Institut für Physik |
6 KP |
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Modulteile |
Semesterveranstaltungen Sommersemester 2022 |
Prüfungsleistung |
Vorlesung
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2.01.597 - Trustworthy Machine Learning
- Prof. Dr. Nils Strodthoff
Montag: 12:15 - 13:45, wöchentlich (ab 25.04.2022) Donnerstag: 08:15 - 09:45, wöchentlich (ab 21.04.2022) Termine am Mittwoch, 10.08.2022 08:15 - 12:15, Montag, 22.08.2022 10:00 - 11:00
Maschinelle Lernalgorithmen finden zunehmend breite Anwendung in verschiedensten insbesondere auch sicherheitskritischen Anwendungsbereichen, doch die Qualität dieser Algorithmen wird in den seltensten Fällen systematisch untersucht. Der Schwerpunkt dieser Veranstaltung liegt auf verschiedensten Qualitätsdimensionen für maschinelle Lernalgorithmen, insbesondere tiefe neuronale Netzwerke, angefangen von der Messung der Leistungsfähigkeit, über Interpretierbarkeit/Erklärbarkeit (XAI), Robustheit (adversarial robustness, Robustheit gegen Störung im Input), Unsicherheitsquantifizierung, Distribution Shift, Domain Adaptation, Fairness/Bias bis hin zu Privacy. Die Methoden werden in der Vorlesung theoretisch eingeführt und in den Übungen praktisch implementiert und angewendet. Inhaltliche Voraussetzungen sind grundlegende theoretische Kenntnisse im Bereich des maschinellen Lernens, praktische Programmierkenntnisse in Python und im Idealfall Grundkenntnisse im Training tiefer neuronaler Netzwerke.
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5.04.4012 - Informationsverarbeitung und Kommunikation / Information Processing and Communication
- Priv.-Doz. Dr. Jörn Anemüller
Dienstag: 16:15 - 17:45, wöchentlich (ab 19.04.2022), Ort: W03 2-240 Termine am Mittwoch, 27.07.2022 10:00 - 12:00, Ort: W32 0-005
Die Studierenden erlernen, wie statistische Eigenschaften von Signalen zur Lösung von Problemen der Angewandten Physik, insbesondere der Klassifikation, parametrischen Modellierung und Übertragung von Signalen genutzt werden können. Theoretische Lernziele beinhalten damit eine Wiederholung und Festigung statistischer Grundlagen und eine Verständnis von deren Nutzung für Algorithmen unterschiedlicher Zielsetzung und Komplexität. Im praktischen Teil werden Eigenschaften der behandelten Methoden selbständig erarbeitet sowie Algorithmen auf dem Rechner implementiert und auf reale Daten angewendet, so daß der Umgang mit theoretischen Konzepten und ihre praktische Umsetzung erlernt werden.
Inhalte:
Grundfragen der Informationsverarbeitung (Klassifikation, Regression, Clustering), Lösungsmethoden basierend auf Dichteschätzung und diskriminativen Ansätzen (z.B. Bayes Schätzung, k-nearest neighbour, Hauptkomponentenanalyse, support-vector-machines, Hidden-Markov- Modelle), Grundlagen der Informationstheorie, Methoden der analogen und digitalen Nachrichtenübertragung, Prinzipien der Kanalcodierung und Kompression
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5.04.4215 - Machine Learning II – Advanced Learning and Inference Methods
Donnerstag: 10:15 - 11:45, wöchentlich (ab 21.04.2022)
The students will deepen their knowledge on mathematical models of data and sensory signals. Building up on the previously acquired Machine Learning models and methods, the students will be lead closer to current research topics and will learn about models that currently represent the state-of-the-art. Based on these models, the students will be exposed to the typical theoretical and practical challenges in the development of current Machine Learning algorithms. Typical such challenges are analytical and computational intractabilities, or local optima problems. Based on concrete examples, the students will learn how to address such problems. Applications to different data will teach skills to use the appropriate model for a desired task and the ability to interpret an algorithm’s result as well as ways for further improvements. Furthermore, the students will learn interpretations of biological and artificial intelligence based on state-of-the-art Machine Learning models.
Contents:
This course builds up on the basic models and methods introduced in introductory Machine Learning lectures. Advanced Machine Learning models will be introduced alongside methods for efficient parameter optimization. Analytical approximations for computationally intractable models will be defined and discussed as well as stochastic (Monte Carlo) approximations. Advantages of different approximations will be contrasted with their potential disadvantages. Advanced models in the lecture will include models for clustering, classification, recognition, denoising, compression, dimensionality reduction, deep learning, tracking etc. Typical application domains will be general pattern recognition, computational neuroscience and sensory data models including computer hearing and computer vision.
