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I. B.
Diese Lernkarten bieten einen Überblick über die Grundlagen der Wissensrepräsentation und -extraktion im medizinischen Bereich, insbesondere im Kontext von E-Health und wissensbasierten Systemen. Sie behandeln Themen wie Ontologien, semantische Technologien, Merkmalsextraktion und Klassifikation, die für die Entwicklung intelligenter Systeme in der Medizin relevant sind. Studierende und Fachleute profitieren von diesen Karteikarten, um ein tieferes Verständnis der formalen Darstellung von Wissen und dessen Anwendung in der Praxis zu erlangen.
Karten
24
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Medizin
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
15.01.2017 / 17.01.2017

Lernkarten

Einordnung von Expertensystemen

Was ist intelligent? Def? Turning Test (1950)

Def.: Intelligentes Verhalten ist die Fähigkeit, menschliche Performance in allen kognitiven Bereichen zu erreichen, so dass ein Interviewer getäuscht wird

Turning Test: Mensch sitzt Maschine oder Mensch gegenüber (über Terminal), kann nach 30min freiem Dialog nicht entscheiden wer es ist

  • Erforderliche Fähigkeiten: Schprachverarbeitung, Wissensrepräsentation, Schlussfolgerungsfähigkeit, Lernfähigkeit

Zwei Teile von Wissenverarbeitung

  1. Wissensextraktion
    • Maschinelles lernen
    • Wissen erwerben durch Mustererkennung
  2. Wissensrepräsentation
    • Ontologien
    • Wissen beschreiben mit Logik

Bildverstehen (3 Punkte)

Wissensextraktion/ Überwachtes Lernen (2 Phasen)

Phase 1: Beispielbilder-> manuell annotieren(positive und negative Bsp)-> Merkmale selektieren-> Merkmalsraum aufbauen(viele Merkmale->Merkmalsvektoren->Merkmalsraum) -> Bereiche mit ähnlichen Merkmalen voneinander trennen(Klassifikatoren(werden eingelernt) ordnen Merkmalsvektoreneiner Klasse zu)

Phase 2: Neues Bild-> Merkmalsvektoren erzeugen(an jeder potentiellen Stelledes Bildes)-> Hypothesen bilden(jeden Merkmalsvektor klassifizieren in vorher eingelernten merkmalsraum)-> Auswahl beste Hypothese(besten Score oder Mehrheitentscheid)

Wissensextraktion/ Annotieren

  • wird trainiert ob Bildbereich das Zielobjekt enthält oder nicht
  • Trainingsdatensatz: hunderte von annotierten Bildern
  • 1000de von Positivbsp.(ausgerichtet, Zielobjekt immer an gleicher Stelle), Millionen von NegativBsp(limitiert durch Speicher

Wissensextraktion/ Merkmalsextraktion

  • Training mittels maschineller Lernalgorithmen, wählen beste Merkmale aus und kombinieren diese so, dass Zielobjekt möglicht gut approximiert wird
  • Bsp Haar-like Merkmale(grundlegende Pixelmuster, effiziente Berechnung, Parameter: Typ, Ort(x,y), Größe(dx,dy), Merkmalsvektor enthält Index aller vervendeten haar-like Merkmale, geeignet um Ort eines Objekts zu bestimmen
  • 100 000 Merkmale pro Objekt

Wissensextraktion/ Klassifikation

-pro Subfenster gibt es 177000 Haar-Merkmalskombis

-Adaboost wählt optimal die Merkmale aus, die am besten die positiven und negativen Bilder klassifizieren

-Klassifikation: Merkmale trennen im sogenannten Merkmalsraum

Wissensextraktion/ Marginal Space Learning

  • Effiziente Detektion von position, Orientierung und Skalierung eine Objekts
  • Reduziert Rechenaufwand um 6 Größenordnungen von Minuten zu Sekunden
  • Training von 3 Klassifikatoren satt 1 monolithische Klassifikators
  • Nutzung von Marginalräumen mit zunehmender Dimension

Wissenextraktion/Landmarkendetektion

  • 19 Landmarken
  • Landmarken al a-priori Wissen nutzen(Organsegmentation)

Wissensextraktion/ Active Shape Modell

Training(einlernen der mittleren Form)-> mittlere Form-> Randanpassung(entlang Randnormaleanpassen)-->(ggf wieder mittlere Form)--> finale Form

Wissensrepräsentation/ Semantische Technologien

versetzen PC in die Lage Infos nicht nur zu speichern& wiederzufinden, sondern sie ihrer Bedeutung entsprechend auszuwerten, zu verbinden, zu Neuem zu verknüpfenund so flexibel und zielgerecht nützliche leistung zu erbringen

