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 - Klimczak, Peter A1 - Huber, Markus A1 - Beim Graben, Peter A1 - Wirsching, Günther ED - Hillmann, Stefan ED - Weiss, Benjamin ED - Michael, Thilo ED - Möller, Sebastian T1 - Eine Maschinensemiotische Petrinetz-Architektur für ein menschenzentriertes User-Interface T2 - Elektronische Sprachsignalverarbeitung 2021 : Tagungsband der 32. Konferenz Berlin, 3.-5. März 2021 N2 - Zunächst möchten wir in das Thema einführen, indem wir kurz auf gegenwärtige Probleme und zukünftige Möglichkeiten von Sprachassistenten eingehen. Es folgen grundlegende Überlegungen zur Semantik und zwei fundamentale Erkenntnisse aus der Biosemiotik und dem Konstruktivismus. Danach fokussieren wir uns auf den Spracherwerbsprozess. Hierbei kommt ein Petrinetz zum Einsatz, das einem elementaren, bereits in früheren Arbeiten vorgestellten, Verstärkungsalgorithmus folgt. Dem schließt sich eine Demonstration des Spracherwerbs anhand eines Beispiels aus dem Smart Car-Bereich an. btuktcogsys KW - Maschinensemiotik KW - Biosemiotik KW - Künstliche Intelligenz KW - Reinforcement Learning KW - Petrinetze Y1 - 2021 SN - 978-3-95908-227-3 SP - 254 EP - 263 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - GEN A1 - Beim Graben, Peter A1 - Huber-Liebl, Markus A1 - Klimczak, Peter A1 - Wirsching, Günther T1 - Machine Semiotics T2 - arXiv N2 - Recognizing a basic difference between the semiotics of humans and machines presents a possibility to overcome the shortcomings of current speech assistive devices. For the machine, the meaning of a (human) utterance is defined by its own scope of actions. Machines, thus, do not need to understand the conventional meaning of an utterance. Rather, they draw conversational implicatures in the sense of (neo-)Gricean pragmatics. For speech assistive devices, the learning of machine-specific meanings of human utterances, i.e. the fossilization of conversational implicatures into conventionalized ones by trial and error through lexicalization appears to be sufficient. Using the quite trivial example of a cognitive heating | device, we show that — based on dynamic semantics — this process can be formalized as the reinforcement learning of utterance-meaning pairs (UMP). KW - Semiotics KW - machine learning KW - dynamic semantics KW - pragmatic implicatures KW - fossilization Y1 - 2023 UR - https://arxiv.org/abs/2008.10522v2 SP - 1 EP - 48 ER - TY - GEN A1 - Hutt, Axel A1 - Beim Graben, Peter T1 - Sequences by metastable attractors: interweaving dynamical systems and experimental data T2 - Frontiers in applied mathematics and statistics N2 - Metastable attractors and heteroclinic orbits are present in the dynamics of various complex systems. Although their occurrence is well-known, their identification and modeling is a challenging task. The present work reviews briefly the literature and proposes a novel combination of their identification in experimental data and their modeling by dynamical systems. This combination applies recurrence structure analysis permitting the derivation of an optimal symbolic representation of metastable states and their dynamical transitions. To derive heteroclinic sequences of metastable attractors in various experimental conditions, the work introduces a Hausdorff clustering algorithm for symbolic dynamics. The application to brain signals (event-related potentials) utilizing neural field models illustrates the methodology. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.3389/fams.2017.00011 SN - 2297-4687 VL - 3 ER - TY - GEN A1 - Carmantini, Giovanni S. A1 - Beim Graben, Peter A1 - Desroches, Mathieu A1 - Rodrigues, Serafim T1 - A modular architecture for transparent computation in recurrent neural networks T2 - Neural Networks N2 - Computation is classically studied in terms of automata, formal languages and algorithms; yet, the relation between neural dynamics and symbolic representations and operations is still unclear in traditional eliminative connectionism. Therefore, we suggest a unique perspective on this central issue, to which we would like to refer as to transparent connectionism, by proposing accounts of how symbolic computation can be implemented in neural substrates. In this study we first introduce a new model of dynamics on a symbolic space, the versatile shift, showing that it supports the real-time simulation of a range of automata. We then show that the Gödelization of versatile shifts defines nonlinear dynamical automata, dynamical systems evolving on a vectorial space. Finally, we present a mapping between nonlinear dynamical automata and recurrent artificial neural networks. The mapping defines an architecture characterized by its granular modularity, where data, symbolic operations and their control are not only distinguishable in activation space, but also spatially localizable in the network itself, while maintaining a distributed encoding of symbolic representations. The resulting networks simulate automata in real-time and are programmed directly, in absence of network training. To discuss the unique characteristics of the architecture and their consequences, we present two examples: i) the design of a Central Pattern Generator from a finite-state locomotive controller, and ii) the creation of a network simulating a system of interactive automata that supports the parsing of garden-path sentences as investigated in psycholinguistics experiments. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1016/j.neunet.2016.09.001 SN - 1879-2782 SN - 0893-6080 VL - 85 SP - 85 EP - 105 ER - TY - CHAP A1 - Beim Graben, Peter A1 - Blutner, Reinhard ED - Barros, Jose Acacio de ED - Coecke, Bob ED - Pothos, Emmanuel T1 - Toward a gauge theory of musical forces T2 - Quantum Interaction, 10th International Conference, QI 2016, San Francisco, CA, USA, July 20-22, 2016 N2 - How well does a given pitch fit into a tonal scale or key, being either a major or minor key? This question addresses the well-known phenomenon of tonal attraction in music psychology. Metaphorically, tonal attraction is often described in terms of attracting and repelling forces that are exerted upon a probe tone of a scale. In modern physics, forces are related to gauge fields expressing fundamental symmetries of a theory. In this study we address the intriguing relationship between musical symmetries and gauge forces in the framework of quantum cognition. Y1 - 2017 SN - 978-3-319-52289-0 SN - 978-3-319-52288-3 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-52289-0_8 SP - 99 EP - 111 PB - Springer CY - Cham ER - TY - CHAP A1 - Fedotenkova, Mariia A1 - Beim Graben, Peter A1 - Sleigh, Jamie A1 - Hutt, Axel ED - Rojas, Ignacio ED - Pomares, Hector ED - Valenzuela, Olga T1 - Time-frequency representations as phase space reconstruction in symbolic recurrence structure analysis T2 - Advances in time series analysis and forecasting, selected contributions from ITISE 2016 N2 - Recurrence structures in univariate time series are challenging to detect. We propose a combination of symbolic and recurrence analysis in order to identify recurrence domains in the signal. This method allows to obtain a symbolic representation of the data. Recurrence analysis produces valid results for multidimensional data, however, in the case of univariate time series one should perform phase space reconstruction first. In this chapter, we propose a new method of phase space reconstruction based on the signal's time-frequency representation and compare it to the delay embedding method. We argue that the proposed method outperforms the delay embedding reconstruction in the case of oscillatory signals. We also propose to use recurrence complexity as a quantitative feature of a signal. We evaluate our method on synthetic data and show its application to experimental EEG signals. Y1 - 2017 SN - 978-3-319-55789-2 SN - 978-3-319-55788-5 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-55789-2_7 SP - 89 EP - 102 PB - Springer CY - Cham ER - 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 - GEN A1 - Beim Graben, Peter A1 - Blutner, Reinhard T1 - Quantum approaches to music cognition T2 - Journal of Mathematical Psychology N2 - Quantum cognition emerged as an important discipline of mathematical psychology during the last two decades. Using abstract analogies between mental phenomena and the formal framework of physical quantum theory, quantum cognition demonstrated its ability to resolve several puzzles from cognitive psychology. Until now, quantum cognition essentially exploited ideas from projective (Hilbert space) geometry, such as quantum probability or quantum similarity. However, many powerful tools provided by physical quantum theory, e.g., symmetry groups have not been utilized in the field of quantum cognition research sofar. Inspired by seminal work by Guerino Mazzola on the symmetries of tonal music, our study aims at elucidating and reconciling static and dynamic tonal attraction phenomena in music psychology within the quantum cognition framework. Based on the fundamental principles of octave equivalence, fifth similarity and transposition symmetry of tonal music that are reflected by the structure of the circle of fifths, we develop different wave function descriptions over this underlying tonal space. We present quantum models for static and dynamic tonal attraction and compare them with traditional computational models in musicology. Our approach replicates and also improves predictions based on symbolic models of music perception. KW - Music psychology KW - Tonal attraction KW - Quantum cognition KW - Tonal space Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jmp.2019.03.002 SN - 0022-2496 VL - 91 SP - 38 EP - 50 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 -