Beispiel: Entscheidungsbaum
Entscheidungsbäume stellen Prozesse dar, die nach einer Reihe von Fragen zu einer Entscheidung gelangen. Sie werden benutzt, um komplexe Entscheidungen für Menschen übersichtlich darzustellen, und werden in der künstlichen Intelligenz verwendet. Eine künstliche Intelligenz kann einen Entscheidungsbaum nach und nach durch Erfahrung erweitern und so mit der Zeit zu besseren Entscheidungen gelangen.
Das abgebildete Beispiel zeigt die Vorhersage, ob ein Apfelbaum wahrscheinlich Früchte tragen wird oder nicht.
flowchart TD
A[Alter] -->|alt| B[Sorte]
B -->|veredelt| C(ja)
B -->|natürlich| D[Boden]
D -->|reichhaltig| E(ja)
D -->|mager| F(nein)
A -->|jung| G(nein)
Der Entscheidungsbaum besteht aus mehreren „wenn, dann“ Fragen: Wenn der Baum jung ist, dann wird er nicht tragen. Andernfalls: wenn er veredelt ist, wird er tragen. Wenn er nicht veredelt ist, kommt es auf den Boden an. Wenn der Boden reichhaltig ist, wird er tragen, sonst nicht.
Aufgabe
Wer einen Wikipedia-Artikel schreibt, möchte diesen in der Regel mit Bildern illustrieren. Dabei muss man aber ein nicht ganz einfaches Regelwerk von Urheberrechten beachten. Stelle dieses Regelwerk graphisch als Entscheidungsbaum dar.
- Hast du das Bild selbst erstellt?
- Falls ja, willst du es unter einer in Wikipedia zulässigen Lizenz veröffentlichen?
- Falls ja, sind Bildrechte Dritter auszuschließen?
- Falls ja, lade es hoch
- Falls nein, hast du das schriftliche Einverständnis aller Betroffenen?
- Falls ja, dann lade es hoch
- Falls nein, dann lade es nicht hoch
- Falls nein, dann lade es nicht hoch
- Falls ja, sind Bildrechte Dritter auszuschließen?
- Falls nein, ist das Bild mehr als 100 Jahre alt?
- Falls ja, dann lade es hoch
- Falls nein, ist der Urheber des Bildes bekannt?
- Falls ja, ist der Urheber vor mehr als 70 Jahren verstorben?
- Falls ja, sind Bildrechte Dritter auszuschließen? (siehe oben)
- Falls nein, hat der Urheber zugestimmt, das Bild unter eine freie Lizenz zu stellen?
- Falls ja, dann lade es hoch
- Falls nein, dann lade es nicht hoch
- Falls nein, dann lade es nicht hoch
- Falls ja, ist der Urheber vor mehr als 70 Jahren verstorben?
- Falls ja, willst du es unter einer in Wikipedia zulässigen Lizenz veröffentlichen?
Auflösung
Jede Frage ist eine Ja/Nein-Frage – der Entscheidungsbaum ist also ein Binärbaum. An den inneren Knoten stehen die Fragen, an den Blättern die beiden möglichen Ergebnisse.
flowchart TD
A{"selbst erstellt?"} -->|ja| B{"unter freier Lizenz veröffentlichen?"}
A -->|nein| C{"älter als 100 Jahre?"}
B -->|ja| D{"Bildrechte Dritter ausgeschlossen?"}
B -->|nein| N1["nicht hochladen"]
D -->|ja| J1["hochladen"]
D -->|nein| E{"Einverständnis aller Betroffenen?"}
E -->|ja| J2["hochladen"]
E -->|nein| N2["nicht hochladen"]
C -->|ja| J3["hochladen"]
C -->|nein| F{"Urheber bekannt?"}
F -->|ja| G{"vor mehr als 70 Jahren verstorben?"}
F -->|nein| N3["nicht hochladen"]
G -->|ja| D
G -->|nein| H{"Urheber hat freier Lizenz zugestimmt?"}
H -->|ja| J4["hochladen"]
H -->|nein| N4["nicht hochladen"]
Zwei Beobachtungen, die über das Beispiel hinausgehen:
- Der Weg von der Wurzel zu einem Blatt ist die Begründung. Wer erklären soll, warum ein Bild nicht hochgeladen werden darf, liest einfach die Fragen auf seinem Weg vor. Genau deshalb sind Entscheidungsbäume in der Medizin und im maschinellen Lernen so beliebt: Das Ergebnis lässt sich nachvollziehen, anders als bei einem neuronalen Netz.
- Der Pfeil von „vor mehr als 70 Jahren verstorben?" zurück auf „Bildrechte Dritter ausgeschlossen?" ist im Aufgabentext das „(siehe oben)". Streng genommen ist die Zeichnung damit kein Baum mehr, denn dieser Knoten hat zwei Vorgänger. Als Baum müsste man den Teilbaum ein zweites Mal hinzeichnen. In der Praxis spart man sich das – man muss nur wissen, dass man damit die Baumeigenschaft aufgibt.
Zur Präsentation:
- Erläutere das Anwendungsbeispiel (Entscheidungsbaum allgemein).
- Zeichne den Entscheidungsbaum deiner Aufgabe.
In Anlehnung an Christian Pothmann unter CC BY-NC-SA 4.0