Konnektionistische Modelle in der Kognition
1990
- David Rumelhart
- James McClelland
- Geoffrey Hinton
Konnektionistische Modelle, auch bekannt als parallele verteilte Verarbeitung (PDP) oder künstliche neuronale Netze, stellen kognitive Prozesse als Interaktionen zwischen vielen einfachen, miteinander verbundenen Verarbeitungseinheiten, sogenannten Knoten, dar. Wissen wird nicht an einem expliziten Ort gespeichert, sondern ist in den Verbindungsgewichten zwischen diesen Einheiten verteilt. Lernen erfolgt durch Anpassen dieser Gewichte, häufig mithilfe von Algorithmen wie der Backpropagation, wodurch Mustererkennung und Funktionsapproximation ermöglicht werden.
Konnektionistische Modelle wurden als vom Gehirn inspirierte Alternative zu symbolischen Modellen vorgeschlagen. Ein typisches Netzwerk besteht aus Knotenschichten: einer Eingabeschicht, einer oder mehreren verborgenen Schichten und einer Ausgabeschicht. Jede Verbindung zwischen Knoten besitzt ein numerisches Gewicht, das erregend oder hemmend wirken kann. Wird der Eingabeschicht ein Muster präsentiert, breitet sich die Aktivierung, modifiziert durch die Gewichte und eine Aktivierungsfunktion an jedem Knoten, im Netzwerk aus und erzeugt so ein Muster in der Ausgabeschicht.
Die wichtigste Neuerung ist der Lernprozess. Beim überwachten Lernen wird die Ausgabe des Netzwerks mit einer Zielausgabe verglichen, und die Differenz (Fehler) wird verwendet, um die Verbindungsgewichte im gesamten Netzwerk zu modifizieren. Der Backpropagation-Algorithmus ist eine gängige Methode zur effizienten Berechnung dieser Gewichtsanpassungen. Dieser Prozess ermöglicht es dem Netzwerk, komplexe Zuordnungen von Eingaben zu Ausgaben schrittweise zu ‘lernen’, ohne mit expliziten Regeln programmiert zu sein. Dieser Ansatz eignet sich hervorragend für Aufgaben mit verrauschten Daten und Mustererkennung, wie z. B. die Objekterkennung oder das Lernen der Vergangenheitsform englischer Verben, die für rein symbolische Systeme eine Herausforderung darstellen.
UNESCO Nomenclature: 6105
– Experimentelle Psychologie
Verwendung
Weitverbreitete Verwendung
Vorläufer
- das Perzeptron-Modell von Frank Rosenblatt
- Hebbianische Lerntheorie (‘Zellen, die gemeinsam feuern, verbinden sich miteinander’)
- frühe Kybernetikforschung von Norbert Wiener
- das McCulloch-Pitts-Neuronenmodell
Anwendungen
- Verarbeitung natürlicher Sprache (z. B. Übersetzung, Stimmungsanalyse)
- Computer Vision und Bilderkennung
- Spracherkennungssysteme
- Architekturen für tiefes Lernen
- Modellierung neurologischer Erkrankungen
Potenzielle Innovationsideen
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Verwandte Themen: Konnektionismus, neuronale Netze, parallele verteilte Verarbeitung, PDP, Backpropagation, maschinelles Lernen, kognitive Modellierung, künstliche Intelligenz, Knoten, Gewichte.