Benjamin Aunkofer

Krisenerkennung und -bewältigung mit Daten und KI

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Wie COVID-19 unser Verständnis für Daten und KI verändert

Personenbezogene Daten und darauf angewendete KI galten hierzulande als ein ganz großes Pfui. Die Virus-Krise ändert das – Zurecht und mit großem Potenzial auch für die Wirtschaft.

Aber vorab, wie hängen Daten und Künstliche Intelligenz (KI) eigentlich zusammen? Dies lässt sich einfach und bildlich erläutern, denn Daten sind sowas wie der Rohstoff für die KI als Motor. Und dieser Motor ist nicht nur als Metapher zu verstehen, denn KI bewegt tatsächlich etwas, z. B. automatisierte Prozesse in Marketing, Vertrieb, Fertigung, Logistik und Qualitätssicherung. KI schützt vor Betrugsszenarien im Finanzwesen oder Ausfallszenarien in der produzierenden Industrie.

KI schützt jeden Einzelnen aber auch vor fehlenden oder falschen Diagnosen in der Medizin und unsere Gesellschaft vor ganzen Pandemien. Das mag gerade im Falle des SARS-COV-2 in 2019 in der VR China und 2020 in der ganzen Welt noch nicht wirklich geklappt zu haben, aber es ist der Auslöser und die Probe für die nun vermehrten und vor allem den verstärkten Einsatz von KI als Spezial- und Allgemein-Mediziner.

KI stellt spezielle Diagnosen bereits besser als menschliche Gehirne es tun

Menschliche Gehirne sind wahre Allrounder, sie können nicht nur Mathematik verstehen und Sprachen entwickeln und anwenden, sondern auch Emotionen lesen und vielfältige kreative Leistungen vollbringen. Künstliche Gehirne bestehen aus programmierbaren Schaltkreisen, die wir über mehrere Abstraktionen mit Software steuern und unter Einsatz von mathematischen Methoden aus dem maschinellen Lernen gewissermaßen auf die Mustererkennung abrichten können. Diese gerichteten Intelligenzen können sehr viel komplexere Muster in sehr viel mehr und heterogenen Daten erkennen, die für den Menschen nicht zugänglich wären. Diesen Vorteil der gerichteten künstlichen Intelligenz werden wir Menschen nutzen – und tun es teilweise schon heute – um COVID-19 automatisiert und sehr viel genauer anhand von Röntgen-Bildern zu erkennen.

Dies funktioniert in speziellen Einsätzen auch für die Erkennung von verschiedenen anderen Lungen-Erkrankungen sowie von Knochenbrüchen und anderen Verletzungen sowie natürlich von Krebs und Geschwüren.

Die Voraussetzung dafür, dass dieser Motor der automatisierten und akkuraten Erkennung funktioniert, ist die Freigabe von vielen Daten, damit die KI das Muster zur Diagnose erlernen kann.

KI wird Pandemien vorhersagen

Die Politik in Europa steht viel in der Kritik, möglicherweise nicht richtig und rechtzeitig auf die Pandemie reagiert zu haben. Ein Grund dafür mögen politische Grundprinzipien sein, ein anderer ist sicherlich das verlässliche Vorhersage- und Empfehlungssystem für drohende Pandemien. Big Data ist der Treibstoff, der diese Vorhersage-Systeme mit Mustern versorgt, die durch Verfahren des Deep Learnings erkannt und systematisch zur Generalisierung erlernt werden können.

Um viele Menschenleben und darüber hinaus auch berufliche Existenzen zu retten, darf der Datenschutz schon mal Abstriche machen. So werden beispielsweise anonymisierte Standort-Daten von persönlichen Mobilgeräten an das Robert-Koch-Institut übermittelt, um die Corona-Pandemie besser eindämmen zu können. Hier haben wir es tatsächlich mit Big Data zutun und die KI-Systeme werden besser, kämen auch noch weitere Daten zur medizinischen Versorgung, Diagnosen oder Verkehrsdaten hinzu. Die Pandemie wäre transparenter als je zuvor und Virologen wie Alexander Kekulé von der Martin-Luther-Universität in Halle-Wittenberg haben die mathematische Vorhersagbarkeit schon häufig thematisiert. Es fehlten Daten und die Musterkennung durch die maschinellen Lernverfahren, die heute dank aktiver Forschung in Software und Hardware (Speicher- und Rechenkapazität) produktiv eingesetzt werden können.

Übrigens darf auch hier nicht zu kurz gedacht werden: Auch ganz andere Krisen werden früher oder später Realität werden, beispielsweise Energiekrisen. Was früher die Öl-Krise war, könnten zukünftig Zusammenbrüche der Stromnetze sein. Es braucht nicht viel Fantasie, dass KI auch hier helfen wird, Krisen frühzeitig zu erkennen, zu verhindern oder zumindest abzumildern.

KI macht unseren privaten und beruflichen Alltag komfortabler und sicherer

Auch an anderer Front kämpfen wir mit künstlicher Intelligenz gegen Pandemien sozusagen als Nebeneffekt: Die Automatisierung von Prozessen ist eine Kombination der Digitalisierung und der Nutzung der durch die digitalen Produkte genierten Daten. So werden autonome Drohnen oder autonome Fahrzeuge vor allem im Krisenfall wichtige Lieferungen übernehmen und auch Bezahlsysteme bedingen keinen nahen menschlichen Kontakt mehr. Und auch Unternehmen werden weniger Personal physisch vor Ort am Arbeitsplatz benötigen, nicht nur dank besserer Telekommunikationssysteme, sondern auch, weil Dokumente nur noch digital vorliegen und operative Prozesse datenbasiert entschieden und dadurch automatisiert ablaufen.

So blüht uns also eine schöne neue Welt ohne Menschen? Nein, denn diese werden ihre Zeit für andere Dinge und Berufe einsetzen. Menschen werden weniger zur roboter-haften Arbeitskraft am Fließband, an der Kasse oder vor dem Steuer eines Fahrzeuges, sondern sie werden menschlicher, denn sie werden sich entweder mehr mit Technologie befassen oder sich noch sozialere Tätigkeiten erlauben können. Im Krisenfall jedoch, werden wir die dann unangenehmeren Tätigkeiten vor allem der KI überlassen.

Anastasia Stefanuk

Wie der C++-Programmierer bei der Analyse großer Datenmengen helfen kann

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Die Programmiersprache C wurde von Dennis Ritchie in den Bell Labs in einer Zeit (1969-1973) entwickelt, als jeder CPU-Zyklus und jeder Byte Speicher sehr teuer war. Aus diesem Grund wurde C (und später C++) so konzipiert, dass die maximale Leistung der Hardware mit der Sprachkomplexität erzielt werden konnte. Derzeit ist der C++ Programmierer besonders begehrt auf dem Arbeitsmarkt, für ganz bestimmte Abläufe, die wir später genauer beschreiben werden.

Warum sollten Sie einen C++ Entwickler mieten, wenn es um große Daten geht?

C++ ermöglicht, als Sprache auf einem niedrigen Level, eine Feinabstimmung der Leistung der Anwendung in einer Weise, die bei der Verwendung von Sprachen auf einem hohen Level nicht möglich ist. Warum sollten Sie einen C++ Entwickler mieten? C++ bietet den Entwicklern eine viel bessere Kontrolle über den Systemspeicher und die Ressourcen, als die der C Programmierer oder Anderer.

C++ ist die einzige Sprache, in der man Daten mit mehr als 1 GB pro Sekunde knacken, die prädiktive Analyse in Echtzeit neu trainieren und anwenden und vierstellige QPS einer REST-ful API in der Produktion bedienen kann, während die [eventuelle] Konsistenz des Aufzeichnungssystems ständig erhalten bleibt. Auf einem einzigen Server, natürlich aus Gründen der Zuverlässigkeit dupliziert, aber das, ohne in Repliken, Sharding und das Auffüllen und Wiederholen von persistenten Nachrichtenwarteschlangen investieren zu. Für ein groß angelegtes Werbesystem, dynamischen Lastausgleich oder eine hocheffiziente adaptive Caching-Schicht ist C++ die klügste Wahl.

Die allgemeine Vorstellung ist, dass R und Python schneller sind, aber das ist weit von der Wahrheit entfernt. Ein gut optimierter C++-Code könnte hundertmal schneller laufen, als das gleiche Stück Code, das in Python oder R geschrieben wurde. Die einzige Herausforderung bei C++ ist die Menge an Arbeit, die Sie bewältigen müssen, um die fertigen Funktionen zum Laufen zu bringen. Sie müssen wissen, wie man Zeiger verteilt und verwaltet – was ehrlich gesagt ein wenig kompliziert sein kann. Die C# Programmierer Ausbildung ist aus diesem Grunde z.Z. sehr begehrt.

