Klausur Flashcards
Nennen Sie drei Kerngebiete, die unter dem Begriff Soft Computing zusammengefasst werden
Soft Computing = Typisch sind approximative Lösungen ohne analytische Modellierung.
- Fuzzy Logik
- Künstliche Neuronale Netze
- Evolutionäre Algorithmen (genetische Algorithmen)
Beschreiben Sie ausführlich die Kerngebiete: FL
Fuzzy Logik: versucht mit Begriffen aus der Umgangsprache ein Systemverhalten zu definieren: menschliches Bewerten und Experte.
Die Basis der Fuzzy-Logik sind unscharfe Mengen (Fuzzy-Mengen), deren Elemente ein Zugehörigkeitsgrad zugewiesen wird.
Beschreiben Sie ausführlich die Kerngebiete: KNN
KNN sind inspiriert durch das menschliche Gehirn und lassen sich für maschinelles Lernen und die künstliche Intelligenz einsetzen. Diese Netze können zur computerbasierten Lösung verschiedener Probleme verwendet werden.
Beschreiben Sie ausführlich die Kerngebiete: EA
EAs sind eine Klasse von Optimierungsverfahren, deren Funktionsweise von der Evolution des natürlichen Lebens inspiriert ist. Die zugrunde liegende Idee ist einfach:
- Problemlösung geeinet kodieren
- Zielfunktion beschreiben
- Startpopulation von zufälligen Lösungen wird erzeugt
- Selektion der besten Lösungen wird erzeugt
- Durch Mutation/ Rekombination Nachkommen erzeugen.
Was sind scharfe und unscharfe Mengen? (Beispiele)
Scharfe Mengen: Die konventionelle Mengentheorie ordnet ein Objekt eindeutig einer Menge zu. Die Zuordnung ist daher falsch oder wahr, bzw. μ(x) = 1, sonst μ(x) = 0
Unscharfen Mengen (=Fuzzy Mengen): Den Elementen einer Fuzzy-Menge wird ein Zugehörigkeitsgrad zugeordnet. X ist eine Menge von Objekten, die hinsichtlich einer unscharfen Menge zu bewerten sind.
A = {(x, μa (x)), x € X}
μa (x) darstellt die Zugehörigkeitsfunktion.
Was verstehen Sie unter den Begriff Selektion
Selektion: es ist ein Mechanismus, durch den Individuen aus einer Population ausgewählt werden (z.B. Roulette Mechanismus). Selektion wird benutzt, um Lösungskandidaten (Individuen) für Re-Kombination auszuwählen (Elternselektion) und um die nächste Generation festzulegen (Umweltselektion), dazu wird die Qualität der Lösungskandidaten herangezogen, die ihnen durch eine Fitnessfunktion zugewiesen wird.
Was verstehen Sie unter den Begriff Crossover
Crossover: Nachkommen werden aus zwei Individuen der Elterngeneration erzeugt, indem Gene von den Eltern kopiert und an die Kinder weitergegeben werden. Die Eltern werden stochastisch durch ein Auswahlverfahren ausgewählt. Es existieren verschiedene Kreuzungsverfahren, auf die im Folgenden nun genauer eingegangen werden soll: One-Point-Crossover, N-Point-Crossover, Uniform Crossover, etc.
Was verstehen Sie unter den Begriff Mutation
Mutation: Unter einer Mutation versteht man das Flippen eines Bits, also den Übergang von einer 1 zu einer 0 und umgekehrt (Bit Inversion). Alternativ kann man die Mutation auch als zufällige Neubestimmung eines Bits betrachten.
Definieren Sie den Begriff Schwarmintelligenz.
Schwarmintelligenz oder kollektive Intelligenz ist ein emergentes Phänomen, bei dem Gruppen von Einzelpersonen durch Zusammenarbeit intelligente Entscheidungen treffen können, unabhängig von der Intelligenz der einzelnen Mitglieder.
Z.B. Video über die Überlebensstrategie der japanischen Bienen: Nach dem Signal (Hornise greift eine Biene ein), drucken die Bienen sich gemeinsam auf die Hornisse und überhitzen diese damit.
Beschreiben Sie den Ameisenalgorithmus
Es ist ein Algorithmus zur näherungsweisen Lösung von komplexen Optimierungsproblemen. Diese kombinatorische Optimierungsmethode (auch Metaheuristik genannt) basiert auf dem Futtersuchverhalten von Ameisen.
Ameisen finden kürzeste Wege zwischen Nest und Futterquelle! Wie? Ameisen markieren ihre Pfade mit Duftstoffen (Pheromone). Der Weg mit verstärken Pheromonen (positives Feedback). Der Weg mit verdunsteten Pheromonen (negatives Feedback).
Was verstehen Sie unter dem Begriff Flocking?
Flocking ist die kollektive Bewegung einer Gruppe von Lebewesen mit Eigenantrieb und ein kollektives tierisches Verhalten, das von vielen Lebewesen wie Vögeln, Fischen, Bakterien und Insekten gezeigt wird.
Benennen und beschreiben Sie die drei Prinzipien im Zusammenhang mit dem Phänomen Flocking.
- Angleichen (align): Auf den durchschnittlichen Kurs der Nachbarn zusteuern
- Zusammenbleiben: Lenkung auf die durchschnittliche Position der Nachbarn (Anziehung über große Entfernung).
- Abstandhalten: Verdrängen von Nachbarn vermeiden (Abstoßung über kurze Distanz)
12) Was verstehen Sie unter einem Agenten im Zusammenhang mit Schwarmintelligenz?
13) Nennen Sie die Komponenten eines Agenten.
14) Geben Sie Beispiele für Agenten an
Ein Agent nimmt durch Sensoren seine Umwelt wahr und manipuliert seine Umwelt mit Hilfe seiner Aktuatoren.
Komponenten: Sensoren, Effektors und Software.
Beispiele: mobiler Roboter (z.B. AGVs), Vögel, Fischen, Bakterien und Insekten (Ameisen, Bienen), etc.
Beschreiben Sie den Begriff Preventive Maintenance
Preventive Maintenance: erfolgt durch regelmäßige Kontrollen der Anlagen. Die Herausforderung besteht darin, zu wissen, wann die Wartung durchgeführt werden muss, daher müssen wir eine konservative Planung vornehmen, insbesondere bei sicherheitskritischen Anlagen. Eine sehr frühe Planung der Wartung ist jedoch eine Verschwendung von Maschinenleben, das noch nutzbar ist –> hohe Kosten
Beschreiben Sie den Begriff Predictive Maintenance
Predictive Maintenance: z.B. Triplex-Pumpe, die in der Gas- und Ölindustrie eingesetzt wird.
Es ermöglicht die Abschätzung der Zeit bis zum Ausfall. Es lokalisiert Probleme in Ihrer komplexen Maschine und hilft zu erkennen, welche Teile repariert werden müssen –> weniger Ausfallzeiten, längere Lebensdauer der Anlage. Allerdings ist eine Anfangsinvestition erforderlich, da wir einen Algorithmus zur Vorhersage eines Zeitfensters entwickeln müssen: innerhalb wie vieler Tage die Maschine ausfallen wird und wann Sie eine Wartung durchführen müssen.
