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Informatik

Ein künstliches Neuron

Ein künstliches Neuron rechnet: Eingaben mal Gewichte, Summe bilden, mit einer Schwelle vergleichen.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 9
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich beschreibe Eingaben, Gewichte, Schwelle und Ausgabe.
  • Ich berechne die Ausgabe eines Neurons.
  • Ich erkläre, was beim Lernen verändert wird.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Neuronale Netze einfach erklärt

Neuronale Netze bestehen aus vielen kleinen Rechenbausteinen, den künstlichen Neuronen. Der Name kommt von Nervenzellen. Das künstliche Neuron ist aber nur ein sehr einfaches Modell und viel simpler als eine echte Zelle.

So rechnet ein Neuron. Es bekommt Eingaben, das sind Zahlen. Jede Eingabe hat ein Gewicht. Das Gewicht sagt, wie wichtig die Eingabe ist. Das Neuron rechnet jede Eingabe mal Gewicht und addiert alles. Dann vergleicht es die Summe mit einer Schwelle. Ist die Summe mindestens so groß wie die Schwelle, gibt es 1 aus. Sonst gibt es 0 aus.

Beispiel: Soll ich einen Regenschirm mitnehmen? Eingabe 1: Regen angesagt (Gewicht 3). Eingabe 2: Wolken (Gewicht 2). Eingabe 3: Wind (Gewicht 1). Schwelle: 4. Eine 1 bedeutet ja, eine 0 bedeutet nein.

Beim Lernen verändert das Netz die Gewichte, bis die Ausgaben zu den Beispielen passen.

Ein Neuron für den Regenschirm. Die Schwelle ist 4.
EingabeWertGewichtWert · Gewicht
Regen angesagt133
Wolken122
Wind010
Summe5

Die Ausgabe berechnen

  1. Eingaben: Regen 1, Wolken 1, Wind 0.
  2. Rechnung: 3 · 1 + 2 · 1 + 1 · 0 = 5.
  3. Vergleich: 5 ist mindestens so groß wie die Schwelle 4.
  4. Ausgabe: 1. Also Schirm mitnehmen.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Eingaben mal Gewichte.

Alles addieren.

Summe mindestens Schwelle? Dann 1, sonst 0.

Ein Beispiel

Beispiel

Du entscheidest, ob du heute ins Schwimmbad gehst. Sonne ist dir sehr wichtig, Freunde wichtig, ein langer Weg ist unwichtig. Das ist wie Gewichte. Du zählst zusammen, und ab einer gewissen Menge sagst du Ja.

Schritt für Schritt

Wir rechnen ein zweites Beispiel

  1. Wir schreiben die Eingaben auf: Regen 0, Wolken 1, Wind 1.
  2. Wir rechnen: 3 · 0 + 2 · 1 + 1 · 1 = 3.
  3. Wir vergleichen mit der Schwelle 4: 3 ist kleiner als 4.
  4. Die Ausgabe ist 0.

Mit einem Bild erklärt

RegenWolkenWindSummeAusgabe
11051
01130
10141

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Was sagt das Gewicht einer Eingabe aus?
Zeig mir den ersten Schritt

Was bewirkt ein großes Gewicht in der Summe?

Lösung ansehen

Lösung: Wie wichtig die Eingabe für das Neuron ist

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Eingaben: Regen 1, Wolken 1, Wind 1. Gewichte 3, 2, 1. Wie groß ist die Summe?

Zeig mir den ersten Schritt

3 · 1 + 2 · 1 + 1 · 1.

Lösung ansehen

Lösung: 6

3 + 2 + 1 = 6.

Tipp: Rechne zuerst jede Zeile Wert mal Gewicht. Addiere dann alles und vergleiche mit der Schwelle.

Merksatz: Künstliches Neuron: Summe aus Eingabe mal Gewicht. Ist die Summe mindestens so groß wie die Schwelle, ist die Ausgabe 1, sonst 0.

Typischer Fehler: Viele denken, ein künstliches Neuron denke wie eine Nervenzelle. Es ist nur eine kleine Rechnung mit Zahlen.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Eingaben: Regen 1, Wolken 0, Wind 1. Gewichte 3, 2, 1. Wie groß ist die Summe?

Zeig mir den ersten Schritt

Eine Eingabe mit 0 trägt nichts bei.

Lösung ansehen

Lösung: 4

3 · 1 + 2 · 0 + 1 · 1 = 3 + 0 + 1 = 4.

Frage 2 Die Summe ist 4, die Schwelle ist 4. Wie lautet die Ausgabe?
Lösung ansehen

Lösung: 1

Frage 3 Beim Lernen verändert das Netz vor allem die Gewichte.
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Lösung: Stimmt

Frage 4 Die Summe ist 3, die Schwelle ist 4. Was folgt?
Lösung ansehen

Lösung: Die Ausgabe ist 0.

Frage 5 Ein künstliches Neuron ist eine genaue Kopie einer Nervenzelle.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Geschafft

Ein Neuron multipliziert Eingaben mit Gewichten, addiert und vergleicht mit einer Schwelle. Beim Lernen ändern sich die Gewichte.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Maschinelles Lernen und neuronale Netze

Kurz erklärt, 44 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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