Wissensrepräsentation/ Ontologien

=Lehre vom Sein

  • in der theorethischen Philosophie: beschäftigt sich mit dem Sein "was ist der Mensch", "gibt es einen Gott"
  • in der Informatik& Mathematik: sind Theorien, die versuchen, präzise mathematische Formulierungen der Eigenschaften& Relationen bestimmter Entitäten zu geben

Wissensrepräsentation/Formale Ontologie

"Eine Ontologie ist eine formale, explizite Spezifikation einer gemeinsamen Konzeptualisierung"

  • formal: mathematisch beschrieben
  • explizite: ausdrücklich( Sachverhalt ist verstanden und kann als Regel ausgedrückt werden)
  • Spezifikation: eine sehr genaue Beschreibung oder Auflistung
  • gemeinsam: erstellung im Team, jeder soll sein Wissen einbringen können ohne Gesamtschema zu gefähreden

Wissensrepräsentation/ Eigenschaften von Ontologien

  • "Wissen in digitalisierter und formaler Form zwischen Anwendungsprogrammen und IDensten austauschbar und erweiterbar machen
  • Sprachlich gefasste und formal geordnete Darstellung
    • einer Menge von Begrifflichkeiten(Terminologie)
    • zwischen Ihnen bestehende Relationen
    • Enthalten Inferenz- und Integritätsregeln(Schlussfolgerung)#
  • Wissen umfasst dabei sowohl Allgemeinwissen als auch Wissen über sehr spezielle Themengebiete und Vorgänge(Domänenwissen)
  • Aufschwung mit der Idee des semantischen Webs

Wissensrepräsentation/ Komponenten von Ontologien

  • Hierarchien von Klassen(Bsp: Hand, Finger, Hepatitis)
  • Klassen stehen für Eigenschaften nach denen Entitäten(Individuen) klassifiziert werden(rechte Hand, Hepatitis von Patient A)
  • Relationen: Abhängigkeiten zw. Klassen (Relation "instance of" verbindet Indviduum&Klasse, Relation "is-a" verbindet Unter- mit Oberklasse

Wissensrepräsentation/Ontologien/ Offene Welt-Annahme

Alles was in Ontologie nicht vorhanden ist wird weder als falsch noch richtig gesehen, sondern ist schlicht nicht bekannt

Wissensrepräsentation:

  • Terminologie
  • Nomenklatur
  • Taxonomie
  • Med. Ordnungssysteme
  • Annotation

  • Terminologie: Lehre von Begriffen(Fachausdrücken)
  • Nomenklatur: verbindliche Sammlung von Benennungen aus bestimmten Anwendungsgebiet, alle Begriffe zusammen bilden Terminologie
  • Taxonomie:Klassifizierung/Kategorisierung von Objekten nach bestimmten kriterien
  • Med. Ordnungssysteme: Fachterme werden mit eindeutigen Schlüsseln versehen
  • Annotation: Anmerkungen bzw Metadaten zu Doukumente mit dem Ziel der Erklärung bzw. Ergänzung

Wissensrepräsentation/ Biomedizinische Ordnungssysteme (Sinn und Zweck)

  • verschlagwortung von med. Dokumenten (MeSH-Medical Subject headings)
  • Semantisch Annotation von Forschungsdaten(GO-Gene Ontology)
  • Klassifikatiion zur Leistungserfassung und Gesundheitsstatistik(ICD)
  • Kodierung klinischer Behandlungsdaten, med. Berichten, Anatomie,....(Snomed CT)

Wissensrepräsentation/ Semantische Technologien

(google gehört auch dazu)

Wissensrepräsentation/ Schichtenarchitektur des Semantic web

Wissensrepräsentation/ XML

  • ist eine Meta-Markup-Sprache(selbstbeschreibend)
  • Standars für Darstellung strukturierter Information
  • XML-Doc ist baumartig
  • maschinell verwertbare Semantik erfordert weitere Meatebene, auf der Semantik formal festgelegt wird --> RDF

Wissensrepräsentation/ RDF

Ressource Description Framework (System zur Beschreibung von ressourcen)

  • technische Harangehensweise im Internet zu Formulierung logischer Aussagen über beliebige Dinge (ressourcen)
  • beschreibt Beziehungen(Relationen) zw. Entitäten
  • im RDF-Modell besteht jede Aussage aus den drei Einheiten: Subjekt, Prädikat, Objekt

Wissensrepräsentation/ OWL

Web Ontology Language: Webtaugliche Ontologie Sprache, Spezifikation des World Wide Web Consortiums (W3C)

->Eine Beziehung in 2 Richtungen:

  • OWL schränkt RDFS syntaktisch ein(zusätzliche Sprachmittel( owl:Restriction) basieren auf RDF schema, aber schränken ein--> d.h. jedes gültige OWL Doc ist ein gültiges RDF aber nicht umgekehrt)
  • OWL erweitert RDFS semantisch (Semantik der zusätzlichen Sprachmittel erlaubt die Repräsentation komplexerer Zusammenhänge)

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