Physische Geographie und Neuronales Netz: Unterschied zwischen den Seiten

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Die '''Physische Geographie''' (auch '''Physiogeographie''') ist der [[Naturwissenschaften|naturwissenschaftliche]] Ansatz der [[Geographie]] und stellt somit neben der [[Humangeographie]] einen der beiden wichtigsten Teilbereiche innerhalb der Geographie dar. Sie erfasst, beschreibt und erklärt die Erdoberfläche als ein Gesamt[[system]], das sich aus unterschiedlichen Subsystemen zusammensetzt.
[[Datei:Cajal actx inter.jpg|mini|Zeichnung der neuronalen Vernetzung im [[Wikipedia:Auditiver Cortex|auditiven Cortex]] ([[Wikipedia:Santiago Ramón y Cajal|Santiago Ramón y Cajal]], 1898)]]
[[Datei:Neural network.svg|mini|Schema einer einfachen neuronalen Vernetzung<br />mit '''Divergenz''': ein Neuron gibt Signale an mehrere andere Neuronen weiter,<br /> und '''Konvergenz''': ein Neuron erhält Signale von mehreren anderen.]]


== Gegenstand ==
Ein '''neuronales Netz''' besteht aus einer Vielzahl miteinander über [[Synapse]]n vernetzter [[Neuron]]en, die innerhalb des [[Nervensystem]]s einen funktionellen Zusammenhang bilden. Eine erste Darstellung<ref>Olaf Breidbach: ''Hirn, Hirnforschung.'' In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (Hrsg.): ''Enzyklopädie Medizingeschichte.'' De Gruyter, Berlin/New York 2005, ISBN 3-11-015714-4, S. 600 f.; hier: S. 600 (und S. 1543).</ref> gab 1894 der österreichischer Physiologe [[Wikipedia:Sigmund Exner|Sigmund Exner]] in seinem ''Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen''<ref>[[Wikipedia:Sigmund Exner|Sigmund Exner]]: ''[https://archive.org/details/entwurfzueinerph00exne Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen von Dr. Sigmund Exner: I. Theil]'', F. Deuticke, Leipzig Wien 1894</ref>. Üblicherweise verfügen neuronale Netze über eine Vielzahl von Eingängen und einen einzigen Ausgang. Durch ihre dynamische funktionelle und strukturelle '''neuronale Plastizität''', durch die die [[Synapse|synaptischen Verbindungen]] der [[Nervenzelle]]n aktivitätsabhängig beständig umgebildet werden, sind neuronale Netze hochgradig [[Lernen|lernfähig]]. Daneben findet zwischen Neuronen und Zellen der [[Wikipedia:Gliazelle#Gliazelltypen|Neuroglia]], insbesondere mit den [[Wikipedia:Oligodendrozyt|Oligodendrozyt]]en und [[Wikipedia:Astrozyten|Astrozyten]]en, ein chemischer und elektrischer Austausch statt, der die Gewichtung der Signale verändern kann. Neuronale Netze folgen dadurch nicht fix vorgegebenen Regeln, sondern entwickeln eine eigenständige Art von neuronaler [[Intelligenz]]. Hervorstechend ist insbesondere ihre Fähigkeit, komplexe [[Muster]] zu erkennen und zu speichern.
Der Gegenstand der Physischen Geographie ist die Erdoberfläche im Sinne der [[Geosphäre]]. Als Geosphäre ist der Komplex aus fünf Sphären zu verstehen:
* [[Biosphäre]] (Irdischer Lebensraum von [[Flora]] und [[Fauna]])
* [[Erdatmosphäre]] (Lufthülle der Erde)
* [[Hydrosphäre]] (Wasserhülle der Erde: [[Fließgewässer]], Seen, Meere, Gletscher)
* [[Lithosphäre]] (Gesteinshülle der Erde: bis in etwa 200 km Tiefe reichend)
* [[Pedosphäre]] ([[Boden (Bodenkunde)|Boden]])


Diese fünf Sphären werden durch die entsprechenden fünf Geofaktoren Klima, Wasser, Boden, Gesteine und Vegetation aufgebaut.
Der [[Technik|technische]] Nachbau neuronaler Netze durch '''künstliche neuronale Netze''' ist für die Entwicklung der [[Künstliche Intelligenz|künstlichen Intelligenz]] von hervorragender Bedeutung.  


