SIMPLY. Künstliche Intelligenz: E-Book

Hilary Lamb

• Herausgeber: Dorling Kindersley Verlag
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 170

Beschreibung

KI überraschend einfach! Visueller kann Wissen nicht sein: SIMPLY Künstliche Intelligenz ist die perfekte Einführung in die Grundlagen der Artificial Intelligence – für alle, die wenig Zeit haben, aber hungrig nach Wissen sind! Mittels origineller Grafiken und kurzer Texterläuterungen wird die Themenvielfalt rund um Künstliche Intelligenz auf das Wesentliche reduziert und die wichtigsten Funktionsweisen und Anwendungsfelder von KI werden vorgestellt. Der einfache Einstieg in die Welt der Chatbots & Co.: Die Sachbuch-Reihe SIMPLY macht komplizierte Themen auf originelle Art anschaulich und damit leicht verständlich. - Schneller Zugang zu Wissen: Jedes Thema wird auf einer einzigen Seite visualisiert – mit einer individuellen Text-Bild-Komposition, passend zum Thema. - Breites Spektrum an Informationen auf einen Blick: Über 120 wichtige Konzepte und Funktionsweisen werden in durchdachten Grafiken und komprimierten Texten nachvollziehbar aufbereitet. Die wichtigsten KI-Anwendungen und -Entwicklungen – visualisiert in übersichtlichen Grafiken Von den ersten Computerprogrammen über das Internet der Dinge bis hin zu bahnbrechenden Chatbots wie ChatGPT und anderen Tools: Das visuelle Nachschlagewerk erläutert 120 Konzepte, Anwendungsfelder und Theorien der Künstlichen Intelligenz und beleuchtet ethische Fragestellungen und den wachsenden Einfluss der KI auf unser Leben. Die anschaulichen Grafiken und Diagramme erleichtern den Zugang zu komplexen Theorien und bringen das Wesentliche auf den Punkt. DAS KI-Buch für Anfänger*innen und Wissbegierige: Noch nie war es so einfach, Künstliche Intelligenz zu verstehen!

Leseprobe

WISSEN AUF DEN PUNKT GEBRACHTSIMPLYSIMPLYWISSEN AUF DEN PUNKT GEBRACHT

KÜNSTLICHE

INTELLIGENZ

BERATERINHilary Lambist eine preisgekrönte Wis-senschafts- und Technologiejournalistin, Redakteurin und Autorin. Sie studierte Physik an der University of Bristol und Wissenschaftskommunikation am Imperial College London, bevor sie fünf Jahre langals Reporterin für Zeitschriften arbeitete. Sie hat an früheren DK-Titeln mitgearbei-tet, unter anderem an Technik einfach verstehen, Das Physik-Buch und SIMPLY. Quantenphysik.REDAKTIONELLER BERATERJoel Levy ist ein Schriftsteller, der sich auf wissenschaftliche Themen und Wis-senschaftsgeschichte spezialisiert hat. In seinen Büchern befasst er sich sowohl mit der klassischen Wissenschaftals auch mit ungewöhnlichen Technologien. Zu seinenBüchern gehörenThe InfiniteTortoise: The Curious ThoughtExperiments of History’s Great Thinkers, Gothic Science: The Era of Ingenuity and the Making of Frankensteinsowie Reality Ahead of Schedule: How Science Fiction Inspires Science Fact.MITWIRKENDEDr. Claire Quigley ist Informatikerin undhat zuvor für die Universitäten von Cam-bridge und Glasgow gearbeitet. Sie hat an der Entwicklung von Programmierkursen für die BBC und Virgin Media mitgewirktund schrieb für mehrere frühere DK-Titel, unter anderem Computer, Informatik,Internet für Eltern, Spiele mit Python®supereasy programmieren und Program-mieren mit Python®supereasy.DK London Lektorat Jonathan Metcalf, Liz Wheeler, Daniel Byrne, Elizabeth Dowsett, Steve Setford, Alison Sturgeon, Andrew Szudek, Chauney Dunford, Gareth JonesGestaltung und Bildredaktion Karen Self, Lee Griffiths, Mark CavanaghUmschlaggestaltung Akiko Kato, Sophia M.T.THerstellung Robert Dunn, Rachel NgFür die deutsche Ausgabe:Verlagsleitung Monika SchlitzerProgrammleitungHeike FaßbenderRedaktionsleitungCarola WieseHerstellungsleitungDorotheeWhittakerHerstellungskoordinationBianca IsackHerstellungInga ReinkeTitel derenglischen Originalausgabe:Simply Artificial Intelligence© Dorling Kindersley Limited, London, 2023Ein Unternehmen der Penguin RandomHouse GroupAlle Rechte vorbehaltenDeutsche digitale Ausgabe, 2024Dorling Kindersley Verlag GmbH© der deutschsprachigen Ausgabe byDorling Kindersley Verlag GmbH, München, 2024Alle deutschsprachigen Rechte vorbehaltenJegliche – auch auszugsweise – Verwertung, Wiedergabe, Vervielfältigung oder Speicherung, ob elektronisch, mechanisch, durch Fotokopie oder Aufzeichnung, bedarf der vorherigen schriftlichen Genehmigung durch den Verlag.ÜbersetzungMartina Hesse-HujberLektorat Dr. Stephan MatthieseneISBN 978-3-8310-8361-9www.dk-verlag.de

