Definition

Was ist Machine Learning?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Nico Litzel

(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Machine Learning, im Deutschen maschinelles Lernen, ist ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz. Durch das Erkennen von Mustern in vorliegenden Datenbeständen sind IT-Systeme in der Lage, eigenständig Lösungen für Probleme zu finden.

Machine Learning ist ein Teilbereich der künstlichen Intelligenz. Mithilfe des maschinellen Lernens werden IT-Systeme in die Lage versetzt, auf Basis vorhandener Datenbestände und Algorithmen Muster und Gesetzmäßigkeiten zu erkennen und Lösungen zu entwickeln. Es wird quasi künstliches Wissen aus Erfahrungen generiert. Die aus den Daten gewonnenen Erkenntnisse lassen sich verallgemeinern und für neue Problemlösungen oder für die Analyse von bisher unbekannten Daten verwenden.

Damit die Software eigenständig lernen und Lösungen finden kann, ist ein vorheriges Handeln von Menschen notwendig. Beispielsweise müssen die Systeme zunächst mit den für das Lernen relevanten Daten und Algorithmen versorgt werden. Zudem sind Regeln für die Analyse des Datenbestands und das Erkennen der Muster aufzustellen. Sind passende Daten vorhanden und Regeln definiert, können Systeme mit maschinellem Lernen unter anderem folgendes:

  • Relevante Daten finden, extrahieren und zusammenfassen,
  • Vorhersagen auf Basis der analysierten Daten treffen,
  • Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Ereignisse berechnen,
  • sich an Entwicklungen eigenständig anpassen und
  • Prozesse auf Basis erkannter Muster optimieren.

Die verschiedenen Arten des Machine Learnings

Algorithmen nehmen beim maschinellen Lernen eine zentrale Rolle ein. Sie sind für das Erkennen von Mustern und das Generieren von Lösungen verantwortlich und lassen sich in verschiedene Lernkategorien einteilen.

  • überwachtes Lernen
  • unüberwachtes Lernen
  • teilüberwachtes Lernen
  • bestärkendes Lernen
  • aktives Lernen

Während beim überwachten Lernen im Vorfeld Beispielmodelle definiert und spezifiziert werden müssen, um die Informationen passend den Modellgruppen der Algorithmen zuzuordnen, werden die Modellgruppen beim unüberwachten Lernen automatisiert aufgrund eigenständig erkannter Muster gebildet.

Teilüberwachtes Lernen stellt eine Mischung aus beiden Methoden dar. Das bestärkende Lernen basiert auf Belohnungen und Bestrafungen. Dem Algorithmus wird durch diese Interaktion mitgeteilt, wie er auf verschiedene Situationen zu reagieren hat. Diese Lernweise ist dem menschlichen Lernen sehr ähnlich.

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Aktives Lernen schließlich bietet dem Algorithmus die Möglichkeit, für bestimmte Eingangsdaten die gewünschten Ergebnisse zu erfragen. Um die Anzahl von Fragen zu minimieren, erfolgt zuvor eine Auswahl relevanter Fragen mit hoher Ergebnisrelevanz durch den Algorithmus selbst.

Abhängig vom jeweiligen System kann die Datenbasis offline oder online vorliegen und wiederholbar oder nur einmalig für das maschinelle Lernen zur Verfügung stehen. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal des Machine Learnings ist das gleichzeitige Vorhandensein der Ein- und Ausgabe-Paare oder deren zeitlich versetzte Entwicklung. Je nach Art spricht man vom Batch-Lernen oder vom sequenziellen Lernen.

Anwendungsbeispiele für das Machine Learning

Machine Learning hat ein sehr großes Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Im Internetumfeld kommt maschinelles Lernen beispielsweise für folgende Funktionen zum Einsatz:

  • selbstständiges Erkennen von Spam-Mails und Entwicklung geeigneter Spam-Filter
  • Sprach- und Texterkennung für digitale Assistenten
  • Bestimmung der Relevanz von Webseiten für Suchbegriffe
  • Erkennung und Unterscheidung der Internetaktivität von natürlichen Personen und Bots

Weitere Anwendungsbereiche des maschinellen Lernens sind die Bild- und Gesichtserkennung, automatische Empfehlungsdienste oder die automatische Erkennung von Kreditkartenbetrug.

Big Data als Treiber des maschinellen Lernens

Durch die Entwicklung im Bereich der Big-Data-Technik hat auch das maschinelle Lernen einen enormen Schub erhalten. Da beim Machine Learning große Datenmengen vorhanden sein und effizient bearbeitet werden müssen, bilden Big-Data-Systeme die ideale Basis für diese Art des Lernens. Es lässt sich mithilfe von Big Data sowohl strukturiert als auch unstrukturiert vorliegende Daten schnell und mit relativ geringem Hardwareaufwand analysieren und den Lernalgorithmen zuführen.

Für das maschinelle Lernen kommen verteilte Rechnerstrukturen und besonders schnell arbeitende Datenbanksysteme zum Einsatz. Ebenfalls genutzt werden künstliche neuronale Netze, die nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns funktionieren.

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