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Hörerkreis:

Bachelorstudiengänge Inf 5+6, TInf 3, ITE 5+6, MInf 5+6, CGT 3, WInf 4+5, ECom (ab 14.0), meistens im Wahlblock

Masterstudiengänge Inf, ITS, ITE im Übergangsblock (zur Wahl)

Arbeitsaufwand:

5 ECTS-Punkte (4 in äteren Studienordnungen)

Vorlesungstermin: Di 15:30 - 18:15, AM, mit einer 15-Minuten-Pause dazwischen (flexibel)

Sprache: Die Vorlesung findet in diesem Semester wegen der Beteiligung internationaler Studierender auf Englisch statt. Wegen der Eignung für Erasmus-Austauschstudierende und für den Übergangsblock IT-Engineering ist auch in den kommenden Jahren damit zu rechnen.

Erster Termin: 13.10.

Kommen Sie zur Orientierung in ein spannendes Gebiet mit vielen Möglichkeiten für Abschlussarbeiten in unterschiedlichen Anwendungsfeldern!

Diese Vorlesung besteht aus 4 SWS und orientiert sich damit an den 7-semestrigen Studienordnungen.

Studierende, welche die Vorlesung für eine 6-semestrige Studienordnung belegen wollen und damit nur 2 ECTS-Punkte benötigen, brauchen bestimmte Vorlesungsteile nicht zu belegen. Diese Vorlesungsteile werden im Laufe der Vorlesung bekannt gegeben und sind für die 6-semestrigen Studienordnungen nicht prüfungsrelevant.

Die ersten Wochen richten sich aber auf jeden Fall an alle Teilnehmer.

Für jede Vorlesungsdoppeleinheit gibt es Übungsaufgaben, die auf dem Handoutserver veröffentlicht werden. Diese können (je nach Aufgabentyp) auch schriftlich abgegeben werden und werden vom Dozenten korrigiert. Die Übungsaufgaben dienen der Vorbereitung auf die Klausur.

Teilnehmer, die noch nicht wissen, ob sie diese Veranstaltung überhaupt und wenn, ob sie diese in diesem Semester belegen wollen, sollten auf jeden Fall zum ersten Termin am kommen, wo ein genereller Überblick über das Gebiet und die Möglichkeiten für Ihr Studium gegeben wird.

Unter Künstlicher Intelligenz (KI) versteht man Software, die sich mit komplexen Problemen beschäftigt, wobei die Vorgehensweise der eines Menschen ähnelt. Es gibt leider keine allgemein anerkannte exaktere Definition dieser doch recht schwammigen Charakterisierung.

Seit die Informatik als eigenständige Wissenschaft anerkannt ist, war die KI eine der treibendsten Kräfte bei der Entwicklung innovativer Softwarekonzepte gewesen. Typische Meilensteine sind die Entwicklung neuartiger Programmiersprachen wie Prolog, Lisp (Vorläufer von Haskell) und Smalltalk (als erste objektorientierte Sprache) sowie neuartiger Architekturen wie Expertensysteme, Wissensbasierte Systeme und Multiagentensysteme. Viele Konzepte, die ihren Ursprung in der KI haben, sind inzwischen Allgemeingut geworden wie z.B. die objektorientierte Programmierung und können auch genausogut mit Nicht-KI-Sprachen realisiert werden (häufig sogar besser).

Das in praktischen Anwendungen bisher erfolgreichste Teilgebiet der KI sind die wissensbasierten Systeme, die eine Verallgemeinerung der älteren Expertensysteme sind. Diese finden in sehr unterschiedlichen Gebieten, von der Medizin bis zur Technik und Wirtschaft, reale Anwendungsmöglichkeiten.

Algorithmische Techniken der KI werden auch in Verkehr und Logistik eingesetzt. Inzwischen haben diese Techniken auch in Computerspielen ("Spiele-KI") eine immer größere Bedeutung bekommen. Hierzu gab es bereits zwei Seminare (2007 und 2015), aus denen Inhalte hier vorgestellt werden.

Eine bedeutende Rolle spielen die Methoden der KI in Planungswerkzeugen (Stundenplan, Tourenplanung, etc.).

In letzter Zeit sind KI-Konzepte auch zunehmend in verteilten Anwendungen zu finden (Agententechnologie, "Verteilte KI"). Für verteilte Anwendungen spielen auch mathematische Überlegungen zur Spieltheorie (z.B. Entscheidungsfindung in Gruppen) eine Rolle.

