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Maschinelles Lernen – was ist das?

Maschinelles Lernen hilft Systemen, aus Daten zu lernen und sich zu verbessern, ohne dass sie neu programmiert werden müssen. Es ermöglicht eine schnellere und intelligentere Entscheidungsfindung in modernen Unternehmen.

Maschinelles Lernen (ML) – was ist das?

  • Definition von maschinellem Lernen
  • Wie funktioniert ML?
  • Arten des maschinellen Lernens
  • ML vs. KI vs. Deep Learning
  • Maschinelles Lernen Algorithmen
  • Maschinelle Lernmodelle
  • ML-Beispiele in Branchen
  • Anwendungsfälle für maschinelles Lernen
  • ML-Risiken und Herausforderungen
  • Häufig gestellte Fragen zu maschinellem Lernen

Maschinelles Lernen – was ist das?

Wenn KI das Gehirn ist, dann ist maschinelles Lernen (ML) die Gesamtheit der Erfahrungen und Eingaben, aus denen Wissen entsteht. Einfach ausgedrückt ermöglicht ML Computern, Daten nicht nur zu verwalten, sondern auch daraus zu lernen. Anstatt genaue Anweisungen zu erhalten, werden diese Systeme darauf trainiert, Muster zu erkennen und selbstständig Entscheidungen zu treffen. Das verleiht ihnen die Fähigkeit, komplexe Probleme zu lösen, sich an neue Informationen anzupassen und durch Erfahrung immer intelligenter zu werden. Von der vorausschauenden Wartung über Betrugserkennung bis hin zu automatisierten Arbeitsabläufen – ML unterstützt viele der heute wichtigsten Geschäftsfunktionen. Im Gegensatz zur traditionellen Programmierung, die festen Regeln folgt, nutzt es statistische Modelle, die sich weiterentwickeln und wachsen, je mehr Informationen sie erhalten.

Definition des maschinellen Lernens

Maschinelles Lernen ist eine Art von künstlicher Intelligenz, die es Systemen ermöglicht, aus Daten zu lernen und Vorhersagen oder Entscheidungen zu treffen, ohne dass sie explizit darauf programmiert wurden. Modelle für maschinelles Lernen werden trainiert, um Muster in den ihnen gegebenen Beispielen zu erkennen. Da sie „lernen“, verbessern sich ihre Genauigkeit und Leistungsfähigkeit im Laufe der Zeit, was eine intelligentere Automatisierung, Prognosen und Entscheidungsfindung in allen Geschäftsbereichen ermöglicht.

Wie funktioniert maschinelles Lernen?

Der Prozess des maschinellen Lernens beginnt mit Daten und einem Ziel – etwa die Vorhersage von Geräteausfällen, das Sortieren von Bildern oder die Prognose der Nachfrage. Typischerweise verwendet ein Lernmodell einen oder mehrere Algorithmen, die es trainieren, Muster in historischen Beispielen zu erkennen. Komplexere Modelle verwenden ein neuronales Netzwerk, das aus Schichten künstlicher Neuronen besteht, die Informationen in Stufen verarbeiten.

Datenvorbereitung

Reinigen, Organisieren und Kennzeichnen der Daten, damit sie für das Training verwendet werden können. Dazu gehört die Standardisierung von Formaten und das Auffüllen fehlender Werte. Es umfasst auch das Entfernen veralteter oder irrelevanter Datensätze und das Befolgen festgelegter Protokolle, um unabsichtliche Verzerrungen oder Ungenauigkeiten zu vermeiden.

Modellauswahl

Die Wahl des richtigen Modells für die Aufgabe. Für Systeme, die KI für eine begrenzte Anzahl von Aufgaben nutzen, reichen einfachere Modelle aus. Aber zunehmend basieren Unternehmen auf vernetzten Cloud-Plattformen, die unterschiedliche Abläufe und Datensätze integrieren. Dies erfordert natürlich anspruchsvollere oder hybride Modelle mit größerer Flexibilität.

