Ways AI & ML Are Changing How We Live

From Amazon’s Alexa, a personal assistant that can do anything from making your to-do list to giving a wide range of real-time information about the world around you, to Google’s DeepMind that has very recently made headlines for possibly being able to predict the future, AI and ML are the biggest development in human history.

Machine Learning Used by Hospitals

We hear a lot about Artificial Intelligence (AI) in the realm of insurance Big Data, but there isn’t much buzz around how AI and ML are revolutionising hospitals. The national health expenditures were around $3.4 trillion and estimated to increase from 17.8 percent of GDP to 19.9 percent between 2015 and 2025. By 2021, industry analysts have predicted that the AI health market will reach $6.6 billion. By 2026, such increases in AI technology in the healthcare sector will save the economy around $150 billion annually.

Some of the most popular Artificial Intelligence applications used in hospitals now are:

  • Predictive Health Trackers – Technology that has the ability to monitor patients’ health status using real-time data collection. One such technology is the Health and Environmental Tracker (HET) which can predict if someone is about to have an asthma attack.
  • Chatbots – It isn’t only retail customer service that uses chatbots to deal with consumers. Now hospitals have automated physicians that inquire and route clinicians to the right specialists.
  • Predictive AnalyticsCleveland Clinics have partnered with Microsoft (Cortana) while John Hopkins has partnered up with GE in order to create Machine Learning technology that has the ability to monitor patients and prevent patient emergencies before they happen. It does this by analysing data for primary indicators of potential risks.

Cognitive Marketing – Content Marketing on Steroids

Customer experience and content marketing are terms often tossed around in the world of business and advertising these days. Why do we bring them up now, you ask? Well, things are about to be kicked into sixth gear, thanks to Cognitive Marketing. To explain what that is, let’s go back a bit: remember when Google’s DeepMind AlphaGo bested the top human player at the game? This wasn’t some computer beating a bored office clerk at the game of Solitaire. In order to achieve that victory, Google’s AI had to “actually show its cognitive capability to ‘think’ like humans, because to win the game, ‘intuition’ was needed rather than just ‘logical reasoning’.” Similar algorithm-powered AI’s are enabling machines to learn and grow on their own. Soon, they’ll reach the potential to create content for marketeers at a massive scale. Not only that, but they’ll always deliver the right content, to the right kind of audience, at just the right time.

More Ways Than One: How Retail Is Harnessing AI & ML

  1. Developing Store That Don’t Need Checkout Lines

Tech companies and online retail giants such as Amazon want to create cashier-free stores, at least they are trying to. Last year Amazon launched its Amazon Go which uses sensors and hundreds of cameras to track what customers pick up and then charge the amount to an application on their smart phone, put simply. But only months into the experiment Amazon has said they need to work out some kinks in the system. As of now, Amazon Go’s system can only handle 20 or so customers at a time.

Among other issues, The Guardian, citing an unnamed source, wrote in an article, stated “…if an item has been moved from its specific spot on the shelf.”  Located in Seattle, Washington, Amazon Go is now running in “beta mode” only for Amazon employees as it tests its systems. And these tests are showing that Amazon’s attempt at a cashier-free brick-and-mortar convenience store is far from ready for the real world. A Journal report stated, “For now, the technology functions flawlessly only if there are a small number of customers present, or when their movements are slow.”

  1. Could Drones Be Delivering Goods to Your Home One Day?

Imagine ordering something online from, let’s say, Amazon, and it arrives at your door in 30 minutes or so via drone. Does that sound like something out of the movie The Fifth Element? Maybe, but this technology is already is already here.

Amazon Prime Air made its first delivery to a customer via a GPS-guided flying drone on December 7th, 2016. It only took 13 minutes for the drone to deliver the merchandise to the customer. This sort of technology will be a huge game changer for retail. The supply chain industry is headed for a revolution – drone delivery is coming, and retailers who want to keep up really should adopt such technologies.

Even in 2016, consumers were totally ready to accept drone delivery. The Walk Sands Future of Retail 2016 Study showed that 79 percent of US consumers said they would be “very likely” or “somewhat likely” to choose drone delivery if their product could be delivered within an hour. For me, I’d choose it just to see how cool it was. I think it would be pretty rad to have a drone land in my yard with my package, don’t you? Furthermore, other consumers stated they would pay up to $10 for a drone delivery. Lastly, 26 percent of consumers are already expecting to have their packages delivered to them in the next two years or so.