39 WISSEN DARSTELLENWissensrepräsentation40 WENN DIES, DANN DASRegeln42 DER KÜRZESTE WEGPathfinding43 UNVOLLKOMMENE LÖSUNGEN Heuristik44 AUFGABE AUSFÜHREN Planung und KI46 MIT UNSICHERHEITUMGEHEN Wahrscheinlichkeit und KI48 VERÄNDERUNGEN MODELLIEREN Die Markow-Kette49 UNSICHERHEIT MODELLIERENStochastische Modelle 50 AUTOMATISIERTE BERATUNG Expertensysteme52 DAS CHAOS BEHERRSCHEN Datenmüll54 NEATS VERSUS SCRUFFIES Zwei Felder der KI-ForschungSTATISTISCHE KÜNSTLICHE INTELLIGENZ58 KI DAS DENKEN LEHREN Maschinelles Lernen 60 ERKENNTNISSE AUS DATENData-Mining61 LEHRMATERIAL Trainingsdaten62 DATEN MIT BEDEUTUNG Merkmale und Kennzeichnungen64 AUF MUSTERSUCHE Mustererkennung65 JA ODER NEIN? Entscheidungsbäume66 DATENTYPEN Klassifikation67DIE OPTIMALE LINIE Regression68DATENGRUPPIERENClustering69 DER ABWEICHLER Anomalieerkennung 70 DAS WAHRSCHEINLICHSTE ERGEBNIS? Vorhersagen72 MASCHINELLES LERNEN MIT »GELABELTEN« DATENÜberwachtes Lernen73 MASCHINELLES LERNEN MIT»ROHEN« DATENUnüberwachtes Lernen74 VOM FEEDBACK LERNEN Bestärkendes Lernen75 ZUSAMMENARBEIT Ensemble-Lernen76 DAS KI-GEHIRN Künstliche neuronale Netze77 STRUKTUR DES NETZESSchichten78 BEDEUTUNG BEIMESSENGewichten79 ZIELE UND SCHWELLEN Bias 80 ERFOLG MESSEN Kostenfunktion 81 LEISTUNG VERBESSERN Gradientenverfahren82 DAS MODELL OPTIMIEREN Die Delta-Regel83 EINWEG-NETZ Feedforward-Netze

84 DATENOPTIMIEREN Backpropagation85 STRUKTURIERTE DATENRekurrente neuronale Netze86 EIN GEHIRN AUFBAUEN Deep Learning87 KI VERSUS KIGenerative Adversarial Networks88 VISUELLE DATENVERARBEITEN Neuronale Faltungsnetze103 GESUNDHEIT ÜBERWACHENKI in der Gesundheitspflege104INTERNET DER DINGE Vernetzte Geräte105 INTELLIGENTE GERÄTE Eingebettete KI106 ÜBERWACHUNGSSYSTEMEKI und Infrastruktur107 LANDWIRTSCHAFT 4.0Präzisionsackerbau108 KÜNSTLICHE SENSORIKMaschinelle Wahrnehmung109 KLANG VERARBEITENMaschinelles Hören110SEHEN NACHAHMEN Maschinelles Sehen111GESICHTSERKENNUNG Merkmale zuordnen112SPRACHERKENNUNG Verarbeitung natürlicher Sprache113KI-DOLMETSCHER Maschinelle Übersetzung114 MIT EINER KI SPRECHENChatbots115 KI-TEXTEGroße SprachmodelleKÜNSTLICHE INTELLIGENZ IM EINSATZ92 EINIGE EINSATZBEREICHEVON KIKI-Anwendungen94 RANKING Datenhierarchien95 EMPFEHLUNG Maßgeschneiderter Inhalt96 BEDROHUNGEN ERKENNEN Cybersicherheit 97 ONLINE-ANGRIFFECyberkriegsführung98 BETRUG AUFDECKEN Überwachen von Transaktionen99 KI IM FINANZWESEN AlgorithmischerHandel100PROTEINE ENTRÄTSELNMedizinische Forschung101 AUF PLANETENSUCHE Astronomische Forschung102 DIGITALE ÄRZTE KI in der medizinischen Diagnose116 KI-HELFER Virtuelle Assistenten117KI-KUNST GenerativeKI118 INTELLIGENTE ROBOTER Verkörperte KI119 KI-BEGLEITER Soziale Roboter120BEWEGUNG UND MOBILITÄT Physische Interaktionen I 121 MANUELLE FERTIGKEIT Physische Interaktionen II 122SELBSTFAHRENDE AUTOS Autonome Fahrzeuge 123KI UND KRIEG Autonome Waffen