R und Python

Akademiker und Statistiker haben R über zwei Jahrzehnte entwickelt. R verfügt nun über eines der reichsten Ökosysteme, um Datenanalysen durchzuführen. Es sind etwa 12000 Pakete in CRAN (Open-Source-Repository) verfügbar. Es ist möglich, eine Bibliothek zu finden, für was auch immer für eine Analyse Sie durchführen möchten. Die reiche Vielfalt der Bibliothek macht R zur ersten Wahl für statistische Analysen, insbesondere für spezialisierte analytische Arbeiten.

Python kann so ziemlich die gleichen Aufgaben wie R erledigen: Data Wrangling, Engineering, Feature Selection Web Scrapping, App und so weiter. Python ist ein Werkzeug, um maschinelles Lernen in großem Maßstab einzusetzen und zu implementieren. Python-Codes sind einfacher zu warten und robuster als R. Vor Jahren hatte Python nicht viele Bibliotheken für Datenanalyse und maschinelles Lernen. In letzter Zeit holt Python auf und bietet eine hochmoderne API für maschinelles Lernen oder künstliche Intelligenz. Der größte Teil der datenwissenschaftlichen Arbeit kann mit fünf Python-Bibliotheken erledigt werden: Numpy, Pandas, Scipy, Scikit-Learning und Seaborn.

Aber das Wissen, mit Zeigern zu arbeiten oder den Code in C++ zu verwalten, ist mit einem hohen Preis verbunden. Aus diesem Grunde werden C++ Programmierer gesucht, für die Bewältigung von großen Datenpaketen. Ein tiefer Einblick in das Innenleben der Anwendung ermöglicht es ihnen, die Anwendung im Falle von Fehlern besser zu debuggen und sogar Funktionen zu erstellen, die eine Kontrolle des Systems auf Mikroebene erfordern. Schauen Sie sich doch nach C# Entwickler in Berlin um, denn sie haben einen besonders guten Ruf unter den neuen Entwicklern.

Das Erlernen der Programmierung ist eine wesentliche Fähigkeit im Arsenal der Analysten von Big Data. Analysten müssen kodieren, um numerische und statistische Analysen mit großen Datensätzen durchzuführen. Einige der Sprachen, in deren Erlernen auch die C Entwickler Zeit und Geld investieren sollten, sind unter anderem Python, R, Java und C++. Je mehr sie wissen, desto besser – Programmierer sollten immer daran denken, dass sie nicht nur eine einzelne Sprache lernen sollten. C für Java Programmierer sollte ein MUSS sein.

Wo wird das C++ Programmieren eingesetzt?

Die Programmiersprache C++ ist eine etablierte Sprache mit einem großen Satz von Bibliotheken und Tools, die bereit ist, große Datenanwendungen und verteilte Systeme zu betreiben. In den meisten Fällen wird C++ zum Schreiben von Frameworks und Paketen für große Daten verwendet. Diese Programmiersprache bietet auch eine Reihe von Bibliotheken, die beim Schreiben von Algorithmen für das tiefe Lernen helfen. Mit ausreichenden C++-Kenntnissen ist es möglich, praktisch unbegrenzte Funktionen auszuführen. Dennoch ist C++ nicht die Sprache, die man leicht erlernen kann, da man die über 1000 Seiten Spezifikation und fast 100 Schlüsselwörter beherrschen muss.

Die Verwendung von C++ ermöglicht die prozedurale Programmierung für intensive Funktionen der CPU und die Kontrolle über die Hardware, und diese Sprache ist sehr schnell, weshalb sie bei der Entwicklung verschiedener Spiele oder in Spielmaschinen weit verbreitet ist.

C++ bietet viele Funktionen, die anderen Sprachen fehlen. Darüber hinaus bietet die Sprache auch Zugang zu umfangreichen Vorlagen, die es Ihnen ermöglichen, generische Codes zu schreiben. Als betroffenes Unternehmen sollten Sie sich deshalb tatsächlich überlegen, einen C++ Programmierer zu suchen oder in einen Kurs von C++ für Ihren C Programmierer zu investieren. Am Ende lohnen sich bestimmt diese Kosten.

Und vergessen Sie nicht: C++ ist die einzige Sprache, die in der Lage ist, 1 GB+ Daten in weniger als einer Sekunde zu verarbeiten. Darüber hinaus können Sie Ihr Modell neu trainieren und prädiktive Analysen in Echtzeit und sogar die Konsistenz der Systemaufzeichnung anwenden. Diese Gründe machen C++ zu einer bevorzugten Wahl für Sie, wenn Sie einen Datenwissenschaftler für Ihr Unternehmen suchen.

Beispiele für die Verwendung von C++

Die Verwendung von C++ zur Entwicklung von Anwendungen und vielen produktbasierten Programmen, die in dieser Sprache entwickelt wurden, hat mehrere Vorteile, die nur auf ihren Eigenschaften und ihrer Sicherheit beruhen. Unten finden Sie eine Liste der häufigsten Anwendungen von C++.

  • Google-Anwendungen – Einige der Google-Anwendungen sind auch in C++ geschrieben, darunter das Google-Dateisystem und der Google-Chromium-Browser sowie MapReduce für die Verarbeitung großer Clusterdaten. Die Open-Source-Gemeinschaft von Google hat über 2000 Projekte, von denen viele in den Programmiersprachen C oder C++ geschrieben und bei GitHub frei verfügbar sind.
  • Mozilla Firefox und Thunderbird – Der Mozilla-Internetbrowser Firefox und der E-Mail-Client Thunderbird sind beide in der Programmiersprache C++ geschrieben, und sie sind ebenfalls Open-Source-Projekte. Der C++-Quellcode dieser Anwendungen ist in den MDN-Webdokumenten zu finden.
  • Adobe-Systeme – Die meisten der wichtigsten Anwendungen von Adobe-Systemen werden in der Programmiersprache C++ entwickelt. Zu diesen Anwendungen gehören Adobe Photoshop und Image Ready, Illustrator und Adobe Premier. Sie haben in der Vergangenheit eine Menge Open-Source-Codes veröffentlicht, immer in C++, und ihre Entwickler waren in der C++-Community aktiv.
  • 12D-Lösungen – 12D Solutions Pty Ltd ist ein australischer Softwareentwickler, der sich auf Anwendungen im Bereich Bauwesen und Vermessung spezialisiert hat. Computer Aided Design-System für Vermessung, Bauwesen und mehr. Zu den Kunden von 12D Solutions gehören Umweltberater, Berater für Bau- und Wasserbau, lokale, staatliche und nationale Regierungsabteilungen und -behörden, Vermessungsingenieure, Forschungsinstitute, Bauunternehmen und Bergbau-Berater.
  • In C/C++ geschriebene Betriebssysteme

Apple – Betriebssystem OS XApple – Betriebssystem OS X

Einige Teile von Apple OS X sind in der Programmiersprache C++ geschrieben. Auch einige Anwendungen für den iPod sind in C++ geschrieben.

Microsoft-BetriebssystemeMicrosoft-Betriebssysteme

Der Großteil der Software wird buchstäblich mit verschiedenen Varianten von Visual C++ oder einfach C++ entwickelt. Die meisten der großen Anwendungen wie Windows 95, 98, Me, 200 und XP sind ebenfalls in C++ geschrieben. Auch Microsoft Office, Internet Explorer und Visual Studio sind in Visual C++ geschrieben.

  • Betriebssystem Symbian – Auch Symbian OS wird mit C++ entwickelt. Dies war eines der am weitesten verbreiteten Betriebssysteme für Mobiltelefone.

Die Einstellung eines C- oder C++-Entwicklers kann eine gute Investition in Ihr Projekt-Upgrade sein

Normalerweise benötigen C- und C++-Anwendungen weniger Strom, Speicher und Platz als die Sprachen der virtuellen Maschinen auf hoher Ebene. Dies trägt dazu bei, den Kapitalaufwand, die Betriebskosten und sogar die Kosten für die Serverfarm zu reduzieren. Hier zeigt sich, dass C++ die Gesamtentwicklungskosten erheblich reduziert.

Trotz der Tatsache, dass wir eine Reihe von Tools und Frameworks nur für die Verwaltung großer Daten und die Arbeit an der Datenwissenschaft haben, ist es wichtig zu beachten, dass auf all diesen modernen Frameworks eine Schicht einer niedrigen Programmiersprache – wie C++ – aufgesetzt ist. Die Niedrigsprachen sind für die tatsächliche Ausführung des dem Framework zugeführten Hochsprachencodes verantwortlich. Es ist also ratsam in ein C-Entwickler-Gehalt zu investieren.

