FG Kommunikationstechnik
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.
A circle of a sphere is a circle drawn on a spherical surface like, for instance, circles of latitude or longitude. Circles in arbitrary 3D positions can be drawn with TikZ very easily using a transformed coordinate system provided by the tikz-3dplot package (that is because TikZ can only draw circles on the xy-plane). However, automatically distinguishing the parts of the circle lying on the front and back sides of the sphere, e.g. by drawing a solid arc on the front side and a dashed one on the back side, is a somewhat tricky feat. The tikz-3dplot-circleofsphere package will perform that feat for you.
In diesem Positionspapier stellen wir ausgehend von klassischen Erkenntnissen der Sprach– und Signalverarbeitung das im letzten Jahrzehnt von uns entwickelte "Einheitliche System zur Sprachsynthese und –erkennung" (UASR) vor. Dieses steht in enger Beziehung zu neueren Ansätzen in der Systemtheorie, namentlich den kognitiven dynamischen Systemen. Diese lassen bislang jedoch weitestgehend die für eine "Erkenntnisfähigkeit" unerlässliche hierarchische Modellierung und Systemstruktur außer acht (obwohl deren Notwendigkeit als unumstritten gelten kann). Die Konstruktionsprinzipien unseres Systems sind: hierarchische Struktur, gemeinsame Daten für Analyse und Synthese sowie einheitliche Algorithmen auf allen
Ebenen. Wir argumentieren weiterhin, dass kognitive (Sprach–)Kommunikationsysteme ein inneres Modell ihres Kommunikationspartners haben müssen und zeigen, wie dieses auf naheliegende Weise technisch realisiert werden kann. Sowohl die hierarchische Struktur als auch die ”Spiegelung“ des Kommunikationspartners sind durch die Neurobiologie beim natürlichen Vorbild belegt. Als technologische Basis schlagen wir endliche Transduktoren (finite state transducers) vor. Wir haben gezeigt, dass diese für unsere Aufgabe universell sind und prinzipiell auf allen Verarbeitungsebenen von der akustischen bis hin zur
pragmatischen für Analyse und Synthese eingesetzt werden
können. Abschließend geben wir ein Konzept für hierarchische kognitive dynamische Sprach- und Signalverarbeitungssysteme an und benennen die aus unserer Sicht künftig interessanten Forschungsthemen.