How does artificial intelligence learn? - Briana Brownell

Übersetzung: Lea Capek Lektorat: Andrea Hielscher

Today, artificial intelligence helps doctors diagnose patients,

Heute hilft künstliche Intelligenz Ärzten bei Diagnosen,

pilots fly commercial aircraft, and city planners predict traffic.

Piloten im Cockpit von Flugzeugen und Stadtplanern bei Verkehrsprognosen.

But no matter what these AIs are doing, the computer scientists who designed them

Doch egal, was KI-Systeme tun,

wahrscheinlich verstehen die Entwickler ihre Systematik nicht völlig.

likely don’t know exactly how they’re doing it.

This is because artificial intelligence is often self-taught,

Denn KI-Systeme lernen oft selbstständig,

working off a simple set of instructions

indem sie einfache Anweisungen befolgen

to create a unique array of rules and strategies.

und so ein einzigartiges Spektrum an Regeln und Strategien schaffen.

So how exactly does a machine learn?

Aber wie genau lernen Maschinen?

There are many different ways to build self-teaching programs.

Selbstlern-Programme lassen sich auf viele Arten erstellen.

But they all rely on the three basic types of machine learning:

Doch alle basieren auf den 3 Prinzipien maschinellen Lernens:

unsupervised learning, supervised learning, and reinforcement learning.

unüberwachtes, überwachtes und bestärkendes Lernen.

To see these in action,

Um sie in Aktion zu sehen, stellen wir uns vor,

let’s imagine researchers are trying to pull information

Forscher beziehen Informationen

from a set of medical data containing thousands of patient profiles.

aus einem Satz medizinischer Daten mit tausenden Patientenprofilen.

First up, unsupervised learning.

Erstens: unüberwachtes Lernen.

This approach would be ideal for analyzing all the profiles

Dieser Ansatz wäre ideal, um alle Profile zu analysieren

to find general similarities and useful patterns.

und generelle Ähnlichkeiten sowie nützliche Muster zu finden.

Maybe certain patients have similar disease presentations,

Vielleicht haben Patienten ähnliche Krankheitsbilder

or perhaps a treatment produces specific sets of side effects.

oder vielleicht hat eine Behandlung gewisse Nebenwirkungen.

This broad pattern-seeking approach can be used to identify similarities

Mit diesem breit gefächerten Ansatz

lassen sich ähnliche Patientenprofile und neue Muster ermitteln --

between patient profiles and find emerging patterns,

all without human guidance.

und zwar ohne menschliche Anleitung.

But let's imagine doctors are looking for something more specific.

Doch die Ärzte suchen auch nach etwas Speziellerem.

These physicians want to create an algorithm

Zur Diagnose einer Krankheit

for diagnosing a particular condition.

wollen sie einen Algorithmus entwickeln.

They begin by collecting two sets of data—

Also sammeln sie zwei Datensätze:

medical images and test results from both healthy patients

medizinische Bilder und Testergebnisse

von gesunden und erkrankten Patienten.

and those diagnosed with the condition.

Then, they input this data into a program

Dann übertragen sie die Daten in ein Programm,

designed to identify features shared by the sick patients

das bei kranken Patienten ähnliche Merkmale erkennt,

but not the healthy patients.

die bei gesunden nicht vorkommen.

Based on how frequently it sees certain features,

Je nachdem wie häufig das Programm bestimmte Merkmale erkennt,

the program will assign values to those features’ diagnostic significance,

weist es diesen einen Wert entsprechend ihrer Signifikanz zu.

generating an algorithm for diagnosing future patients.

Dabei wird ein Algorithmus für zukünftige Diagnosen generiert.

However, unlike unsupervised learning,

Anders als beim unüberwachten Lernen

doctors and computer scientists have an active role in what happens next.

spielen Ärzte und Informatiker im nächsten Schritt eine aktive Rolle.

Doctors will make the final diagnosis

Ärzte stellen die Abschlussdiagnose

and check the accuracy of the algorithm’s prediction.

und prüfen die Treffsicherheit des Algorithmus.

Then computer scientists can use the updated datasets

Dann nutzen Informatiker die neuen Datensätze,

to adjust the program’s parameters and improve its accuracy.

um das Programm zu justieren und seine Genauigkeit zu verbessern.

