TY - CHAP A1 - Beim Graben, Peter A1 - Huber, Markus A1 - Römer, Ronald A1 - Schmitt, Ingo A1 - Wolff, Matthias ED - Berton, André ED - Haiber, Udo ED - Minker, Wolfgang T1 - Der Fockraum als Labyrinth: Wissensrepräsentation und Problemlösungen am Beispiel des Mouse-Maze-Problems T2 - Elektronische Sprachsignalverarbeitung, Tagungsband der 29. Konferenz, Ulm, 7.-9. März 2018 Y1 - 2018 UR - http://essv2018.de/de/programm/ SN - 978-3-95908-128-3 SP - 167 EP - 174 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - CHAP A1 - Wolff, Matthias A1 - Wirsching, Günther A1 - Huber, Markus A1 - Beim Graben, Peter A1 - Römer, Ronald A1 - Schmitt, Ingo ED - Karpov, Alexey ED - Jokisch, Oliver ED - Potapova, Rodmonga T1 - A Fock Space Toolbox and Some Applications in Computational Cognition T2 - Speech and computer : 20th International Conference, SPECOM 2018, Leipzig, Germany, September 18-22, 2018, proceedings N2 - We present a Matlab toolbox, called “FockBox”, handling Fock spaces and objects associated with Fock spaces: scalars, ket and bra vectors, and linear operators. We give brief application examples from computational linguistics, semantics processing, and quantum logic,demonstrating the use of the toolbox. KW - Fock space KW - Matlab KW - Computational linguistics KW - Semantics processing KW - Cognitive systems KW - Quantum logic KW - Computational cognition Y1 - 2018 SN - 978-3-319-99578-6 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-99579-3 PB - Springer International Publishing CY - Cham ER - TY - CHAP A1 - Wolff, Matthias A1 - Huber, Markus A1 - Wirsching, Günther A1 - Römer, Ronald A1 - Beim Graben, Peter A1 - Schmitt, Ingo T1 - Towards a Quantum Mechanical Model of the Inner Stage of Cognitive Agents T2 - 9th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom 2018), proceedings, Aug. 22-24, 2018, Budapest, Hungary N2 - We present a model, inspired by quantum field theory, of the so-called inner stage of technical cognitive agents. The inner stage represents all knowledge of the agent. It allows for planning of actions and for higher cognitive functions like coping and fantasy. By the example of a cognitive mouse agent living in a maze wold, we discuss learning, action planning, and attention in a fully deterministic setting and assuming a totally observable world. We explain the relevance of our approach to cognitive infocommunications. KW - cognitive systems KW - cognitive agents KW - quantum field theory KW - machine learning KW - inner stage KW - veridicality KW - attention modeling KW - ontology inference Y1 - 2018 UR - https://ieeexplore.ieee.org/document/8639892 SN - 978-1-5386-7094-1 U6 - https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2018.8639892 N1 - Best Paper Award SP - 147 EP - 152 PB - IEEE CY - Piscataway, NJ ER - TY - RPRT A1 - Huber, Markus A1 - Römer, Ronald A1 - Meyer, Werner A1 - beim Graben, Peter A1 - Wolff, Matthias T1 - Struktur und Bedeutung-Theseus reloaded N2 - Bereits in der Frühphase der Kybernetik stellte C. E. Shannon ein Labyrinthexperiment zur Problemlösung vor, das sich an der mythologischen Figur des Theseus orientierte. Seine Lösung kommt dabei ohne ein Bedeutungskonzept aus. Eine Problemanalyse aus psychologischer Sicht macht allerdings deutlich, dass bei diesem Experiment wesentliche kognitive Aspekte nicht berücksichtigt wurden. Um diese Aspekte herauszustellen, befassen wir uns kurz mit den mythologischen und historischen Hintergründen des Labyrinthproblems und erläutern anschließend, warum wir über Shannons Modellvorstellungen hinausgehen müssen und Verfahren benötigen, mit denen wir zu semantischen Datenträgern gelangen können. Zur Veranschaulichung unserer Methode modifizieren wir die Problemstellung, in dem wir "Theseus" die Befriedigung der Bedürfnisse Hunger und Durst ermöglichen. Die Grundlage des Verfahrens ist die Festlegung von Zielmerkmalen und daran anschließend die Identifikation von lösungsrelevanten Steuermerkmalen, welche "Theseus" zur Problemlösung nutzen kann. Wir verwenden dabei den mathematischen Formalismus der Quantenmechanik, da er uns die Ableitung von semantischen Strukturen auf eine sehr elegante Weise erlaubt. Zunächst exploriert "Theuseus" die Umgebung und erhält eine kompakte Repräsentation in Form eines Weltvektors in einem Hilbertraum, der durch Tensorverknüpfungen verschiedener Merkmalsräume entsteht. Die Kombination dieser Merkmalsräume führt auf die mathematische Struktur eines Verbandes. Ausgehend vom gefundenen Weltvektor stellen wir ein Verfahren vor, mit dem "Theseus" Unterstrukturen des Verbandes bestimmen kann, welche semantischen Strukturen entsprechen und anschließend für die Problemlösung verwendet werden können. Wir demonstrieren das Verfahren an verschiedenen Weltkonfigurationen. Den dabei abgeleiteten semantischen Strukturen kann man entnehmen, welche Merkmale berücksichtigt werden müssen, um die Zielmerkmale einer gegebenen Konfiguration manipulieren zu können. Y1 - 2019 UR - https://www.researchgate.net/publication/330514334_Struktur_und_Bedeutung-Theseus_reloaded ER - TY - CHAP A1 - Beim Graben, Peter A1 - Meyer, Werner A1 - Römer, Ronald A1 - Wolff, Matthias ED - Birkholz, Peter ED - Stone, Simon T1 - Bidirektionale Utterance-Meaning-Transducer für Zahlworte durch kompositionale minimalistische Grammatiken T2 - Elektronische Sprachsignalverarbeitung 2019, Tagungsband der 30. Konferenz Dresden, 3.-8. März 2019 N2 - Sprachgesteuerte Benutzerschnittstellen stehen oftmals vor der Aufgabe, physikalische Größenangaben und andere Zahlworte verstehen und äußern zu müssen. Wir beschränken uns hier auf die sprachliche Produktion und das Verstehen von Zahlworten. Um nicht sämtliche Zahlwörter in einer Datenbank (dem mentalen Lexikon) vorhalten zu müssen, sollen morphologische Komposita durch eine geeignete Grammatik ableitbar sein. Wir kodieren sprachliche Zeichen als geordnete Tripel von Exponenten, syntaktischen Typen und Semantiken. Der syntaktische Typ wird durch eine minimalistische Grammatik (MG) beschrieben. Für die Semantik verwenden wir den Lambda-Kalkül der arithmetischen Termalgebra. Auf dem MG-Lexikon operieren syntaktische Erzeugungsfunktionen, die durch linguistische Inferenzregeln vorgegeben sind. Sprachproduktion und Sprachverstehen lassen sich dann durch einen bidirektionalen Utterance-Meaning-Transducer (UMT) beschreiben. Bei der Sprachproduktion gehen wir von einer semantischen Repräsentation einer Zahl als arithmetische Termstruktur aus. Durch Datenbankabfrage wird daraus eine Zeichenfolge, welche die passenden Lexikon-Einträge enthält. Daraus berechnet der UMT die Morphologie der Äußerung. Beim Sprachverstehen wird zur Eingabe die abgefragte Zeichenfolge auf dem Stack eines Priority-Queue-Parsers abgespeichert. Durch Anwendung der minimalistischen Inferenzregeln erzeugt der UMT dann schrittweise die semantische Termstruktur. Y1 - 2019 UR - https://www.researchgate.net/publication/330634207 SN - 978-3-95908-157-3 SP - 76 EP - 82 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - GEN A1 - Römer, Ronald A1 - Beim Graben, Peter A1 - Wolff, Matthias ED - Birkholz, Peter ED - Stone, Simon T1 - Entscheidungstheoretische Modellierung der konsummatorischen Endhandlung – Vergleich von klassischen und quantenmechanischen Ansätzen T2 - Elektronische Sprachsignalverarbeitung 2019, Tagungsband der 30. Konferenz Dresden, 6.-8. März 2019 N2 - Ein wesentlicher Bestandteil kognitiver – und damit auch sprach-verarbeitender – Agentensysteme ist die Verhaltenssteuerung. Eine ihrer wichtigsten Aufgaben besteht darin, Entscheidungsprobleme, die in der Auseinandersetzung mit der physischen Umgebung eines Agenten auftreten, rational zu lösen. Zunächst diskutieren wir die klassischen, nutzenbasierten Entscheidungsmodelle für sequentielle- und episodische Umgebungen am Beispiel des Mouse-Maze-Problems. Zu letzteren gehören die sogenannten konsummatorischen Endhandlungen, sie stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Weil sich Entscheidungen bei Endhandlungen final auf die Lebensdauer des Agenten auswirken können, dürfen Fehlleistungen und Täuschungen nur äußerst selten auftreten. Aus diesem Grund stellen wir der rationalen Methode die psychologische Methode entgegen, die zusätzlich auf der Einführung von semantischen Kategorien beruht. Die dafür benötigten semantischen Repräsentationen modellieren wir nach einem quantenmechanischen