Driverless Delivery Vehicles Already Here as Well

There was a movie I watched some months ago – you most likely heard of it or even watched it. It was the latest movie about Wolverine titled Logan. There was a certain scene that never left my memory (basically because I found it awesome) where Logan and his companions were driving along a freeway full of driverless tractor trailers that had no tractor.

In an article written for pastemagazine.com, Carlos Alvarez of Getty wrote: “… Logan’s writer and director James Mangold’s inclusion of the self-driving trucking machines make it clear that the filmmaker understands the writing on the wall about the future of shipping. It’s a future without truck drivers.” He continues to explain that the movie takes place a little over 10 years from now in 2029.

“The change may well be here long before 2029. It’s only 2017, and already we’re seeing the beginnings of automated trucking taking over the industry. At the 2017 Consumer Electronics Show this January, Peloton Technology demonstrated “platooning,” where trucks are kept in a row on the highway to reduce wind resistance and save fuel. The trucks are controlled by computers on a “Level One” of autonomous driving,” Alvarez continued in his article.

Now in Germany, Mercedes-Benz is has been developing and testing their Actros truck which is fitted with a ‘highway pilot’ system, which acts like an auto-pilot and includes a radar and stereo camera system. So far, German carmaker Daimler has restricted testing on a German autobahn. The autobahn is generally safer than testing in city conditions since the curves are not as steep. Since the tests have started, this autonomous truck has already driven over 20,000 kilometres.

Did I Say Flying Taxis? Huh, Yeah I Did!

But, if you are still not amazed, then I am about to blow your socks off. Dubai has promised to build a fully autonomous public transportation system by 2030, including autonomous flying drone taxis! Now that is really something. And it isn’t a matter of when they’ll be produced and in use because they already are.

Manufactured in China by the drone-making firm EHang, these really freaking cool quad drones on steroids can carry one person weighing up to 100 kilogrammes (I weigh over that, guess I’m walking) plus maybe a backpack or suitcase. They can fly about 30 kilometres (or 19 miles), at a speed of 60 miles per hour, give or take. And, if that isn’t the cool part, you won’t need any lessons on how to fly it. Simply push a button and it flies you from point A to point B. Whether or not you have to give it directions, don’t know. Either way, this is mostly likely the coolest piece of tech out there right now.

Copyright @ CBS Interactive Inc.

Höhere Mathematik als Grundvoraussetzung für Data Scientists

Data Scientist ist der „sexiest Job“ auf der Welt. Data Science ist die neu erfundene Wissenschaft, die viele unserer Probleme lösen und uns die Zukunft angenehmer gestalten wird. Aber was genau ist Data Science? Was ist ein Datascientist und was macht er? Welche Ausbildung benötigt man, um ein Data Scientist zu sein? Muss er tiefe Kenntnisse der höheren Mathematik besitzen oder reicht das reine Methodenwissen aus? Diese Fragestellungen möchte ich in diesem Beitrag diskutieren.

Was versteht man also unter dem Begriff „Data Science“?

Dieses Wissensgebiet beschäftigt sich mit der Extraktion von Wissen aus Daten. Der Begriff selbst existiert bereits seit über 50 Jahren. Peter Naur verwendete ihn 1960 als Ersatz für den Begriff „Informatik“. 1997 schlug C.F. Jeff Wu in einem Vortrag anlässlich seiner Ernennung zum H. C. Carver Professor of Statistics vor, den Begriff „Statistiker“ in den Begriff „Datenwissenschafter“ umzubenennen. Ich persönlich hege aber Zweifel, dass Datenwissenschafter nur Statistiker sind.

Betrachtet man die Lehrpläne der Studiengänge für Data Science, so bestehen diese aus folgenden Fächern:

  • Mathematische Grundlagen (auch Teile der höheren Mathematik)
  • Stochastik
  • Statistik
  • Grundlegendes Wissen aus der Informatik (besonders auf dem Gebiet der Datenbanken und Big Data Technologien)
  • Signalverarbeitung

Sicherlich ist die obige Aufzählung gar nicht vollständig, da ich meine, dass auch Methoden der mathematischen Optimierung in diese Lehrpläne aufgenommen werden müssen.

Data Science beschäftigt sich also mit der Extraktion von Wissen aus Daten und leitet Empfehlungen daraus ab. Unmittelbar daraus ergibt sich daher auch die Aufgabenbeschreibung für den Data Scientist.

