Leitlinien/ Algorithmen der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen ...
Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der...
Transcript of Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der...
![Page 1: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/1.jpg)
Von der Macht der Algorithmen
und den technologischen Kernelementen
der digitalen Bildung
Prof. Dr. Ulrich Trottenberg
Interscience GmbH – Partner für Wissenschaft und Wirtschaft
Fraunhofer SCAI – Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen
Mathematisches Institut, Univ. zu Köln – Angewandte Mathematik
Mensch | Macht | Maschine
Jugendschutz und Ethik in Zeiten der Digitalisierung
AJS – Arbeitsgemeinschaft Kinder- und Jugendschutz NRW e.V.
10. Juli 2018
![Page 2: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/2.jpg)
Digitale Schlagworte
Industrie 4.0
Internet der Dinge (IoT)
Zukunftsstadt, Smart City
Big Data
Maschinelles Lernen
Künstliche Intelligenz, Autonome Systeme
![Page 3: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/3.jpg)
Auswirkungen auf
Arbeitswelt, neue Berufszweige
Wirtschaft, neue Branchen
Wissenschaft, Medizin
Politik, Verwaltung
Bildung, Kultur
Lebenswelt jedes Einzelnen
…
![Page 4: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/4.jpg)
Technologieentwicklung
Rechner
Netze
Daten
Algorithmen
![Page 5: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/5.jpg)
Rechner
Moore‘s law (1965):
Leistungssteigerung Faktor 2 in 18 Monaten
Faktor 10 in 5 Jahren
Faktor 1.000.000 in 30 Jahren
![Page 6: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/6.jpg)
Netze
E-Mail seit 1971 Internet (http…) seit 1993
Flächendeckende Glasfasernetze bis 2020 € 5 Mrd. Infrastruktur-Ausbau für Schulen
„Gigabit Gesellschaft“ 2025 (Giga = 1 Mrd.)
Heute: - IPv4: 2564=232= ca. 4.300.000.000 AdressenInternet der Dinge: - IPv6: 2128 = ca. 340.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Adressen
![Page 7: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/7.jpg)
Daten
Datenexplosion : 5 ZettaByte (Zetta = 1021 )
(DVD Stapel, 4 x von der Erde bis zum Mond)
Beispiele:
Google Suchanfragen: 4 Mill./min
Facebook Einträge: 40 Mill./min
Instagram Fotos: 50.000/min
YouTube Videomaterial: 400 h/min
![Page 8: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/8.jpg)
Algorithmen
Herkunft des Wortes:
Al-Chwarizmi (780 – 840, Bagdad), Universalgelehrter
Definition:
Eindeutige Handlungsvorschrift, die aus endlich vielen
Einzelschritten besteht und terminiert, zur Lösung eines Problems.
![Page 9: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/9.jpg)
Alltägliche, nichtmathematische Beispiele
Kochrezept
Wegbeschreibung
Anleitung zum Regalaufbau
Typen von Algorithmen
Elementare
Mathematische (Berechnung)
Informatische (Daten)
Interdisziplinäre, Kombinationen
![Page 10: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/10.jpg)
Elementare Algorithmen
Schriftliche Multiplikation
Euklidischer Algorithmus (2300 Jahre alt, Berechnung des ggT. zweier ganzer Zahlen)
0/1 Codierung
…
![Page 11: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/11.jpg)
„Mathematische“ Algorithmen
Numerische Simulation: math. Modell + Berechnung Numerik, Statistik, Optimierung, …
Anwendungen in Natur-, Ingenieur-, Wirtschaftswissenschaften
Beispiele: Crash Simulationen
Wetter-, Klimaprognose
Optimierung
„Schnelle“ Algorithmen: von ~N² zu ~N Operationen
![Page 12: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/12.jpg)
Die Qualität von Wettervorhersagen
1977197919811983 1985 1987 1989 1991 1993
1
0.9
0.8
0.7
1 Tag
4 Tage
… 2015
Der parallele
Sprung120 km
Vektorrechner Parallelrechner
![Page 13: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/13.jpg)
Verfeinerung der Auflösung
120 km Auflösung
60 km Auflösung
Sturm über
Norwegen
![Page 14: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/14.jpg)
Algorithmen versus Hardware
Poisson-
