DAS. Einführung in den (Constraint) Konnektionismus für Studierende der Sozialwissenschaften

Für Studierende der Sozialwissenschaften ist der Einstieg in den Umgang mit technischen und/oder mathematischen Werkzeugen wie Neuronalen Netzen häufig schwierig. Da aber Neuronale Netze ein wichtiger Teil der Kognitionswissenschaften sind, ist es auch für Studierende der Sozialwissenschaften wichtig, über basales Wisse auf diesem Gebiet zu verfügen. Der Kurs, der in diesem Artikel beschrieben wird, verwendet das Simulationstool DAS, ein Programm zur Modellierung und Visualisierung Neuronaler Netze. Im Kurs lernen die Studierenden, einfache Neuronale Netze zu verstehen und selbst zu erstellen. Die Veranstaltung findet in Kleingruppen statt, in denen den Studenten zunächst Grundlagenwissen in der Theorie Neuronaler Netze vermittelt wird, das sie dann in der darauffolgenden Übungsphase anhand des Simulationsprogramm erproben und verfestigen können. (DIPF/Orig.

Human-Understandable Explanations of Neural Networks

Das 21. Jahrhundert ist durch Datenströme enormen Ausmaßes gekennzeichnet. Dies hat die Popularität von Berechnungsmodellen, die sehr datenintensiv sind, wie z.B. neuronale Netze, drastisch erhöht. Aufgrund ihres großen Erfolges bei der Mustererkennung sind sie zu einem leistungsstarken Werkzeug für Vorhersagen, Klassifizierung und Empfehlungen in der Informatik, Statistik, Wirtschaft und vielen anderen Disziplinen geworden. Trotz dieser verbreiteten Anwendung sind neuronale Netze Blackbox-Modelle, d.h. sie geben keine leicht interpretierbaren Einblicke in die Struktur der approximierten Funktion oder in die Art und Weise, wie die Eingabe in die entsprechende Ausgabe umgewandelt wird. Die jüngste Forschung versucht, diese Blackboxen zu öffnen und ihr Innenleben zu enthüllen. Bisher haben sich die meisten Forschungsarbeiten darauf konzentriert, die Entscheidungen eines neuronalen Netzes auf einer sehr technischen Ebene und für ein Informatikfachpublikum zu erklären. Da neuronale Netze immer häufiger eingesetzt werden, auch von Menschen ohne tiefere Informatikkenntnisse, ist es von entscheidender Bedeutung, Ansätze zu entwickeln, die es ermöglichen, neuronale Netze auch für Nicht-Experten verständlich zu erklären. Das Ziel ist, dass Menschen verstehen können, warum das neuronale Netz bestimmte Entscheidungen getroffen hat, und dass sie das Ergebnis des Modells durchgehend interpretieren können. Diese Arbeit beschreibt ein Rahmenwerk, das es ermöglicht, menschlich verständliche Erklärungen für neuronale Netze zu liefern. Wir charakterisieren menschlich nachvollziehbare Erklärungen durch sieben Eigenschaften, nämlich Transparenz, Überprüfbarkeit, Vertrauen, Effektivität, Überzeugungskraft, Effizienz und Zufriedenheit. In dieser Arbeit stellen wir Erklärungsansätze vor, die diese Eigenschaften erfüllen. Zunächst stellen wir TransPer vor, ein Erklärungsrahmenwerk für neuronale Netze, insbesondere für solche, die in Produktempfehlungssystemen verwendet werden. Wir definieren Erklärungsmaße auf der Grundlage der Relevanz der Eingaben, um die Vorhersagequalität des neuronalen Netzes zu analysieren und KI-Anwendern bei der Verbesserung ihrer neuronalen Netze zu helfen. Dadurch werden Transparenz und Vertrauen geschaffen. In einem Anwendungsfall für ein Empfehlungssystem werden auch die Überzeugungskraft, die den Benutzer zum Kauf eines Produkts veranlasst, und die Zufriedenheit, die das Benutzererlebnis angenehmer macht, berücksichtigt. Zweitens, um die Blackbox des neuronalen Netzes zu öffnen, definieren wir eine neue Metrik für die Erklärungsqualität ObAlEx in der Bildklassifikation. Mit Hilfe von Objekterkennungsansätzen, Erklärungsansätzen und ObAlEx quantifizieren wir den Fokus von faltenden neuronalen Netzwerken auf die tatsächliche Evidenz. Dies bietet den Nutzern eine effektive Erklärung und Vertrauen, dass das Modell seine Klassifizierungsentscheidung tatsächlich auf der Grundlage des richtigen Teils des Eingabebildes getroffen hat. Darüber hinaus ermöglicht es die Überprüfbarkeit, d. h. die Möglichkeit für den Benutzer, dem Erklärungssystem mitzuteilen, dass sich das Modell auf die falschen Teile des Eingabebildes konzentriert hat. Drittens schlagen wir FilTag vor, einen Ansatz zur Erklärung von faltenden neuronalen Netzwerken durch die Kennzeichnung der Filter mit Schlüsselwörtern, die Bildklassen identifizieren. In ihrer Gesamtheit erklären diese Kennzeichnungen die Zweckbestimmung des Filters. Einzelne Bildklassifizierungen können dann intuitiv anhand der Kennzeichnungen der Filter, die das Eingabebild aktiviert, erklärt werden. Diese Erklärungen erhöhen die Überprüfbarkeit und das Vertrauen. Schließlich stellen wir FAIRnets vor, das darauf abzielt, Metadaten von neuronalen Netzen wie Architekturinformationen und Verwendungszweck bereitzustellen. Indem erklärt wird, wie das neuronale Netz aufgebaut ist werden neuronale Netzer transparenter; dadurch dass ein Nutzer schnell entscheiden kann, ob das neuronale Netz für den gewünschten Anwendungsfall relevant ist werden neuronale Netze effizienter. Alle vier Ansätze befassen sich mit der Frage, wie man Erklärungen von neuronalen Netzen für Nicht-Experten bereitstellen kann. Zusammen stellen sie einen wichtigen Schritt in Richtung einer für den Menschen verständlichen KI dar

