Abstracts der Dissertationsprojekte
	Graduiertenkolleg "Menschliche und maschinelle Intelligenz"

• Klaus Dorer, Informatik
• Christoph Dornheim, Informatik
• Stefan Edelkamp, Informatik
• Eric Fehse, Psychologie
• Steffen Gutmann, Informatik
• Martin Herbert, Linguistik
• Fabian Hermann, Psychologie
• Christoph Hölscher, Psychologie
• Katja Lay, Psychologie
• André Murbach, Informatik
• Josef Nerb, Psychologie
• Jochen Renz, Informatik
• Holger Schauer, Computerlinguistik
• Bernd  Zupancic, Informatik

Klaus Dorer, Informatik

Das Dissertationsvorhaben behandelt die Motivation und Handlungskontrolle autonomer Systeme, sogenannter Agenten. Zentrales Problem hierbei ist der Konflikt, zum einen schnell auf Veränderungen in der Umgebung reagieren zu können, zum anderen aber auch langfristig sinnvoll zu handeln, also die Ziele des Agenten bei der Aktionsauswahl zu berücksichtigen. Ziel dieser Arbeit ist es, unter Berücksichtigung der aktuellen Wahrnehmungen und mehrerer gleichzeitiger auch widersprüchlicher Ziele des Agenten die optimale Aktion, im Sinne von Wichtigkeit und Anzahl der dadurch verfolgten Ziele sowie Kosten und Erfolgswahrscheinlichkeit, auszuwählen. Testumgebung ist der Robocup Soccer-Simulator, d.h. die Agenten sind virtuelle Fußballspieler.

Christoph Dornheim, Informatik

In der natürlichsprachlichen Beschreibung räumlicher Situationen werden oft Ausdrücke und Relationen verwendet, die qualitative Informationen bzgl. der Orientierung (links-von), der Distanz (weiter entfernt als) und der topologischen Beziehung (enthalten in, berührt) der betreffenden Objekte wiedergeben. Um solche Informationen maschinell zu verarbeiten, ist eine quantitative Koordinaten-basierte Repräsentation weder erforderlich noch sinnvoll. Insbesondere für die topologischen Relationen sollen daher Kalküle und Algorithmen entworfen werden, die allein aus der qualitativen räumlichen Beschreibung Schlußfolgerungen berechnen können. Da in solchen Beschreibungen die Objekte meist als zweidimensional konzeptualisiert werden, müssen die Kalküle insbesondere die spezielle Topologie der Ebene berücksichtigen, welche sich etwa von der des dreidimensionalen Raumes wesentlich unterscheidet.

Stefan Edelkamp, Informatik

Die Anzahl aller Spielstellungen im Einpersonenspiel ist im allgemeinen zu groß, um vollständig gespeichert zu werden. Schätzwerte für die optimale Lösungslänge erleichtern ein schnelles Erreichen des Zieles. Leider vermögen auch sie es zumeist nicht, den Speicherplatzbedarf unter die zur Verfügung stehende Ressourcengrenze zu drücken. Einem Löseverfahren bleibt demnach im wesentlichen nichts anderes übrig, als alle Varianten innerhalb des Spieles zu untersuchen. Die Dissertation untersucht Möglichkeiten, den entstehenden Suchbaum effizient zu durchlaufen und zu speichern. Dabei wird versucht, Informationen über die Struktur des Suchproblems zu gewinnen und direkt zur Verbesserung des Suchverfahrens anzuwenden.

Eric Fehse, Psychologie

Externe Repräsentationen sind Formen äußerer Darstellung, die Personen beim Problemlösen verwenden (Skizzen, Diagramme, Pläne). Hilfreiche externe Repräsentationen stellen Informationen räumlich-visuell und in konkreter Form dar, sind einfach zu erstellen und zu interpretieren. Beim kooperativen Problemlösen arbeiten mehrere Personen gemeinsam an einer Problemstellung. Die Fragestellung der Dissertation lautet: wie sind externe Repräsentationen zu gestalten, um Kooperation optimal zu fördern? Eine gemeinsam von mehreren Personen genutzte externe Repräsentation, in der einzelne Problemlöseschritte konkret und leicht interpretierbar dargestellt sind, sollte einen Einblick in Vorwissen und Perspektive der anderen Personen erlauben. Der manchmal uneindeutige sprachliche Austausch wird um ein Medium bereichert, das Informationen konkretisiert und damit gegenseitiges Lernen unterstützt.

