Wie lernen Computer und Roboter?
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- Nele Schuster
- vor 7 Jahren
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1 Wie lernen Computer und Roboter? Ute Schmid mit Unterstützung von Mark Wernsdorfer Kognitive Systeme Fakultät Wirtschaftsinformatik und Angewandte Informatik Otto-Friedrich Universität Bamberg Kinderuni Bamberg, 12. Mai 2012 U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 1 / 25
2 Was können Computer und Roboter besser als Menschen? Computer... vergessen (fast) nie etwas können schnell und fehlerfrei rechnen können sehr gut Schachspielen Roboter... halten viel mehr aus als Menschen (gefährliche Umgebung, schweres Gewicht) Roboter können schnell und fehlerfrei Sachen zusammenbauen Roboter können Wege gehen ohne sich zu verlaufen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 2 / 25
3 Was ko nnen Menschen besser als Computer und Roboter? Textaufgaben lo sen Gegensta nde erkennen Texte sinnvoll zusammenfassen Witze verstehen Als Fahrradfahrer am Verkehr teilnehmen Fußball spielen Tanzen Erkennen, dass jemand traurig ist U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 3 / 25
4 Gegenstände erkennen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 4 / 25
5 Als Fahrradfahrer am Verkehr teilnehmen Körperbeherrschung nicht umkippen, am Rand fahren, Handsignal geben Verkehrsregeln beachten Schnell reagieren Auto, das bremst; Ampel, die umschaltet; Fußgänger, der Straße überquert U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 5 / 25
6 ARMAR, der menschenähnliche Roboter (KIT) U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 6 / 25
7 Was muss ARMAR alles können? Sich im Raum bewegen, ohne sich oder Menschen zu schaden (Zusammenstöße vermeiden, Kollissionsvermeidung) Greifen ohne etwas zu zerquetschen oder fallen zu lassen Wissen über die Welt haben (Apfelsaft ist im Kühlschrank) Wahrnehmen/Sehen/Erkennen: Apfelsaft von anderem Saft unterscheiden, Becher finden Sich Dinge merken können (Gedächtnis) Sprache verstehen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 7 / 25
8 Warum können Menschen Vieles so gut? Menschen lernen vom Baby angefangen bis ins hohe Alter Unterteilung der Dinge der Welt in Konzepte (Hund, Auto, Gefahr) Bewegungsabläufe (Greifen, Aufsetzen, Fahrradfahren, Klavierspielen) Lesen, Texte verstehen Mensch-ärgere Dich nicht spielen Malen... U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 8 / 25
9 Was ist überhaupt Lernen? Lernen ist die Veränderung von Wissen und Fertigkeiten durch Erfahrung so. Lernen ist dauerhaft, nicht vorübergehend Übung, nicht Reifung Kompetenz (was man im Kopf hat), nicht immer Performanz (was man in einem Test zeigt) U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni 12 9 / 25
10 Arten des Lernens Auswendiglernen ist oft langweilig können Computer gut (Daten in einer Datenbank) Problem: Abruf von Auswendiggelerntem Hilfe: Mnemotechniken (Eselsbrücken, Verbinden mit Bekanntem, Loci-Methode) Verallgemeinerungslernen Lernen allgemeiner Dinge aus Beispielen Begriffe lernen (Mutter, Hund, Schule, Monat) können Computer in manchen Bereichen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
11 Mnemotechniken (Tricks für s Auswendiglernen) Eselsbrücken: Wer nämlich mit h schreibt, ist dämlich. Nicht Ohne Seife Waschen. Knöchelmethode für Tage im Monat. Verbinden mit Bekanntem/Wissenskarten: Was weiß ich alles über Strom? Loci-Methode: Festes ablegen von Dingen an vorgestellten Orten (Weg, Zimmer im Haus) U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
12 Weitere Arten des Lernens Strategien Lernen bei Spielen (Mensch-ärgere-dich-nicht, Schach) beim Lösen von Textaufgaben im Alltag (Finden von Wegen, Frühstück-Machen) können Computer und Roboter in manchen Bereichen Körperliche Koordination Klavierspielen Fußballspielen Balancieren können Computer und Roboter in manchen Bereichen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
13 ARMAR lernt (KIT) U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
14 Können auch Computer und Roboter lernen? Forscher schauen sich Dinge von Menschen ab, um Programme zu schreiben, mit denen Computer und Roboter lernen können Dabei lernen die Forscher auch vieles darüber, wie Menschen lernen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
