von Michel Jakel, IT-Consultant + Ann-Marie Keller, k+k Akademie

Dumm stirbt, schlau gewinnt: Warum KI „Tierversuche“ braucht?

Neuronale Netze anhand von Flappy Bird verstehen

Was ist das Geheimnis künstlicher Intelligenz? Wo geschieht die Magie? Und ist es möglich, das komplexe Thema neuronaler Netze auf einfache Art und Weise zu erklären?

Wir finden JA. Man muss kein Mathematiker oder Informatiker sein, um zu begreifen, was Künstliche Intelligenz ausmacht.

Und genau hier kommen die „Tierversuche“ ins Spiel. Wir haben das Lernverhalten neuronaler Netze anhand von virtuellen „Tierversuchen“ mit Flappy Bird untersucht und veranschaulicht.

„Flappy Bird“ ist ein Spiel. Ziel des Spiels ist es, die Flappys (Vögel) durch so viele unterschiedlich angeordnete Säulen wie möglich zu navigieren. Hierzu braucht es einen Spieler.

Flappy bekommt ein Gehirn

Wir wollen aber keine Spieler. Wir wollen, dass Flappy selber lernt, den besten und schnellsten Weg durch die Säulen zu finden. Dafür bekommt das Flappy von uns ein simuliertes Gehirn implementiert. Die Simulation übernimmt ein neuronales Netz.

Flappys Gehirn kann dabei 3 Dinge verarbeiten: die Entfernung zur Säule, den oberen sowie den unteren Abstand zur Säule. Anhand dieser Wahrnehmung trifft Flappy nun die Entscheidung, mit den Flügeln zu schlagen oder nicht.

 

Auf der folgenden Abbildung ist das neuronale Netz abgebildet. Jeder der blauen Punkte steht für ein „Neuron“. Über die linken Neuronen werden die erfassten Entfernungen an das Gehirn weitergeleitet. Dies geschieht über die Verbindung der Neuronen zueinander. Das Entscheidende dabei ist, dass die Intelligenz durch die Stärke der Verknüpfungen entsteht.

 

Dahinter verbirgt sich eine einfache mathematische Formel. Über diese Formel kann ein Entscheidungswert berechnet werden (z.B: Wert 0,3 – laut Abbildung). Bezugnehmend wurde definiert, dass Flappy mit den Flügeln schlägt, wenn der Entscheidungswert > 0,5 ist.

Das Experiment beginnt

Die erste Population besteht aus Flappys mit zufällig angeordneten neuronalen Netzen. In dem nachfolgenden Video ist zu sehen, wie sich die erste und zweite Generation entwickelt haben.

Wie es sich gezeigt hat, kommen die Flappys der zweiten Generation schon weiter als die der ersten. Die Schlussfolgerung ist: Die Flappys müssen dazugelernt haben.

Wie? So ähnlich wie in der Natur: durch die „simulierte Evolution“. Um diese zu simulieren sind 3 einfache Schritte relevant:

  • Selektion
  • Kreuzung
  • Mutation

Selektion: Es wurde festgelegt, dass die zwei Flappys selektiert werden, die es geschafft haben, die längste Distanz durch die Säulen zurückzulegen. Das bedeutet, die beiden „fittesten“ Flappys werden ausgewählt. Gemäß dem Motto – dumm stirbt, schlau gewinnt.

Kreuzung: Sind die „fittesten“ Flappys einer Generation selektiert, wird die „DNA“ der ausgewählten Flappys zu einer neuen „DNA“ gekreuzt. Die „DNA“ entspricht in dem Fall der Verbindungsstärke zwischen den Synapsen beider Flappys. Das heißt, die Flappys der nächsten Generation tragen verschiedene Teile von beiden Eltern in sich: siehe Beispiel im Video.

Mutation: Durch die Mutation entsteht Potential für neues Verhalten. Einzelne Verbindungen werden dabei zufällig verstärkt oder aber abgeschwächt. Auf diese Weise entsteht die Chance, dass ein höchst intelligentes Flappy entstehen kann oder aber gleichermaßen ein völlig dummes!

Die „Tierversuche“ gehen weiter …

Was passiert, wenn wir den Flappy die Möglichkeit geben, eine weitere Entscheidung zu treffen?

Die Antwort darauf und wie sich das Lernverhalten der Flappys weiterentwickelt, gibt es im nächsten Blogartikel


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