Muster finden mit KI

In dieser Lektion werdet ihr… 

  • mehr über Datensätze erfahren. 
  • lernen ein KI-Modell so zu trainieren, sodass es Ergebnisse und Ereignisse vorhersagt. 

Schlüsselbegriffe

  • Datensätze – eine große Menge an Daten, die verwendet werden, um einer KI beizubringen, wie sie Muster erkennt und Ergebnisse vorhersagt 
  • KI-Modell – künstliche Intelligenz, die mithilfe eines Datensatzes trainiert wird, um Muster zu erkennen und etwas vorherzusagen oder zu klassifizieren 
  • Überwachtes Lernen – Teilgebiet des maschinellen Lernens. Hierbei wird ein Modell durch die Vorgabe richtiger Ergebnisse trainiert 
  • Klasse – ein Label (Kennzeichnung), das einem KI-Modell zugewiesen wird, damit es lernt, Eingaben entsprechend ihrer Klasse zuzuordnen 

Ein KI-Modell trainieren

Wie ihr bereits gelernt habt, besteht künstliche Intelligenz (KI) aus drei grundlegenden Bestandteilen: 

[Daten eingeben - Datensatz] -> Muster mit Lernalgorithmus finden -> Vorhersage! 

Entwicklung eines KI-Modells – alles, was ihr für die Sammlung von Daten für einen Datensatz tut. Zur Entwicklung gehört auch das Training des KI-Modells, damit es später Muster finden kann. Hinterher kann das KI-Modell in einem Programm oder einer App verwendet werden, um eine Vorhersage zu treffen und eine Handlung auszuführen.  

Datensätze  

 Um gute und genaue Vorhersagen treffen zu können, benötigt ein KI-Modell eine Menge Daten. Wie ihr gute Daten für eure App sammeln könnt, zeigen wir euch jetzt. 

 Um Daten (bspw. Bilder, Zahlen, Töne oder Text) für das Training eures KI-Modells zu sammeln, gibt es drei Methoden:  

  1. Eigene Trainingsdaten aus eurer Community sammeln
    • Es ist sinnvoll, Trainingsdaten aus eurer Community zu sammeln
  2. Daten mithilfe von Sensoren oder Nutzer:inneneingaben sammeln
    • Hierbei sammelt eure App von alleine Daten (Hinweis: Wahrscheinlich benötigt ihr zusätzlich Trainingsdaten aus einer der anderen beiden Methoden)
  3. Daten aus öffentlichen Datensätzen als Trainingsdaten verwenden
    • Die Verwendung öffentlicher Datensätze ist notwendig, wenn ihr mehr Daten benötigt, als ihr über eure Community sammeln könnt. Das gilt auch, wenn ihr an einer Lösung für ein Problem arbeitet, das globaler ist 

Wir haben für euch einige kostenlose öffentliche Datensätze zusammengestellt, die ihr euch im Abschnitt Zusatzmaterial anschauen könnt. 

Beachtet bei der Sammlung eurer Trainingsdaten, die wichtigsten Merkmale guter Daten! 

  • Die Daten haben einen Bezug zu eurem Problem/eurer Lösung. 
  • Die Daten sind reichlich vorhanden. Es gilt: je mehr Daten, desto besser! 
  • Die Daten sind möglichst genau. 
  • Die Daten sind umfassend – und können verschiedene Situationen auf vielfältige Weise abbilden 
  • Ihr habt die Erlaubnis der Personen, die euch ihre Bilder oder Informationen zur Verfügung gestellt haben 

 

Wie ihr euer KI-Modell trainiert 

Nachdem ihr euren Datensatz zusammengestellt habt, ist es an der Zeit diesen zu trainieren, damit ihr euer Modell entwickeln könnt. Es gibt zahlreiche Plattformen, auf denen ihr ein KI-Modell durch überwachtes Lernen trainieren könnt. Überwachtes Lernen ist genau das, wonach es sich anhört: Ihr überwacht den Lernprozess des KI-Modells, indem ihr ihm die richtige Antwort vorgebt. Soll das KI-Modell beispielsweise Hunde von Katzen unterscheiden, müsst ihr es mit vielen Bildern von Hunden und Katzen „füttern“. Zusätzlich lasst ihr das Modell wissen, welches die Hunde und welches die Katzen sind. So lernt das Modell den Unterschied. 

Unüberwachtes Lernen bedeutet, dass das KI-Modell zwar mit Eingaben versorgt wird, aber kein Datenlabeling (Kennzeichnung der Daten) vorliegt. Dadurch muss das KI-Modell selbst Muster erlernen und festlegen, welche Eingaben sich auf welche Weise ähneln. 

Schwerpunkt dieses Curriculums ist das Überwachte Lernen. Ihr stellt euren Datensatz zusammen und trainiert euer KI-Modell, indem ihr Klassen labelt (kennzeichnet). Jede Klasse bildet ein Label, um etwas, was ihr klassifizieren möchtet, zu erkennen. So sind zum Beispiel „Hund“ und „Katze“ Klassen in unserem Tier-Klassifikator. 

Zur Erstellung von KI-Klassifizierungsmodellen findet ihr online mehrere kostenlose und Open Source-Plattformen. Um den nächsten Schritt zu machen und euer KI-Modell in Gang zu bringen, haben wir für euch diese Liste an Programmen und Plattformen zusammengestellt. Mithilfe dieser Software könnt ihr euer Modell so entwickeln, sodass es Vorhersagen treffen und innerhalb eines Programms oder einer mobilen App Handlungen ausführen kann. 

