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- Herausgeber: MITP
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Serie: mitp für Kids
- Sprache: Deutsch
- Künstliche Intelligenz ganz einfach programmieren – auch ohne Vorkenntnisse
- Spannende Experimente und Spiele mit Scratch, Python und PictoBlox
- Mit anschaulichen Schritt-für-Schritt-Anleitungen
Du möchtest wissen, wie künstliche Intelligenz funktioniert und deine eigenen coolen KI-Anwendungen erstellen? Mit Scratch, Python und der kostenlosen Software Pictoblox ist das kinderleicht und mit diesem Buch lernst du alles, was du dafür brauchst.
Scratch bietet dir eine intuitive Oberfläche, mit der du Programme aus grafischen Bausteinen zusammenstellst, ganz ohne Programmcode zu schreiben. Wenn du anspruchsvollere Projekte umsetzen möchtest, erfährst du im zweiten Teil des Buchs, wie du dafür Python nutzt. Diese Programmiersprache ist leicht zu lernen und wird häufig in der KI-Entwicklung eingesetzt.
Die einfache Software PictoBlox unterstützt beide Ansätze, ohne dass du richtig programmieren musst. Sie stellt dir alle wichtigen Funktionen zur Verfügung, um eigene neuronale Netze zu trainieren.
Mit den Schritt-für-Schritt-Anleitungen in diesem Buch erstellst du ganz einfach deine eigenen KI-Spiele und andere KI-Anwendungen – und das mit einer Menge Spaß.
Projekte im Buch:
Mit Scratch:
- Texte zuordnen
- Bilderkennung: Hunde und Katzen
- Spiel: Mondlandung – mit Handgesten gesteuert
- Spiel: Jump – mit Geräuschen gesteuert
- Ampelsteuerung mit Arduino
Mit Python:
- Gesichter erkennen: Traurig oder glücklich?