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5.04.4586 - Digital Signal Processing
Montag: 16:15 - 17:45, wöchentlich (ab 25.04.2022), Ort: W32 1-112 Termine am Montag, 01.08.2022 16:15 - 17:45, Donnerstag, 04.08.2022 10:00 - 12:00, Freitag, 07.10.2022 14:00 - 16:00, Ort: W32 1-112, W32 0-005, W02 1-148
Engineering Physics: Alternative für Signal- und Systemtheorie
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5.04.4643 - Adaptive systems for speech signal processing
Montag: 12:15 - 13:45, wöchentlich (ab 25.04.2022), Ort: W04 1-172 Montag: 14:15 - 15:45, wöchentlich (ab 25.04.2022), Ort: W01 0-008 (Rechnerraum) Termine am Montag, 30.05.2022, Montag, 04.07.2022, Montag, 18.07.2022 14:15 - 15:45, Ort: W03 1-154, W04 1-172
The students gain a broad operational perspective for the design of speech adaptive systems and respective algorithms with a particular focus on adaptive digital filters. The important NLMS, RLS, FDAF and Kalman-Filter algorithms can be derived from fundamental principles. Diverse applications from speech and acoustic signal processing deliver practical insight into the utilization of the fundamentals, for instance, in acoustic noise reduction, echo cancellation, dereverberation, acoustic channel estimation and equalization. However, the acquired knowledge allows for a broader interpretation in the context of engineering and physics. The computer exercises of larger scale will teach the students to argue, select and evaluate algorithms for the problem at hand. By discussion in the panel, students learn to demonstrate, defend and trade their solution against others. Theoretical exercises finally deliver the ability to argue and prove a speech processing design with the appropriate vocabulary.
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Seminar
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Übung
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2.01.597 - Trustworthy Machine Learning
- Prof. Dr. Nils Strodthoff
Montag: 12:15 - 13:45, wöchentlich (ab 25.04.2022) Donnerstag: 08:15 - 09:45, wöchentlich (ab 21.04.2022) Termine am Mittwoch, 10.08.2022 08:15 - 12:15, Montag, 22.08.2022 10:00 - 11:00
Maschinelle Lernalgorithmen finden zunehmend breite Anwendung in verschiedensten insbesondere auch sicherheitskritischen Anwendungsbereichen, doch die Qualität dieser Algorithmen wird in den seltensten Fällen systematisch untersucht. Der Schwerpunkt dieser Veranstaltung liegt auf verschiedensten Qualitätsdimensionen für maschinelle Lernalgorithmen, insbesondere tiefe neuronale Netzwerke, angefangen von der Messung der Leistungsfähigkeit, über Interpretierbarkeit/Erklärbarkeit (XAI), Robustheit (adversarial robustness, Robustheit gegen Störung im Input), Unsicherheitsquantifizierung, Distribution Shift, Domain Adaptation, Fairness/Bias bis hin zu Privacy. Die Methoden werden in der Vorlesung theoretisch eingeführt und in den Übungen praktisch implementiert und angewendet. Inhaltliche Voraussetzungen sind grundlegende theoretische Kenntnisse im Bereich des maschinellen Lernens, praktische Programmierkenntnisse in Python und im Idealfall Grundkenntnisse im Training tiefer neuronaler Netzwerke.
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5.04.4012 Ü1 - Übung zu Informationsverarbeitung und Kommunikation / Information Processing and Communication
- Priv.-Doz. Dr. Jörn Anemüller
- Eike Jannik Nustede, M. Sc.
Donnerstag: 16:15 - 17:45, wöchentlich (ab 21.04.2022)
Die Studierenden erlernen, wie statistische Eigenschaften von Signalen zur Lösung von Problemen der Angewandten Physik, insbesondere der Klassifikation, parametrischen Modellierung und Übertragung von Signalen genutzt werden können. Theoretische Lernziele beinhalten damit eine Wiederholung und Festigung statistischer Grundlagen und eine Verständnis von deren Nutzung für Algorithmen unterschiedlicher Zielsetzung und Komplexität. Im praktischen Teil werden Eigenschaften der behandelten Methoden selbständig erarbeitet sowie Algorithmen auf dem Rechner implementiert und auf reale Daten angewendet, so daß der Umgang mit theoretischen Konzepten und ihre praktische Umsetzung erlernt werden.
Inhalte:
Grundfragen der Informationsverarbeitung (Klassifikation, Regression, Clustering), Lösungsmethoden basierend auf Dichteschätzung und diskriminativen Ansätzen (z.B. Bayes Schätzung, k-nearest neighbour, Hauptkomponentenanalyse, support-vector-machines, Hidden-Markov- Modelle), Grundlagen der Informationstheorie, Methoden der analogen und digitalen Nachrichtenübertragung, Prinzipien der Kanalcodierung und Kompression
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5.04.4215 Ü1 - Exercises to Machine Learning II – Advanced Learning and Inference Methods
- Prof. Dr. Jörg Lücke
- Florian Hirschberger
- Filippos Panagiotou
- Dr. rer. nat. Seyyed Hamid Mousavi Hashemi
Dienstag: 14:15 - 15:45, wöchentlich (ab 26.04.2022), Übung
The students will deepen their knowledge on mathematical models of data and sensory signals. Building up on the previously acquired Machine Learning models and methods, the students will be lead closer to current research topics and will learn about models that currently represent the state-of-the-art. Based on these models, the students will be exposed to the typical theoretical and practical challenges in the development of current Machine Learning algorithms. Typical such challenges are analytical and computational intractabilities, or local optima problems. Based on concrete examples, the students will learn how to address such problems. Applications to different data will teach skills to use the appropriate model for a desired task and the ability to interpret an algorithm’s result as well as ways for further improvements. Furthermore, the students will learn interpretations of biological and artificial intelligence based on state-of-the-art Machine Learning models.