This hands-on approach is called supervised learning.

Dieser praktische Ansatz heißt überwachtes Lernen.

Now, let’s say these doctors want to design another algorithm

Nehmen wir nun an,

die Ärzte wollen einen Algorithmus für Behandlungspläne entwickeln.

to recommend treatment plans.

Since these plans will be implemented in stages,

Da die Pläne schrittweise umgesetzt werden

and they may change depending on each individual's response to treatments,

und sich abhängig von der Reaktion der Patienten ändern,

the doctors decide to use reinforcement learning.

entscheiden sich die Ärzte für bestärkendes Lernen.

This program uses an iterative approach to gather feedback

Mit einem iterativen Ansatz sammelt das Programm Feedback

about which medications, dosages and treatments are most effective.

zur Effektivität von Medikamenten, Dosierungen und Behandlungen.

Then, it compares that data against each patient’s profile

Dann vergleicht es die Daten mit jedem Patientenprofil,

to create their unique, optimal treatment plan.

um optimale Behandlungspläne zu erstellen.

As the treatments progress and the program receives more feedback,

Im Lauf der Behandlung erhält das Programm mehr Feedback

it can constantly update the plan for each patient.

und kann die Patientenpläne ständig anpassen.

None of these three techniques are inherently smarter than any other.

Keine der 3 Techniken ist den anderen prinzipiell überlegen.

While some require more or less human intervention,

Einige brauchen mehr menschliches Eingreifen,

they all have their own strengths and weaknesses

und alle haben ihre Stärken und Schwächen,

which makes them best suited for certain tasks.

die sie für gewisse Aufgaben prädestinieren.

However, by using them together,

Wenn man sie jedoch kombiniert,

researchers can build complex AI systems,

können Forscher komplexe KI-Systeme schaffen,

where individual programs can supervise and teach each other.

in denen sich Programme überwachen und voneinander lernen.

For example, when our unsupervised learning program

Wenn etwa das Programm “Unüberwachtes Lernen”

finds groups of patients that are similar,

ähnliche Patientengruppen findet,

it could send that data to a connected supervised learning program.

kann es die Daten an ein “Überwachtes-Lernen”-Programm senden.

That program could then incorporate this information into its predictions.

Dieses kann die Informationen für eigene Vorhersagen verarbeiten.

Or perhaps dozens of reinforcement learning programs

Viele “Bestärkendes-Lernen”-Programme

might simulate potential patient outcomes

könnten Behandlungsergebnisse simulieren,

to collect feedback about different treatment plans.

um Feedback über Behandlungspläne zu sammeln.

There are numerous ways to create these machine-learning systems,

Maschinelles Lernen lässt sich auf viele Arten entwickeln.

and perhaps the most promising models

Die aussichtsreichsten Modelle

are those that mimic the relationship between neurons in the brain.

imitieren die Interaktion von Neuronen im Gehirn.

These artificial neural networks can use millions of connections

Diese künstlichen Netzwerke nutzen Millionen Verbindungen

to tackle difficult tasks like image recognition, speech recognition,

zur Bewältigung schwerer Aufgaben

wie Bild- oder Spracherkennung und sogar Übersetzungen.

and even language translation.

However, the more self-directed these models become,

Je mehr sich diese Modelle selbst steuern,

desto schwerer wird es für Informatiker,

the harder it is for computer scientists

to determine how these self-taught algorithms arrive at their solution.

den Lösungsweg der Algorithmen nachzuvollziehen.

Researchers are already looking at ways to make machine learning more transparent.

Forscher versuchen, maschinelles Lernen transparenter zu machen.

But as AI becomes more involved in our everyday lives,

KI wird zunehmend in den Alltag integriert;

these enigmatic decisions have increasingly large impacts

dabei steigt der Einfluss dieser rätselhaften Prozesse

on our work, health, and safety.

auf unsere Arbeit, Gesundheit und Sicherheit.

So as machines continue learning to investigate, negotiate and communicate,

Maschinen können also immer besser forschen, verhandeln und kommunizieren --

und wir müssen uns überlegen,

we must also consider how to teach them to teach each other to operate ethically.

wie wir ihnen -- und sie sich -- ethisches Handeln beibringen.