Schauen wir uns ein weiteres Beispiel an. So setzt YouTube eine Künstliche Intelligenz, die vorhersagt, welche Videos für euch interessant sein könnten. Dabei besteht der Datensatz aus allen Videos, die ihr euch bereits angeschaut habt, und Videos, die sich andere Personen mit ähnlichen Interessen angeschaut haben. Anhand dieses Modells merkt sich die KI, die von YouTube angewendet wird,  euer Verhaltensmuster, wenn ihr euch Videos anseht. Gleichzeitig sagt die Künstliche Intelligenz vorher, was ihr euch vielleicht ansehen wollt. Dies tut die KI sowohl bei eurem ersten Besuch von YouTube als auch nachdem ihr euch ein Video angeschaut habt. Die ausgeführte Handlung besteht darin, Miniaturansichten von Videos anzuzeigen, die ihr anklickt und gucken nnt. 

Hier seht ihr die Plattformen für die Entwicklung eines KI-Modells, die wir euch empfehlen. Diese Plattformen zeichnen sich besonders durch deren hohe Nutzer:innenfreundlichkeit und Softwareintegration aus. Beide sind wichtige Aspekte, die eurem KI-Modell ermöglichen, Handlungen auszuführen. 

Plattform  Art der Klassifizierung  Integration 
Teachable Machine von Google  Text, Töne, Posen  Scratch über das MIT Media Lab, Scratch über Stretch3, andere Integrationen 
MachineLearningForKids  Bilder, Töne, Texte, Zahlen  Scratch, App Inventor, Python 
MIT App Inventor  Bilder, Töne  Mobile Apps mit App Inventor 
Stretch3  Töne, Bilder, Posen  Scratch 
mblock  Bilder  Scratch, Python 

Aktivität: Trainiert euer KI-Modell 

Wir nutzen für das erste Training MachineLearningForKids. Um zu lernen, wie Künstliche Intelligenz überhaupt funktioniert und um erste Erfahrungen mit der Entwicklung eines Modells zu sammeln, ist diese Seite sehr gut geeignet. 

HINWEIS: Eure Lehrer:in oder Mentor:in sollte zuallererst ein Lehrer:innen-Konto anlegen. Damit könnt ihr euch einloggen und eure Projekte speichern. Natürlich könnt ihr MachineLearningForKids auch ohne Konto ausprobieren. Allerdings könnt ihr so euer Modell nicht speichern, um hinterher weiter daran zu arbeiten. 

Eure Aufgabe besteht darin, ein KI-Modell zu entwickeln, das in der Lage ist, Bilder von „Schere, Stein, Papier“, zu erkennen. Anschließend könnt ihr dieses Spiel gegen den Computer spielen. Mit dieser Video-Anleitung erfahrt ihr, wie man ein KI-Modell erstellt und ein Projekt abschließt. Wenn ihr möchtet, könnt ihr auch gerne dieses Arbeitsblatt nutzen und den Anweisungen darauf folgen. 

YouTube

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Falls eure Lehrer:in oder Mentor:in ein Konto für euch bei MachineLearningForKids angelegt hat, wird euer Projekt, das auch das KI-Modell beinhaltet, gespeichert. Auf diese Weise könnt immer wieder an eurem Projekt arbeiten. Allerdings könnt ihr das Scratch-Projekt nicht speichern. Damit ihr eine Kopie speichern könnt (falls ihr mit Scratch 3 von MachineLearningForKids aus arbeitet), solltet ihr das Projekt auf eurem PC speichern. Wenn ihr MachineLearningForKids beim nächsten Mal öffnet und ihr das Scratch-Projekt benötigt, könnt ihr es dann einfach auf eurem PC laden. 

document

Reflexion

Ihr habt euer erstes KI-Modell entwickelt! Diese Lektion hat euch einen ersten Einblick in den Entwicklungsprozess eines KI-Modells gewährt. Zunächst bestimmt ihr eure Labels oder Klassen. Anschließend sammelt ihr eure Daten für die Eingabe, trainiert das KI-Modell und setzt es in einem Projekt ein (in diesem Fall in ein Scratch-Projekt). Alle Plattformen funktionieren ähnlich, egal, für welche Plattform ihr euch am Ende entscheidet. Lediglich die Schnittstellen der Plattformen unterscheiden sich leicht. 

  1. Wie findet ihr euer KI-Modell? Konnte es erfolgreich „Schere, Stein, Papier“ erkennen? 
  2. Besteht das Modell aus einem „gesundem“ Datensatz? 
  3. Wie könnt ihr euren Datensatz verbessern? 
  4. Würde euer Modell genauso funktionieren, wenn es von Freund:innen oder anderen Personen an einem anderen Ort verwendet werden würde? Falls ja, wieso? Und wieso, falls nicht? 

Zusatz-Material

Erstellt eure eigenen KI-Modelle

Hier sind einige Plattformen, die ihr zur Erforschung von KI nutzen könnt:

Forschungsdatensätze

Hier sind einige Websites, mit denen ihr beginnen könnt, eure Datensätze zu erforschen:

Technovation Challenge

Bewertungskriterien für den internationalen Wettbewerb

Am Ende der Technovation-Saison wird die App oder KI-Erfindung anhand von bestimmten Kriterien in verschiedenen Kategorien von einer Jury bewertet. Diese Lektion hilft euch, Punkte für die Erklärung eures Datensatzes und KI-Modells im Abschnitt „Demo-Video“ zu sammeln. Hier könnt ihr den Bewertungsbogen einsehen.

Englische Technovation-Videoreihe „SolveIt“

Um euren Horizont zu erweitern und neue Probleme anzugehen, hat Technovation eine Videoreihe erstellt. Viele dieser Ideen könnt ihr direkt auf eure App beziehen und bei der Verwendung von KI berücksichtigen. 

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