PHILOSOPHIE DERKÜNST-LICHEN INTELLIGENZ126 MENSCHENÄHNLICHE KIKünstliche allgemeineIntelligenz127 KEIN ZURÜCK MEHR Die technologische Singularität 128 WO SITZT DAS BEWUSSTSEIN? LeibnizscheGedankenwelt129KÖNNEN U-BOOTE SCHWIMMEN? Funktionalismus 130DAS IMITATIONSSPIEL Der Turing-Test132 MESSBARE INTELLIGENZ Intelligenztests133 KÖNNEN MASCHINEN DENKEN?Das »Chinesische Zimmer«134PHILOSOPHISCHE ZOMBIES Menschliche vs. maschinelleIntelligenz135 EINE NEUE ART MENSCH KI-Rechte und Verantwortlich- keiten 136DEN VERSTAND NACHBILDENMultiple Realisierbarkeit137 TRANSPARENTES DENKEN Das Öffnen der KisteLEBEN MITKÜNSTLICHER INTELLIGENZ140MYTHOS ODER REALITÄT? Die Wahrheit über KI141 AUSBEUTERISCHE KI? Unsichtbare Arbeit142 GARBAGE IN, GARBAGE OUT Datenqualität143 VOREINGENOMMENE ERGEBNISSE Unbewusste Verzerrung144ANNAHMEN FORMULIERENData-Profiling in der KI145 TRANSPARENTE PROZESSE Whitebox-Modelle 146KI ALS ARBEITSKRAFT TechnologischeArbeitslosigkeit147 KI ALS AUSGLEICH KI und Gleichheit148EINE ECHOKAMMER Filterblasen149 DIE GRENZEN DERKONTROLLEAutonome KI150RICHTIG ODER FALSCHEthisches Design151 INTEGRIERTE ETHIK Die Robotergesetze152 WER IST SCHULD? KI und Haftung153 WAS SOLLTE ERLAUBT SEIN? KI und Regulierung 154EXISTENZIELLE RISIKENEine KI-Dystopie155 UNBEGRENZTE BELOHNUNGEine KI-Utopie

