Forschung im Advent: Forschungsschwerpunkt 4: Angewandte Informatik

22.12.2019, 10:00

Angewandte Mathematik und Machine Learning

Auch zur Weihnachtszeit spielt die Mathematik überall eine große Rolle. Insbesondere am Nordpol, an dem der Weihnachtsmann mit seinen Gehilfen, den Elfen, kräftig am Werkeln ist, ist die Mathematik nicht wegzudenken. Schon lange vor Weihnachten, modellieren und simulieren die Elfen die Prozesse der Weihnachtszeit, wie zum Beispiel das Beschaffen, Verpacken und  Verteilen  von Geschenken. Auch der Weihnachtsmann benötigt fundierte Kenntnisse aus verschiedenen Fachbereichen der höheren Mathematik, wie zum Beispiel:

  • aus der Graphentheorie – zur Berechnung der optimalen Flugroute von Haus zu Haus, bekannt als das Travelling-Salesman-Problem
  • aus der Kyptoanalyse – zum Entziffern der Wunschzettel
  • aus dem Machine Learning – zur automatische Vorhersage der Schneemenge, und damit der Auswahl der passenden Kufen für den Rentierschlitten
  • aus der Optimierung – für die optimale Lastenverteilung der Geschenke auf dem Schlitten um Unfälle zu vermeiden
  • aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung – zur Bestimmung des Erwartungswertes der Freude von Kindern
  • aus der Topologie – für das optimale Falten der Geschenkverpackungen

Diesen großen Arbeitsaufwand kann der Weihnachtsmann natürlich nur mit Hilfe von seinen Gehilfen bewältigen. 

Das Sächsische Institut für Computational Intelligence und Machine Learning (SICIM) ist offizieller Partner des Weihnachtsmanns.

Das SICIM wurde 2017 gegründet und hat es sich zum Ziel gesetzt, Menschen aus Wissenschaft und Wirtschaft zu befähigen, die Potentiale modernster Machine Learning Lösungen zu erkennen und Methoden der künstlichen Intelligenz (KI)  anzuwenden. Das Institut verbindet dabei die Entwicklung von KI-Methoden mit deren Anwendung in verschiedensten Fachbereichen u.a. zu folgenden Themen

  • Bioinformatik, Medizin und Life Sciences, wie z.B. zur Untersuchung von RNA-Sequenzen hinsichtlich Hinweisen auf den Ursprung des Lebens oder auch der unterstützenden, automatischen Auswertung von Gammopathie-Gelbildern zur Diagnoseunterstützung von Ärzten
  • Forensik, Cybercrime und IT-Sicherheit wie z. B. zur Untersuchung von Identitätsdiebstählen (siehe unten)
  • technische und industrielle Anwendung, wie z. B. zur automatischen Scheinwerferkalibrierung, zur Qualitätsüberprüfung von Räucherkerzen oder zur Fahrtrajektorienplanung im automatisierten Fahren

Dabei legt das Forschungsinstitut geleitet von Prof. Thomas Villmann, den Fokus auf die Entwicklung von interpretierbaren, robusten und problemadäquaten (smarten) künstlichen neuronalen Netzen (KNN), die zum Beispiel für Klassifikationsaufgaben eingesetzt werden. Klassifikationsmodelle gehören zum überwachten maschinellen Lernen und ordnen nach der Trainingsphase an Hand von Beispielen neuen Objekten/Daten eine Gruppenzugehörigkeit, auch Klassen genannt, zu. Ein bekannter Vertreter solcher KNN sind die tiefen künstlichen Neuronalen Netze (DeepNN).

In einem aktuellen Projekt aus der Forensik wird der Weihnachtmanns bei dem Problem des Identitätsdiebstahls unterstützt: Zunehmend geben sich  Männer fälschlicherweise als Weihnachtsmann aus oder werden mit diesem verwechselt. Um die fälschlichen Weihnachtsmänner zu entlarven, hat das SICIM die Aufgabe, einen Klassifikator zu entwickeln, welcher den echten Weihnachtsmann von den Falschen unterscheidet.

Rätselfrage: Wie wird im Machine Learning das Konzept genannt, bei dem ein Modell trainiert wird, um zwischen verschiedenen Objekten (z.B. falschen und echten Weihnachtsmännern) zu unterscheiden?

Der dritte Buchstabe des Lösungswortes steht an dritter Stelle im Gesamtlösungswort.

Weitere Hinweise zum Adventskalenderrätsel finden Sie hier.

Text: SICIM
Fotos: SICIM, public