Formalismus. Daraus leitet sich die zentrale Fragestellung dieser Arbeitab: Bietet die quantenmechanische Perspektive einen Mehrwert bei der Modellierung der konsummatorischen Endhandlung und lässt sich dieser Formalismus inden Perzeptions-Aktionszyklus (PAC) eines kognitiven Agenten einbetten. Y1 - 2019 UR - http://www.essv.de/pdf/2019_186_196.pdf SN - 978-3-959081-57-3 SP - 186 EP - 196 PB - TUDpress CY - Dresden ET - 1. Auflage ER - TY - GEN A1 - Römer, Ronald A1 - beim Graben, Peter A1 - Huber, Markus A1 - Wolff, Matthias A1 - Wirsching, Günther A1 - Schmitt, Ingo T1 - Behavioral Control of Cognitive Agents Using Database Semantics and Minimalist Grammars T2 - Proceedings 10th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications, CogInfoCom 2019, Oct. 23-25 Y1 - 2019 SN - 978-1-7281-4793-2 SN - 978-1-7281-4792-5 U6 - https://doi.org/10.1109/CogInfoCom47531.2019.9089947 SN - 2380-7350 SP - 73 EP - 78 CY - Naples, Italy ER - TY - GEN A1 - Beim Graben, Peter A1 - Römer, Ronald A1 - Meyer, Werner A1 - Huber, Markus A1 - Wolff, Matthias T1 - Reinforcement learning of minimalist numeral grammars T2 - 10th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom), Naples, Italy N2 - Speech-controlled user interfaces facilitate the operation of devices and household functions to laymen. State-of-the-art language technology scans the acoustically analyzed speech signal for relevant keywords that are subsequently inserted into semantic slots to interpret the user's intent. In order to develop proper cognitive information and communication technologies, simple slot-filling should be replaced by utterance meaning transducers (UMT) that are based on semantic parsers and a mental lexicon, comprising syntactic, phonetic and semantic features of the language under consideration. This lexicon must be acquired by a cognitive agent during interaction with its users. We outline a reinforcement learning algorithm for the acquisition of the syntactic morphology and arithmetic semantics of English numerals, based on minimalist grammar (MG), a recent computational implementation of generative linguistics. Number words are presented to the agent by a teacher in form of utterance meaning pairs (UMP) where the meanings are encoded as arithmetic terms. Since MG encodes universal linguistic competence through inference rules, thereby separating innate linguistic knowledge from the contingently acquired lexicon, our approach unifies generative grammar and reinforcement learning, hence potentially resolving the still pending Chomsky-Skinner controversy. Y1 - 2019 UR - https://arxiv.org/abs/1906.04447 SN - 978-1-7281-4793-2 SN - 978-1-7281-4792-5 SN - 978-1-7281-4794-9 U6 - https://doi.org/10.1109/CogInfoCom47531.2019.9089924 SN - 2380-7350 ER - TY - GEN A1 - Römer, Ronald A1 - beim Graben, Peter A1 - Huber, Markus A1 - Klimczak, Peter A1 - Wirsching, Günther A1 - Wolff, Matthias ED - Wendemuth, Andreas ED - Böck, Ronald ED - Siegert, Ingo T1 - Die Welt ist nicht genug! Man muss auch über sie sprechen können T2 - Elektronische Sprachsignalverarbeitung 2020 : Tagungsband der 31. Konferenz Magdeburg, 4. - 6. März 2020 Y1 - 2020 SN - 978-3-95908-193-1 SN - 0940-6832 SP - 173 EP - 184 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - GEN A1 - Römer, Ronald A1 - beim Graben, Peter A1 - Huber-Liebl, Markus A1 - Wolff, Matthias T1 - Unifying Physical Interaction, Linguistic Communication, and Language Acquisition of Cognitive Agents by Minimalist Grammars T2 - Frontiers in Computer Science N2 - Cognitive agents that act independently and solve problems in their environment on behalf of a user are referred to as autonomous. In order to increase the degree of autonomy, advanced cognitive architectures also contain higher-level psychological modules with which needs and motives of the agent are also taken into account and with which the behavior of the agent can be controlled. Regardless of the level of autonomy, successful behavior is based on interacting with the environment and being able to communicate with other agents or users. The agent can use these skills to learn a truthful knowledge model of the environment and thus predict the consequences