15 Verallgemeinerungslernen Umwelt Mutter Das ist ein Hund. Umwelt Kind Hund Mutter Nein, das ist kein Hund. Kind (Hunde bewegen sich.) Umwelt Kind Hund Mutter Ja, das ist ein Hund, Prima! U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
16 Beispiel Begriffslernen Umwelt Kind Hund Mutter Nein, das ist kein Hund. Kind (Hunde bewegen sich und sind klein.) Umwelt Kind Hund Mutter Ja, das ist ein Hund, Prima! U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
17 Beispiel Begriffslernen Umwelt Kind Hund Mutter Nein, das ist kein Hund. Kind (Hunde bewegen sich und sind klein und haben Fell.)... U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
18 Wie kann man dem Computer Lernen beibringen? Menschliches Begriffslernen: Aufbau allgemeiner Regeln aus Beispielen Zu große Verallgemeinerungen werden durch zunehmende Erfahrung eingeschränkt Maschinelles Klassifikationslernen: Formulierung dieser Ideen in einer Berechnungsvorschrift! U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
19 Wie sieht ein Lernalgorithmus aus? Entscheidungsbaum-Lernen Fange mit der leeren Hypothese an (Nichtwissen) Wenn ein neues Beispiel nicht klassifiziert werden kann, ersetze Nichtwissen durch die Klasse des Beispiels. Wenn ein neues Beispiel korrekt klassifiziert wird, tue nichts. (Hypothesenbestätigung) Wenn ein neues Beispiel falsch klassifiziert wird, nimm eine Eigenschaft hinzu. U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
20 Beispiel keine Ahnung U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
21 Beispiel Egal, wie es aussieht, es ist ein Hund U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
22 Beispiel ja Hund Bewegt sich nein keine Ahnung U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
23 Beispiel ja Bewegt sich nein klein Größe groß keine Ahnung Hund keine Ahnung U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
24 Beispiel ja Bewegt sich nein klein Größe groß keine Ahnung Hat Fell keine Ahnung ja nein Hund keine Ahnung U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
25 Wie lernt der Roboter was ein Becher ist? Verallgemeinerungslernen Merkmale: etwa 10 cm hoch, zylinderförmig, hohl,... Aber wie werden die Merkmale erkannt? Sensorik Menschen haben 5 Sinne Information gelangt über Nervenzellen ins Gehirn und wird dort ausgewertet Roboter haben Sensoren: Kamera (Auge), Mikrophon (Ohr), Drucksensor (Haut), Ultraschall (wie Fledermaus),... Sensorinformation wird von Programmen ausgewertet Würde der Roboter merken, dass da ein zylinderförmiger Baustein steht und nicht ein Becher? U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
26 Wie lernt ein Roboter greifen? Die menschliche Hand hat mit 5 Fingern, die jeweils mit Gelenken unterteilt sind, sehr viele Bewegungsmöglichkeiten Durch Berührung spüren Menschen genau, wie und wie fest sie greifen müssen Babys können schon sehr schnell greifen (Finger, Schnuller, Rassel) Feine Bewegungen können kleine Kinder noch nicht so gut Aber größere Kinder beherrschen das Greifen schon perfekt Lernen durch Verstärkung, Lernen durch Imitation Wir nutzen Rückmeldungen über unser Verhalten (hat funktioniert oder nicht), um unsere Greifbewegungen zu verbessern Durch Üben werden wir immer besser (Fußball, Ballett, Klavier spielen) Roboter lernen Greifen durch Nachmachen (Imitation) der menschlichen Bewegungen U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
27 Wie Roboter das Greifen lernen (Spiegel TV, Uni Bielefeld) U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
28 Können Computer und Roboter so schlau werden wie wir Menschen? Computer lernen Objekte zu erkennen, Gefühle zu erkennen, natürlichsprachige Anweisungen zu verstehen Roboter lernen Fußballspielen, Treppensteigen Aber kann ein Roboter/Computer Hausaufgaben machen? kann ein Roboter gut kochen lernen? kann ein Roboter ein Freund sein? U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
29 NAO, der kleine Roboter U. Schmid (Uni BA) Wie lernen Computer und Roboter? Kinderuni / 25
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Rechne aus und schreibe das Ergebnis auf den Strich. 4 + 1 = 5 + 5 = 3 + 4 = 1 + 7 = 2 + 2 = 4 + 5 = 7 + 3 = 9 + 1 = 0 + 1 = 8 + 1 = 5 + 0 = 5 + 5 = 3 + 2 = 1 + 1 = 2 + 5 = 3 + 6 = 3 + 7 = 6 + 2 = 4 +
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