EINLEITUNGWASIST KÜNSTLICHE INTELLIGENZ?7Künstliche Intelligenz (KI) ist intelligentes Verhalten von Maschinen, die deshalb auch als »KI« bezeichnet werden. Die Geschichte der KI reicht bisin die 1950er zurück, als die ersten modernen Computer gebaut wurden. Seitdem gab es immer wieder ein Auf und Ab zwischen Begeisterung und Ernüchterung, und der Schwerpunkt verlagerte sich von einer KI, die auf formaler Logik basiert (die »klassische« oder »symbolische« KI), hin zu einer KI, die auf Daten und Statistik fußt. Heute dominiert in der KI-For-schung das maschinelle Lernen – die Nutzung großer Datensätze, um KI-Modelle wie künstliche neuronale Netze so zu trainieren, dass sie Aufgaben erfüllen, ohne explizit dafür programmiert zu werden. Mit diesem Ansatz kann man Modellen beibringen, Aufgaben schnell und versiert auszuführen.In der breiten Öffentlichkeit wird KI oft als Konkurrenz zur menschlichen Intelligenz dargestellt– sogar als existenzielle Bedrohung. Tatsächlich sind die KI-Technologien in ihren Anwendungsmöglichkeiten eher begrenzt: Sie erreichen längst nicht die Intelligenz einer Katze, geschweige denn die eines Menschen. Dennoch ist die KI ein mächtiges Werkzeug, wenn sie für konkrete Problemeeingesetzt wird, wie das Lesenvon Handschriften, die Empfehlung von Fernsehsendungenoder die Diagnose von Krankheiten.Fast unbemerkt nutzen wir KI in unserem Alltag. Da sie jedoch immer mehr menschliche Aufgaben übernimmt, wirftihre Verbreitung dringende und komplexe Fragen dazu auf, wie wir sicherstellen können, dass KI weiterhin der gesamten Menschheit dient und nicht nur sich selbst oder einer mächtigen Elite. Die Tatsache, dass Maschinen Aufgaben überneh-men, die früher als einzigartig menschlich galten, und sogar Kunst und Musik erschaffen, stellt unsere grundlegendsten Annahmen darüber in Frage, was es bedeutet, ein Mensch zu sein. Unsere Zukunft mit der KI ist ungewiss, aber sie ist eine, die Wissenschaftler, Ingenieure, Mathematiker,Philosophen, politische Entscheidungsträger und alle anderen, die ein Interesse an der Zukunft der Menschheit haben, mitgestalten können.

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Lange bevor künstliche Intelligenzin der Praxiseingesetzt werden konnte, existierte in der Mythologie die Vorstellungeiner »lebenden Maschine«, vor allem in den Legenden des griechischen und chinesischen Altertums. Ernstgenommen wurde die Idee jedoch erst im 18. Jahrhundert, als Ingenieure komplexe, sich selbst bewegende Apparate– »Automaten«– entwickelten. Währenddessen dachten Philosophen darüber nach, ob das menschliche Denken durch die Verwendung vonSymbolen simuliertwerden könnte–eine Idee, die in den 1940er-Jahren zur Erfindung der ersten programmier-baren Digitalcomputer führte. Ende der 1950er-Jahre war die KI bereits ein anerkanntes Studienfach, und die Computer wurdenimmer leistungsfähiger. Dies wiederum hat zur Entwicklung immer vielseitigerer KI geführt– wenn auch zu keiner, von der man sagen kann, dass sie »lebendig« sei.

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10AUTOMATENEin Automat ist eine Maschine, die in der Lage ist, selbstständig zu funktionieren, indem sie eine Folge von programmierten Anwei-sungen befolgt. In der Vergangenheit waren die meisten Automa-ten Spielzeug– oft mechanisch bewegte Figuren oder Tiere, von denen einige erstaunlich lebensecht wirk-ten. Moderne elektronische Automaten, »Animatronics«, werdentypischerweise für die Darstellung von Film- oder The-menparkfiguren verwendet.In der KI bezieht sich das Wort»Automat« auf einen Computer, der programmiert werden kann, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen, z. B. die Vorhersage des Aktienmarktes oder eine Analyse des Kundenverhaltens. Die neuesten KI-Systeme sind hoch entwickelt und scheinen ihren eigenen Kopf zu haben. Doch noch existiert keine, die ihr eigenes Handeln kontrollieren kann.FASTWIE LEBENDIGEin Android oder Roboter ist ein Automat, der entwickelt wurde, um menschliches Verhalten zu imitieren.ANDROID

11MULTIPLE INTELLIGENZENDer englische Mathematiker Alan Turing (1912–1954) entwickelte einen Test, mit dem festgestellt werden kann, ob eine Maschine über men-schenähnliche Intelligenz verfügt (sieheS.130–131). Ursprünglich kon-zentrierte sich der Test auf die nume-rische Intelligenz, also die Fähigkeit, mathematische Berechnungen durch-zuführen. Da es jedoch verschiedene Arten von Intelligenz gibt, argumen-tieren Wissenschaftler heute, dass eine KI jede Art von Intelligenz auf-weisen muss, damit sie als gleichwer-tig mit einem Menschen angesehen werden kann. Vereinfacht gesagt gibt es acht Arten von Intelligenz, darunter die sensorische Intelligenz (die Fähig-keit, mit der Umwelt zu interagieren) und die reflexive Intelligenz (die Fähig-keit, das eigene Verhalten zu reflektie-ren und zuändern).INTELLIGENZ DEFINIERENRÄUMLICHEINTELLIGENZNUMERISCHEINTELLIGENZKÖRPERLICHE INTELLIGENZMUSIKALISCHE INTELLIGENZLINGUISTISCHEINTELLIGENZEMOTIONALEINTELLIGENZREFLEXIVEINTELLIGENZSENSORISCHE INTELLIGENZ»Ich weiß, dassich nicht weiß.«Sokrates

