Aufbau eines KI-Systems

Ein KI-System besteht aus drei Hauptelementen, aus Sensoren, einer operativen Logik und Aktoren.

Grundsätzlich besteht ein KI-System aus

Computersystem (Hardware)

Programmcode (Software)

Algorithmen (Verarbeitungs- und Entscheidungslogik)

Sensoren (extern, intern oder als eingebettete Systeme – Embedded Systems) zur Wahrnehmung der Umwelt

Kommunikationstechnik (Netzwerke, Mensch-Maschine-Schnittstellen) zur Verständigung mit der Umwelt

Aktoren (zum Agieren, Manipulation in der realen Welt, z. B. Räder, Greifer, Roboter)

Gedächtnis (Modelle, Simulationen, Digitaler Zwilling, interne Datenspeicher & Wissen)

Zugriff auf virtuelle Welt (Internet, externe Daten & Wissen, Virtual Reality …)

Folgend werden die drei Hauptelemente ausgeführt und das System tiefer beleuchtet.

Die Sensoren sammeln Rohdaten über die Umgebung und die Aktoren beeinflussen den Zustand der Umgebung. Die operative Logik ist das wichtigste Element eines KI-Systems. Sie liefert für bestimmte Ziele ausgehend vom Daten-Input der Sensoren Output für die Aktoren. Dies können Empfehlungen, Vorhersagen oder Entscheidungen (Modellinferenz) zur Beeinflussung der Umgebung sein.

Die Umgebung
Die Umgebung eines KI-Systems ist ein Raum, der (mittels Sensoren) beobachtet und durch Handlungen (von Aktoren) beeinflusst werden kann. Bei den Sensoren und Aktoren kann es sich um Maschinen oder um Menschen handeln. Eine Umgebung ist entweder real (z. B. physisch, sozial, mental) und dann in der Regel nur teilweise beobachtbar oder virtuell (z. B. Brettspiele) und dann für gewöhnlich vollständig beobachtbar.

Das KI-System
Das KI-System ist ein System, welches auf Maschinen basiert ist und aufgrund von Menschen definierten Angaben/Zielen Empfehlungen abgeben, Vorhersagen machen oder Entscheidungen treffen kann. Diese können reale oder virtuelle Umgebung beeinflussen.

Von Menschen und/oder Maschinen vorgegebene Inputs bilden die Grundlage für einerseits die Erfassung der Umgebung. Diese kann real oder virtuell sein. Andererseits können die Inputs für die Erstellung von Modellen genutzt werden. Die Modelle werden auf Grund von Beobachtungen und Analysen manuell oder automatisch erstellt. Zudem können mit Hilfe der Modellinferenz Informations- oder Handlungsoptionen ermittelt werden. Die Autonomie eines KI-System kann stark variieren und für jedes System selbst definiert werden.

Wie funktioniert ein KI-System genau?

Das Kernstück bei der Operativen Logik bildet das KI-Modell. Dieses bildet die Struktur der Umgebung des Systems ab. Dabei handelt es sich um Expertenwissen und Daten, welche durch Menschen oder automatisierten Instrumenten (wie Algorithmen) bereitgestellt und eingegeben werden.

Bei der Modellierung wird es spezifischer.
Es werden bestimmte Ziele (z.B. Outputvariablen) und Parameter (z.B. Genauigkeit, Trainingsressourcen, Repräsentativität des Datensatzes) berücksichtigt.
Die Modellinferenz ist ein Verfahren, welches das Ableiten/Generieren von Ergebnissen aus den Modellen beschreibt. Das kann durch Menschen oder automatisierten Instrumenten geschehen.

Bei den Ergebnissen kann es sich um Empfehlungen, Vorhersagen oder Entscheidungen handeln. Die Ergebnisse hängen ebenso von den Zielen und Parametern aus der Modellierung ab.

Einfaches Beispiel fürs Verständnis
Liegen der KI beispielsweise eine Reihe von Bildern (=Modell) vor, so kann sie lernen, wie ein Mensch aussieht (Modellierung), und ihn von anderen Objekten auf den Bildern (=Modellinferenz) unterscheiden.

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Quellenverzeichnis:
https://www.oecd-ilibrary.org/sites/64ae49f7-de/index.html?itemId=/content/component/64ae49f7-de