Training

Daten in das Modell einspeisen und Fehler durch Anpassung der internen Parameter reduzieren. Für neuronale Netze bedeutet dies, Daten durch mehrere Schichten zu leiten und die Gewichte schrittweise mit einer Methode namens Backpropagation zu aktualisieren. Mit jedem Zyklus wird das Modell besser darin, Eingaben korrekt zuzuordnen.

Validierung und Testen

Bewertung, wie gut das Modell mit Daten umgeht, die es zuvor nicht gesehen hat. Hier wird festgestellt, ob das Modell tatsächlich sinnvolle Muster gelernt hat. Tests stellen sicher, dass es sein Wissen auf bisher unbekannte reale Situationen anwenden kann und nicht nur auswendig gelernte Trainingsdaten wiedergibt.

Bereitstellung

Sobald ein Modell als funktionsfähig eingestuft wird, wird es in die Praxis umgesetzt. Dies könnte bedeuten, Anomalien zu kennzeichnen, die Nachfrage vorherzusagen oder nächste Schritte in einem Workflow zu empfehlen. Die besten Systeme von heute lernen und passen sich auch nach der Bereitstellung weiter an, indem sie neue Daten nutzen, um die Leistung im Laufe der Zeit zu verfeinern.

Welche Arten von maschinellem Lernen gibt es?

Mehrere Faktoren bestimmen die Lerntechniken, die zum Einlernen einer Maschine verwendet werden. Dies kann von der Art der verfügbaren Daten sowie den beabsichtigten Zielen und Aufgaben abhängen. In vielen komplexen Systemen von heute kommen verschiedene Kombinationen dieser Lernmethoden zum Einsatz:

1. Überwachtes Lernen

Überwachtes Lernen trainiert ein Modell anhand von gelabelten Daten. Jedes Beispiel im Datensatz enthält sowohl die Eingabe (wie ein Bild oder ein Datenpunkt) als auch die korrekte Ausgabe (wie eine Kategorie oder ein Wert). Das Modell lernt, indem es seine Vorhersagen mit den richtigen Antworten vergleicht und sich selbst so anpasst, dass es jedes Mal näher an die Richtigkeit herankommt. Dies ist die häufigste Art des maschinellen Lernens. Sie wird bei Aufgaben wie Betrugserkennung, Nachfrageprognosen und Qualitätsklassifizierung eingesetzt, bei denen die bisherigen Ergebnisse bekannt sind und aus historischen Daten Muster abgeleitet werden können.

2. Nicht überwachtes Lernen

Nicht überwachtes Lernen funktioniert ohne gelabelte Ergebnisse. Das Modell untersucht die Daten allein und sucht nach Mustern, Clustern oder Strukturen, die möglicherweise nicht offensichtlich sind. Anstatt zu versuchen, die richtige Antwort vorherzusagen, werden ähnliche Datenpunkte gruppiert, um die Komplexität im Datensatz zu reduzieren. Unternehmen nutzen unbeaufsichtigtes Lernen, um Kunden zu segmentieren, ungewöhnliches Verhalten zu erkennen oder neue Markttrends zu erforschen. Das System kann sein eigenes Lernen nutzen, um Muster zu erkennen, die für das Unternehmen am relevantesten sind.

3. Halbüberwachtes Lernen​

Wie der Name schon sagt, ist halbüberwachtes Lernen ein Hybridmodell. Es verwendet eine kleine Menge an gelabelten Daten zusammen mit einer großen Menge an nicht gelabelten Daten. Dadurch wird das System gewissermaßen mit gelabelten Daten „angeschwungen“ und profitiert von diesem Lernvorsprung. Halbüberwachtes Lernen ist nützlich in Bereichen wie dem Gesundheitswesen oder der industriellen Inspektion, in denen die Datenkennzeichnung komplex und manchmal subjektiv ist. Durch diesen Vorsprung wird dieses Modell schneller präzise.

