noch andere Optimierungsalgorithmen. Sie heißen zum Beispiel stochastischer Gradientenabstieg, Mini-Batch-Gradientenabstieg, Momentum und Adagrad. Der Gradientenabstieg wird jedoch am häufigsten verwendet und gilt als die Standardmethode der Wahl.
 
11
Eine schöne Website, um mit ausgewählten Modellen des maschinellen Lernens zu spielen, finden Sie unter https://​teachablemachine​.​withgoogle.​com/​.
 
12
Siehe www.​image-net.​org/​ für weitere Einzelheiten.
 
14
Für viele Unternehmen ist es teuer, Kunden zu gewinnen, weshalb es sehr kostspielig ist, sie durch Abwanderung zu verlieren. Deshalb ist es für Unternehmen wichtig, diese Akquisitionskosten zu nutzen, indem sie die Abwanderung minimieren.
 
15
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Aktivierungsfunktion zu wählen, und die Wahl hängt oft vom jeweiligen Anwendungsfall oder der jeweiligen Anwendung ab. Die drei wichtigsten Aktivierungsfunktionen, die in modernen künstlichen neuronalen Netzen verwendet werden, sind die (1) sigmoide oder logistische Aktivierungsfunktion, (2) rectification linear unit oder ReLU und (3) softmax-Aktivierungsfunktion. Die Sigmoidfunktion wird in der Regel für die Neuronen in der Ausgabeschicht verwendet, da ihre Ausgaben probabilistisch interpretiert werden können.
 
16
Die in Künstlichen Neuronalen Netzen am häufigsten verwendeten Kostenfunktionen sind (1) quadratische Kosten, (2) Kreuzentropiekosten, (3) exponentielle Kosten, (4) Hellinger-Distanz, (5) Kullback-Leibler-Divergenz, (6) verallgemeinerte Kullback-Leibler-Divergenz und (7) Itakura-Saito-Distanz. Die Wahl hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall und der Netzarchitektur ab.
 
17
Der erste funktionierende, aber nicht sehr effiziente Trainingsalgorithmus für mehrschichtige künstliche neuronale Netze wurde von dem russischen Mathematiker Alexey Ivakhnenko im Jahr 1865 vorgeschlagen [41].
 
18
Diese Eigenschaft wird in der Fachsprache als räumliche Invarianz bezeichnet, die für die Erhöhung der Zuverlässigkeit von neuronalen Faltungsnetzen sehr wichtig ist.
 
19
Ihre Leistung wurde hauptsächlich durch das so genannte Problem des verschwindenden Gradienten eingeschränkt, das sich auf eine Kostenfunktion bezieht, die sich eher einem lokalen als einem globalen Minimum nähert. Die in Rekurrenten Neuronalen Netzen verwendeten Aktivierungsfunktionen erwiesen sich als besonders anfällig für dieses Problem.
 
20
Die Spieltheorie findet in der Wirtschaft und Industrie vielfältige Anwendung, da sie zur Optimierung von Entscheidungsprozessen eingesetzt werden kann, wie beispielsweise bei der Versteigerung der britischen 3G-Telekommunikationslizenzen im Jahr 2000 [60]. Einer ihrer Pioniere, der amerikanische Mathematiker John Nash, der das berühmte Nash-Gleichgewicht entdeckte, wurde 2001 in dem Oscar-prämierten Film A Beautiful Mind porträtiert.
 
21
Ein schönes YouTube-Video, das die Möglichkeiten der Stilübertragung von generativen adversarischen Netzen veranschaulicht, finden Sie unter https://​youtu.​be/​0ueRYinz8Tk/​.
 
24
Ein Markov-Prozess ist ein probabilistisches Modell, das eine zeitliche Abfolge möglicher Handlungen beschreibt, wobei die Wahrscheinlichkeit (oder der Wert) einer Handlung vom Zustand abhängt, der bei der vorangegangenen Handlung erreicht wurde. Benannt ist er nach dem russischen Mathematiker Andrej Andrejewitsch Markow.
 
25
Die meisten Go-Bretter verwenden entweder ein 9 × 9, 13 × 13 oder 19 × 19 liniertes Raster.
 
26
Dieser Begriff bezieht sich auf einen Ansatz, bei dem ein Algorithmus alle möglichen Lösungen berechnet und die Breite der möglichen nächsten Schritte in einem Entscheidungsbaum abbildet, um den besten auszuwählen.
 
27
Siehe auch https://​youtu.​be/​WXuK6gekU1Y/​ für eine aufschlussreiche Dokumentation über AlphaGo.
 
28
Formal hat der amerikanische Sozialist Charles Tilly diesen Begriff in seinem Arbeitspapier mit dem Titel „The old new social history and the new old social history“ 1980 zum ersten Mal verwendet, allerdings in einem anderen Zusammenhang.
 