Neuronale Netze für betriebliche Anwendungen:Anwendungspotentiale und existierende Systeme

Der vorliegende Arbeitsbericht zeigt eine Auswahl neuronaler Netze für betriebliche Anwendungen. Aufbauend auf der Vorstellung einiger Systeme wird sowohl vom konkreten Anwendungsgebiet als auch von der konkreten Architektur des neuronalen Netzes abstrahiert, um so ein Übertragen der Erkenntnisse auf andere, ähnlich gelagerte Anwendungsprobleme zu ermöglichen. Anhand der abstrahierten Beschreibung ist es möglich, neue betriebliche Anwendungspotentiale neuronaler Netze aufzudecken. Dazu wird überprüft, inwieweit eine neue, potentielle Anwendung denselben Kriterien genügt. Aufgrund der Analogien erhält man neben einer „Machbarkeitsstudie“ ggf. bereits Hinweise auf die geeignete Wahl eines Netzwerktyps und der zugehörigen Netzwerkparameter für das neue Anwendungsproblem

Do neural networks revolutionize our prediction abilities?

Diese Arbeit plädiert für eine rationale Behandlung von Patientendaten und untersucht dazu die Analyse der Daten mit Hilfe neuronale Netze etwas näher. Erfolgreiche Beispielanwendungen zeigen, daß die menschlichen Diagnosefähigkeiten deutlich schlechter sind als neuronale Diagnosesysteme. Für das Beispiel der neueren Architektur mit RBF-Netzen wird die Funktionalität näher erläutert und gezeigt, wie menschliche und neuronale Expertise miteinander gekoppelt werden kann. Der Ausblick deutet Anwendungen und Praxisproblematik derartiger Systeme an.Do Neural Networks Revolutionize our Prediction Abilities? This paper claims for a rational treatment of patient data. It investigates data analysis with the aid of artificial neural networks. Successful example applications show that human diagnosis abilities are significantly worse than those of neural diagnosis systems. For the example of the newer architecture using RBF nets the basic functionality is explained and it is shown how human and neural expertise can be coupled. Finally, the applications and problems of this kind of systems are discussed

