MASCHINELLES LERNEN VISUALISIERT
Random Forest
Die Grundlagen
Kurz erklärt
Random Forests sind maschinelle Lernverfahren, die auch als „Ensemble-Verfahren“ bezeichnet werden. Hierbei wird statt nur eines einzelnen Entscheidungsbaums eine ganze Gruppe solcher Bäume trainiert („Wald“). Zur Klassifikation einer Eingabe wird diese in jedem Baum ausgewertet. Diejenige Klasse, die am häufigsten gewählt wurde, ist die Ausgabe des Random Forest. Warum sieht nicht jeder Baum gleich aus? Das liegt daran, dass für jeden Baum zufällig nur eine (zufällig mit Zurücklegen gezogene) Teilmenge der gesamten Trainingsdaten als Trainingsgrundlage verwendet wird (so genanntes „Bootstrapping“). Außerdem wird für jeden Baum nur eine jeweils zufällig gewählte Anzahl der Inputfaktoren (Features) verwendet (hier: entweder der x-Wert oder der y-Wert).
Was kann ich tun?
Anleitung
Sie können Datenpunkte mit der Maus verschieben, löschen (nach unten links aus dem Bild ziehen) oder neu hinzufügen (Buttons oben rechts). Beobachten Sie dabei, wie sich die Einfärbung der Fläche ändert: Punkten in blauen Bereichen weist der Random Forest die Kategorie „blau“, Punkten in roten Gebieten die Kategorie „rot“ zu. Mit dem oberen Schieberegler können Sie einstellen, wie viele einzelne Bäume trainiert werden sollen (d. h. wie „groß“ der Random Forest ist). Mit dem unteren Schieberegler können Sie die einzelnen Bäume anzeigen. Achten Sie dabei darauf, ob ein Baum auf x-Werten oder auf y-Werten basiert.
ROC-Kurve und Gini-Koeffizient
Die Prognosekraft oder Trennschärfe eines maschinellen Lernverfahrens kann mit der ROC-Kurve und dem daraus abgeleiteten Gini-Koeffizienten gemessen werden.
Handschrifterkennung mit Neuronalen Netzen
Die App visualisiert ein einfaches neuronales Netz – wie es lernt und wie es arbeitet – am Beispiel der Erkennung handgeschriebener Ziffern. Diese können mit der Maus live auf ein einfaches Zeichenfeld bestehend aus 5 x 3 Pixeln geschrieben werden. Die geschriebene Ziffer wird vom neuronalen Netz dabei unmittelbar in die erkannte Ziffer übersetzt. Wie gut das gelingt, hängt davon ab, wie gut das neuronale Netz trainiert ist.
kNN dreidimensional
Der kNN-Algorithmus in drei Dimensionen als „künstlerische“ Darstellung zum Drehen, Zoomen und Verstehen.
Stein, Schere, Papier mit kNN
Der kNN-Algorithmus ist ein einfacher und wirkungsvoller Machine-Learning-Algorithmus für Klassifikations- und Regressionsaufgaben. Hier im Beispiel kann man ihn live erleben, wie er Handpositionen als Stein, Schere oder Papier klassifiziert, nachdem man ihn mit entsprechenden Schnappschüssen trainiert hat.
Naive Bayes
Der Naive-Bayes-Algorithmus ist ein Machine-Learning-Algorithmus. Er wird zum Beispiel in Spam-Filtern von E-Mail-Programmen verwendet. Die VisuApp illustriert die dahinterstehende Logik an einem Beispiel:
Entscheidungsbaum
Entscheidungsbäume sind maschinelle Lernverfahren, die sich durch besonders gute Verständlichkeit auszeichnen, da der Weg vom Input zum Ergebnis Schritt für Schritt nachvollzogen werden kann. In der VisuApp wird ein Entscheidungsbaum auf Basis von Trainingsdaten trainiert und grafisch dargestellt.
Lineare Regression
Die klassische lineare Regression kann wahrscheinlich als das einfachste maschinelle Lernverfahren betrachtet werden. Jedoch ist das Verfahren auch sehr „starr“ in dem Sinne, dass es nur lineare (d. h. geradlinige) Entscheidungsgrenzen zulässt.
Der kNN-Algorithmus
Der K-Nearest-Neighbours-Algorithmus ist ein einfacher und intuitiver Machine-Learning-Algorithmus, den wir mittels einer interaktiven VisuApp veranschaulichen.
Support Vector Machines
Support Vector Machines stellen eine der leistungsfähigsten und am weitesten verbreiteten Kategorien von maschinellen Lernverfahren dar.