In wirtschaftlichen Anwendungen, insbesondere im e-Commerce, wird großer Wert auf die eindeutige Beschreibung und automatische Erkennung von Semantik gelegt. Auch diesem Thema widmen sich die oben beschriebenen Teilgebiete der KI seit Jahren. Das ist auch ein besonderes Ziel meines Entwicklungsvorhabens Touristeninformationssystem.

Ziel der Veranstaltung ist es, ein grundlegendes Verständnis für die in der KI verwendeten Basistechnologien zu vermitteln. Es soll ein Einblick in möglichst viele Anwendungsbereiche gegeben werden.

Ferner hoffe ich, Teilnehmer motivieren zu können, in diesem Gebiet eine Abschlussarbeit zu schreiben. Das ist für alle Abschlüsse möglich (Bachelor und Master). Entsprechende Firmen können von mir dazu vermittelt werden (siehe meine Angebotsseite).

Aus diesem Grund werden in dieser Vorlesung die inhaltlichen Bezüge zwischen der KI und meinen langfristigen Entwicklungsvorhaben vorgestellt

Die folgenden Anwendungen werden detaillierter vorgestellt:

1. Klassische Routingalgorithmen für Verkehrsanwendungen
2. Ameisenalgorithmen für dynamische Straßennavigation und Logistik
3. Technische Diagnose mit Schwerpunkt Fahrzeugelektronik als Anwendungsbeispiel für die unterschiedlichen Techniken von wissensbasierten Systemen
4. Aspekte der Spiele-KI.

Wie im letzten Jahr wird eventuell auch in diesem Jahr Frau Dr. Wolff von der Firma SABIO im Rahmen dieser Vorlesung einen Vorlesungsteil zu Spracherkennung und Sprachanalyse halten. Es steht aber noch nicht fest, ob dieser klausurrelevant ist oder die Vorlesung im Rahmen eines Kolloquiums ergänzt.

Die unten bereits angegebenen Foliensätze werden für dieses Semester von Woche zu Woche überarbeitet. Außerdem werden die Foliensätze für spätere Kapitel noch ergänzt. Auch die Gliederung ist noch nicht endgültig.

Außerdem gibt es hier auf dem Handout-Server (nur für Hochschulangehörige der FH Wedel) weitere Materialien. Insbesondere werden im Laufe der Vorlesung kontinuierlich Hausaufgaben gestellt, die der Wiederholung des Stoffes dienen und in den Vorlesungen besprochen werden.

Gliederung (wird sukzessive ergänzt):

1. Einführung und Überblick (aktualisiert am 13.10.)

2. KI-Logik (aktualisiert am 22.10.)

3. KI-Algorithmik (aktualisiert am 27.10.)

4. Wissensbasierte Systeme

4.1 Repräsentation und Klassifikation von Wissen (aktualisiert am 03.11.)
4.2 Regelbasierte Wissensverarbeitung (aktualisiert am 03.11.)
4.3 Fallbasierte Wissensverarbeitung (aktualisiert am 10.11.)
4.4 Modelbasierte Wissensverarbeitung (aktualisiert am 03.11.)
      Details (12.01.)
4.5 Concluding Comparison of the Different Reasoning Techniques (aktualisiert am 24.11.)

5. Ant Algorithms and their Applications

    5.1 Natural and Artificial Ant Systems for Dynamic Routing (aktualisiert am 24.11.)
    5.2: Dynamic Routing: Putting Ant Systems into Practice (aktualisiert am 01.12.)
    5.3: How Ant Solve Problems of Logistics (aktualisiert am 08.12.)

6. Ontology Management

    6.1: Motivation and Example with the Tourist Information System (aktualisiert am 14.12.)
    6.2: Ontologies in the Semantic Web (aktualisiert am 14.12.)