Neural networks as a prognostic tool in critically ill patients

Im Zeitraum 1. 11. 1993 bis 30. 3. 1997 wurden 1149 allgemeinchirurgische Intensivpatienten prospektiv erfaßt, von denen 114 die Kriterien des septischen Schocks erfüllten. Die Letalität der Patienten mit einem septischen Schock betrug 47,3%. Nach Training eines neuronalen Netzes mit 91 (von insgesamt n = 114) Patienten ergab die Testung bei den verbleibenden 23 Patienten bei der Berücksichtigung von Parameterveränderungen vom 1. auf den 2. Tag des septischen Schocks folgendes Ergebnis: Alle 10 verstorbenen Patienten wurden korrekt als nicht überlebend vorhergesagt, von den 13 Überlebenden wurden 12 korrekt als überlebend vorhergesagt (Sensitivität 100%; Spezifität 92,3%).Neural networks as a prognostic tool in critically ill patients Summary: From 1. 11. 93 to 30. 3. 97, 1149 patients were prospectively studied during their ICU stay. Of them,114 met the criteria of septic shock, with lethality of 47.3%. A neural network was trained with datasets from 91 of these 114 patients. Testing the trained neural network with the remaining 23 patients, the following result was obtained: all 10 patients dying from septic shock were correctly predicted; of 13 surviving patients, 12 were correctly identified (sensitivity 100%; specifity 92.3%)

Data Mining mittels künstlicher neuronaler Netze

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Kriterien zur Auswahl konnektionistischer Verfahren für betriebliche Probleme

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsvorhaben werden die Anwendbarkeit und die Qualität konnektionistischer Lösungsansätze für betriebswirtschaftliche Problemstellungen untersucht. Neben der Konzeption und Realisierung spezifischer Anwendungen stellt die Bereitstellung von Hilfsmitteln, die eine Zuordnung konnektionistischer Verfahren zu betrieblichen Problemen und umgekehrt erlauben, einen Arbeitsschwerpunkt dar. Zu diesem Zweck wird ein Ansatz zur Abbildung betrieblicher Problemstellungen auf neuronale Netze auf Basis einer mehrstufigen Klassifikation erarbeitet und beschrieben. Die Klassifikationskriterien werden gebräuchlichen Kategorisierungen betrieblicher Problemstellungen und neuronaler Netze entnommen. Zusätzlich werden in einer projektbegleitenden Literaturrecherche bereits existierende Anwendungen neuronaler Netzwerke analysiert und die Ergebnisse der Analyse zur Evaluierung der gewählten Kategorisierung herangezogen.<br/

Proceedings. 26. Workshop Computational Intelligence, Dortmund, 24. - 25. November 2016

Dieser Tagungsband enthält die Beiträge des 26. Workshops Computational Intelligence. Die Schwerpunkte sind Methoden, Anwendungen und Tools für Fuzzy-Systeme, Künstliche Neuronale Netze, Evolutionäre Algorithmen und Data-Mining-Verfahren sowie der Methodenvergleich anhand von industriellen und Benchmark-Problemen

Schumpeterian Dynamics and Financial Market Anomalies

In this paper we try to put together both the dynamics of the endogenous evolution of an industry and the corresponding dynamics on the capital market. The first module of our modelling efforts is the endogenous evolution of the industry based on the micro-behaviour of boundedly rational agents. They strive to undertake entrepreneurial actions and found new firms. Thereby, the role of knowledge diffusion is emphasized. The second module, the capital market module, will also be represented by boundedly rational agents. They read the data of the real side of the economy – induced by the real economy module – interact with other investors and eventually derive their investment decisions. The cognitive process will be modelled using a neural network approach.neural networks, financial markets, entrepreneurship, endogenous evolution