Steffen Gutmann, Informatik

In diesem Promotionsvorhaben werden zuverlässige und genaue Techniken zur Steuerung von Robotern untersucht. Ein Roboter ist hierbei ein fahrbares Transportsystem, auf das Sensoren wie Ultraschall, Laserscanner und Videokamera montiert sind. Grundlage der Verfahren sind Algorithmen, die auf Daten des Laserscanners operieren. Der Laserscanner liefert Entfernungsprofile (Scans), welche die unmittelbare Umgebung des Roboters geometrisch sehr genau erfassen. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit sind Verfahren zum Überdecken (Matchen) zweier Scans. Die Anwendungen dieser Überdeckungsverfahren reichen von der Erstellung genauer geometrischer Karten über die sehr exakte Positionsbestimmung des Roboters hin zu Navigationsverfahren für sich verändernde Umgebungen. Teile der bisherigen Arbeiten wurden auch verwendet, um mit Robotern Fußball zu spielen. So wurden Algorithmen entwickelt, die speziell auf Roboter-Fußball zugeschnitten sind, und bei der Weltmeisterschaft in Paris eingesetzt. Nicht zuletzt dadurch holte das CS Freiburg Team in diesem Jahr den Weltmeistertitel.

Martin Herbert, Linguistik

Belastet das Hören einzelner Sätze das Arbeitsgedächtnis, und wenn ja, liegt das dann an der Inhaltsmenge (sogenannte "semantische Komplexität") oder an der komplizierten Satzstruktur (sogenannte "syntaktische Komplexität")? Diese Frage wird von Sprachverstehenstheorien unterschiedlich beantwortet, außerdem ist die Definition von semantisch-syntaktischer Komplexität bisher unklar. Die Ergebnisse bei einzelnen Schlaganfallpatienten mit Sprachstörungen ("Aphasikern") stehen im Widerspruch zu Ergebnissen von Sprachverstehens- Experimenten bei Gesunden. In einer methodisch neuen gedächtnisbelastenden Satz-Bild-Zuordnungsaufgabe werden nun Kranke und Gesunde getestet. Erwartet wird, daß nur der Inhalt, aber nicht die Satzstruktur beim Hören einzelner Sätze für das Gedächtnis belastend ist.

Fabian Hermann, Psychologie

Bei der gemeinsamen Arbeit von Gruppen ist es in verschiedenen Phasen der Problembearbeitung notwendig, sich über Problemverständnis, Ziele der Arbeit und Lösungswege zu einigen. Bei "virtuellen" Gruppen, die nur über Computernetze miteinander kommunizieren, wird diese Koordinationsleistung behindert, weil nonverbale Nachrichten nur eingeschränkt ausgetauscht werden können, und natürliche Kommunikationsregeln, z.B. zur Steuerung der Sprecherfolge, nicht greifen. In dieser Arbeit sollen die Kooperationsphasen, in denen über Problemverständnis, Ziele und Lösungswege verhandelt wird, bei virtuellen Gruppen untersucht und Möglichkeiten gefunden werden, durch Gestaltung der Kommunikations- und Arbeitsumgebungen für die virtuelle Gruppenarbeit den Prozeß der Einigung auf ein gemeinsames Problemverständnis Aushandelns der Einigung zu unterstützen. Dies soll u.a. mithilfe einer Strukturierung des Dialogs durch die Arbeitsumgebung geschehen.

Christoph Hölscher, Psychologie

Die Informationsfülle im rasant wachsenden World Wide Web (WWW) stellt den Benutzer dieses neuen Mediums vor wachsende Probleme bei der Suche nach relevanten Informationen. Ziel des Dissertationsprojekts ist es, herauszufinden, welche kognitiven Faktoren den Erfolg oder Mißerfolg der Informationssuche im Netz bestimmen. Dazu werden zunächst langjährige Intensivnutzer des Internet über erfolgreiches Suchen im Internet befragt und deren Suchverhalten und -strategien erhoben. Im folgenden wird vergleichend untersucht, inwieweit sich das Suchverhalten von unerfahrenen Internet-Einsteiger von dem der Experten unterscheidet und welche Probleme Einsteiger mit der Suche im WWW haben. Aus der Kenntnis solcher Wissens- und Verhaltensunterschiede sollen Konsequenzen sowohl für eine benutzerfreundliche Gestaltung von Suchdiensten als auch für verbesserte Benutzerschulungen abgeleitet werden.

Katja Lay, Psychologie

Entscheidungen erfordern oft die korrekte Erinnerung von zurückliegenden Ereignissen und die effiziente Nutzung von Hintergrundwissen als Datenbasis. Die Erinnerung an ein bestimmtes Ereignis liefert jedoch keine exakte Wiedergabe der ursprünglich verfügbaren Informationen. Diese können durch Vergessen verloren gehen oder durch Überlagerung mit anderen Gedächtnisinhalten verzerrt werden. Vor allem schematisches Wissen über ähnliche Situationen kann zu fehlerhaften Erinnerungen führen und somit die Entscheidungsgrundlage beeinträchtigen. In meiner Dissertation wird am Beispiel von Medienmeldungen über Umweltschadensfälle untersucht, wie diese spontan ablaufenden Prozesse bewußte Erinnerungsleistungen an einzelne Vorfälle beeinflussen und zu fehlerbehafteten Erinnerungen führen können. Durch kognitive Modellierung am Computer und experimentelle Überprüfung der Modellvorhersagen soll ein Beitrag zu einer Theorie des Zusammenwirkens von automatisierten und kontrollierten Gedächtnisprozessen geleistet werden.