- Zukunftsprognosen und Vorhersagen
- Bilderkennung: Roboter unterscheiden
- Spiel: Schere, Stein, Papier – mit Handgesten gesteuert
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Seitenzahl: 109
Veröffentlichungsjahr: 2025
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Ähnliche
Inhalt
Impressum
Einleitung
Was dich in diesem Buch erwartet
Downloads zum Buch
1 Mit Scratch in PictoBlox programmieren
1.1 PictoBlox starten oder installieren
1.2 Die Figuren
1.3 Programme erstellen
1.4 Die Bühne
1.5 Daten speichern
1.6 Nachrichten senden
2 Neuronale Netze
2.1 Das menschliche Gehirn als Vorbild
2.2 Künstliche Intelligenz
2.3 Lernende Programme
3 Welches Gedicht ist das?
3.1 Die Idee
3.2 Programm vorbereiten
3.3 Trainieren und testen
3.4 Das Programm
4 Ist das ein Hund oder eine Katze?
4.1 Die Idee
4.2 Programm vorbereiten
4.3 Trainieren und testen
4.4 Das Programm
5 Objekte auf Bildern erkennen
5.1 Die Idee
5.2 Programm vorbereiten
5.3 Trainieren und testen
5.4 Das Programm
6 Das Spiel »Mondlandung« mit deiner Hand gesteuert
6.1 Die Idee
6.2 Programm vorbereiten
6.3 Das Programm
6.3.1 Programm für die Explosionswolke (Cloud)
6.3.2 Programm für die Rakete (Rocketship)
7 Das Spiel »Jump« mit Geräuschen gesteuert
7.1 Die Idee
7.2 Programm vorbereiten
7.3 Trainieren und testen
7.4 Das Programm
7.4.1 Programm für den Stein (Rocks)
7.4.2 Programme für den Avatar (School Boy)
8 Das Spiel »Labyrinth« mit Gesten gesteuert
8.1 Die Idee
8.2 Programm vorbereiten
8.3 Trainieren und testen
8.4 Das Programm
9 Welche Blume ist das?
9.1 Die Idee
9.2 Programm vorbereiten
9.3 Trainieren und testen
9.4 Das Programm
10 Ampel-Steuerung mit Arduino
10.1 Die Idee
10.2 Der Arduino Uno
10.3 Experiment mit blinkender LED
10.4 Die Ampelsteuerung
10.5 Trainieren und testen
10.6 Das Programm
11 Mit Python in PictoBlox programmieren
11.1 Erste Schritte
11.2 Programmschleifen
Die for-Schleife
Die while-Schleife
Programm: Fibonacci-Zahlen
11.3 Programmbedingungen
11.4 Zeichenketten (Strings)
Programm: Palindrom
11.5 Zahlen
Die Library math
Programm: Fakultät
11.6 Listen
Programm: Primzahlen
Tupel, Sets und Dictionaries
11.7 Funktionen
11.8 Programm: »Nimm-Spiel«
12 Gesichtserkennung
12.1 Die Idee
12.2 Das Programm
13 Sitzt die Kappe richtig?
13.1 Die Idee
13.2 Programm vorbereiten
13.3 Trainieren und testen
13.4 Das Programm
14 Wie viel Geld kann ich später verdienen?
14.1 Die Idee
14.2 Programm vorbereiten
14.3 Trainieren und testen
14.4 Das Programm
15 Welche Automarke sollte ich mir kaufen?
15.1 Die Idee
15.2 Programm vorbereiten
15.3 Trainieren und testen
15.4 Das Programm
16 Welcher Roboter ist das?
16.1 Die Idee
16.2 Programm vorbereiten
16.3 Trainieren und testen
16.4 Das Programm
17 Das Spiel »Schere Stein Papier« mit deiner Hand gesteuert
17.1 Die Idee
17.2 Programm vorbereiten
17.3 Trainieren und testen
17.4 Das Programm
Hinweise für Eltern und Lehrer
Das Ziel dieses Buches
Fertigkeiten und Voraussetzungen
Benötigte Materialien
Wie wird dieses Buch verwendet?
Thomas Kaffka
Künstliche Intelligenzeinfach visuell programmieren
Eigene KI-Spiele & Co. mit Scratch und Python
Impressum
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über https://portal.dnb.de/opac.htm abrufbar.
ISBN 978-3-7475-1089-61. Auflage 2026
www.mitp.deE-Mail: [email protected]: +49 7953 / 7189 - 079Telefax: +49 7953 / 7189 - 082
Scratch is a project of the Scratch Foundation, in collaboration with the Lifelong Kindergarten Group at the MIT Media Lab. It is available for free at https://scratch.mit.edu. Screenshots of Scratch used in this book are licensed under CC BY-SA 2.0.
Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Lektorat: Janina VervostSprachkorrektorat: Petra Heubach-ErdmannCovergestaltung: Christian KalkertBildnachweis: © AndSus / stock.adobe.comElectronic Publishing: Petra Kleinwegen
Dieses Ebook verwendet das ePub-Format und ist optimiert für die Nutzung mit dem iBooks-reader auf dem iPad von Apple. Bei der Verwendung anderer Reader kann es zu Darstellungsproblemen kommen.
Hinweis des Verlages zum Urheberrecht und Digitalen Rechtemanagement (DRM)
Der Verlag räumt Ihnen mit dem Kauf des ebooks das Recht ein, die Inhalte im Rahmen des geltenden Urheberrechts zu nutzen. Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheherrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
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Einleitung
Den Begriff Künstliche Intelligenz hast du bestimmt schon oft gehört, oder davon gelesen. Abgekürzt wird er auch durch die Buchstaben KI. KI ist momentan sehr aktuell. Im Internet findest du viele Anwendungen, die mit KI arbeiten. Aber was ist KI eigentlich genau?
Beginnen wir mit der Intelligenz. Intelligenz befähigt uns kurz gesagt zur Problemlösung. Wir können Informationen benutzen, um Aufgaben, die uns gestellt werden, zu bewältigen.
Aber was ist das »künstlich« bei der KI? Die Problemlösung wird eben nicht von einem Lebewesen, sondern von einer Maschine durchgeführt, nämlich von einem Computer. Computer können aber nur etwas tun, wenn sie programmiert werden. Und genau damit beschäftigen wir uns in meinem Buch. Wir erstellen Computerprogramme, die KI verwenden.
KI ist ein weites Feld von Technologien. Wir verwenden hier die sogenannten Neuronalen Netze. Mit einem neuronalen Netz ahmt ein Computer die Arbeitsweise des Gehirns nach. Er simuliert praktisch die Zusammenarbeit von verschiedenen Nervenzellen.
Wie du noch sehen wirst, muss ein neuronales Netz trainiert werden, um eine gestellte Aufgabe zu erledigen. Es muss lernen. Genauso wie du in der Schule neue Dinge lernst, bringst du dem neuronalen Netz etwas Neues bei. Und dabei ist es sehr wichtig, dass die Daten, die es lernen soll, qualitativ gut sind, damit es auch das Richtige lernt.
Die nötigen Programme entwickeln wir mit den Programmiersprachen Scratch und Python. Unsere neuronalen Netze trainieren wir mit der kostenlosen Coding-App PictoBlox.
Mit Scratch kannst du deine Programme mithilfe verschiedenfarbiger Blöcke mit der Maus zusammenklicken, es sind also keine Vorkenntnisse notwendig. Wenn du über dieses Buch hinaus noch mehr über Scratch lernen möchtest, kannst du dazu auch mein Buch »Spiele programmieren mit Scratch« verwenden.