== Teilbereiche der Physischen Geographie ==
== Hebbsche Lernregel ==
Die Physische Geographie gliedert sich in die jeweils einen dieser Geofaktoren näher betrachtenden Teilgebiete [[Klimageographie]] bzw. [[Klimatologie]] (Klima), [[Hydrogeographie]] (Wasser), [[Bodengeographie]] (Boden), [[Geomorphologie]] (Oberflächenformen), [[Biogeographie]] (Vegetation und Tiere) und [[Landschaftsökologie]].


Als neueres Teilgebiet hat sich innerhalb der Physischen Geographie, aber auch als eigenständige Disziplin, die [[Geoökologie]] entwickelt. Sie versucht, die Kenntnisse aus den traditionellen Teilgebieten der Physischen Geographie wieder zusammenzuführen und damit die Geosphäre ganzheitlich zu betrachten. Damit werden also das Wirkungsgefüge von Geo- und Biofaktoren, der Stoff- und Energiehaushalt von Landschaften, die Folgen menschlicher Eingriffe sowie die Möglichkeiten verantwortlicher [[Landschaftsgestaltung]] untersucht.
[[Wikipedia:|1949]] formulierte der kanadische [[Kognitionspsychologe]] [[Wikipedia:Donald O. Hebb|Donald O. Hebb]] (1904-1985) in seinem Buch ''The Organization of Behavior'' die mittlerweile experimentell gut belegte grundlegende und einfachste neuronale Lernregel, die sog. '''Hebbsche Lernregel''', die kurz gefasst besagt: „''what fires together, wires together''“, d.h. je öfter Neuronen gleichzeitig feuern, umso bevorzugter werden sie auch künftig durch Ausbildung entsprechender synaptischer Verbindungen miteinander aktiv werden. In künstlichen neuronalen Netzen wird sie durch die Gewichtsänderung <math>\Delta w_{ij}</math> des neuronalen Graphen abgebildet. Sie ist proportional zu der als passende Konstante gewählten ''Lernrate'' <math>\eta</math> und zur Aktivitätsrate <math>a_i</math> des Neurons<sub>i</sub> und dem Output des mit ihm verbundenen Neurons<sub>j</sub>, d.h. <math>\Delta w_{ij} = \eta \cdot a_{i} \cdot o_{j}</math>


Bedeutende Vertreter der Physischen Geographie waren [[Friedrich Simony]], [[Alexander von Humboldt]], [[James Hutton]] oder [[William Morris Davis]].
== Siehe auch ==


== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Neuronales Netz}}
* {{WikipediaDE|Physische Geographie}}
* {{WikipediaDE|Künstliches neuronales Netz}}
* {{WikipediaDE|Hebbsche Lernregel}}
* {{WikipediaDE|Neuronale Plastizität}}


== Literatur ==
== Literatur ==
* {{Literatur | Autor=Roland Baumhauer | Titel=Physische Geographie 1. Geomorphologie | Jahr=2013 | Auflage=3. | Verlag=WGB | Ort=Darmstadt | ISBN=978-3-534-25634-1}}
 