Der Grund dafür, dass C++ ein so unverzichtbares Werkzeug ist, liegt darin, dass es nicht nur einfach, sondern auch extrem leistungsfähig ist und zu den schnellsten Sprachen auf dem Markt gehört. Darüber hinaus verfügt ein gut geschriebenes Programm in C++ über ein komplexes Wissen und Verständnis der Architektur der Maschine, sowie der Speicherzugriffsmuster und kann schneller laufen als andere Programme. Es wird Ihrem Unternehmen Zeit- und Stromkosten sparen.

Zum Abschluss eine Grafik, die Sie als Unternehmer interessieren wird und die das Verhältnis von der Performance and der Sicherheit diverser Sprachen darstellt:

Aus diesen und weiteren Gründen neigen viele Unternehmensentwickler und Datenwissenschaftler mit massiven Anforderungen an Skalierbarkeit und Leistung zu dem guten alten C++. Viele Organisationen, die Python oder andere Hochsprachen für die Datenanalyse und Erkundungsaufgaben verwenden, verlassen sich auf C++, um Programme zu entwickeln, die diese Daten an die Kunden weiterleiten – in Echtzeit.

Aleksandra Klofat

Wie funktioniert Natural Language Processing in der Praxis? Ein Überblick

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Natural Language Processing (NLP,auf Deutsch auch als Computerlinguistik bezeichnet) gilt als ein Teilbereich des Machine Learning und der Sprachwissenschaften.

Beim NLP geht es vom Prinzip um das Extrahieren und Verarbeiten von Informationen, die in den natürlichen Sprachen enthalten sind. Im Rahmen von NLP wird die natürliche Sprache durch den Rechner in Zahlenabfolgen umgewandelt. Diese Zahlenabfolgen kann wiederum der Rechner benutzen, um Rückschlüsse auf unsere Welt zu ziehen. Kurz gesagt erlaubt NLP dem Computer unsere Sprache in ihren verschiedenen Formen zu verarbeiten. 

Eine ausführlichere Definition von NLP wurde auf dem Data Science Blog von Christopher Kipp vorgenommen. 

In diesem Beitrag werde ich dagegen einen Überblick über die spezifischen Schritte im NLP als Prozess darstellen, denn NLP erfolgt in mehreren Phasen, die aufeinander Folgen und zum Teil als Kreislauf verstanden werden können. In ihren Grundlagen ähneln sich diese Phasen bei jeder NLP-Anwendung, sei es Chatbot Erstellung oder Sentiment Analyse.

1. Datenreinigung / Normalisierung 

In dieser Phase werden die rohen Sprachdaten aus ihrem ursprünglichen Format entnommen, sodass am Ende nur reine Textdaten ohne Format erhalten bleiben. 

Beispielsweise können die Textdaten für unsere Analyse aus Webseiten stammen und nach ihrer Erhebung in HTML Code eingebettet sein.

Das Bild zeigt eine Beispielseite. Der Text hier ist noch in einen HTML Kontext eingebettet. Der erste Schritt muss daher sein, den Text von den diversen HTML-Tags zu bereinigen. 

 

2. Tokenisierung und Normalisierung (Tokenizing and Normalizing) 

Nach dem ersten Schritt steht als Ergebnis idealerweise reiner Text da, der aber auch Sprachelemente wie Punkte, Kommata sowie Groß- und Kleinschreibung beinhaltet. 

Hier kommt der nächste Schritt ins Spiel – die Entfernung der Interpunktion vom Text. Der Text wird auf diese Weise auf seine Wort-Bestandteile (sog. Tokens) reduziert. 

Zusätzlich zu diesem Schritt kann auch Groß- und Kleinschreibung entfernt werden (Normalisierung). Dies spart vor allem die Rechenkapazität. 

So wird aus folgendem Abschnitt:

Auf diese Weise können wir die Daten aggregieren und in Subsets analysieren. Wir müssen nicht immer das ganze Machine Learning in Hadoop und Spark auf dem gesamten Datensatz starten.

folgender Text 

auf diese weise können wir die daten aggregieren und in subsets analysieren wir müssen nicht immer das ganze machine learning in hadoop und spark auf dem gesamten datensatz starten

 

3. Füllwörterentfernung / Stop words removal 

Im nächsten Schritt entfernen wir die sogenannten Füllwörter wie „und“, „sowie“, „etc.“. In den entsprechenden Python Bibliotheken sind die gängigen Füllwörter bereits gespeichert und können leicht entfernt werden. Trotzdem ist hier Vorsicht geboten. Die Bedeutung der Füllwörter in einer Sprache verändert sich je nach Kontext. Aus diesem Grund ist dieser Schritt optional und die zu entfernenden Füllwörter müssen kontextabhängig ausgewählt werden. 

Nach diesem Schritt bleibt dann in unserem Beispiel folgender Text erhalten: 

können daten aggregieren subsets analysieren müssen nicht immer machine learning hadoop spark datensatz starten

 

4. Pats of speech (POS) 
Als weiterer Schritt können die Wörter mit ihrer korrekten Wortart markiert werden. Der Rechner markiert sie entsprechend als Verben, Nomen, Adjektive etc. Dieser Schritt könnte für manche Fälle der Grundformreduktion/Lemmatization notwendig sein (dazu sogleich unten).

 

5. Stemming und Lemmatization/Grundformreduktion

In weiteren Schritten kann weiter das sogenannte Stemming und Lemmatization folgen. Vom Prinzip werden hier die einzelnen Wörter in ihre Grundform bzw. Wörterbuchform gebracht. 

Im Fall von Stemming werden die Wörter am Ende einfach abgeschnitten und auf den Wortstamm reduziert. So wäre zum Beispiel das Verb „gehen“, „geht“ auf die Form „geh“ reduziert. 

Im Fall der Lemmatization bzw. Grundformreduktion werden die Wörter in ihre ursprüngliche Wörterbuchform gebracht: das Verb „geht“ wäre dann ins „gehen“ transformiert. 

Parts of Speech, Stemming als auch Lemmatising sind vorteilhaft für die Komplexitätsreduktion. Sie führen deswegen zu mehr Effizienz und schnellerer Anwendbarkeit. Dies geschieht allerdings auf Kosten der Präzision. Die auf diese Weise erstellten Listen können dann im Fall einer Suchmaschine weniger relevante Ergebnisse liefern.

Nachfolgende Schritte beim NLP transformieren den Text in mathematische Zahlenfolgen, die der Rechner verstehen kann. Wie wir in diesem Schritt vorgehen, hängt stark davon ab, was das eigentliche Ziel des Projektes sei. Es gibt ein breites Angebot an Python Paketen, die die Zahlenbildung je nach Projektziel unterschiedlich gestalten

 

6a. Bag of Words Methoden in Python (https://en.wikipedia.org/wiki/Bag-of-words_model)

Zu den Bag of Words Methoden in Python gehört das sogenannte TF-IDF Vectorizer. Die Transformationsmethode mit dem TF-IDF eignet sich beispielsweise zum Bau eines Spamdetektors, da der TF-IDF Vectorizer die Wörter im Kontext des Gesamtdokumentes betrachtet.

 

6b. Word Embeddings Methoden in Python: Word2Vec, GloVe (https://en.wikipedia.org/wiki/Word_embedding)

Wie der Name bereits sagt transformiert Word2Vec die einzelnen Wörter zu Vektoren (Zahlenfolgen). Dabei werden ähnliche Wörter zu ähnlichen Vektoren transformiert. Die Methoden aus der Word Embeddings Kiste eignen sich zum Beispiel besser, um einen Chatbot zu erstellen. 

Im letzten Schritt des NLP können wir die so prozessierte Sprache in die gängigen Machine Learning Modelle einspeisen. Das Beste an den oben erwähnten NLP Techniken ist die Transformation der Sprache in Zahlensequenzen, die durch jeden ML Algorithmus analysiert werden können. Die weitere Vorgehensweise hängt hier nur noch vom Ziel des Projektes ab. 

Dies ist ein Überblick über die notwendigen (und optionalen) Schritte in einem NLP Verfahren. Natürlich hängt die Anwendung vom jeweiligen Use Case ab. Die hier beschriebenen NLP Phasen nehmen viele Ungenauigkeiten in Kauf, wie zum Beispiel die Reduzierung der Wörter auf Wortstämmen bzw. den Verzicht auf Großschreibung. Bei der Umsetzung in der Praxis müssen immer Kosten und Nutzen abgewogen werden und das Verfahren dem besonderen Fall angepasst werden. 

