Denken, Lernen, Vergessen bei Computern

von: Elisabetta D’Amato

Inhaltsverzeichnis

I. Einleitung S. 3

II. Denken S. 6

II.1. Beziehung Mensch - Computer S. 6
II.2. Können Computer denken? S. 7
II.3. Künstliche Intelligenz S. 9
II.4. Die starke KI S. 11
II.5. Das chinesische Zimmer S. 13

III. Lernen S. 15

III.1. Neuronale Netze S. 15

III.1.1. Geschichte der Künstlichen Neuronalen Netze S. 16
III.1.2. Motivation S. 21
III.1.3. Eigenschaften von Künstlichen Neuronalen Netzen S. 22
III.1.4. Anwendungsgebiete S. 24

III.2. Das menschliche Gehirn S. 25

III.2.1. Die Nervenzelle (Neuron) S. 25
III.2.2. Die Synapse S. 26
III.2.3. Abstraktion S. 26
III.2.4. Gewichtung S. 27
III.2.5. Hebb’sche Lernregel S. 28
III.2.6. Mathematische Grundlagen der Neuronalen Netze S. 29

III.2.6.1. Beispiel UND-Funktion S. 31
III.2.6.2. Beispiel ODER-Funktion S. 31

III.2.7. Das Neuronale Netz S. 31
III.2.8. Lehren und trainieren von Künstlichen Neuronalen Netzen S. 33

III.2.8.1. Überwachtes Lernen (Supervised Learning) S. 33

III.2.8.1.1. Delta-Regel S. 33
III.2.8.1.2. Die Backpropagation Lernregel S. 35

III.2.8.2. Unüberwachtes Lernen (Unsupervised Learning) S. 35
III.2.8.3. Verstärkendes Lernen (Reinforcement Learning) S. 35

III.2.9. Netztypen und Netztypologien S. 35

III.2.9.1. Adaline und Perzeptron S. 36
III.2.9.2. Madaline und Multi-Layer-Perzeptron S. 37
III.2.9.3. Das Hopfield-Netz S. 38
III.2.9.4. Das Boltzmann-Netz S. 39
III.2.9.5. Selbtorganisierende Netze S. 39
III.2.9.6. Das Counterprppagation S. 39

III.3. Zwischenbilanz S. 40

IV. Vergessen S. 41

V. Fazit S. 46

VI. Literaturverzeichnis S. 53

I. Einleitung

Kaum jemand scheint heutzutage ernsthaft daran zu zweifeln, dass es Wissenschaftlern eines Tages gelingen wird, intelligente Roboter oder Programme zu schaffen. Wenn man die Entwicklung der Computertechnik einmal betrachtet, so is t ein enormer Fortschritt zu vermerken. Schon können Computer zahlreiche Aufgaben, die früher ausschließlich dem menschlichen Denken vorbehalten waren, so schnell und so genau ausführen, wie kein Mensch es im Entferntesten vermag. An Maschinen, die die Menschen in physischer Hinsicht weit übertreffen, hat man sich seit langem gewöhnt. Sie ermöglichen dem Menschen beispielsweise einen schnellen Transport, auf dem Boden. Sie räumen ihm die Möglichkeit ein viel schneller, als ein Dutzend Arbeiter Löcher zu graben oder unerwünschte Bauten niederzureißen. Weiter erlangt der Mensch durch Maschinen, physische Leistungen, zu denen er zuvor nie imstande gewesen wäre. So z.B. Flugzeuge, die ihn in den Himmel heben können und binnen Stunden auf der anderen Seite eines Ozeans absetzen.

Nachdem die Maschinen den Menschen in körperlicher Hinsicht schon lange ersetzt haben, da sie stärker sind und ausdauernder und präziser arbeiten, dringen sie nun auch in Bereiche vor, die bisher dem Menschen auf Grund seiner einzigartigen Intelligenz vorbehalten waren. So entdecken Computer gesuchte Verbrecher in den Zuschauerreihen eines Footballstadions, sie schreiben Briefe, welche der Chef diktiert und sie schlagen den Weltmeister in der geistigen Königsdiziplin, dem Schach. Wenn der Autofahrer sich hoffnungslos verirrt, weist ihm eine Computerstimme bescheiden den richtigen Weg, Expertensysteme liefern das Wissen für Entscheidungen und neuronale Netze scheinen zu erraten, was der Mensch denkt (siehe hierzu „Twenty Questions“, URL 1). In der Science-Fiction gehört künstliche Intelligenz zum ganz normalen Alltag. Androiden leben mit Menschen zusammen und fallen überhaupt nicht auf, nach Belieben können sie sich Emotions-Chips einsetzen. Steven Spielbergs Film „A. I.′′ (Artificial Intelligence) diskutiert bereits die gesellschaftlichen Probleme, die auftreten könnten, wenn sich intelligente, fühlende „Mechas′′ unter die Menschen mischen. Andere Filme beschreiben eine Zukunft, in welcher sich die Maschinen emanzipieren und sich von der Bevormundung durch die Menschen befreien werden. In „Matrix′′ haben die Maschinen sogar den Spieß umgedreht und missbrauchen die Menschen als Bio-Energiequelle.