Contents:
This course builds up on the basic models and methods introduced in introductory Machine Learning lectures. Advanced Machine Learning models will be introduced alongside methods for efficient parameter optimization. Analytical approximations for computationally intractable models will be defined and discussed as well as stochastic (Monte Carlo) approximations. Advantages of different approximations will be contrasted with their potential disadvantages. Advanced models in the lecture will include models for clustering, classification, recognition, denoising, compression, dimensionality reduction, deep learning, tracking etc. Typical application domains will be general pattern recognition, computational neuroscience and sensory data models including computer hearing and computer vision.
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5.04.4215 Ü2 - Exercises to Machine Learning II – Advanced Learning and Inference Methods
- Prof. Dr. Jörg Lücke
- Filippos Panagiotou
- Florian Hirschberger
- Dmytro Velychko
- Jakob Drefs
Dienstag: 14:15 - 15:45, wöchentlich (ab 26.04.2022), Übung
The students will deepen their knowledge on mathematical models of data and sensory signals. Building up on the previously acquired Machine Learning models and methods, the students will be lead closer to current research topics and will learn about models that currently represent the state-of-the-art. Based on these models, the students will be exposed to the typical theoretical and practical challenges in the development of current Machine Learning algorithms. Typical such challenges are analytical and computational intractabilities, or local optima problems. Based on concrete examples, the students will learn how to address such problems. Applications to different data will teach skills to use the appropriate model for a desired task and the ability to interpret an algorithm’s result as well as ways for further improvements. Furthermore, the students will learn interpretations of biological and artificial intelligence based on state-of-the-art Machine Learning models.
Contents:
This course builds up on the basic models and methods introduced in introductory Machine Learning lectures. Advanced Machine Learning models will be introduced alongside methods for efficient parameter optimization. Analytical approximations for computationally intractable models will be defined and discussed as well as stochastic (Monte Carlo) approximations. Advantages of different approximations will be contrasted with their potential disadvantages. Advanced models in the lecture will include models for clustering, classification, recognition, denoising, compression, dimensionality reduction, deep learning, tracking etc. Typical application domains will be general pattern recognition, computational neuroscience and sensory data models including computer hearing and computer vision.
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5.04.4586 Ü1 - Exercises to Digital Signal Processing
Mittwoch: 12:15 - 13:45, wöchentlich (ab 20.04.2022)
Engineering Physics: Alternative für Signal- und Systemtheorie
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5.04.4643 - Adaptive systems for speech signal processing
Montag: 12:15 - 13:45, wöchentlich (ab 25.04.2022), Ort: W04 1-172 Montag: 14:15 - 15:45, wöchentlich (ab 25.04.2022), Ort: W01 0-008 (Rechnerraum) Termine am Montag, 30.05.2022, Montag, 04.07.2022, Montag, 18.07.2022 14:15 - 15:45, Ort: W03 1-154, W04 1-172
The students gain a broad operational perspective for the design of speech adaptive systems and respective algorithms with a particular focus on adaptive digital filters. The important NLMS, RLS, FDAF and Kalman-Filter algorithms can be derived from fundamental principles. Diverse applications from speech and acoustic signal processing deliver practical insight into the utilization of the fundamentals, for instance, in acoustic noise reduction, echo cancellation, dereverberation, acoustic channel estimation and equalization. However, the acquired knowledge allows for a broader interpretation in the context of engineering and physics. The computer exercises of larger scale will teach the students to argue, select and evaluate algorithms for the problem at hand. By discussion in the panel, students learn to demonstrate, defend and trade their solution against others. Theoretical exercises finally deliver the ability to argue and prove a speech processing design with the appropriate vocabulary.
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Hinweise zum Modul |
Teilnahmevoraussetzungen |
Bachelor in Physik, Technik und Medizin oder entsprechender Abschluss |
Prüfungsleistung Modul |
Klausur (max. 180 Min.) oder mündliche Prüfung (30 Min.) oder Referat (30 Min.) oder Hausarbeit |
Kompetenzziele |
Die Studierenden erwerben die theoretischen Voraussetzungen für die numerische und analytische Modellierung komplexer Vorgänge in der Medizin, Biologie und Biophysik, und wenden Forschungsmethoden des Exzellenzcluster Hearing4all im Modellierungsbereich an. Spezielle Kompetenzen abhängig von der gewählten Veranstaltung. |
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