29
Aus diesem Grund konzentrieren sich einige Startup-Unternehmen wie Cerebras Systems, Graphcore und Mythic AI nicht mehr auf traditionelle von-Neumann-ähnliche Mikrochip-Architekturen, sondern entwickeln stattdessen On-Chip-Compute-and-Memory-Designs.
 
30
Der weltweit erste echte Grafikprozessor war der „GeForce 256“, der 1999 von dem amerikanischen Halbleiterunternehmen Nvidia auf den Markt gebracht wurde, ohne dass man damals sein Potenzial für paralleles Rechnen und maschinelles Lernen erkannte.
 
32
Siehe www.​image-net.​org/​ für weitere Informationen.
 
33
Zum Vergleich: Der WSE Gen2 soll 46.225 mm2 groß sein, während der Nvidia A100 826 mm2 groß ist und 54,2 Milliarden Transistoren enthält. Der WSE Gen2 wird von TSMC hergestellt, einem taiwanesischen multinationalen Unternehmen für Halbleiterfertigung und -design. Weitere Einzelheiten finden Sie unter www.​cerebras.​net/​.
 
34
4K bezieht sich auf Bilder mit einer horizontalen Auflösung von etwa 4.000 Pixeln.
 
35
Unter Sensorfusion versteht man die Zusammenführung von Sensordaten aus verschiedenen, nicht miteinander verbundenen Informationsquellen. Die daraus resultierenden Informationen sind vollständiger und genauer, als sie es wären, wenn diese Quellen einzeln genutzt würden.
 
36
Siehe www.​vicarious.​com/​ für weitere Informationen.
 
37
Siehe www.​kindred.​ai/​autograsp/​ für weitere Informationen.
 
38
Weitere Einzelheiten über die verwendete Elektronik finden Sie beispielsweise unter www.​edn.​com/​autonomous-vehicles-the-electronics-road-to-making-them-safe/​.
 
39
ImageNet organisiert jedes Jahr einen internationalen Wettbewerb für Wissenschaftler im Bereich des maschinellen Lernens, um die Leistung von Algorithmen zu demonstrieren, indem mehr als 15 Millionen hochauflösende Bilder mit mehr als 22.000 Klassen gekennzeichnet werden.
 
40
Redundanz sowie die Zusammenführung verschiedener Informationsquellen sind für das autonome Fahren auf der Grundlage Künstlicher Neuronaler Netze besonders wichtig, um ein gewisses Maß an Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. So haben Forscher des deutschen Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme kürzlich gezeigt, dass kleine Muster im Hintergrund des von einem künstlichen neuronalen Netz zu analysierenden Kamerabildes so viel Rauschen erzeugen können, dass eine zuverlässige Bildanalyse katastrophal scheitert [99].
 
41
Das richtige Verhalten lässt sich beispielsweise aus dem Verhalten des Fahrers ableiten, der visuelle Informationen über verschiedene Verkehrssituationen interpretiert und angemessen reagiert, indem er z. B. lenkt, bremst und das Fahrzeug beschleunigt. Mit anderen Worten: Der Fahrer kennzeichnet die Daten im Wesentlichen, während er das Fahrzeug umsichtig führt.
 
42
Weitere Informationen sind unter www.​tesla.​com/​autopilotAI zu finden.
 
44
Die meisten Chatbots sind in der Regel auf Unternehmen ausgerichtet, z. B. auf den Kundensupport eines Unternehmens. Virtuelle Assistenten hingegen werden im Grunde für jeden entwickelt und helfen uns bei unseren täglichen Aktivitäten.
 
45
Die Stromverbrauchseffektivität ist ein quantitatives Maß für die Energieeffizienz und definiert als das Verhältnis zwischen dem Gesamtenergieverbrauch des Gebäudes und dem IT-Energieverbrauch.
 
46
Die Desoxyribonukleinsäure oder DNA ist ein Makromolekül, das unser Erbgut enthält. Sie besteht aus zwei komplementären Ketten, die sich umeinander winden und so die berühmte Doppelhelixstruktur bilden. Sie wurde 1953 von den beiden Molekularbiologen und späteren Nobelpreisträgern Francis Crick und James Watson am Cavendish Laboratory der Universität Cambridge auf der Grundlage der Analyse von Röntgenbeugungsdaten des britischen Wissenschaftlers Raymond Gosling am King’s College London entdeckt.
 
47
Stand: 27. Oktober 2020, Daten entnommen von https://​coronavirus.​jhu.​edu/​map.​html/​.
 
48
Aladdin ist die Abkürzung für „Asset, Liability, Debt, and Derivative Investment Network“.
 
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Metadaten
Titel
Künstliche Intelligenz
verfasst von
Volker Lang
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Digitale Kompetenz

Print ISBN: 978-3-662-66284-7

Electronic ISBN: 978-3-662-66285-4

Copyright-Jahr: 2022

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-66285-4_4