Der Aufgabenbereich eines Data Scientist.

Aus der Beschreibung des Tätigkeitsbereiches von Data Science ergibt sich nun unmittelbar die Aufgabenbeschreibung für den Data Scientist. Er muss aus Daten Wissen extrahieren und Handlungsempfehlungen ableiten. Daraus erkennt man sofort, dass seine Aufgabenstellung umfassender als die eines Statistikers ist. Ungeachtet einer Diskussion, ob der Aufgabenbereich von einer einzigen Person überhaupt zu bewerkstelligen ist, unterteilt er sich also in folgende Teilbereiche.

  • Datenextraktion, -zusammenführung und – aggregation
  • Datenanalyse
  • Hypothesenfindung (zusammen mit den entsprechenden Fachbereichen)
  • Hypothesentests
  • Erstellung von Prognosemodellen
  • Mathematischen Optimierungsrechnungen

Er unterstützt damit sehr viele Fachbereiche eines Unternehmens, benötigt aber auch bei der Durchführung seiner Aufgabengebiete Unterstützung von den Fachbereichen. Zudem bedürfen die letzten drei Punkte der obigen Liste auch ein tiefes Verständnis der angewendeten Algorithmen aus mathematischer Sicht. Es reicht sicherlich nicht aus, zu wissen, welche Methode für die Erzielung einer korrekten Beantwortung einer Fragestellung zu verwenden ist, vielmehr muss er auch wissen, ob die Voraussetzungen zur Anwendung der spezifischen Methode gegeben ist. So z.B. verwenden sehr viele Methoden und Verfahren der Statistik die – in der Praxis nicht immer gegebene – Voraussetzung, dass Daten normalverteilt sind. Da die erzielten Ergebnisse meist numerischer Natur sind bzw. auf numerischen Input basieren, sollte auch zudem Kenntnisse der numerischen Mathematik aufweisen. Zusammenfassend gesagt, ist also ein tiefes Wissen der Algorithmen notwendig, diese basieren auf Mathematik und deshalb lässt sich die Mathematik auch nicht aus dem Anforderungsprofil eines Data Scientist wegdiskutieren.

Warum diese Diskussion?

Ich erlebe immer wieder, dass mit den Argumentationen aufgefahren wird, es wäre nicht notwendig, dass ein Data Scientist eine fundierte Ausbildung auf dem Gebiet Mathematik (im Sinne von „höherer“ Mathematik) benötigt. Sogar bei einer Veranstaltung der Firma IBM musste ich hören, dass Online-Course – wie z. B. Coursera – ausreichen würden, der Rest, also das fehlende Wissen, würde dann durch ausreichend Praxis und Schulungen dieser Firma ohnehin vermittelt bzw. erarbeitet werden. Dass dem nicht so sein kann, ist augenscheinlich, wenn man sich das Vorlesungsverzeichnis z. B. des Studiums Technische Mathematik ansieht. Wann hat man schon die notwendige Zeit, sich mit den Themen Algebra, Analysis, Topologie, Funktionentheorie, Wahrscheinlichkeitsrechnung, Statistik, usw. intensiver auseinanderzusetzen, das Verständnis dieser Teildisziplinen durch das Studium und Lösen von mathematischen Problemen aufzubauen, wenn nicht während eines entsprechenden Studiums? Ich bin der Meinung, dass das im Selbststudium ohne Anleitung und Kontrolle und die dazugehörigen fachlichen Diskussionen mit den Lehrenden und Studienkollegen kaum möglich ist.


Aus den oben angeführten Gründen heraus, plädiere ich für eine fundierte Basisausbildung, die dem Studium eines Mathematikers schon sehr nahekommt. Reines oberflächliches Anschneiden der Themen, wird nicht zum gewünschten Erfolg bzw. zur notwendigen Qualität führen. Den Allrounder wird es ohnehin nicht geben, d.h. die Spezialisierungen werden auch – so wie bei Mathematikern – bei den Data Scientists erhalten bleiben. Über eine rege Diskussion zu diesem Thema würde ich mich natürlich sehr freuen.

Überwachtes vs unüberwachtes maschinelles Lernen

Dies ist Artikel 1 von 4 aus der Artikelserie – Was ist eigentlich Machine Learning?