Quellen:
  • Mandy Gu: „Spam or Ham: Introduction to Natural Language Processing Part 2“ https://towardsdatascience.com/spam-or-ham-introduction-to-natural-language-processing-part-2-a0093185aebd
  • Christopher D. Manning, Prabhakar Raghavan & Hinrich Schütze: „Introduction to Information Retrieval”, Cambridge University Press, https://nlp.stanford.edu/IR-book/
  • Hobson Lane, Cole Howard, Hannes Max Hapke: „Natural Language Processing in Action. Understanding, analyzing, and generating text with Python.” Manning Shelter Island
Redaktion

Industrial IoT erreicht die Fertigungshalle

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Lumada Manufacturing Insights nutzt KI, Machine Learning und DataOps, um digitale  Innovationen für Manufacturing 4.0 bereitzustellen

Dreieich/ Santa Clara (Kalifornien), 17. September 2019 – Mit Lumada Manufacturing Insights kündigt Hitachi Vantara eine Suite von IIoT-Lösungen (Industrial IoT) an, mit der Fertigungsunternehmen auf ihren Daten basierende Transformationsvorhaben umsetzen können. Die Lösung lässt sich in bestehende Anwendungen integrieren und liefert aussagekräftige Erkenntnisse aus Daten, ohne dass Fertigungsanlagen oder -anwendungen durch einen „Rip-and-Replace”-Wechsel kostspielig ersetzt werden müssen. Lumada Manufacturing Insights optimiert Maschinen, Produktion und Qualität und schafft dadurch die Basis für digitale Innovationen, ohne die Manufacturing 4.0 unmöglich wäre. Die Plattform unterstützt eine Vielzahl von Bereitstellungsoptionen und kann On-Premise oder in der Cloud ausgeführt werden.

„Daten und Analytics können Produktionsprozesse modernisieren und transformieren. Aber für zu viele Hersteller verlangsamen bestehende Legacy-Infrastrukturen und voneinander getrennte Software und Prozesse die Innovation”, kommentiert Brad Surak, Chief Product und Strategy Officer bei Hitachi Vantara. „Mit Lumada Manufacturing Insights können Unternehmen die Basis für digitale Innovationen schaffen und dabei mit den Systemen und der Software arbeiten, die sie bereits im Einsatz haben.” 

Lumada Manufacturing Insights wird weltweit ab dem 30. September verfügbar sein. Weitere Informationen:

Bei der deutschen Version handelt es sich um eine gekürzte Version der internationalen Presseinformation von Hitachi Vantara.

Hitachi Vantara
Hitachi Vantara, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Hitachi Ltd., hilft datenorientierten Marktführern, den Wert ihrer Daten herauszufinden und zu nutzen, um intelligente Innovationen hervorzubringen und Ergebnisse zu erzielen, die für Wirtschaft und Gesellschaft von Bedeutung sind. Nur Hitachi Vantara vereint über 100 Jahre Erfahrung in Operational Technology (OT) und mehr als 60 Jahre in Information Technology (IT), um das Potential Ihrer Daten, Ihrer Mitarbeitern und Ihren Maschinen zu nutzen. Wir kombinieren Technologie, geistiges Eigentum und Branchenwissen, um Lösungen zum Datenmanagement zu liefern, mit denen Unternehmen das Kundenerlebnis verbessern, sich neue Erlösquellen erschließen und die Betriebskosten senken können. Über 80% der Fortune 100 vertrauen Hitachi Vantara bei Lösungen rund um Daten. Besuchen Sie uns unter www.HitachiVantara.com.

Hitachi Ltd. Corporation
Hitachi, Ltd. (TSE: 6501) mit Hauptsitz in Tokio, Japan, fokussiert sich auf Social Innovation und kombiniert dazu Information Technology, Operational Technology und Produkte. Im Geschäftsjahr 2018 (das am 31. März 2019 endete) betrug der konsolidierte Umsatz des Unternehmens insgesamt 9.480,6 Milliarden Yen (85,4 Milliarden US-Dollar), wobei das Unternehmen weltweit rund 296.000 Mitarbeiter beschäftigt. Hitachi liefert digitale Lösungen mit Lumada in den Bereichen Mobility, Smart Life, Industry, Energy und IT. Weitere Informationen über Hitachi finden Sie unter http://www.hitachi.com.

 

Pressekontakte

Hitachi Vantara
Bastiaan van Amstel 
bastiaan.vanamstel@hitachivantara.com 

 

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Thomas Schumacher
+49 / (0) 214 8309 7790
schumacher@public-footprint.de

 

 

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Predictive Analytics World 2019

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Bob Muglia

Was der BREXIT für die Cloud-Strategie bedeutet

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Datensouveränität wird nach dem Brexit eine der größten Herausforderungen für Unternehmen sein. Geschäftsführer sind sich der Bedeutung dessen bewusst und fürchten die Gefahr eines „Data cliff edge“, wenn die Trennung Großbritanniens von der EU endgültig beschlossene Sache sein wird.

Ohne ein klares Gespür dafür zu haben, welche Vorschriften und Compliance-Anforderungen bald gelten werden, versuchen britische Unternehmen herauszufinden, wie sie ihre Daten bestmöglich schützen, Geschäftsverzögerungen verhindern und kostspielige Fehler vermeiden können. Die Vieldeutigkeit rund um den Brexit wirft mehr Fragen als Antworten auf, darunter: Wo sollten britische Unternehmen ihre Daten speichern? Sollten sie alle ihre Rechenzentren nach Großbritannien verlegen? Wie wirkt sich der Besitz von Rechenzentren auf den Datenschutz aus? Welche Bedrohungen bestehen, wenn nach Abschluss des Brexit Daten innerhalb oder außerhalb des Vereinigten Königreichs gespeichert werden?

Für Führungskräfte sind der Mangel an Antworten und die Angst vor dem Unbekannten frustrierend. In dieser ungewissen Zeit können smarte Geschäftsführer aber den Brexit für ihre Zwecke lenken, indem sie ihn als Chance und nicht als Hindernis für sich nutzen.

Die unsicher regulierte Zukunft

Für Unternehmen mit Sitz in Großbritannien, die Datenspeicherung und private Cloud-Dienste anbieten, ist vor allem der Ort, an dem sich die Daten befinden, von Belang. Die Gewährleistung der Sicherheit und Kontrolle über eigene Daten ist von zentraler Bedeutung. Gleichzeitig ist jedoch auch die Einhaltung unbekannter zukünftiger Vorschriften und Gesetze zum Datenschutz und zum Datentransfer ein Muss.

Grundlage ist die Einhaltung der Datenschutzverordnung (DSGVO) vom 25. Mai 2018, da das Vereinigte Königreich zu diesem Zeitpunkt noch immer Teil der EU war. Nach Angaben des Information Commissioner’s Office (ICO) des Vereinigten Königreichs – einer unabhängigen Behörde, die sich für die Wahrung von Informations- und Datenschutzrechten von Einzelpersonen einsetzt – bestätigte die britische Regierung, dass ein Austritt aus der EU keine Auswirkungen auf die DSGVO haben wird. Was in diesem Jahr, wenn sich Großbritannien und die EU endgültig voneinander trennen, passieren wird, kann man nur vermuten. Die Ratschläge von ICO sind richtungsweisend: „Bereiten Sie sich darauf vor, die Bestimmungen der DSGVO zu erfüllen und voranzukommen.“

Bemerkenswerterweise schreibt die DSGVO nicht vor, wo Unternehmen ihre Daten aufbewahren müssen. Es ist lediglich erforderlich, dass die EU-Organisationen ihre Daten innerhalb der EU speichern und außerhalb der EU unzugänglich machen müssen. Ausnahme: die Daten betreffen eine DSGVO-konforme Organisation. Wie sich dieses Mandat auf das Vereinigte Königreich auswirkt, muss noch gesehen werden. Denn das Vereinigte Königreich war ja zum Zeitpunkt der Ausarbeitung der Verordnung Teil der EU. Es ist unklar, ob das Vereinigte Königreich am Ende mit der DSGVO konform sein wird.

Aus globaler Sicht muss Großbritannien herausfinden, wie der Datenaustausch und der grenzüberschreitende Datenfluss reguliert werden können. Der freie Datenfluss ist wichtig für Unternehmen und Innovation, was bedeutet, dass das Vereinigte Königreich Vereinbarungen, wie die EU sie mit den USA getroffen haben, benötigt. Ein Privacy Shield, das den Austausch personenbezogener Daten zu gewerblichen Zwecken ermöglicht. Ob das Vereinigte Königreich Vereinbarungen wie den Privacy Shield umsetzen kann, oder neue Vereinbarungen mit Ländern wie den USA treffen muss, ist etwas, was nur die Zeit zeigen wird.

Wo sind die Daten?