13BINÄRCODEEin Binärcode ist ein Code, der Informationen, z.B. Anweisungen, mit nur zwei Ziffern darstellt. Der in der Datenverarbeitung am häufigsten verwendete Binär-code besteht aus den Ziffern 0 und 1, die jeweils für ein »Datenbit« stehen. Jede Zahl kann in Nullen und Einsen umgewandelt werden– so ist die Dezimalzahl 12 in Binärcode 1100– ebenso wie jeder Buchstabe eines Alphabets. Die beiden Ziffern können auch die beiden Zustände eines elektrischen Stroms darstellen– »ein« oder »aus«–, was bedeutet, dass Software, die in Binär-code geschrieben ist, von einem Computer gelesenwerden kann.NULLEN UND EINSEN

14ALGORITHMENEin Algorithmus ist eine Folgevon Anweisungen zur Ausführung einer Aufgabe. Eine Eingabe, z. B. Informationen oder Daten, wird Schritt fürSchrittverarbeitet, um ein gewünschtesErgebnis,eine Ausgabe, zu erzielen. Die Aufgabe oder der Prozesskann eine einfache Berechnung, das Befolgen eines Kochrezepts oder die Lösung komplexer mathematischer Gleichungen sein. Ein Algorithmus ist ein Beispiel für das, was Mathematikerein »effek-tives Verfahren« nennen, d. h., er hat eine endliche Anzahl von Schritten und führt zu einer bestimmten Antwort oder Ausgabe. EINGABEAUSGABESCHRITT 1SCHRITT 2SCHRITT FÜR SCHRITTDie Eingabe umfasst alle Informationen oder Daten, die in den Algorithmus eingege-ben werden, um eine Ausgabe zu erzeugen.STARTDie Ausgabe umfasst alle Informationen oder Daten, die vom Algorithmus erzeugt werden.ENDEVerarbeitungEin Algorithmus besteht aus einerReihe von Schritten, die nacheinanderdie Eingabedaten verarbeiten, um eine gewünschte Ausgabe zu erzielen.

15BERECHNUNGENALGORITHMEN IN AKTIONEine Berechnung folgt den Rechenschritten eines Algorithmus (sieheS.14). Das einfachste Beispiel hierfür ist eine Rechen- operation, bei der man im Kopf zwei dreistellige Zahlen addiert und dazu eine Reihe von Rechenschritten befolgt. Computer verwenden Symbole, um Zahlen darzustellen, aber Symbole können auch beliebige andere Dinge darstellen (sieheS.36). Mit den richtigen Symbolen und Algorithmen werden selbst hochkomplexe Berechnungen möglich.EINGABEAUSGABESCHRITT 2SCHRITT 1X+++/YZZ3WLXYABestandteile einer BerechnungBerechnungen haben eine Eingabe und eine Ausgabe,be-stehen aus mehreren Schritten und können einfache Summenoder komplexe Gleichungen sein.

16PROGRAMMECOMPUTERANWEISENEin Programm ist eine codierte Abfolge von Anweisun-gen, mit denen ein Computer eine oder mehrere Aufgabenausführen kann. Das erste Programm stammte von CharlesBabbage (sieheS.17). Er ließ sich von der Konstruktion eines Seidenwebstuhls inspirieren, dessen Teile sich aufgrund eines Musters aus Löchern, die in eine Karte gestanzt waren, auf und ab bewegten. Babbage erkannte, dass in solchen Löchern Anweisungen für die Betätigung der Zahnräder undHebel einer von ihm entworfenen Maschine, der »Analytical Engine«, gespeichert werden konnten. Moderne Computer arbeiten nach demselben Prinzip und folgen Anweisungen, die in der Regel in Binärcode geschrieben sind (sieheS.13).Ein Programmkann mehrere Befehls-sätze gleichzeitig ausführen.MULTITASKINGEINGABESCHRITT 1SCHRITT 2AUSGABEEINGABESCHRITT 1SCHRITT 2AUSGABEEINGABESCHRITT 1SCHRITT 2AUSGABE