Künstliche Intelligenz – Wann übernehmen die Maschinen? PDF
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Klaus Mainzer Künstliche Intelligenz – Wann übernehmen die Maschinen? Technik im Fokus KonzeptionderEnergie-BändeinderReiheTechnikimFokus:Prof.Dr.- Ing. Viktor Wesselak, Institut für Regenerative Energiesysteme, Hoch- schuleNordhausen TechnikimFokus Photovoltaik–WieSonnezuStromwird Wesselak,Viktor;Voswinckel,Sebastian,ISBN978-3-642-24296-0 Komplexität–WarumdieBahnniepünktlichist Dittes,Frank-Michael,ISBN978-3-642-23976-2 Kernenergie–EineTechnikfürdieZukunft? Neles, Julia Mareike; Pistner, Christoph (Hrsg.), ISBN 978-3-642- 24328-8 Energie–DieZukunftwirderneuerbar Schabbach,Thomas;Wesselak,Viktor,ISBN978-3-642-24346-2 Werkstoffe–Unsichtbar,aberunverzichtbar Weitze,Marc-Denis;Berger,Christina,ISBN978-3-642-29540-9 WerkstoffGlas–AlterWerkstoffmitgroßerZukunft Schaeffer,Helmut;Langfeld,Roland,ISBN978-3-642-37230-8 3D-Drucken–WiediegenerativeFertigungstechnikfunktioniert Fastermann,Petra,ISBN978-3-642-40963-9 WasserstoffundBrennstoffzellen–UnterwegsmitdemsauberstenKraft- stoff Lehmann,Jochen;Luschtinetz,Thomas,ISBN978-3-642-34667-5 WeitereBändezurReihefindenSieunter http://www.springer.com/series/8887 Klaus Mainzer Künstliche Intelligenz – Wann übernehmen die Maschinen? KlausMainzer München,Deutschland ISSN2194-0770 ISSN2194-0789(electronic) TechnikimFokus ISBN978-3-662-48452-4 ISBN978-3-662-48453-1(eBook) DOI10.1007/978-3-662-48453-1 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNa- tionalbibliografie;detailliertebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d- nb.deabrufbar. ©Springer-VerlagBerlinHeidelberg2016 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Ver- wertung,dienichtausdrücklichvomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfder vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVer- arbeitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.in diesemWerkberechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme, dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungals freizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenund InformationenindiesemWerkzumZeitpunkt derVeröffentlichung vollständigund korrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoderdieHerausgeberübernehmen, ausdrücklichoder implizit,Gewähr fürdenInhaltdes Werkes,etwaigeFehler oder Äußerungen. Einbandabbildung:ediundseppGestaltungsgesellschaftmbH GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier. SpringeristTeilderFachverlagsgruppeSpringerScience+BusinessMedia (www.springer.com) Vorwort KünstlicheIntelligenzbeherrschtlängstunserLeben,ohnedassesvielen bewusstist.Smartphones,diemitunssprechen,Armbanduhren,dieun- sereGesundheitsdatenaufzeichnen,Arbeitsabläufe,diesichautomatisch organisieren, Autos, Flugzeuge und Drohnen, die sich selbst steuern, Verkehrs- und Energiesysteme mit autonomer Logistik oder Roboter, diefernePlaneten erkunden,sind technischeBeispiele einer vernetzten Welt intelligenter Systeme. Sie zeigen uns, wie unser Alltag von KI- Funktionenbestimmtist. Auch biologische Organismen sind Beispiele von intelligenten Sys- temen, die wie der Mensch in der Evolution entstanden und mehr oder wenigerselbstständig Problemeeffizientlösen können.Gelegentlich ist dieNaturVorbildfürtechnischeEntwicklungen.HäufigfindenInforma- tikundIngenieurwissenschaftenjedochLösungen,dieandersundsogar besserundeffizientersindalsinderNatur.Esgibtalsonicht„die“Intel- ligenz, sondernGradeeffizienter und automatisierter Problemlösungen, dievontechnischenodernatürlichenSystemenrealisiertwerdenkönnen. Dahinter steht die Welt lernfähiger Algorithmen, die mit exponenti- ellwachsenderRechenkapazität(nachdemMooreschenGesetz) immer leistungsfähiger werden.Sie steuern dieProzesse einer vernetztenWelt im Internet der Dinge. Ohne sie wäre die Datenflut nicht zu bewälti- gen,diedurchMilliardenvonSensorenundvernetztenGerätenerzeugt werden.AuchForschungundMedizinbenutzenzunehmendintelligente Algorithmen,umineinerwachsendenFlutvonMessdatenneueGesetze undErkenntnissezuentdecken. SeitihrerEntstehungistdieKI-ForschungmitgroßenVisionenüber dieZukunftderMenschheitverbunden.Löstdie„künstlicheIntelligenz“ V VI Vorwort den Menschen ab? Einige sprechen bereits von einer kommenden „Su- perintelligenz“,dieÄngsteundHoffnungenauslöst.DiesesBuchistein Plädoyer für Technikgestaltung: KI muss sich als Dienstleistung in der Gesellschaftbewähren. Seit meinem Studium war ich von den Algorithmen fasziniert, die