Rechenzentren können heute durch freien Datenfluss, sowohl im Vereinigten Königreich als auch in der EU betrieben werden. Das Vereinigte Königreich unterliegt gleichem Schutz und gleichen Vorschriften wie die EU. Viele Spekulationen beinhalten allerdings, dass in naher Zukunft britische Kunden von einem in Großbritannien ansässigen Rechenzentrum bedient werden müssen, ebenso wie europäische Kunden ein EU-Rechenzentrum benötigen. Es gibt keine Garantien. Unklar ist auch, ob diese Situation die Anbieter von Rechenzentren dazu veranlassen wird, den Umzug aus Großbritannien in Betracht zu ziehen, um sich stärker auf den Kontinent zu konzentrieren, oder ob sie sich an beiden Standorten gleichzeitig niederlassen werden. Das Wahrscheinlichste: Die Anbieter tendieren zu letzterem, wie auch Amazon Web Services (AWS). Selbst nach dem Brexit-Votum hielt Amazon an seinem Wort fest und eröffnete Ende letzten Jahres sein erstes AWS-Rechenzentrum in London. Dies unterstreicht sowohl sein Engagement für Großbritannien als auch das unternehmerische Engagement.

Aus dem Brexit eine Geschäftsmöglichkeit machen

Die Automatisierung des IT-Betriebs und die Einführung einer Cloud-Strategie könnten die ersten Schritte sein, um die unbeantworteten Fragen des Brexit zu lösen und daraus einen Vorteil zu machen. Es ist an der Zeit, die Vorteile dessen zu erkennen, teure Hardware und Software von Unternehmen vor Ort durch den Umstieg auf die öffentliche Cloud zu ersetzen. Dies ist nicht nur die kostengünstigere Option. Cloud-Anbieter wie AWS, Microsoft Azure und Google Cloud Platform (GCP) ersparen in diesem politischen Umfeld sogar Unternehmen die Verwaltung und Wartung von Rechenzentren. Einige Unternehmen sind möglicherweise besorgt über die steigenden Raten von Public-Cloud-Anbietern, ihre Preisanpassungen scheinen jedoch an den relativen Wertverlust des Sterlings gebunden zu sein. Selbst bei geringen Erhöhungen sind die Preise einiger Anbieter, wie AWS, noch immer deutlich niedriger als die Kosten, die mit dem Betrieb von Rechenzentren und privaten Clouds vor Ort verbunden sind, insbesondere wenn Wartungskosten einbezogen werden. Wenn man diesen Gedanken noch einen Schritt weiterführt, wie kann der Brexit als eine Chance für Unternehmen betrachtet werden?Organisationen sammeln alle Arten von Daten. Aber nur eine Handvoll von ihnen verwendet effektive Datenanalysen, die Geschäftsentscheidungen unterstützen. Nur wenige Unternehmen tun mehr, als ihre Daten zu speichern, da ihnen die Tools und Ressourcen fehlen, um nahtlos auf ihre Daten zuzugreifen, oder weil Abfragen teuer sind. Ohne ein für die Cloud konstruiertes Data Warehouse ist dieser Prozess bestenfalls eine Herausforderung, und der wahre Wert der Daten geht dabei verloren. Ironischerweise bietet der Brexit die Möglichkeit, dies zu ändern, da Unternehmen ihre IT-Abläufe neu bewerten und alternative, kostengünstigere Methoden zum Speichern von Daten suchen müssen. Durch den Wechsel zu einer öffentlichen Cloud und die Nutzung eines Data Warehouses für die Cloud können Unternehmen Beschränkungen und Einschränkungen ihrer Daten aufheben und diese für die Entscheidungsfindung zugänglich machen.

Der Brexit dient also als Katalysator einer datengesteuerten Organisation, die Daten verwendet, anstatt sie für schlechte Zeiten zu speichern. Am Ende scheint die Prognose der Verhandlungen in Brüssel doch eine ziemlich stürmische zu sein.

netapp

NetApp Technologie Forum Nord/Ost

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Sehr geehrter Kunden und Technik-Enthusiasten,

mehr wissen ist immer gut und ein hervorragender Grund das NetApp Technologie Forum Nordost zu besuchen. Unter dem Motto „aus der Region für die Region“ und bei unserem Kunden und Gastgeber der Medizinische Hochschule Hannover erfahren Sie, wie NetApp mit der Data Fabric die Konstitution Ihrer Dateninfrastruktur in Zeiten der Digitalisierung stärken kann.

Entdecken Sie das Neueste rund um HCI und unsere Cloud-Dienste sowie Aktuelles rund um ONTAP. Erste Hilfe, Absicherung, Vorsorge und Überwachung sind ebenso im Angebot wie KI vom Feinsten mit Nvidia, Hadoop, NVMe, Objektspeicher und Container-Orchestrierung. Speziell für Ihre Transformations-Beschwerden haben wir in der Session „Kunden fragen Kunden“ eine Selbsthilfegruppe mit NetApp Moderation vorgesehen.

Ihren Tagesablauf bestimmen Sie anhand der Agenda selbst. Melden Sie sich bitte schnellstmöglich an. Wir freuen uns auf Sie!

Mit freundlichen Grüßen

Karsten Güntner
District Manager
 Sven Heisig
Manager Solutions Engineering
Benjamin Aunkofer

Interview – Von der Utopie zur Realität der KI: Möglichkeiten und Grenzen

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Interview mit Prof. Dr. Sven Buchholz über die Evolution von der Utopie zur Realität der KI – Möglichkeiten und Grenzen

Prof. Sven Buchholz hat eine Professur für die Fachgebiete Data Management und Data Mining am Fachbereich Informatik und Medien an der TH Brandenburg inne. Er ist wissenschaftlicher Leiter des an der Agentur für wissenschaftliche Weiterbildung und Wissenstransfer – AWW e. V. angesiedelten Projektes „Datenkompetenz 4.0 für eine digitale Arbeitswelt“ und Dozent des Vertiefungskurses „Machine Learning mit Python“, der seit 2018 von der AWW e. V. in Kooperation mit der TH Brandenburg angeboten wird.

Data Science Blog: Herr Prof. Buchholz, künstliche Intelligenz ist selbst für viele datenaffine Fachkräfte als Begriff noch zu abstrakt und wird mit Filmen wir A.I. von Steven Spielberg oder Terminator assoziiert. Gibt es möglicherweise unterscheidbare Stufen bzw. Reifegrade einer KI?

Für den Reifegrad einer KI könnte man, groß gedacht, ihre kognitiven Leistungen bewerten. Was Kognition angeht, dürfte Hollywood zurzeit aber noch meilenweit führen.  Man kann natürlich KIs im selben Einsatzgebiet vergleichen. Wenn von zwei Robotern einer lernt irgendwann problemlos durch die Tür zu fahren und der andere nicht, dann gibt es da schon einen Sieger. Wesentlich ist hier das Lernen, und da geht es dann auch weiter. Kommt er auch durch andere Türen, auch wenn ein Sensor
ausfällt?

Data Science Blog: Künstliche Intelligenz, Machine Learning und Deep Learning sind sicherlich die Trendbegriffe dieser Jahre. Wie stehen sie zueinander?

Deep Learning ist ein Teilgebiet von Machine Learning und das ist wiederum ein Teil von KI. Deep Learning meint eigentlich nur tiefe neuronale Netze (NN). Das sind Netze, die einfach viele Schichten von Neuronen haben und folglich als tief bezeichnet werden. Viele Architekturen, insbesondere auch die oft synonym mit Deep Learning assoziierten sogenannten Convolutional NNs gibt es seit Ewigkeiten. Solche Netze heute einsetzen zu können verdanken wir der Möglichkeit auf Grafikkarten rechnen zu können. Ohne Daten würde das uns aber auch nichts nützen. Netze lernen aus Daten (Beispielen) und es braucht für erfolgreiches Deep Learning sehr viele davon. Was wir oft gerade sehen ist also, was man mit genug vorhandenen Daten „erschlagen“ kann. Machine Learning sind alle Algorithmen, die ein Modell als Ouput liefern. Die Performanz von Modellen ist messbar, womit ich quasi auch noch eine Antwort zur ersten Frage nachreichen will.

Data Science Blog: Sie befassen sich beruflich seit Jahren mit künstlicher Intelligenz. Derzeitige Showcases handeln meistens über die Bild- oder Spracherkennung. Zweifelsohne wichtige Anwendungen, doch für Wirtschaftsunternehmen meistens zu abstrakt und zu weit weg vom Kerngeschäft. Was kann KI für Unternehmen noch leisten?