Anthropomorphismen1 wie „der Computer ist schuld“, „jetzt lernt der PC sprechen“ oder „mein Computer spinnt wieder′′ zeigen, dass dem Computer umgangssprachlich bereits menschliche Eigenschaften zugeschrieben werden. Daraus resultiert eine große Unsicherheit darüber, was Computer eigentlich können und wie sie funktionieren. Einerseits sind die Menschen stolz auf all die Errungenschaften, die im technischen Bereich realisiert wurden. Anders sieht es aber bei dem Aspekt der Denkfähigkeit aus. Denn „die Gabe des Denkens ist ein sehr menschliches Privileg“ (Penrose 1991: S. 3). Und „schließlich war es diese Denkfähigkeit, durch deren materielle Anwendung der Mensch über seine körperliche Beschränktheit hinausgelangte und anscheinend seinen Mitgeschöpfen an Leistung überlegen ist“ (Penrose 1991: S. 3).

Wenn eines Tages Maschinen dem Menschen in dieser einen wichtigen Fähigkeit, in der er sich für unschlagbar hält, übertreffen können – wird er dann nicht diese einzigartige Überlegenheit an seine Geschöpfe verloren haben? Kognitionswissenschaft, so auch der Titel des Hauptseminars, in dessen Rahmen meine Arbeit verfasst wurde, „ist der interdisziplinäre Versuch, Intelligenz zu verstehen und zu erklären – sie ist dem Denken auf der Spur“ (Snell- Hornby 1998: S. 119). Hierbei wird intelligentes Verhalten wie Lernen und Problemlösen nicht nur beschrieben, sondern vor allem in seiner Entstehung untersucht. Die Kognitionswissenschaftler machen sich Gedanken über innere Prozesse, statt in behavioristischer Manier nur äußeres Verhalten zu dokumentieren. Akteure und Methoden der Kognitionswissenschaft kommen heute vor allem aus der Psychologie, der Künstlichen Intelligenz, der Linguistik, Philosophie, Anthropologie und den Neurowissenschaften.

Die Frage, die man sich in der Kognitionswissenschaft stellt ist: Was geschieht beim Denken und Verstehen? Arbeitet das Gehirn eines Menschen wie ein Computer? Können folglich Computer denken? Mit diesen Fragen wird sich meine Arbeit beschäftigen. Im ersten Teil behandelt meine Arbeit das „Denken“, wobei als erstes die Mensch-Computer-Beziehung erläutert wird, um im Anschluss Ansätze zur Beantwortung der Frage, ob Computer denken können zu, liefern. Danach wird der Begriff der KI (Künstlichen Intelligenz) definiert, die Tendenzen der KI erläutert und die Reaktionen unterschiedlicher KI-Forscher auf diese Frage dargelegt.

Der zweite Teil meiner Arbeit setzt sich mit der Lernfähigkeit der Computer auseinander. Dabei komme ich auf die Künstlichen Neuronalen Netze (KNN) zu sprechen, auf deren Entstehungsgeschichte, Anwendungsgebiete, Funktionsweise, Architektur, auf deren Modell – das menschliche Hirn – und vieles mehr. Im dritten Teil der Arbeit wird das Thema „Vergessen“ erläutert, welche Vorteile und welche Problematiken durch das Vergessen von Informationen entstehen. Im letzten Teil werden die möglichen Folgen der Computerentwicklung angesprochen und Überlegungen angestellt, welchen Weg die Gesellschaft und vor allem die Wissenschaftler einschlagen sollten, um die Entwicklung und die „Vercomputisierung“ unserer heutigen Gesellschaft in eine sinnvolle Richtung zu lenken.

II Denken

II.1. Beziehung Mensch – Computer

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1 Anthropomorphismen: Projektionen von (zum Beispiel) menschlichen Eigenschaften auf Objekte