André Murbach, Informatik

Intelligenz äußert sich zu einem wesentlichen Teil darin, daß sich das Verhalten eines Organismus in Abhängigkeit von seiner Erfahrung verändern kann. Ich versuche, aus der psychologischen Literatur bekannte Verhaltensänderungen in einem neuentwickelten Formalismus zur Beschreibung von Handlungabläufen abzubilden. Die Phänomene betreffen tierisches Konditionierungsverhalten sowie die spontane Entdeckung neuer Additionsstrategien bei kleinen Kindern. Grundlegende Annahme ist, daß Lernprozesse prädiktive Relationen zwischen Ereignissen entdecken, um zukünftige Ereignisse sowie ihre Reihenfolge vorherzusagen. Die Arbeit soll (1) zu einem besseren Verständnis der psychologischen Phänomene (Anpassung an eine veränderliche Umwelt durch Konditionierung, Entdeckung neuer Additionsstrategien) beitragen und (2) einen Weg zeigen, die postulierten Lernprozesse in künstliche Systeme zu übertragen.

Josef Nerb, Psychologie

Die Medien berichten vorwiegend ereignisorientiert und bevorzugen bildhafte, plastische Darstellungen von (Umwelt-)Risiken. Wie wirkt diese Form der Berichterstattung auf den Medienrezipienten? In meiner Arbeit gehe ich davon aus, daß diese typische mediale Darstellung von Umweltschadensfällen zu kognitiven und emotionalen Bewertungprozessen führt, die im allgemeinen intuitiv und spontan ablaufen. Diese Bewertungsprozesse wurden formal spezifiziert und als Simulationsmodell implementiert. In experimentellen Studien wurden die Bewertungen von Personen zu manipulierten Meldungen über Umweltschadensfälle mit den Vorhersagen des Modells verglichen. Die gute Passung von Modelldaten und Empirie weist auf die Gültigkeit der theoretischen Annahmen hin. Die Ergebnisse können zu einer verbesserten Kommunikation über Umweltrisiken beitragen.

Jochen Renz, Informatik

Qualitatives räumliches Schließen beschäftigt sich mit der Repräsentation räumlichen Wissens durche eine begrenzte Anzahl möglicher räumlicher Beziehungen der Objekte untereinander und dessen Verarbeitung. In der Arbeit wird ein bekannter Repräsentationsformalismus, RCC8, untersucht, der auf acht binären topologischen Relationen, wie z.B. zwei Objekte berühren sich oder ein Objekt ist im anderen enthalten, basiert. Dieser Formalismus wird zum einen auf seine kognitive Adäquatheit hin untersucht, zum anderen werden formale Eigenschaften, wie Berechnungs- oder Repräsentationseigenschaften analysiert und darauf aufbauend effiziente Schlußfolgerungsverfahren entwickelt und evaluiert.

Holger Schauer, Computerlinguistik

Das Verständnis von Texten beinhaltet neben dem Erfassen der Fakten die Ermittlung von Bezügen wie "Begründung" oder "Kontrast" zwischen Textsegmenten. Im automatischen Textverstehen sind solche Analysen praktisch nicht realisiert worden. In der Dissertation sollen die Bedingungen solcher Relationen bzgl. der Bedeutung der Textsegmente untersucht werden. Neben sprachlichen Hinweisen (bspw. Konjunktionen wie "weil") können Menschen offensichtlich Wissen über funktionale Zusammenhänge wie Ursache/Wirkung zur Analyse heranziehen. Für eine bestimmte Domäne soll ein solches funktionales Modell erstellt werden. Beim Fehlen sprachlicher Hinweise kann die Analyse nur so gut sein wie das zugrundeliegende, vorhandene Modell. Die Inkrementalität der Sprachverarbeitung kann deswegen eine Revision sowohl einer Analyse als auch des Modells bedingen.

Bernd  Zupancic, Informatik

Das Ziel der am Freiburger Institut für Informatik entwickelten Methode Authoring on the Fly (kurz: AOF) ist es die Bereiche Teleteaching, Erstellen von hypermedialen Lehreinheiten und den Publikationsprozeß elektronischer Dokumente zusammenwachsen zu lassen. Aus dem am Rechner gehaltenen Live-Vortrag wird der Kern des Multimedia-Dokumentes erstellt, so daß es sich unabhängig vom zeitlichen und räumlichen Aufenthalt des Zuhörers offline nutzen läßt. In dieser Arbeit werden die verschiedenen Offline-Szenarien, insbesondere das WWW-Szenario, aus der Sicht des AOF-Ansatzes beleuchtet. Da der bisherige AOF-Ansatz hauptsächlich zur Wissensvermittlung dient, stellt sich hier beispielsweise die Frage, inwieweit sich kooperative Lehr- und Lernformen einbziehen lassen. Denkbar ist eine moderierte Offline-Diskussion, hierzu müssen die vorhandenen Werkzeuge auf ihre Tauglichkeit hin untersucht werden bzw. neu entwickelt werden. Geklärt werden muß beispielsweise wie die AOF-Dokumente annotiert und wie neue Links von und zu AOF-Dokumenten gesetzt werden können.