Was dich in diesem Buch erwartet
Jetzt bist du bestimmt neugierig, welche Themen wir im Buch im Einzelnen behandeln werden.
Nachdem du dich in den ersten Kapiteln mit den Grundlagen von Scratch und neuronalen Netzen vertraut gemacht hast, geht es direkt ans Programmieren mit Scratch:
Welches Gedicht ist das?Das neuronale Netz lernt die Wörter zweier Gedichte. Es kann danach entscheiden, zu welchem Gedicht ein bestimmtes Wort gehört.
Ist das ein Hund oder eine Katze?Als Nächstes beschäftigen wir uns mit Bildern von Hunden und Katzen. Das neuronale Netz soll lernen, Hunde- und Katzenbilder zu unterscheiden.
Objekte auf Bildern erkennenDie Bilder des vierten Kapitels stellen immer nur einen Hund oder eine Katze dar. Nun soll das neuronale Netz verschiedene Objekte, die auf einem Bild dargestellt werden, unterscheiden können. Ich verwende als Beispiel Fotos von Kugelschreibern und Marker-Stiften. Das neuronale Netz soll auf einem Bild jeweils die Kugelschreiber oder Marker identifizieren.
Das Spiel »Mondlandung« mit deiner Hand gesteuertIn diesem Kapitel lassen wir eine Rakete auf dem Mond landen. Dabei kann sie die Bremsraketen verwenden, um langsamer zu fliegen und letztlich auch sicher zu landen. Die Bremsdüse kannst du mit einer Handgeste an- und abschalten. Die Geste wird mit der Kamera deines Computers aufgezeichnet und an das neuronale Netz weitergeleitet. Das Spiel wird wieder mit Scratch programmiert.
Das Spiel »Jump« mit Geräuschen gesteuertDu kannst hier mit Geräuschen einen laufenden Avatar steuern, der über Hindernisse springen kann oder unter ihnen hindurchgleitet. Die Geräusche werden mit dem Mikrofon deines Computers aufgezeichnet und vom neuronalen Netz verwendet. Das Scratch-Programm fragt das neuronale Netz ab und steuert den Avatar.
Das Spiel »Labyrinth« mit Gesten gesteuertDu leitest eine Maus durch ein Labyrinth. Dazu verwendest du Gesten deines Körpers, die ein neuronales Netz gelernt hat. Das Spiel wird wieder mit Scratch programmiert.
Welche Blume ist das?Wir beschäftigen uns hier mit der Unterscheidung von Blüten der Iris. Das neuronale Netz soll anhand der Abmessungen der Blütenblätter entscheiden, um welche Iris-Unterart es sich jeweils handelt. Dies ist ein Beispiel dafür, dass ein neuronales Netz auch mit Zahlen arbeiten kann.
Ampelsteuerung mit dem ArduinoDies ist ein besonders spannendes Projekt. Dazu benötigen wir noch das Microcontroller-Board Arduino Uno. Wir bauen mit ihm eine Ampel, die durch ein Scratch-Programm gesteuert wird. Dann lernt ein neuronales Netz Fotos von vollen und leeren Straßen. Die Ampel soll nämlich intelligent sein und immer dann auf Grün schalten, wenn die Straße voll ist, also Autos hinter der Ampel stehen. Wenn kein Auto auf der Straße steht, schaltet die Ampel auf Rot.
Im zweiten Teil des Buches kommt die Programmiersprache Python zum Einsatz. Sie ist nicht so visuell wie Scratch, aber PictoBlox hilft dir, indem es automatisch ein Grundgerüst für dein Programm erstellt. Die Projekte in diesem Teil des Buches sind:
GesichtserkennungEin neuronales Netz wurde so trainiert, dass es die Mimik eines Gesichts erkennen kann. Das ist das erste Programm, das in Python erstellt wurde.
Sitzt die Kappe richtig?Ein neuronales Netz lernt, wie es aussieht, wenn eine Baseball-Kappe richtig oder falsch getragen wird. Ein Python-Programm kann dich dann beraten.
Wie viel Geld kann ich später verdienen?Hier geht es darum, ob ein Mensch, der mit bestimmten Merkmalen gekennzeichnet wird, über oder unter 50.000 $ verdienen kann. Das Programm wurde auch mit Python erstellt.
Welche Automarke sollte ich mir kaufen?Wenn du bestimmte Vorstellungen hast, was dein späteres Auto können soll, kann dich ein neuronales Netz beraten, welche Automarke du dir zulegen solltest. Dies ist auch ein Python-Programm.