Der Unterschied zwischen überwachten und unüberwachtem Lernen ist für Einsteiger in das Gebiet des maschinellen Lernens recht verwirrend. Ich halte die Bezeichnung “überwacht” und “unüberwacht” auch gar nicht für besonders gut, denn eigentlich wird jeder Algorithmus (zumindest anfangs) vom Menschen überwacht. Es sollte besser in trainierte und untrainierte Verfahren unterschieden werden, die nämlich völlig unterschiedliche Zwecke bedienen sollen:

Während nämlich überwachte maschinelle Lernverfahren über eine Trainingsphase regelrecht auf ein (!) Problem abgerichtet werden und dann produktiv als Assistenzsystem (bis hin zum Automated Decision Making) funktionieren sollen, sind demgegenüber unüberwachte maschinelle Lernverfahren eine Methodik, um unübersichtlich viele Zeilen und Spalten von folglich sehr großen Datenbeständen für den Menschen leichter interpretierbar machen zu können (was nicht immer funktioniert).

Trainiere dir deinen Algorithmus mit überwachtem maschinellen Lernen

Wenn ein Modell anhand von mit dem Ergebnis (z. B. Klassifikationsgruppe) gekennzeichneter Trainingsdaten erlernt werden soll, handelt es sich um überwachtes Lernen. Die richtige Antwort muss während der Trainingsphase also vorliegen und der Algorithmus muss die Lücke zwischen dem Input (Eingabewerte) und dem Output (das vorgeschriebene Ergebnis) füllen.

Die Überwachung bezieht sich dabei nur auf die Trainingsdaten! Im produktiven Lauf wird grundsätzlich nicht überwacht (und das Lernen könnte sich auf neue Daten in eine ganz andere Richtung entwickeln, als dies mit den Trainingsdaten der Fall war). Die Trainingsdaten

Eine besondere Form des überwachten Lernens ist die des bestärkenden Lernens. Bestärkendes Lernen kommt stets dann zum Einsatz, wenn ein Endergebnis noch gar nicht bestimmbar ist, jedoch der Trend hin zum Erfolg oder Misserfolg erkennbar wird (beispielsweise im Spielverlauf – AlphaGo von Google Deepmind soll bestärkend trainiert worden sein). In der Trainingsphase werden beim bestärkenden Lernen die korrekten Ergebnisse also nicht zur Verfügung gestellt, jedoch wird jedes Ergebnis bewertet, ob dieses (wahrscheinlich) in die richtige oder falsche Richtung geht (Annäherungslernen).

Zu den überwachten Lernverfahren zählen alle Verfahren zur Regression oder Klassifikation, beispielsweise mit Algorithmen wir k-nearest-Neighbour, Random Forest, künstliche neuronale Netze, Support Vector Machines oder auch Verfahren der Dimensionsreduktion wie die lineare Diskriminanzanalyse.

Mit unüberwachtem Lernen verborgene Strukturen identifizieren

Beim unüberwachten Lernen haben wir es mit nicht mit gekennzeichneten Daten zu tun, die möglichen Antworten/Ergebnisse sind uns gänzlich unbekannt. Folglich können wir den Algorithmus nicht trainieren, indem wir ihm die Ergebnisse, auf die er kommen soll, im Rahmen einer Trainingsphase vorgeben (überwachtes Lernen), sondern wir nutzen Algorithmen, die die Struktur der Daten erkunden und für uns Menschen sinnvolle Informationen aus Ihnen bilden (oder auch nicht – denn häufig bleibt es beim Versuch, denn der Erfolg ist nicht garantiert!).Unüberwachte Verfahren des maschinellen Lernens dienen dem Data Mining, also der Erkennung von Inhalten in Daten anhand von sichtbar werdenden Strukturen. Die Verfahren müssen nicht unbedingt mit Datenvisualisierung arbeiten, oft ist das aber der Fall, denn erst die visuellen Strukturen ermöglichen unseren menschlichen Gehirnen die Daten in einen Kontext zu bringen. Mir sind zwei Kategorien des unüberwachten Lernens bekannt, zum einem das Clustering, welches im Grunde ein unüberwachtes Klassifikationsverfahren darstellt, und zum anderen die Dimensionsreduktion PCA (Hauptkomponentenanalyse). Es gibt allerdings noch andere Verfahren, die mir weniger vertraut sind, beispielsweise unüberwacht lernende künstliche neuronale Netze, die Rauschen lernen, um Daten von eben diesem Rauschen zu befreien.