künstlicheIntelligenzerstmöglichmachen.ManmussihreGrundlagen kennen, um ihre Leistungen und Grenzen abschätzen zu können. Er- staunlicherweise,dasisteinewesentlicheEinsichtdiesesBuchs,ändern noch so schnelle Supercomputer nichts an den logisch-mathematischen Grundlagen,dievonmenschlicherIntelligenzbewiesenwurden.Erstauf derGrundlagediesesWissenslassensichauchgesellschaftlicheAuswir- kungenbewerten. ZudiesemZweckhattenwirbereitsEndeder1990erJahredasInstitut fürInterdisziplinäreInformatikan der UniversitätAugsburggegründet. AnderTechnischenUniversitätMünchenkamdieLeitungderCarlvon Linde-AkademieundimRahmenderExzellenzinitiative2012dieGrün- dung des Munich Center for Technology in Society (MCTS) hinzu. Im Themennetzwerk der Deutschen Akademie für Technikwissenschaften (acatech)stehtebenfalls„TechnikimFokus–DatenFaktenHintergrün- de“,wiedieseneueBuchreiheimSpringer-Verlagheißt.Alslangjähriger AutorimSpringer-VerlaghabeichdiesenBeitraggernegeschriebenund dankefürdiebewährteUnterstützung. München,imSeptember2015 KlausMainzer Inhaltsverzeichnis 1 Einführung:WasistKI? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 EinekurzeGeschichtederKI . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 EinalterMenschheitstraum . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Turing-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3 Vom„AllgemeinenProblemlöser“zumExpertensystem 11 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3 LogischesDenkenwirdautomatisch . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1 WasheißtlogischesSchließen? . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 KI-ProgrammiersprachePROLOG. . . . . . . . . . . . . 18 3.3 KI-ProgrammierspracheLISP. . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.4 AutomatischesBeweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4 SystemewerdenzuExperten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.1 ArchitektureineswissensbasiertenExpertensystems. . 43 4.2 ProgrammierungvonWissenspräsentationen . . . . . . 45 4.3 Eingeschränktes,unsicheresundintuitivesWissen . . . 50 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 VII VIII Inhaltsverzeichnis 5 Computerlernensprechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.1 ELIZAerkannteZeichenmuster . . . . . . . . . . . . . . 55 5.2 AutomatenundMaschinenerkennenSprachen . . . . . 58 5.3 WannverstehtmichmeinSmartphone? . . . . . . . . . . 71 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6 AlgorithmensimulierendieEvolution . . . . . . . . . . . . . 81 6.1 BiologischeundtechnischeSchaltpläne . . . . . . . . . 81 6.2 ZelluläreAutomaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 6.3 GenetischeundevolutionäreAlgorithmen . . . . . . . . 92 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 7 NeuronaleNetzesimulierenGehirne. . . . . . . . . . . . . . 99 7.1 GehirnundKognition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 7.2 NeuronaleNetzeundLernalgorithmen . . . . . . . . . . 104 7.3 EmotionenundBewusstsein. . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 8 Roboterwerdensozial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 8.1 HumanoideRoboter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 8.2 KognitiveundsozialeRoboter . . . . . . . . . . . . . . . 142 8.3 SchwarmintelligenzvonRobotern . . . . . . . . . . . . . 149 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 9 Infrastrukturenwerdenintelligent . . . . . . . . . . . . . . . 155 9.1 InternetderDingeundBigData . . . . . . . . . . . . . . 155 9.2 VomautonomenFahrzeugzumintelligenten Verkehrssystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.3 VonCyberphysicalSystemszuintelligenten Infrastrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 9.4 Industrie4.0undArbeitsweltderZukunft . . . . . . . . 172 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 10 Vondernatürlichenüberdiekünstliche zurSuperintelligenz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 10.1 NeuromorpheComputerundkünstlicheIntelligenz . . 181 10.2 NatürlicheundkünstlicheIntelligenz . . . . . . . . . . . 195 Inhaltsverzeichnis IX 10.3 SingularitätundSuperintelligenz? . . . . . . . . . . . . . 206 10.4 Technikgestaltung:KIalsDienstleistung . . . . . . . . . 216 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 WeiterführendeLiteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Personenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
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