of its own actions. For this purpose, the symbolic information received during the interaction and communication must be converted into representational data structures so that they can be stored in the knowledge model, processed logically and retrieved from there. Here, we firstly outline a grammar-based transformation mechanism that unifies the description of physical interaction and linguistic communication and on which the language acquisition is based. Specifically, we use minimalist grammar (MG) for this aim, which is a recent computational implementation of generative linguistics. In order to develop proper cognitive information and communication technologies, we are using utterance meaning transducers (UMT) that are based on semantic parsers and a mental lexicon, comprising syntactic and semantic features of the language under consideration. This lexicon must be acquired by a cognitive agent during interaction with its users. To this aim we outline a reinforcement learning algorithm for the acquisition of syntax and semantics of English utterances. English declarative sentences are presented to the agent by a teacher in form of utterance meaning pairs (UMP) where the meanings are encoded as formulas of predicate logic. Since MG codifies universal linguistic competence through inference rules, thereby separating innate linguistic knowledge from the contingently acquired lexicon, our approach unifies generative grammar and reinforcement learning, hence potentially resolving the still pending Chomsky-Skinner controversy. btuktuminglear, btuktsptech, btuktcogsys Y1 - 2022 UR - https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fcomp.2022.733596 U6 - https://doi.org/10.3389/fcomp.2022.733596 SN - 2624-9898 IS - 4 ER - TY - GEN A1 - Meyer, Werner A1 - Borislavov, Borislav A1 - Eckert, Friedrich A1 - Richter, Christian A1 - Römer, Ronald A1 - Beim Graben, Peter A1 - Huber, Markus A1 - Wolff, Matthias ED - Hillmann, Stefan ED - Weiss, Benjamin ED - Michael, Thilo ED - Möller, Sebastian T1 - Formalisierung und Implementierung einer adaptiven kognitiven Architektur unter Verwendung von Strukturdiagrammen T2 - Elektronische Sprachsignalverarbeitung 2021 : Tagungsband der 32. Konferenz Berlin, 3.-5. März 2021 N2 - Das Fachgebiet der Kognitiven Technischen Systeme zeichnet sich durch einen hohen Grad an Interdisziplinarität (z. B. Kenntnisse auf den Gebieten Biologie, Psychologie, Informatik und den Ingenieurwissenschaften) aus. Nach wie vor besteht Bedarf an einer methodischen Darstellung des Fachgebietes, bei der die theoretische Durchdringung von Zusammenhängen zwischen den verschiedenen Wissensgebieten zusätzlich durch Anschaulichkeit unterstützt wird. Die vorliegende Arbeit stellt einen Fortschrittsbericht zur Realisierung eines Forschungs- und Experimentiersystems dar, mit dem wir dieses Anliegen unterstützen und über das wir erstmals konzeptionell in [1] berichtet haben. In diesem Beitrag folgen wir einem integrativen Ansatz zur Entwicklung einer kognitiven Architektur, mit der unter Verwendung repräsentationaler Datenstrukturen adaptives Verhalten auf verschiedenen Zeitskalen sowie zwei wichtige Verhaltensprogramme für das Problemlösen (Objektfindung, Exploration) auf der gemeinsamen Grundlage von Markov-Entscheidungsprozessen umgesetzt werden. Mit einem Kurzbericht zum Entwicklungsstand der physikalischen Experimentierumgebung und einer Zusammenfassung der bislang erreichten Ergebnisse beschließen wir den diesjährigen Beitrag. Y1 - 2021 UR - https://www.essv.de/?year=2021 SN - 978-3-959082-27-3 SN - 0940-6832 SP - 67 EP - 76 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - GEN A1 - Beim Graben, Peter A1 - Huber, Markus A1 - Meyer, Werner A1 - Römer, Ronald A1 - Wolff, Matthias T1 - Vector Symbolic Architectures for Context-Free Grammars T2 - Cognitive Computation N2 - Vector symbolic architectures (VSA) are a viable approach for the hyperdimensional representation of symbolic data, such as documents, syntactic structures, or semantic frames. We present a rigorous mathematical framework for the representation of phrase structure trees and parse trees of context-free grammars (CFG) in Fock space, i.e. infinite-dimensional Hilbert space as being used in quantum field theory. We define a novel normal form for CFG by means of term algebras. Using a recently developed software toolbox, called FockBox, we construct Fock space representations for the trees built up by a CFG left-corner (LC) parser. We prove a universal representation theorem for CFG term algebras in Fock space and illustrate our findings through a low-dimensional principal component projection of the LC parser state. Our approach could leverage the development of VSA for explainable artificial intelligence (XAI) by means of hyperdimensional deep neural computation. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s12559-021-09974-y SN - 1866-9964 VL - 14 IS - 2 SP - 733 EP - 748 ER - TY - GEN A1 - Huber-Liebl, Markus A1 - Römer, Ronald A1 - Wirsching, Günther A1 - Schmitt, Ingo A1 - beim Graben, Peter A1 - Wolff, Matthias T1 - Quantum-inspired Cognitive Agents T2 - Frontiers in Applied Mathematics and Statistics N2 - The concept of intelligent agents is—roughly speaking—based on an architecture and a set of behavioral programs that primarily serve to solve problems autonomously. Increasing the degree of autonomy and improving cognitive performance, which can be assessed using cognitive and behavioral tests, are two important research trends. The degree of autonomy can be increased using higher-level psychological modules with which needs and motives are taken into account. In our approach we integrate these modules in architecture for an embodied, enactive multi-agent system, such that distributed problem solutions can be achieved. Furthermore, after uncovering some weaknesses in the cognitive performance of traditionally designed agents, we focus on two major aspects. On the one hand, the knowledge processing of cognitive agents is based on logical formalisms, which have deficiencies in the representation and processing of incomplete or uncertain knowledge. On the other hand, in order to fully understand the performance of cognitive agents, explanations at the symbolic and subsymbolic levels are required. Both aspects can be addressed by quantum-inspired cognitive agents. To investigate this approach, we consider two tasks in the sphere of Shannon's famous mouse-maze problem: namely classifying target objects and ontology inference. First, the classification of an unknown target object in the mouse-maze, such as cheese, water, and bacon, is based on sensory data that measure characteristics such as odor, color, shape, or nature. For an intelligent agent, we need a classifier with good prediction accuracy and explanatory power on a symbolic level. Boolean logic classifiers do work on a symbolic level but are not adequate for dealing with continuous data. Therefore, we demonstrate and evaluate a quantum-logic-inspired classifier in comparison to Boolean-logic-based classifiers. Second, ontology inference is iteratively achieved by a quantum-inspired agent through maze exploration. This requires the agent to be able to manipulate its own state by performing actions and by collecting sensory data during perception. We suggest an algebraic approach where both kinds of behaviors are uniquely described by quantum operators. The agent's state space is then iteratively constructed by carrying out unitary action operators, while Hermitian perception operators act as observables on quantum eigenstates. As a result, an ontology emerges as the simultaneous solution of the respective eigenvalue equations. Tags: btuktqiai; btuktcogsys; btukttheseus; btuktqtheseus Y1 - 2022 UR - https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2022.909873 U6 - https://doi.org/10.3389/fams.2022.909873 SN - 2297-4687 IS - 8 SP - 1 EP - 31 ER - TY - GEN A1 - Römer, Ronald A1 - beim Graben, Peter A1 - Huber-Liebl, Markus A1 - Wolff, Matthias T1 - (Pre-)linguistic Problem Solving based on Dynamic Semantics T2 - 14th IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications – CogInfoCom 2023, September 22-23, Budapest, Hungary Y1 - 2023 SN - 979-8-3503-2565-2 SN - 979-8-3503-2566-9 U6 - https://doi.org/10.1109/CogInfoCom59411.2023.10397487 SN - 2473-5671 SN - 2380-7350 SP - 147 EP - 152 ER -