7. Spiele-KI

Zusammenfassung mit Klausurabgrenzung

KI allgemein:

Christoph Beierle / Gabriele Kern-Isberner: Methoden wissensbasierter Systeme, Vieweg 2008 (4. Auflage), ISBN 978-3-8348-0504-1

Wolfgang Ertel: Grundkurs Künstliche Intelligenz, Vieweg 2009 (2. Auflage), ISBN 978-3-8348-0783-0

Günter Görz / Claus-Rainer Rollinger / Josef Schneeberger: Handbuch der Künstlichen Intelligenz, Oldenbourg 2000 (3. Auflage), ISBN 3-486-25049-3

Stuart Russell / Peter Norvig: Artificial Intelligence - A modern approach, Pearson 2010 (3. Auflage), ISBN 978-0-13-207148-2
Deutsche Ausgabe: Pearson Studium 2004, ISBN 3-8273-7089-2

zur Modellbasierten Diagnose:

Mugur Tatar: Dependent Defects and Aspects of Efficiency in Model-Based Diagnosis, Dissertation (1,2 MB) zur Erlangung des Doktorgrads, Universität Hamburg 1997

zu Ameisenverfahren:

Alexander Bertram / Sebastian Iwanowski: Dynamic Routing on OpenStreetMap Using Ant Colonies, 4th International Conference on Computational Logistics, Kopenhagen (DK) 2013, veröffentlicht in: Lecture Notes of Computer Science 8197 (2013), Springer Verlag 2013, Seiten 58 - 72

Christopher Blöcker / Sebastian Iwanowski: Utilising an Ant System for a Competitive Real-Life Planning Scenario, 3rd International Conference on Computational Logics, Algebras, Programming, Tools and Benchmarking, Computational Tools, Nizza (F) 2012, ISBN 978-1-81208-222-8, Seiten 7 - 13

Felix Döppers / Sebastian Iwanowski: E-Mobility Fleet Management Using Ant Algorithms, 15th Meeting of the EURO Working Group on Transportation, Paris (F) 2012, veröffentlicht in: Procedia - Social and Behavioral Sciences 54 (2012), Seiten 1058 - 1067

Marco Dorigo / Thomas Stützle: Ant Colony Optimization, MIT Press 2004, ISBN 0-262-04219-3

Sebastian Iwanowski / Thomas Walther: Dynamic Road Navigation with Ant Algorithms, FH Wedel 2009

Dusan Teodorovic: Swarm intelligence systems for transportation engineering: Principles and applications, Transportation Research Part C vol. 16 (2008), pp. 651-667 (download, nur für Hochschulangehörige)

Thomas Walther: Dynamische Fahrzeugnavigation auf Basis von Ameisenkolonien, Masterarbeit WS 2005/2006 (Download, 1,6 MB)

für Semantic Web:

Dean Allemang / Jim Hendler: Semantic Web for the Working Ontologist - Effective Modeling in RDFS and OWL, Morgan Kaufmann 2011 (2nd ed.), ISBN 978-0-12-383965-5

John Hebeler / Matthew Fisher / Ryan Blace / Andrew Perez-Lopez: Semantic Web Programming, Wiley 2009, ISBN 978-0-470-41801-7

Maximilian Herold: State-of-the-Art Semantic Web Services - Evaluation and Advancement in Context of a Tourist Information System, Master's thesis WS 2008/2009 (Download, 2,9 MB)

Tobi Sagaran / Colin Evans / Jamie Taylor: Programming the Semantic Web, O'Reilly 2009, ISBN 978-0-596-15381-6

Liyang Yu :  A Developer's Guide to the Semantic Web , Springer 2011, ISBN 978-3-642-15969-5

für Spiele-KI:

Steve Rabin (Editor): AI Game Programming Wisdom, Charles River Media 2002, ISBN 1-58450-077-8 (mit Companion-Website)

Steve Rabin (Editor): AI Game Programming Wisdom 2, Charles River Media 2004, ISBN 1-58450-289-4 (mit Companion-Website)

Steve Rabin (Editor): AI Game Programming Wisdom 3, Charles River Media 2006, ISBN 1-58450-457-9

Steve Rabin (Editor): AI Game Programming Wisdom 4, Charles River Media 2008, ISBN 978-1-58450-523-5

zu Prolog:

Peter Bothner / Wolf-Michael Kähler: Programmieren in PROLOG, Eine umfassende praxisgerechte Einführung, Vieweg 1991, ISBN 3-528-05158-2

Ivan Bratko: PROLOG, Programming for Artificial Intelligence,

   3rd edition, Pearson 2001, ISBN 978-0-201-40375-6

   4th edition, Adobe Pr. 2011, ISBN 0-321-41746-1

Max Rohde: Eignung logischer Programmiersprachen für Spiele-KI am Beispiel Prolog, FH Wedel, Seminararbeit zur Spiele-KI, 2007, Vortrag und Ausarbeitung