Scherzhaft oder vielleicht boshaft könnte man sagen, alles was Digitalisierung ihnen versprochen hat.
Wenn sie einen Chat-Bot einsetzen, sollte der durch KI besser werden. Offensichtlich ist das jetzt kein Anwendungsfall, der jedes Unternehmen betrifft. Mit anderen Worten, es hängt vom Kerngeschäft ab. Das klingt jetzt etwas ausweichend, meint aber auch ganz konkret die Ist-Situation.
Welche Prozesse sind jetzt schon datengetrieben, welche Infrastruktur ist vorhanden. Wo ist schon wie optimiert worden? Im Einkauf, im Kundenmanagement und so weiter.

Data Science Blog: Es scheint sich also zu lohnen, in das Thema fachlich einzusteigen. Was braucht man dazu? Welches Wissen sollte als Grundlage vorhanden sein? Und: Braucht man dazu einen Mindest-IQ?

Gewisse mathematische und informatorische Grundlagen braucht man sicher relativ schnell. Zum Beispiel: Wie kann man Daten statistisch beschreiben, was darf man daraus folgern? Wann ist etwas signifikant? Einfache Algorithmen für Standardprobleme sollte man formal hinschreiben können und implementieren können. Welche Komplexität hat der Algorithmus, wo genau versteckt sie sich? Im Prinzip geht es aber erst einmal darum, dass man mit keinem Aspekt von Data Science Bauchschmerzen hat. Einen Mindest-IQ braucht es also nur insofern, um diese Frage für sich selbst beantworten zu können.

Data Science Blog: Gibt es aus Ihrer Sicht eine spezielle Programmiersprache, die sich für das Programmieren einer KI besonders eignet?

Das dürfte für viele Informatiker fast eine Glaubensfrage sein, auch weil es natürlich davon abhängt,
was für eine KI das sein soll. Für Machine Learning und Deep Learning lautet meine Antwort aber ganz klar Python. Ein Blick auf die bestimmenden Frameworks und Programmierschnittstellen ist da
ziemlich eindeutig.

Data Science Blog: Welche Trends im Bereich Machine Learning bzw. Deep Learning werden Ihrer Meinung nach im kommenden Jahr 2019 von Bedeutung werden?

Bei den Deep Learning Anwendungen interessiert mich, wie es mit Sprache weitergeht. Im Bereich Machine Learning denke ich, dass Reinforcement Learning weiter an Bedeutung gewinnt. KI-Chips halte ich für einen der kommenden Trends.

Data Science Blog: Es heißt, dass Data Scientist gerade an ihrer eigenen Arbeitslosigkeit arbeiten, da zukünftige Verfahren des maschinellen Lernens Data Mining selbstständig durchführen können. Werden Tools Data Scientists bald ersetzen?

Die Prognosen für das jährliche Datenwachstum liegen ja momentan so bei 30%. Wichtiger als diese Zahl alleine ist aber, dass dieses Wachstum von Daten kommt, die von Unternehmen generiert werden. Dieser Anteil wird über die nächsten Jahre ständig und rasant weiter wachsen. Nach den einfachen Problemen kommen also erst einmal mehr einfache Probleme und/oder mehr anspruchsvollere Probleme statt Arbeitslosigkeit. Richtig ist aber natürlich, dass Data Scientists zukünftig methodisch mehr oder speziellere Kompetenzen abdecken müssen. Deswegen haben die AWW e. V. und die TH Brandenburg ihr Weiterbildungsangebot um das Modul ‚Machine Learning mit Python‘ ergänzt.

Data Science Blog: Für alle Studenten, die demnächst ihren Bachelor, beispielsweise in Informatik, Mathematik, Ingenieurwesen oder Wirtschaftswissenschaften, abgeschlossen haben, was würden Sie diesen jungen Damen und Herren raten, wie sie gute Data Scientists mit gutem Verständnis für Machine Learning werden können?

Neugierig sein wäre ein Tipp von mir. Im Bereich Deep Learning gibt es ja ständig neue Ideen, neue Netze. Die Implementierungen sind meist verfügbar, also kann und sollte man die Sachen ausprobieren. Je mehr Netze sie selbst zum Laufen gebracht und angewendet haben, umso besser werden sie.  Und auch nur so  verlieren sie nicht den Anschluss.

Benjamin Aunkofer

Interview – Nutzen und Motivation der medizinischen Datenanalyse

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Interview mit Prof. Thomas Schrader zur Motivation des Erlernens von Clinical Data Analytics

Prof. Dr. Thomas Schrader ist Fachbereichsleiter Informatik und Medien an der TH Brandenburg und hat seinen Projekt- und Lehrschwerpunkt in der Medizininformatik. Als Experte für Data Science verknüpft er das Wissen um Informatik und Statistik mit einem medizinischen Verständnis. Dieses Wissen wird genutzt, um eine beweisorientierte Diagnose stellen, aber auch, um betriebswirtschaftliche Prozesse zu verbessern. Prof. Thomas Schrader ist zudem Dozent und Mitgestalter des Zertifikatskurses Clinical Data Analytics.

Data Science Blog: Wie steht es um die medizinische Datenanalyse? Welche Motivation gibt es dafür, diese zu erlernen und anzuwenden?

Die Digitalisierung ist inzwischen auch in der Medizin angekommen. Befunde, Laborwerte und Berichte werden elektronisch ausgetauscht und stehen somit digital zur Verfügung. Ob im Krankenhaus, im Medizinischen Versorgungszentrum oder in der ambulanten Praxis, medizinische Daten dienen zur Befunderhebung, Diagnosestellung oder zur Therapiekontrolle.

Über mobile Anwendungen, Smart Phones und Smart Watches werden ebenfalls Daten erhoben und PatientInnen stellen diese zur Einsicht zur Verfügung.

Die Verwaltung der Daten und die richtige Nutzung der Daten wird zunehmend zu einer notwendigen Kompetenz im medizinischen Berufsalltag. Jetzt besteht die Chance, den Umgang mit Daten zu erlernen, deren Qualität richtig zu beurteilen und den Prozess der fortschreitenden Digitalisierung zu gestalten.

Daten haben Eigenschaften, Daten haben eine Lebenszeit, einen Lebenszyklus. Ähnlich einem Auto, sind verschiedene Personen in unterschiedlichen Rollen daran beteiligt und verantwortlich , Daten zu erheben, zu speichern oder Daten zur Verfügung zu stellen. Je nach Art der Daten, abhängig von der Datenqualität lassen sich diese Daten weiterverwenden und ggf. Schlussfolgerungen ziehen. Die Möglichkeit aus Daten Wissen zu generieren, ist für die medizinische Arbeit eine große Chance und Herausforderung.

Data Science Blog: Bedeutet MDA gleich BigData?

Big Data ist inzwischen ein Buzzwort: Alles soll mit BigData und der Anwendung von künstlicher Intelligenz gelöst werden. Es entsteht aber der Eindruck, dass nur die großen Firmen (Google, Facebook u.a.) von BigData profitieren. Sie verwenden ihre Daten, um Zielgruppen zu differenzieren, zu identifizieren und Werbung zu personalisieren.

Medizinische Datenanalyse ist nicht BigData! Medizinische Datenanalyse kann lokal mit den Daten eines Krankenhauses, eines MVZ oder ambulanten Praxis durchgeführt werden. Explorativ wird das Wissen aus diesen Daten erschlossen. Es können schon auf dieser Ebene Indikatoren der medizinischen Versorgung erhoben werden. Es lassen sich Kriterien berechnen, die als Indikatoren für die Detektion von kritischen Fällen dienen.

Mit einer eigenen Medizinischen Datenanalyse lassen sich eigene Daten analysieren, ohne jemals die Kontrolle über die Daten abzugeben. Es werden dabei Methoden verwendet, die teilweise auch bei Big Data Anwendung finden.

Data Science Blog: Für wen ist das Erlernen der medizinischen Datenanalyse interessant?

Die Medizinische Datenanalyse ist für alle interessant, die sich mit Daten und Zahlen in der Medizin auseinandersetzen. Die Frage ist eigentlich, wer hat nichts mit Daten zu tun?

Im ersten Augenblick fallen die ambulant und klinisch tätigen ÄrztInnen ein, für die MDA wichtig wäre: in einer Ambulanz kommt ein für diese Praxis typisches Spektrum an PatientInnen mit ihren Erkrankungsmustern. MDA kann diese spezifischen Eigenschaften charakterisieren, denn darin liegt ja Wissen: Wie häufig kommen meine PatientInnen mit der Erkrankung X zu mir in die Praxis? Dauert bei einigen PatientInnen die Behandlungszeit eigentlich zu lange? Bleiben PatientInnen weg, obwohl sie noch weiter behandelt werden müssten? Dahinter liegen also viele Fragen, die sich sowohl mit der Wirtschaftlichkeit als auch mit der Behandlungsqualität auseinandersetzen. Diese sehr spezifischen Fragen wird Big Data übrigens niemals beantworten können.