4. Verstärkungslernen

Verstärkungslernen basiert auf einem empirischen Ansatz. Das bedeutet, dass das System mit seiner Umgebung interagiert (z. B. einer Simulation) und nicht nur aus statischen Daten lernt. Es lernt, indem es Feedback in Form von digitalen Belohnungen oder Sanktionen erhält. Verstärkungslernen wird häufig in Bereichen wie Robotik, Lieferkettenoptimierung oder Systemen eingesetzt, die sich ständig anpassen müssen. Mit anderen Worten: Es lernt durch Taten, nicht nur durch die Aufnahme von Daten.

Maschinelles Lernen im Vergleich zu KI im Vergleich zu Deep Learning

Während maschinelles Lernen hinter vielen alltäglichen Anwendungen steht, kommt Deep Learning zum Einsatz, wenn das Problem die Handhabung visueller oder unstrukturierter Daten erfordert. Die moderne KI als übergreifende Kategorie umfasst in der Regel beides sowie weitere „intelligente“ Technologien wie Computer Vision und generative KI. Die meisten modernen Unternehmenstechnologien verwenden eine Mischung aus allen drei Technologien.

Künstliche Intelligenz

KI ist die breiteste Kategorie und bezieht sich auf jedes System, das entwickelt wurde, um menschliche Intelligenz nachzuahmen. Dazu gehören logisches Denken, Problemlösung oder Sprachinterpretation. Einige KI-Systeme folgen vorprogrammierten Regeln, während andere ausschließlich durch Lernen angepasst werden.

Maschinelles Lernen

ML ist ein Teilgebiet der KI, das sich auf Systeme konzentriert, die aus Daten lernen, anstatt sich auf feste Anweisungen zu verlassen. Diese Systeme erstellen Modelle basierend auf Beispielen und verbessern ihre Leistung im Laufe der Zeit. Die meisten modernen KI-Tools, die sich anpassen oder verbessern, verwenden maschinelles Lernen im Hintergrund.

Deep Learning

Deep Learning ist eine Art des maschinellen Lernens, die mehrschichtige neuronale Netzwerke verwendet, um komplexe Muster in Daten zu erkennen. Es eignet sich hervorragend für die Verarbeitung unstrukturierter Informationen wie Bilder, Videos oder natürliche Sprache und treibt häufig Tools wie Chatbots, Bilderkennung und Sprachanalyse an.

Was sind Algorithmen für maschinelles Lernen?

Ein Algorithmus ist die spezifische Methode oder der spezifische Prozess, die jedes maschinelle Lernmodell verwendet, um Muster in Daten zu finden und Vorhersagen zu treffen. Einige Modelle verwenden nur einen Algorithmus, während andere mehrere oder Hybride verwenden. Die Wahl des Algorithmus (oder einer Kombination mehrerer Algorithmen) hängt von der Art des Problems ab, das Sie lösen, von der Art der Daten und davon, wie viel Interpretierbarkeit oder Genauigkeit erforderlich ist. Hier sind einige der häufigsten ML-Algorithmen und ihre Verwendungen:

Lineare Regression

Ein einfaches Algorithmus, der verwendet wird, um kontinuierliche Werte wie Umsatz oder Energieverbrauch vorherzusagen. Er analysiert Eingaben und Ergebnisse, um die genauesten Berichte zu liefern.

Beispiel: Prognose der Nachfrage des nächsten Monats basierend auf vergangenen Verkäufen und Saisonalität.

Entscheidungsbäume

Diese Algorithmen folgen einer Wenn-dies-dann-das-Direktive, wodurch ihre Ausgabe leicht zu interpretieren und zu visualisieren ist. Sie eignen sich gut für Aufgaben, bei denen Transparenz wichtig ist.

Beispiel: Sortieren eingehender Kundendienst-Tickets nach Art des Problems und Dringlichkeit.