artige
Gleichung
1980
1980 Computer
2008
2008
50 sec
0,01
sec
Alg
ori
thm
en
2000
2000
200.000 sec
10 sec
Faktor
20.000
Faktor
4.000
![Page 15: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/15.jpg)
„Informatische“ (diskrete) Algorithmen
Daten„verarbeitung“: Datenbanken Suchen und Sortieren
Datenkompression
Datenanalyse, insb. für BigData Informationsextraktion, Knowledge Discovery
Data-Mining (Finden neuer Muster)
Maschinelles Lernen (z.B.: Klassifizierung)
Deep Learning
![Page 16: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/16.jpg)
Interdisziplinäre Algorithmen, Kombinationen
GPS (Geographie, Relativitätstheorie)
mp3 (Akustik)
…
KI (Deep Blue 1996, AlphaGo 2016, Gesichts- und Stimmungserkennung)
„Technological Singularity“ 2045? (Ray Kurzweil)
DRL (Murray Shanahan)
…
![Page 17: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/17.jpg)
Digitale Bildung (gesamte Bildungskette)
Digitales Basiswissen
Algorithmisches Verständnis
Erlernen einer Programmiersprache
Calliope, Roberta Light, Erlebe IT
![Page 18: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/18.jpg)
Repräsentative Algorithmen (für Schule und Lehrerausbildung)
MINT-Kinderzimmer, Dynamische Labyrinthe (KiTa, Grundschule)
Schriftliche Rechenverfahren (elementares Rechnen; Grundschule)
0/1-Darstellung beliebiger Dezimalzahlen (elementares Rechnen; Grundschule)
Euklidischer Algorithmus (elementare Zahlentheorie; Grundschule)
Gaußscher Algorithmus (lineare Algebra, elementare Numerik; Sek I)
Matrixmultiplikation (lineare Algebra; Sek I)
Iterative Lösung linearer Gleichungssysteme (elementare Numerik; Sek I)
Schnelle Lösung linearer Gleichungssysteme (Analysis, Numerik; Sek II)
Elementare Verschlüsselung, z.B. „Caesar“ (elementare Kryptographie; Grundschule)
RSA-Verschlüsselung (elementare Zahlentheorie; Sek I/II)
Suchen und Sortieren (Sek I)
Kürzeste Wege, z.B. „Christofides-Heuristik“ (elementare Optimierung; Sek I)
TSP (Optimierung, P/NP-Problematik; Sek I/II)
Simplex-Verfahren (lineare Optimierung; Sek II)
Verkehrs-/Stausimulation, zelluläre Automaten etc.; (Sek I/II)
Absorb. Markow-Ketten (elementare Wahrscheinlichkeitsrechnung; Sek I/II)
mp3 (Analysis, Fouriertransformation, Akustik etc.; Sek I/II)
Datencodierung, -kompression (Grundschule; Sek I/II)
GPS (Analysis, Relativitätstheorie, Sek I/II)
Interpolation: Polynom-, Spline-Interpol. etc. (Analysis, Numerik; Sek I/II)
Wavelets (Analysis, Numerik; Sek II)
Google Page Ranking (lineare Algebra, Analysis; Sek II)
SVM (Klassifizierung, Statistik, Informatik; Sek II)
PCA, SVD (multivariate Statistik; Sek II)
Lernen mit Kernen (maschinelles Lernen; Sek II)
Deep Learning (mehrschichtige Neuronale Netze; Sek II)
Quantum Computing (Sek II)
![Page 19: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/19.jpg)
Risiken, Bedrohungen
Ausspähung, Persönlichkeitsrechte?, Verschlüsselung?
Kontrolle über eigene Daten?, Löschung?
Hackerangriffe, Datenschutz, Programmierfehler
„Darknet“
Algorithmische Entscheidungen (ADM) Bewerberselektion, Bankkredite, Versicherungsbedingungen,…
Börsenhandel (HFT)
Cambridge Studie 2015
(Persönlichkeitsanalyse über Facebook-Likes)
Fehlende digitale Aufklärung der Öffentlichkeit, Leichtfertigkeit
![Page 20: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/20.jpg)
Fazit
Was wollen wir? Was wollen wir nicht?
Gestaltung der digitalen Entwicklungen
Gesellschaft, Presse, Politik und Technologie
Digitale Aufklärung und Bildung
Digitale Bildung und „Medienkompetenz“ ohne algorithmisches Verständnis bleibt substanzlos.
![Page 21: Von der Macht der Algorithmen und den technologischen … · 2018-12-03 · Von der Macht der Algorithmen und den technologischen Kernelementen der digitalen Bildung Prof. Dr. Ulrich](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022081407/5f89fce27a7095308f4400e5/html5/thumbnails/21.jpg)
Vielen Dank für Ihr Interesse
und Ihre Aufmerksamkeit.