Aber auch die Pflegekräfte benötigen eigentlich dringend Werkzeuge für die Bereitstellung und Analyse der Pflegedaten. Aktuell wird sehr über die richtige Personalbesetzung von Stationen und Pflegeeinrichtungen diskutiert. Das eigentliche Problem dabei ist, dass für die Beantwortung dieser Frage Zahlen notwendig sind: über dokumentierte Pflegehandlungen, Arbeitszeiten und Auslastung. Inzwischen wird damit begonnen, dieses Daten zu erheben, aber es fehlen eine entsprechende Infrastruktur dieses Daten systematisch zu erfassen, auszuwerten und in einen internationalen, wissenschaftlichen Kontext zu bringen. Auch hier wird Big Data keine Erkenntnisse bringen: weil keine Daten vorhanden sind und weil keine ExpertIn aus diesem Bereich die Daten untersucht.

Die Physio-, ErgotherapeutInnen und LogopädInnen stehen aktuell unter dem hohen Druck, einen Nachweis ihrer therapeutischen Intervention zu bringen. Es geht auch hier schlicht darum, ob auch zukünftig alle Therapieformen bezahlt werden. Über die Wirksamkeit von Physio-, Ergo- und Logopädie können nur Statistiken Auskunft geben. Auch diese Berufsgruppen profitieren von der Medizinischen Datenanalyse.

In den Kliniken gibt es Qualitäts- und Risikomanager. Deren Arbeit basiert auf Zahlen und Statistiken. Die Medizinische Datenanalyse kann helfen, umfassender, besser über die Qualität und bestehende Risiken Auskunft zu geben.

Data Science Blog: Was kann genau kann die medizinische Datenanalyse leisten?

Die Technische Hochschule Brandenburg bietet einen Kurs Medizinische/ Klinische Datenanalyse an. In diesem Kurs wird basierend auf dem Lebenszyklus von Daten vermittelt, welche Aufgaben zu leisten sind, um gute Analysen durchführen zu können. Das fängt bei der Datenerhebung an, geht über die richtige und sichere Speicherung der Daten unter Beachtung des Datenschutzes und die Analyse der Daten. Da aber gerade im medizinischen Kontext die Ergebnisse eine hohe Komplexität aufweisen können, kommt auch der Visualisierung und Präsentation von Daten eine besondere Bedeutung zu. Eine zentrale Frage, die immer beantwortet werden muss, ist, ob die Daten für bestimmte Aussagen oder Entscheidungen tauglich sind. Es geht um die Datenqualität. Dabei ist nicht immer die Frage zu beantworten, ob das “gute” oder “schlechte” Daten sind, sondern eher um die Beschreibung der spezifischen Eigenschaften von Daten und die daraus resultierenden Verwendungsmöglichkeiten.

Data Science Blog: Sie bieten an der TH Brandenburg einen Zertifikatskurs zum Erlernen der Datenanalyse im Kontext der Medizin an. Was sind die Inhalte des Kurses?

Der Kurs gliedert sich in drei Module:

– Modul 1 – Daten aus Klinik und Pflege – Von den Daten zur Information: In diesem Modul wird auf die unterschiedlichen Datenquellen eingegangen und deren Qualität näher untersucht. Daten allein sagen zuweilen sehr wenig, sie müssen in einen Zusammenhang gebracht werden, damit daraus verwertbare Informationen. Im Mittelpunkt stehen die Teile des Datenlebenszyklus, die sich mit der Erhebung und Speicherung der Daten beschäftigen.

– Modul 2 – Anwenden der Werkzeuge: Analysieren, Verstehen und Entscheiden – Von Information zum Wissen. Der Schritt von Information zu Wissen wird dann begangen, wenn eine Strukturierung und Analyse der Informationen erfolgt: Beschreiben, Zusammenfassen und Zusammenhänge aufdecken.

– Modul 3 – Best practice – Fallbeispiele: Datenanalyse für die Medizin von morgen – von smart phone bis smart home, von Registern bis sozialen Netzen: In diesem Modul wird an Hand von verschiedenen Beispielen der gesamte Datenlebenszyklus dargestellt und mit Analysen sowie Visualisierung abgeschlossen.

Data Science Blog: Was unterscheidet dieser Kurs von anderen? Und wie wird dieser Kurs durchgeführt?

Praxis, Praxis, Praxis. Es ist ein anwendungsorientierter Kurs, der natürlich auch seine theoretische Fundierung erhält aber immer unter dem Gesichtspunkt, wie kann das theoretische Wissen direkt für die Lösung eines Problems angewandt werden. Es werden Problemlösungsstrategien vermittelt, die dabei helfen sollen verschiedenste Fragestellung in hoher Qualität aufarbeiten zu können.

In wöchentlichen Online-Meetings wird das Wissen durch Vorlesungen vermittelt und in zahlreichen Übungen trainiert. In den kurzen Präsenzzeiten am Anfang und am Ende eines Moduls wird der Einstieg in das Thema gegeben, offene Fragen diskutiert oder abschließend weitere Tipps und Tricks gezeigt. Jedes Modul wird mit einer Prüfung abgeschlossen und bei Bestehen vergibt die Hochschule ein Zertifikat. Für den gesamten Kurs gibt es dann das Hochschulzertifikat „Clinical Data Analyst“.

Der Zertifikatskurs „Clinical Data Analytics“ umfasst die Auswertung von klinischen Daten aus Informationssystemen im Krankenhaus und anderen medizinischen und pflegerischen Einrichtungen. Prof. Thomas Schrader ist einer der Mitgestalter des Kurses. Weitere Informationen sind stets aktuell auf www.th-brandenburg.de abrufbar.

Benjamin Aunkofer

Interview – Die Herausforderungen der Sensor-Datenanalyse für die Automobilindustrie

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Interview mit Andreas Festl von VIRTUAL VEHICLE

Andreas Festl ist Data Scientist bei VIRTUAL VEHICLE, ein führendes F&E Zentrum für die Automobil- und Bahnindustrie mit Sitz in Graz, Österreich. Das Zentrum konzentriert sich auf die konsequente Virtualisierung der Fahrzeugentwicklung. Wesentliches Element dabei ist die Verknüpfung von numerischer Simulation und Hardware-Testen, welche ein umfassendes HW-SW Systemdesign sicherstellt. Herr Festl forscht dort an Kontext-basierten Informationssystemen für den Einsatz im Fahrzeug und in der Entwicklung. Er ist ausgebildeter Mathematiker, der sich schon früh dem Thema Data Science verschrieben hat. Zusätzlich ist Herr Festl in der Lehre für Data and Information Science an der Fachhochschule Joanneum tätig.

Data Science Blog: Herr Festl, Sie sind technischer Data Scientist und arbeiten mit Daten, die zum großen Teil von Maschinen generiert werden. Was unterscheidet Ihren Arbeitsalltag vermutlich von den Data Scientists, die sich mit geschäftlichen Daten befassen?

Das wesentliche Merkmal an den Daten, mit denen wir arbeiten, ist die nicht vernachlässigbare zeitliche Komponente. Stellen Sie sich zum Beispiel eine Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit vor: Dieses Messsignal kann natürlich nur dann sinnvoll interpretiert und verarbeitet werden, wenn die Zeit mitberücksichtigt wird. Die bloße Kenntnis der einzelnen Geschwindigkeitswerte hilft Ihnen ohne die korrekte Abfolge nicht weiter. Das führt dazu, dass viele Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens nicht direkt auf diesen Daten arbeiten können.

Es existieren hier natürlich dennoch viele Möglichkeiten und Ansätze dafür, Wissen aus den Daten zu gewinnen; diese werden jedoch scheinbar noch nicht so oft verwendet, weshalb die verfügbare Software meist nicht für industrielle, sondern für akademische Nutzer ausgelegt ist. Ein wesentlicher Teil meiner Arbeit besteht deshalb darin, die passenden Libraries zu finden und diese für unsere Use-Cases anzupassen oder die Methode neu zu implementieren. Es gibt durchaus immer wieder Zeiten in denen meine Job-Beschreibung „mathematischer Programmierer“ lauten sollte und nicht “Data Scientist“. Ich denke, das ist im klassischen Bereich, der sich geschäftlichen Daten beschäftigt, vielleicht nicht mehr so häufig, da dort die verfügbare Software schon sehr ausgreift ist.