Zufällige Wälder

Der „Wald“ bezieht sich auf eine Gruppe von Entscheidungsbäumen, die zusammenarbeiten. Durch das Mittelwertbilden der Ergebnisse vieler Bäume mit denselben Daten verringert man das Risiko von Überanpassung und Ungenauigkeit.

Beispiel: Betrugserkennung durch Identifizierung ungewöhnlicher Kombinationen von Transaktionsverhalten.

K-nächste Nachbarn (KNN)

KNN vergleicht neue Datenpunkte mit bekannten Beispielen und klassifiziert sie basierend auf Ähnlichkeit. Es erfordert kein Training im herkömmlichen Sinne, ist jedoch bei großen Datensätzen langsamer.

Beispiel: Ähnliche Produkte basierend auf dem Browserverlauf eines Kunden empfehlen.

Support-Vektor-Maschinen (SVMs)

Diese Algorithmen ziehen klare Trennlinien zwischen verschiedenen Datengruppen, selbst wenn die Daten viele Merkmale aufweisen. Sie funktionieren am besten, wenn die Gruppen ausreichend unterschiedlich voneinander sind.

Beispiel: Kennzeichnung fehlerhafter Artikel basierend auf Sensormessungen während der Produktion.

Naive Bayes

Ein Wahrscheinlichkeitsalgorithmus, der annimmt, dass jedes Merkmal unabhängig zum Ergebnis beiträgt. Trotz der „naiven“ Annahme, dass dies immer zutrifft, funktioniert er in den richtigen Umgebungen sehr gut.

Beispiel: Automatisches Sortieren von E-Mails in Spam- und Nicht-Spam-Ordner.

Clustering-Algorithmen

Clustering-Algorithmen konzentrieren sich darauf, Datenpunkte zu gruppieren, die einander ähnlich sind, ohne Labels zu verwenden. Dies macht sie ideal für Modelle des unüberwachten Lernens.

Beispiel: Segmentierung von Kunden in verhaltensbasierte Gruppen für Marketingkampagnen.

Neuronale Netze

Obwohl sie nicht strikt als „Algorithmen“ bezeichnet werden können, sind neuronale Netze Modellarchitekturen, die durch wiederholte Anpassungen lernen. Sie basieren jedoch auf algorithmischen Prozessen.

Beispiel: Antrieb von Live-Kundenassistenten für natürliche Sprache

Maschinelle Lernmodelle: Wie werden sie ausgewählt?

Die Wahl des richtigen Algorithmus und Modells erfordert eine Abstimmung der Aufgabe auf das Problem. Teams prüfen, welche Art von Daten verfügbar ist, ob das Ergebnis kategorial oder kontinuierlich ist und wie viel Erläuterung für jede Vorhersage erforderlich ist. Bestimmte Modelle erzielen ihre besten Ergebnisse mit riesigen Datensätzen ähnlicher Informationsarten. Andere zeichnen sich durch die Extrapolation aus begrenzten, komplexen Beispielen aus. Unternehmen wählen oft mehrere Algorithmen oder nutzen Hybridmodelle, um Genauigkeit, Abdeckung oder Geschwindigkeit in verschiedenen Teilen der Aufgabe oder des Betriebs zu verbessern. Um die Leistung zu vergleichen und Feinabstimmungen vorzunehmen, testen Datenwissenschaftler oft mehrere Modelle nebeneinander, um die beste Option für das Unternehmensziel zu finden.

Beispiele für maschinelles Lernen in verschiedenen Branchen

Maschinelles Lernen nimmt in jeder Branche eine andere Form an, aber sein Nutzen ist konsistent: es hilft Unternehmen, Muster zu erkennen, Ergebnisse zu antizipieren und schneller zu reagieren. Hier sind einige Beispiele, wie es in bestimmten Branchen angewendet wird.

Distribution

Antizipation der Nachfrage über komplexe Bestände hinweg. Distributoren müssen den sich ändernden Bestellungen, Saisonalität und regionalen Unterschieden einen Schritt voraus sein. ML unterstützt bessere Einkaufs-, Bestandsplatzierungs- und Nachschubstrategien, indem es Prognosen verfeinert und Trends hervorhebt.

