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Universität Karlsruhe auf der CeBIT `97 in Hannover: Neurona

12.03.1997 - (idw) Universität Fridericiana Karlsruhe (T.H.)

Nr. 020 / 11. Maerz 1997 / sho

Universitaet Karlsruhe auf der CeBIT `97 in Hannover:

Neuronale Netze und findige Programmpakete

Neuronale Netze fuer verschiedene Anwendungsgebiete, LINSOL, ein Programm- paket zur Loesung grosser linearer Gleichungssysteme, und VECFEM, ein Programm- paket zur Loesung allgemeiner nicht-linearer Variationsprobleme mit der Finite Elemente Methode (FEM), sind die Exponate, mit denen sich die Universitaet Karlsruhe auf der CeBIT `97 vom 13. bis 19. Maerz 1997 in Hannover praesentiert. Zu finden ist sie auf dem Gemeinschaftsstand der baden-wuerttembergischen Hochschulen, an dem sich auch die Universitaeten Hohenheim, Mannheim, Stuttgart, Tuebingen und Ulm beteiligen, und zwar in Halle 22, Stand B25.

Koennen Computer mehr, als nur ausfuehren, was Menschen ihnen sagen? Sind sie in der Lage, aus Beispielen, Hinweisen oder eigenen Fehlern zu lernen? Mit seinen Neuronalen Netzen praesentiert das Institut fuer Logik, Komplexitaet und Deduktionssysteme auf der CeBIT `97 Methoden, die sich in Aufbau und Arbeitsweise an Nervennetzen im Gehirn orientieren. Anhand dreier Aufgaben wird gezeigt, was heute moeglich ist und wo aktuelle und kuenftige industrielle Anwendungen zu sehen sind.

George und Heidi, wie die am Institut entwickelten Prognosesysteme von den Boersenhaendlern liebevoll genannt werden, befinden sich seit geraumer Zeit im Einsatz an der Boerse und ueberzeugen mit erstaunlichen Prognoseleistungen fuer den US-Dollar und Bundfutures. Die Systeme basieren im Kern auf einem Expertenkomitee aus neuronalen Netzen, das jeden Tag mehrheitlich eine Steigt/Faellt-Entscheidung fuer die betrachtete Zeitreihe liefert. Auf der CeBIT `97 wird die Technik zur Generierung von Prognosemodellen anhand der beiden Systeme vorgestellt.

NeuroControl erlaubt es, den aufwendigen Entwurfsprozess klassischer Methoden durch ein in der Natur bewaehrtes Prinzip zu ersetzen - Lernen. Basierend auf Methoden des dynamischen Programmierens lernen die neuronalen Steuerungen selbstaendig ihre Regelungsstrategie, und zwar lediglich aus der Information, ob das Regelziel erreicht wurde oder nicht. Vom inversen Pendel ueber Robotersteuerung bis zum Ruehrkesselreaktor wurden bisher erfolgreich selbstaendig lernende, neuronale Steuerungen entwickelt, die auf der CeBIT `97 vorgestellt werden.

HARMONET ist ein Musikkompositionssystem, das Melodien im Stil eines Komponisten, zum Beispiel von Johann Sebastian Bach, harmonisieren kann. Der jeweilige Harmonisierungsstil muss dabei nicht durch Regeln vorgegeben werden, sondern wird von neuronalen Netzen direkt aus vorgegebenen Musikbeispielen wie Bach-Choraelen gelernt. Zu einer neuen Melodie erfindet das System dann einen vierstimmigen Tonsatz im gelernten Stil. Auf der CeBIT `97 besteht Gelegenheit, die Ergebnisse anzuhoeren sowie eigene Melodien harmonisieren zu lassen.

Das Programmpaket LINSOL, das am Rechenzentrum der Universitaet Karlsruhe entwickelt wurde, loest grosse lineare Gleichungssysteme auf Workstations, Vektor- und Parallelrechnern. Dabei ist das Programmpaket auf den Einsatz duennbesetzter Matrizen abgestimmt, kann aber auch bei vollen Matrizen effizient eingesetzt werden. Angewendet werden vorwiegend Verfahren, die von dem klassischen CG-Verfahren abgeleitet sind. LINSOL beinhaltet drei Benutzer-Schnittstellen. Die erste Schnittstelle sieht einerseits die Benutzung von LINSOL als ,stand-alone"-Programm vor, wobei die Matrix im LINSOL- oder H/B-Format eingelesen werden kann, und dient andererseits zur Integration von LINSOL in ein serielles Anwendungs-programm. Die zweite und dritte Schnittstelle dient der Integration von LINSOL in ein parallelisiertes Anwendungsprogramm. Um dem Benutzer die Integration von LINSOL in sein Anwendungsprogramm so einfach wie moeglich zu machen, unterstuetzt LINSOL insgesamt 9 - darunter die gaengigen - Datenstrukturen fuer duennbesetzte Matrizen.

Basierend auf der Finite-Elemente-Methode, loest VECFEM allgemeine, nicht-lineare Variationsprobleme auf Workstations, Vektor- und Parallelrechnern. Dabei kann das Programmpaket auf elliptische und parabolische Probleme angewandt werden. Einsatzgebiete sind beispielsweise Waermetransport, Diffusion, Strukturmechanik, Stroemungsmechanik. Das VECFEM-Programmsystem hat 3 Schichten. XVEM als hoechste Schicht ist eine X11-basierte grafische Benutzeroberflaeche, mit der das Problem in symbolischer Form eingegeben werden kann. Die zweite Schicht besteht aus einem skript-orientierten Codegenerator, der aus dem in symbolischer Form eingegebenen Problem Fortran-Code generiert. Die VECFEM-Bibliothek als dritte Schicht loest das Problem. VECFEM beinhaltet Schnittstellen zu den Netzgeneratoren I- DEAS und PATRAN. Zur Visualisierung der Daten koennen I-DEAS, PATRAN und weitere Programmpakete wie enSIGHT und DataExplorer eingesetzt werden.


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