Außerdem beschreiben unsere Daten oft komplexe technische Prozesse in Fahrzeugkomponenten. Hier ist eine rege Kommunikation mit den jeweiligen Domänenexperten unerlässlich, damit ich auch als fachfremder Data Scientist den Prozess, der die Daten erzeugt, zumindest in Grundzügen verstehen kann. Dieser kommunikative Teil, in dem man sehr viel über verschiedenste Fachbereiche erfährt, ist für mich einer der schönsten Aspekte meiner Arbeit.

Data Science Blog: Wenn Data Science einem Laien erklärt wird, kommen häufig Beispiele von Kaufempfehlungen oder Gesundheitsprognosen von Fitness-Apps zur Sprache. Welches Beispiel würden Sie im Kontext von Automotive verwenden?

Die Möglichkeiten für den Einsatz von Data Science im Automotive Bereich sind extrem vielfältig – sie kann eigentlich über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs gewinnbringend eingesetzt werden. Ein Einsatzbeispiel, das der Fahrer direkt positiv erleben kann, wäre die Predictive Maintenance von Fahrzeugteilen. Ähnlich zu den von Ihnen angesprochenen Fitness-Apps geht es hier darum eine „Gesundheitsprognose“ für die einzelnen Fahrzeugteile anhand von Messwerten zu erstellen. Im Idealfall müssen Sie Ihr Auto dann nicht mehr in fixen Service-Intervallen in die Werkstatt stellen, sondern das Auto meldet sich automatisch kurz bevor ein Teil ausgetauscht werden muss. Diese Meldung erschiene dann deshalb, weil die Messwerte darauf schließen lassen, dass es bald zu einem Defekt kommen wird und nicht einfach nach einem fixen, vorher definierten Zeitraum. Heute werden ja Teile oft einfach deswegen ausgetauscht, weil es der Wartungsplan so vorsieht – unabhängig von ihrer tatsächlichen Abnutzung.

Data Science Blog: Was sind denn gegenwärtig besonders interessante Anwendungsfälle und an welchen arbeiten Sie für die Zukunft?

Aus Sicht der Anwendung finde ich es besonders spannend durch Sensor-Signale auf Eigenschaften des Fahrers zu schließen. Die Methodik dazu entwickeln wir gerade in aktuellen Projekten. Es ist zum Beispiel durchaus denkbar, sicherheitsrelevante Ereignisse und Fahrmanöver zu identifizieren. Diese Informationen können dann vielseitig verwendet werden. Einige Beispiele dazu: Verkehrsplaner könnten damit automatisiert besonders gefährliche Kreuzungen angezeigt bekommen, Versicherer könnten ihren Kunden auf das individuelle Risikoverhalten abgestimmte Produkte anbieten oder Kunden könnten sich Ihren Taxifahrer über eine App nach seinem Fahrstil aussuchen. Denkbar wäre auch eine Diebstahlsicherung: Das Fahrzeug erkennt über den Fahrstil, dass es von einer unbefugten Person benutzt wird und löst daraufhin einen Alarm aus. Hier eröffnen sich viele Möglichkeiten.

Aus Sicht der Datenanalyse finde ich es besonders interessant, Algorithmen, die für ganz andere Aufgabenstellung entwickelt wurden, auf Probleme aus dem Automotive-Bereich anzuwenden. In einem unserer Projekte analysieren wir beispielsweise Software-Logfiles von Prüfständen und verwenden dazu Association Rules (eine Technik aus der Warenkorbanalyse) und Methoden, die normalerweise für das Untersuchen von Interaktionen in sozialen Netzwerken verwendet werden. Dass diese Übertragbarkeit gegeben ist finde ich extrem spannend.

Data Science Blog: Über welche Datenquellen verfügen Sie? Gibt es auch fahrzeugexterne Datenquellen, die sinnvoll sein könnten?

Da sprechen Sie natürlichen einen kritischen Punkt in jedem Data Science Projekt an: Ohne Daten geht nichts. Zusätzlich müssen die verwendeten Daten eine gewisse Qualität aufweisen und natürlich mit dem zu lösenden Problem in möglichst direktem Zusammenhang stehen.

Welche Datenquellen wir genau verwenden, hängt natürlich sehr stark vom konkretem Projekt ab. In industrienahen Projekten werden die Daten in der Regel vom Industriepartner bereitgestellt. Das kann dann alles Mögliche sein: Messungen von Prüfständen, Fertigungs-Protokolle, Wartungsdaten und vieles mehr.

Diese „Industrie-Daten“ unterliegen dann aber üblicherweise einer strengen Geheimhaltung und dürfen nicht in anderen Projekten verwendet werden. Deshalb haben wir im Unternehmen einen eigenen Datenlogger entwickelt, mit dem wir selber Daten aufnehmen können, die dann uns gehören. Diese Daten verwenden wir hauptsächlich in forschungsnahen Projekten, in denen die Ergebnisse publiziert werden sollen.

Fahrzeugexterne Datenquellen sind definitiv sinnvoll und werden immer mehr mit den klassischen Sensor-Daten fusioniert; oft ergibt sich dann durch eine Kombination von proprietären und offen verfügbaren Daten ein großer Mehrwert. In der vorhin angesprochenen Erkennung von sicherheitsrelevanten Ergebnissen spielt zum Beispiel das Wetter eine wesentliche Rolle: Eine zu schnell gefahrene Kurve ist bei Nässe oder Glätte deutlich gefährlicher als auf trockener Fahrbahn. Generell werden Daten über Umwelt und Infrastruktur immer wichtiger. Praktisch jeder fahrerzentrierte Dienst benötigt sie. Denken Sie zum Beispiel an Google Maps, das bereits heute die Bewegungsdaten von vielen Verkehrsteilnehmern gemeinsam analysiert um Vorhersagen über die Verkehrsdichte und damit über die optimale Route zu treffen.

Data Science Blog: Wie aufwändig gestaltet sich das Data Engineering, also die Datenbereitstellung und -zusammenführung?

Das ist definitiv ein schwieriges Unterfangen. Gerade Sensordaten erreichen schnell eine beachtliche Größe, die den Einsatz eines Big Data Technologie-Stacks erforderlich macht. Hier macht uns aber wieder die bereits angesprochene zeitliche Komponente unserer Daten zu schaffen. Die meisten Big Data Technologien skalieren ja, indem sie die Datenpunkte mehr oder weniger zufällig auf mehrere Rechner verteilen. Das ist bei unseren Daten aber nicht zulässig, die Reihenfolge der Daten ist hochrelevant! Hier müssen wir also entweder auf einer anderen Ebene parallelisieren oder Technologie mit spezieller Funktionalität für Zeitreihen verwenden.

Data Science Blog: Welche Technologien setzen Sie für die Datenbereitstellung und -analyse ein? Was halten Sie vom Einsatz von Open Source Software?

Wir implementieren unsere Analysen meist in R oder Python, manchmal kommen auch Matlab oder C# (letzteres meist für User Interfaces) zum Einsatz. Für Big Data Analysen verwenden wir meist Apache Spark über die R und Python APIs. Für die Datenablage und Bereitstellung verwenden wir hauptsächlich PostgreSQL mit Timescale Erweiterung, InfluxDB sowie Apache Hadoop. Grundsätzlich sind wir jedoch nicht auf bestimmte Technologien fixiert, sondern versuchen immer das jeweils beste Tool für den jeweiligen Einsatzzweck zu verwenden.

Ich finde es spricht nichts gegen den Einsatz von Open Source Software – wie Sie ja auch an unserem Technologie-Stack erkennen können. Ich habe aber auch nichts gegen Closed Source Software – es gibt in beiden Bereichen genug gute und schlechte Software. Worauf ich aber achte, ist keine neue Technologie zu verwenden, hinter der ein zu kleines Entwicklerteam oder gar nur ein einzelner Entwickler steht. Hier ist mir die Gefahr zu groß, dass die Entwicklung bald eingestellt wird und die Ergebnisse meiner Analysen nicht mehr nachvollziehbar sind.

Data Science Blog: Zum Abschluss noch eine Frage von jungen Nachwuchskräften, die davon träumen, eine Karriere als Data Scientist im Ingenieurwesen zu machen: Welche Voraussetzungen bzw. Eigenschaften sollte ein Data Scientist in Ihrem Bereich mitbringen?

Neben einer fundierten fachlichen Ausbildung sind Neugier und der Wille, Zusammenhänge zu verstehen, Eigenschaften, die für jeden Data Scientist sehr wichtig sind. Zusätzlich hilft es durchaus eine kommunikative Persönlichkeit zu sein: Es gilt in Workshops die richtigen Informationen über die Daten einzuholen – das ist nicht immer ganz leicht. Zusätzlich müssen natürlich regelmäßig die Resultate der jeweiligen Analysen einem oft fachfremden Publikum präsentiert werden.