Mode

Feinabstimmung von Sortimenten und Preisen. Modemarken müssen Trends verfolgen, Kaufmuster analysieren und Größen- sowie Farbsortimente optimieren. ML hilft, diese Anforderungen zu bewältigen, sowie Preise und Aktionen basierend auf Echtzeitverhalten und Abverkaufsraten anzupassen.

Lebensmittel und Getränke

Verwaltung von Haltbarkeit und Verderbensrisiko. F&B-Unternehmen können ML nutzen, um Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder eine Vielzahl von Lagerungsvariablen zu modellieren, die die Frische beeinflussen. Dies verbessert die Leistung der Kühlkette und hilft, Produktverluste durch frühzeitigen Verderb oder unsachgemäße Handhabung zu reduzieren.

Gesundheitswesen

Priorisierung von Hochrisikopatienten für eine frühzeitige Kontaktaufnahme. In Gesundheitseinrichtungen können ML-Tools Patientenhistorien, Terminmuster und klinische Indikatoren analysieren. Dies ermöglicht es den Betreuungsteams, Risiken schnell zu erkennen, früher einzugreifen und Ressourcen dort einzusetzen, wo sie am dringendsten benötigt werden.

Fertigung

Vorhersage von Qualitätsproblemen, bevor sie eskalieren. Hersteller produzieren umfangreiche IoT- und Produktionsdaten, die von ML-Modellen in Echtzeit analysiert werden können, um frühe Anzeichen von Defekten, Verschleiß oder Variabilität zu erkennen. Dies ermöglicht vorausschauende Wartung, reduziert Abfall und verbessert die Erstpassquote.

Anwendungsfälle für maschinelles Lernen

Wie jeder Unternehmensleiter weiß, entwickeln sich die Möglichkeiten und Anwendungsbereiche von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen rasant weiter. Und obwohl die besten Unternehmenslösungen von heute alle über eine Reihe von KI-gestützten Funktionen verfügen, handelt es sich nach wie vor um eine Technologie in der Entwicklung, die zweifellos immer mehr operative Anwendungsmöglichkeiten finden wird. Hier sind einige der nützlichsten Anwendungsfälle:

  • Prognose der Nachfrage in dynamischen Umgebungen
    ML-Modelle können Muster über Zeiträume, Regionen oder Produktlinien hinweg erkennen, um Teams dabei zu helfen, die Nachfrage präziser vorherzusagen. Dies verbessert die Planung, reduziert Verschwendung und passt die Produktion oder Ressourcenverteilung an das tatsächliche Marktverhalten an.

  • Erkennung von Anomalien und Risikominderung
    Sobald ML gelernt hat, wie „Normalität“ in einem System aussieht, kann es lernen, ungewöhnliche Aktivitäten in Echtzeit zu erkennen. Die Fähigkeit, Unregelmäßigkeiten, Betrugssignale oder potenzielle Ausfälle vorausschauend zu erkennen, hilft Teams, schneller und präziser zu handeln.

  • Optimierung der Ressourcenzuweisung
    Durch die Abwägung von Variablen wie Verfügbarkeit, Kosten und Vorlaufzeit kann ML Vorhersagen darüber treffen, welche Materialien, Arbeitskräfte oder Ausrüstung wann benötigt werden. Der Nutzen dieser Fähigkeit kommt unternehmensweit zum Tragen und schlägt sich im Geschäftsergebnis nieder.

  • Automatisierung routinemäßiger Entscheidungsprozesse
    Ihr Team verbringt viel Zeit damit, Prioritäten festzulegen oder zu entscheiden, wohin Probleme oder Support-Tickets weitergeleitet werden sollen. ML kann dabei helfen, diese komplexen Entscheidungen zu rationalisieren, indem es große Mengen relevanter historischer und aktueller Daten genau abwägt und auswertet.

