Information Technology Reference
In-Depth Information
Kapitel 2
Künstliche neuronale Netze
(Künstliche) neuronale Netze
(artificial neural networks) sind informationsverarbeiten-
de Systeme, deren Struktur und Funktionsweise dem Nervensystem und speziell
dem Gehirn von Tieren und Menschen nachempfunden sind. Sie bestehen aus einer
großen Anzahl einfacher, parallel arbeitender Einheiten, den sogenannten
Neuronen
.
Diese Neuronen senden sich Informationen in Form von Aktivierungssignalen über
gerichtete Verbindungen zu.
Ein oft synonym zu „neuronales Netz“ verwendeter Begriff ist „konnektionisti-
sches Modell“ (connectionist model). Die Forschungsrichtung, die sich dem Studi-
um konnektionistischer Modelle widmet, heißt „Konnektionismus“ (connectionism).
Auch der Begriff „parallele verteilte Verarbeitung“ (parallel distributed processing)
wird oft im Zusammenhang mit (künstlichen) neuronalen Netzen genannt.
Mit (künstlichen) neuronalen Netzen beschäftigt man sich aus verschiedenen
Gründen: In der (Neuro-)Biologie und (Neuro-)Physiologie, aber auch in der Psycho-
logie interessiert man sich vor allem für ihre Ähnlichkeit zu realen Nervensystemen.
(Künstliche) neuronale Netze werden hier als Modelle verwendet, mit denen man
durch Simulation die Mechanismen der Nerven- und Gehirnfunktionen aufzuklären
versucht. Speziell in der Informatik, aber auch in anderen Ingenieurwissenschaften
versucht man bestimmte kognitive Leistungen von Menschen nachzubilden, indem
man Funktionselemente des Nervensystems und Gehirns verwendet. In der Physik
werdenModelle, die (künstlichen) neuronalen Netzen analog sind, zur Beschreibung
bestimmter physikalischer Phänomene eingesetzt. Ein Beispiel sind Modelle des Ma-
gnetismus, speziell für sogenannte Spingläser
1
.
Aus dieser kurzen Aufzählung sieht man bereits, dass die Untersuchung (künst-
licher) neuronaler Netze ein stark interdisziplinäres Forschungsgebiet ist. In die-
sem Buch vernachlässigen wir jedoch weitgehend die physikalische Verwendung
(künstlicher) neuronaler Netze (wenn wir auch zur Erklärung einiger Netzmodel-
le physikalische Beispiele heranziehen werden) und gehen auf ihre biologischen
Grundlagen nur kurz ein (siehe den nächsten Abschnitt). Stattdessen konzentrieren
wir uns auf die mathematischen und ingenieurwissenschaftlichen Aspekte, speziell
1
Spingläser sind Legierungen aus einer kleinen Menge eines magnetischen und einer großen Menge
eines nicht magnetischen Metalls, in denen die Atome des magnetischen Metalls zufällig im Kristallgitter
des nicht magnetischen verteilt sind.
