Fortschritte im unüberwachten Lernen und Anwendungsbereiche: Subspace Clustering mit Hintergrundwissen, semantisches Passworterraten und erlernte Indexstrukturen
Over the past few years, advances in data science, machine learning and, in particular, unsupervised learning have enabled significant progress in many scientific fields and even in everyday life. Unsupervised learning methods are usually successful whenever they can be tailored to specific applications using appropriate requirements based on domain expertise. This dissertation shows how purely theoretical research can lead to circumstances that favor overly optimistic results, and the advantages of application-oriented research based on specific background knowledge. These observations apply to traditional unsupervised learning problems such as clustering, anomaly detection and dimensionality reduction. Therefore, this thesis presents extensions of these classical problems, such as subspace clustering and principal component analysis, as well as several specific applications with relevant interfaces to machine learning. Examples include password guessing using semantic word embeddings and learning spatial index structures using statistical models. In essence, this thesis shows that application-oriented research has many advantages for current and future research.In den letzten Jahren haben Fortschritte in der Data Science, im maschinellen Lernen und insbesondere im unüberwachten Lernen zu erheblichen Fortentwicklungen in vielen Bereichen der Wissenschaft und des täglichen Lebens geführt. Methoden des unüberwachten Lernens sind in der Regel dann erfolgreich, wenn sie durch geeignete, auf Expertenwissen basierende Anforderungen an spezifische Anwendungen angepasst werden können. Diese Dissertation zeigt, wie rein theoretische Forschung zu Umständen führen kann, die allzu optimistische Ergebnisse begünstigen, und welche Vorteile anwendungsorientierte Forschung hat, die auf spezifischem Hintergrundwissen basiert. Diese Beobachtungen gelten für traditionelle unüberwachte Lernprobleme wie Clustering, Anomalieerkennung und Dimensionalitätsreduktion. Daher werden in diesem Beitrag Erweiterungen dieser klassischen Probleme, wie Subspace Clustering und Hauptkomponentenanalyse, sowie einige spezifische Anwendungen mit relevanten Schnittstellen zum maschinellen Lernen vorgestellt. Beispiele sind das Erraten von Passwörtern mit Hilfe semantischer Worteinbettungen und das Lernen von räumlichen Indexstrukturen mit Hilfe statistischer Modelle. Im Wesentlichen zeigt diese Arbeit, dass anwendungsorientierte Forschung viele Vorteile für die aktuelle und zukünftige Forschung hat