  • Verbesserung von Personalisierung und Empfehlungen
    Ob es um Produkte, Dienstleistungen oder Inhalte geht – maschinelles Lernen passt die Nutzererfahrung an das Nutzerverhalten an. Dies führt zu einer stärkeren Einbindung, höherer Zufriedenheit und relevanteren Erfahrungen über alle digitalen und kundenorientierten Kanäle hinweg.

Risiken und Herausforderungen des maschinellen Lernens

Mit maschinellem Lernen erreichen Ihre Systeme ein bisher unerreichtes Maß an Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit. Aber wie jedes leistungsstarke Werkzeug funktioniert es am besten, wenn Sie sich seiner Grenzen bewusst sind und es mit Sorgfalt und Respekt behandeln.

  • Datenqualität und -verfügbarkeit
    Daten sind der Treibstoff für ML-Systeme, und genau wie Menschen leiden sie, wenn sie mit zu viel Junk gefüttert werden. Stellen Sie vor Beginn des Trainings sicher, dass die Daten vollständig, aktuell und möglichst frei von Inkonsistenzen und Verzerrungen sind. Die Festlegung von Rahmenbedingungen für das Training sollte niemals eine nachträgliche Entscheidung sein.

  • Überbestückung und Verallgemeinerung
    Dieser Fehler entsteht in der Regel aus gut gemeinten Absichten. Er tritt häufig auf, wenn ein Algorithmus das Modell dafür „belohnt“, dass es sich die Trainingsdaten einprägt, anstatt die Muster tatsächlich zu lernen. Dies kann allerdings zu Fehlern führen, wenn das Modell neue Eingaben erhält. Dies kann bei zu eng gefassten oder zu spezifischen Trainingsdatensätzen passieren.

  • Interpretierbarkeit und Vertrauen
    Eine „Black Box“ ist ein leistungsstarkes Deep-Learning-Modell, das beginnt, Entscheidungen zu treffen, ohne klare Gründe anzugeben. In Sektoren wie dem Gesundheitswesen oder dem Finanzwesen kann dieser Mangel an Transparenz katastrophal sein. Es ist unerlässlich, sicherzustellen, dass Ihre Teams auf „Black-Box“-Probleme achten und regelmäßig nach solchen suchen.

  • Wartung und Überwachung
    Eine Set-it-and-forget-it-Strategie funktioniert nicht mit maschinellem Lernen. Selbst ein gut konzipiertes Modell kann mit der Zeit an Qualität einbüßen, wenn sich die Rahmenbedingungen ändern – ein Phänomen, das als Modelldrift bekannt ist. Um stets auf dem neuesten Stand zu bleiben, müssen ML-Systeme kontinuierlich überwacht, neu trainiert und validiert werden, damit sie präzise und nützlich bleiben. Integration und Fachwissen Die Einführung von ML ist nur der Anfang. Um effektiv zu sein, muss es zudem nahtlos in Arbeitsabläufe, Systeme und die Geschäftslogik integriert werden. Der Erfolg hängt von der Zusammenarbeit zwischen technischen Teams und geschäftlichen Stakeholdern ab, die verstehen, wie und warum die Outputs des Modells verwendet werden.

Fazit

Wir nennen es maschinelle Lerntechnologie, aber tatsächlich handelt es sich um eine komplexe und flexible Reihe von Techniken und Prozessen. Von einfachen Algorithmen bis hin zu komplexen Modellen unterstützt ML intelligentere Entscheidungen, schnellere Arbeitsabläufe und anpassungsfähigere Betriebsabläufe. Mit fortschreitender Weiterentwicklung der Lernprozesse ergeben sich für Sie auch immer mehr Möglichkeiten, diese in die Praxis umzusetzen – und Ihren Geschäftsbetrieb effizienter, agiler und wettbewerbsfähiger zu machen.

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Häufige Fragen zu maschinellem Lernen

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