Klausur. Kognitive Systeme. 11. Juli ,5 Stunden Open Notes

Transkript

1 Klausur Kognitive Systeme 11. Juli ,5 Stunden Open Notes Name: Matr. Nr.: Hinweise (bitte unbedingt lesen): Die Klausur dauert 1,5 Stunden. Bitte versehen sie zunächst jedes Blatt der Klausur mit ihrem Namen. Lesen Sie zu erst am Besten alle acht Fragen inklusive Teilfragen einmal durch. Beginnen Sie dann wo Sie wollen. Zusätzliche, leere Blätter (falls notwendig) stehen zur Verfügung. Die Klausur vergibt insgesamt 110 Punkte, aber 100 Punkte = 100% gelöst. Bitte leserlich schreiben. Viel Glück! Problem: Punkte Maximal Punkte Erreicht 1. Visuelle Verarbeitung Bayes Netze Roboterspielplatz Braintenbergfahrzeuge Genetische Algorithmen Motorkontrolle / 10 Armkontrolle 7. Intelligenz & Bewusstsein Gehirnmechanismen /100= %

2 1. Visuelle Verarbeitung [15]. Hierarchische Neuronale Netze können sehr gut eingesetzt werden, um Kamerabilder in Anlehnung an neuronale Strukturen des Gehirns zu verarbeiten. Die Modelle von Poggio und Kollegen zeigten gute Verarbeitungsfähigkeiten. Rao und Ballard s Ansatz kann ähnliche Strukturen sogar lernen. Trotzdem werden solche Modelle noch kaum in der Industrie eingesetzt. Wie kann das sein? Diskutieren Sie mindestens drei mögliche Gründe.

3 2. Bayessche Verarbeitung [15]. Gegeben das Bayes Netz rechts (mit einem ternären und zwei binären Knoten). Beantworten Sie die folgenden Fragen: a. Gegeben, dass P(Anders, Bellen=wahr, Hund=wahr)=.0009, wie lautet der Wert, der in der bedingten Wahrscheinlichkeitstabelle für Hund nicht angegeben ist? Tierumriss Vierbeiner Zweibeiner Anders Tier- Umriss P(Tierumriss).5.2 Hund P(wahr)=.01 Bellen Tierumr./Bellen Vierb., falsch Vierb., wahr Zweib., falsch Zweib., wahr Anders, falsch Anders, wahr P(Hund) ??? b. Berechnen Sie P(Hund Zweibeiner). c. Gegeben ein Hund ist im Bild, sind Bellen und Tierumriss unabhängig? Gegeben (zusätzlich neben Hund ) dass ein Anderer Tierumriss detektiert wird, wie wird sich die Wahrscheinlichkeit für Bellen =wahr verändern? (Hinweis: Argumentation über die Werte der Wahrscheinlichkeitstabellen reicht. Keine komplexeres Rechnen notwendig.)

4 3. Roboterspielplatz [25]. Gegeben folgende Bauteile: Sensorik Hochauflösende 3D Kamera mit 90 abbildbarem Bereich Graustufen 360 Kamera Laserabstandssensoren Helligkeitssensoren Gleichgewichtssensor Motorik Greifarm mit 7 Freiheitsgraden einfacher ausfahr und schwenkbare Greifvorrichtung Rotationsvorrichtung für die Kamera Rädersatz mit einfachen Motoren 6 Beinige Bewegungsvorrichtung mit Kontrollsteuerung Welche Teile würden Sie für den Bau eines effizienten Roboters benutzen, der wie folgt gebaut und eingesetzt werden soll? Welche Teile würden Sie in jedem Fall nicht einsetzten? Argumentieren Sie wieso. a. Staubsaugroboter. Sie wollen möglichst günstig eine gegebene, kleine Saugvorrichtung in einen Roboter einbauen, um mit diesem eine Officeumgebung sauber zu halten, ohne die dort Arbeitenden zu stören. Diskutieren Sie mindestens 3 einsetzbare Teile und 2, die wohl nicht all zu sinnvoll wären. b. Suchbot. Ein Roboter soll gebaut werden, der als Suchgerät für verlorene Gegenstände im Gelände (Wald, Wiese, Park, etc.) eingesetzt werden soll. Das Gerät sollte Gegenstandsarten unterscheiden können (sie also mit passender Sensorik wahrnehmen können) und beim Auffinden des Gegenstandes dort einfach stehen bleiben. Diskutieren Sie mindestens 5 einsetzbare Teile. c. Was haben Ihre Entscheidungen mit der Überlegung der Lebensraum Nischen zu tun?

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6 4. Βraitenbergfahrzeuge [10]. Gegeben das rechts abgebildete Braitenbergfahrzeug mit zwei Helligkeitssensoren (vorne rechts und links). a. Was macht der Roboter, wenn eine helle Lichtquelle rechts vor ihm strahlt? b. Gegeben das linke Rad ist blockiert. Was würde passieren (gegeben die Lichtquelle rechts vorne), wenn die Lichtsensoren eine Helligkeitswahrnehmung von 180 hätten oder eine von 360 (aber jeweils immer mit Intensität zum Licht hin zunehmend)? Wovon ist das Verhalten mit blockiertem Rad noch abhängig?

7 5. Genetische Algorithmen [10]: John H. Holland s Schematheorie formuliert in einer Formel, dass Crossover die so genannten Schemas zerstören kann. a. Auf welche Weise kann Crossover ein Schema zerstören? Illustrieren Sie Ihre Argumentation durch ein Beispiel in einem binären Problem. b. Trotzdem hilft Crossover häufig bei Evolutionären Algorithmen. Warum? Was berücksichtigt diesbezüglich Holland s Formel nicht?

8 6. Motorkontrolle / Armkontrolle [10]. a. Welche Unterschiede bestehen zwischen dem Direkt Inverse Modeling Ansätzen und den Resolved Motion Rate Control Ansätzen? b. Wie kann man die besprochenen Kontrollmodellansätze bezüglich ihrer Handhabung der redundanten Freiheitsgrade in zwei Gruppen aufteilen. Welche Vorteile und Nachteile haben die Systeme in der jeweiligen Gruppe? Geben Sie für jede der zwei Gruppen mindestens einen Vorteil und einen Nachteil an.

9 7. Intelligenz und Bewusstsein [10]. a. Es ist nicht leicht, die Intelligenz einer Person auf einer Dimension zu skalieren. Viele Intelligenztests machen aber genau das. Welche Arten von Intelligenz sollte man differenzieren? Nennen Sie mindestens vier. b. Denken Tests, wie der Turingtest also ob eine Maschine denken kann wurden diskutiert. Was haben diese Tests mit dem Problem der Qualia zu tun? Kontrastieren Sie zwei Definitionsarten für Denken, eine die Qualia mit einschließt und eine die Qualia nicht verlangt.

10 8. Gehirnmechanismen [15]. Der Parietallappen besteht aus verschiedenen Repräsentationen von Körperwelten (den so genannten body spaces oder teilweise auch peripersonal spaces ). a. In diesen Körperwelten werden unter anderem welche (min.) vier Informationsarten kombiniert? b. Was hat diese Kodierungsart mit redundanten Kodes zu tun? c. Bei Untersuchungen zeigte sich unter Anderem, dass die Stimulation von Neuronen in einer ventralen interparietalen (VIP) Region zu komplexem Defensivverhalten führen kann. Das Verhalten scheint dabei dafür geeignet zu sein, die mit assoziierte Körperregion zu schützen. Wie kann man das erklären? Wie scheint dabei die Information durch das Gehirn zu propagieren?