KI bekommt Kinder: Evolutionäre KI

Eine künstliche Intelligenz, welche sich selbstständig fortpflanzt, klingt für manche beängstigend, für andere unvorstellbar und für wieder andere unglaublich beeindruckend. Wie auch die Funktionsweise eines neuronalen Netzes orientiert sich der Ansatz einer evolutionären KI an Gegebenheiten, wie sie uns in der Natur begegnen.

Exkurs: Evolutionstheorie

Die Evolutionstheorie von Charles Darwin beschreibt vereinfach gesagt folgendes: Jedes Lebewesen auf der Erde ist einzigartig und somit ein Individuum. Selbst die Vertreter einer Art gleichen sich zwar in den wesentlichen Eigenschaften, doch sie unterscheiden sich in kleinen Feinheiten. Manche dieser Individuen sind besser als andere an ihre Umwelt angepasst und haben dadurch eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit.

Dies hat zur Folge, dass – über einen sehr langen Zeitraum – Individuen mit weniger optimalen Eigenschaften aussterben. Die Überlebenden pflanzen sich untereinander fort und geben über die Gene ihre „guten“ Eigenschaften an die nächste Generation weiter. Doch auch hierbei entstehen aufgrund von Mutationen wieder einzigartige Individuen, welche evtl. positivere oder negativere Eigenschaften als Ihre Eltern haben.

So lässt sich unter anderem erklären, wie über Milliarden von Jahren hinweg aus primitiven Einzellern der Mensch und alle anderen der Millionen vielfältiger Lebewesen entstehen konnten.

Evolution und Maschinen: Wie entsteht eine evolutionäre KI?

Das zuvor beschriebene Prinzip lässt sich auch auf bestimmte Teilbereiche der Informatik, den sogenannten „Evolutionären Algorithmen“ übertragen. Hierbei wird ein fest definiertes Problem versucht, mit zufälligen Lösungen zu lösen. Mittels zahlreicher Durchläufe entsteht über Millionen von Generationen hinweg eine einzigartige Lösung, welche sich optimal an das Problem angepasst hat.

Ein großer Vorteil einer solchen künstlichen Intelligenz mit evolutionärer Basis ist die entstehende Kreativität: Die KI entwickelt eigene Ideen und Methoden, um ein Problem zu bewältigen, und folgt nicht nur einem fest definierten Prozess.

Der Prozess einer evolutionären künstlichen Intelligenz

1. Initialisierung

Zu Beginn wird ein ausreichend großer Satz zufällig Lösungen initialisiert, welche das Problem in der ersten Generation zu lösen versuchen.

2. Evaluation

Anschließend wird die Qualität dieser Lösungen anhand einer Fehler-Funktion bewertet.

3. Evolution

Innerhalb dieses Schrittes werden die nachfolgenden Teilschritte so oft wiederholt, bis ein zuvor definiertes Abbruchkriterium erfüllt wird.

3.1 Selektion der geeigneten Eltern auf Basis Ihrer Qualität

3.2 Rekombination der Eltern, wodurch Kinder entstehen, welche die Eigenschaften Ihrer Eltern vererbt bekommen

3.3 Mutation jedes Kind durch einige minimalen Veränderungen der Eigenschaften

3.4 Evaluation: Hierbei durchlaufen die Kinder den Problemlösungsprozess und werden anschließend bewertet.

Wo lassen sich evolutionäre KIs einsetzen?

Wie auch bei einer „normalen“ KI gibt es nahezu beliebig viele Problemstellungen, die sich mittels einer evolutionären KI lösen lassen. Doch es gibt ebenso viele Problemstellungen, bei denen ein klassischer Algorithmus zielführender ist. Hier sollte das Problem immer möglichst detailliert eingegrenzt werden, um das Potenzial einer „normalen“ KI oder einer evolutionären KI zu bestimmen.

Webdesign mit einer KI

Ein möglicher Anwendungsfall wäre die Optimierung eines Webseiten-Designs auf Basis der Nutzerinteraktion. Ist das Ziel der Webseite, dass die Nutzer ein bestimmtes Formular ausfüllen, so könnte man eine KI verschiedene Designs dieses Formulars generieren lassen. Anschließend wird die sogenannte „Conversions“ (Wie oft wurde das Formular ausgefüllt) gemessen und die Designs mit den besten Ergebnissen werden genutzt, um weitere Kind-Designs zu generieren. Über einen gewissen Zeitraum würde sich so nahezu automatisiert ein optimales Design für dieses Formular entwickeln lassen.

Künstliche Intelligenz spielt Spiele

Ein sehr populärer Anwendungsbereich, bei dem eine evolutionäre KI zum Einsatz kommen kann, ist die Gaming-Szene. Dieser Bereich eignet sich hervorragend dafür, da zum einen sehr schnell messbare Ergebnisse produziert werden, zum anderen hier eine gewisse Kreativität beim Spielen nicht schaden kann. Obwohl diese KIs keinen wirklichen Mehrwert schaffen, lassen sich dadurch die Möglichkeiten, die solch eine künstliche Intelligenz bietet, sehr gut erahnen.

In diesem Video sieht man, wie eine KI „Suchen und Verstecken“ zu spielen lernt. Aber auch bei komplexeren Spielen, wie „Dota 2“ wurde schon eine KI eingesetzt, welche besser spielt als ein professioneller Spieler.