Welcher Roboter ist das?Du erhältst im Download Fotos von drei Robotern, die das neuronale Netz zu unterscheiden lernt. Dann kann ein Python-Programm Testfotos analysieren, welche Roboter abgebildet sind.
Das Spiel »Schere Stein Papier« mit deiner Hand gesteuertDu kennst bestimmt das Spiel »Schere, Stein, Papier«. Ein neuronales Netz lernt die entsprechenden Handgesten und du kannst dann das Spiel gegen ein Python-Programm spielen.
Wenn du die Projekte durchgeführt hast, wirst du eine Vorstellung davon haben, was KI und insbesondere neuronale Netze leisten können. Du wirst feststellen, dass sie eine Entscheidung immer nur mit einer gewissen Sicherheit treffen können. Manchmal treffen sie auch die falsche Entscheidung und sagen beispielsweise, auf einem Foto ist ein Hund, dabei legst du ihnen ein Katzenfoto vor.
KI ist ein spannendes Thema mit viel Potenzial. Es wird verschiedene Bereiche revolutionieren und Dinge möglich machen, die bisher nicht möglich waren. Mit den Projekten meines Buches bekommst du einen Einblick und einen Einstieg in diese Technologie. Ich wünsche dir viel Spaß und Erfolg beim Programmieren.
Downloads zum Buch
Wir verwenden in diesem Buch die Entwicklungsumgebung »PictoBlox«, um mit neuronalen Netzen in Scratch und Python zu arbeiten. Die neuronalen Netze, die ich in meinem Buch verwendet habe, werden immer mit den Daten und den Programmen gekoppelt gespeichert. Außerdem ist es bei der hier verwendeten Technologie so, dass die Ergebnisse sehr von der Kamera und dem Mikrofon des Computers und beispielsweise den verwendeten Fotos, die du auch selbst machen kannst, abhängen, daher ergibt es keinen Sinn, diese Programme zum Download anzubieten.
Ich stelle dir stattdessen im Download Daten in Form von Fotos oder Texten bzw. Tabellen zur Verfügung, damit du die Grundlagen für das Training der neuronalen Netze hast. Die Scratch- und Python-Programme werden jeweils abgedruckt und du kannst sie dann in den Editor übernehmen. Wenn du Programme selbst eingibst, ist das eine sehr gute Übung und du wirst vieles viel besser verstehen.
Die Downloads zum Buch findest du unter www.mitp.de/1087.
Teil IScratch
1 Mit Scratch in PictoBlox programmieren
Zunächst schauen wir uns an, was du mit Scratch in PictoBlox so alles machen kannst. Scratch ist eine Programmiersprache für Anfänger, die grafisch aufgebaut ist. Um mit Scratch programmieren zu können, benötigst du einen sogenannten Editor oder auch Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE, Integrated Development Environment) genannt.
1.1 PictoBlox starten oder installieren
Du kannst PictoBlox im Internetbrowser aufrufen oder einen Editor auf deinem Computer installieren. Im Internet rufst du die Adresse https://pictoblox.ai auf. Wenn du dann auf die Kachel Block-Codierung klickst, startet der Editor.
Du kannst PictoBlox auch auf deinem Computer installieren. Gib dazu bei Google oder in einer anderen Suchmaschine »PictoBlox Download« ein und gehe auf die Seite von STEMpedia, lade das für dein Betriebssystem richtige Programm herunter und installiere es per Doppelklick.
Nach dem Start von PictoBlox siehst du das Fenster in Abbildung 1.1.
Abbildung 1.1: PictoBlox nach dem Aufruf
Klicke jetzt auf Block-Codierung und du landest im Editor, wie in der nächsten Abbildung zu sehen ist.
Abbildung 1.2: Der PictoBlox-Editor
In der linken Spalte werden sämtliche Scratch-Befehle aufgeführt. In der Mitte steht später dein Programm. Auf der rechten Seite befindet sich oben das Anzeigefenster, in dem in der Mitte ein Bärchen steht. In diesem Fenster werden die Programmergebnisse ausgegeben. Du kannst es vergrößern, indem du auf dem Button darüber klickst.
Darunter befinden sich zwei weitere Fenster Figur und Bühne.
1.2 Die Figuren
Im Figurenfenster werden die von dir in einem Programm verwendeten Figuren angezeigt. Du kannst eine Figur löschen, indem du auf den Löschbutton oben rechts auf einer Figur klickst. Wenn du das Icon einer Figur anklickst, werden in dem mittleren Fenster die zu der Figur gehörenden Programme angezeigt.
Als Erstes wird immer ein kleiner Bär namens Tobi angezeigt. Du kannst natürlich auch eine andere Figur verwenden. Klicke dazu auf den Button