* {{Literatur | Autor=Roland Baumhauer et al. | Titel=Physische Geographie 2. Klima-, Hydro-, Boden-, Vegetationsgeographie | Jahr=2011 | Auflage=2. | Verlag=WGB | Ort=Darmstadt | ISBN=978-3-534-24260-3}}
* Donald Olding Hebb: ''The organization of behavior. A neuropsychological theory''. Erlbaum Books, Mahwah, N.J. 2002, ISBN 0-8058-4300-0
* {{Literatur | Autor=Rüdiger Glaser et al. | Titel=Physische Geographie kompakt | Jahr=2010 | Verlag=Spektrum | Ort=Heidelberg | ISBN=978-3-8274-2059-6}}
* [[Wikipedia:Manfred Spitzer|Manfred Spitzer]]: ''Geist im Netz''. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996, ISBN 3-8274-0109-7, S. 148–182
* {{Literatur | Autor=Rainer Glawion et al. | Titel=Physische Geographie | Auflage=2. | Jahr=2012 | Verlag=Westermann | Ort=Braunschweig | ISBN=978-3-14-160354-5}}
* Norman Doidge, Jürgen Neubauer (Übers.): ''Neustart im Kopf: wie sich unser Gehirn selbst repariert''. Campus-Verlag, Frankfurt am Main / New York 2008, ISBN 978-3-593-38534-1
* {{Literatur | Autor=Andrew Goudie | Titel=Physische Geographie. Eine Einführung | Jahr=2007 | Auflage=4. | Verlag=Elsevier/Spektrum | Ort=München/Heidelberg | ISBN=978-3-8274-1872-2 | Originalsprache=englisch | Originaltitel=The nature of the environment | Übersetzer=Peter Wittmann, Jürg Rohner }}
* Christiane Martin, Manfred Eiblmaier: ''Lexikon der Geowissenschaften.'' Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg u. a. 2001, ISBN 3-8274-0420-7.
* {{Literatur | Autor=Alan H. Strahler, Arthur N. Strahler | Titel=Physische Geographie | Jahr=2009 | Auflage=4. | Verlag=UTB/Ulmer | Ort=Stuttgart | ISBN=978-3-8252-8159-5 | Originalsprache=englisch | Originaltitel=Introducing Physical Geography | Übersetzer=Einar Eberhardt}}
* Stephen J. Reynolds et al.: ''Exploring Physical Geography.'' [Stark visuell ausgerichtetes Lehrbuch mit mehr als 2500 Fotografien & Illustrationen]. McGraw-Hill Education, 2015. ISBN 978-0-07-809516-0


== Weblinks ==
== Weblinks ==
* [http://timms.uni-tuebingen.de/Browser/Browser01.aspx?path=%2fUniversit%C3%A4t+T%C3%BCbingen%2fMathematisch-Naturwissenschaftliche+Fakult%C3%A4t%2fGeowissenschaften%2fGeographie%2fVorlesung+Grundlagen+der+Physischen+Geographie+WiSe+2010-2011%2f Grundlagen der physischen Geographie] Videoaufzeichnungen einer Vorlesung. Von TIMMS, Tübinger Internet Multimedia Server der Universität Tübingen.
{{Commons|Neural network}}
 
* [http://www.neuronalesnetz.de/ Einführung in die Grundlagen und Anwendungen neuronaler Netze]
{{Normdaten|TYP=s|GND=4174629-6}}
* {{Webarchiv | url=http://wwwmath.uni-muenster.de/SoftComputing/lehre/material/wwwnnscript/startseite.html | wayback=20010515082546 | text=Einführung in Neuronale Netze}}
 
* {{Webarchiv | url=http://neurocomputing.org/History/body_history.html | wayback=20060203191836 | text=Geschichte der Neuronalen Netze bis 1960}} (engl.)
[[Kategorie:Geowissenschaften]]
* [http://www.dkriesel.com/science/neural_networks Ein kleiner Überblick über Neuronale Netze (D. Kriesel)] - Ausführliche, illustrierte Arbeit zu Neuronalen Netzen; Themen sind u.&nbsp;a. Perceptrons, Backpropagation, Radiale Basisfunktionen, Rückgekoppelte Netze, Self Organizing Maps, Hopfield-Netze.
[[Kategorie:Physische Geographie|!]]
* [http://www.mpg.de/100045/HM09_NeuronalePlastizitaet.pdf ''Neuronale Plastizität: Das formbare Gehirn''] (PDF) In: [http://www.mpg.de/perspektiven Forschungsperspektiven 2010+], [[Wikipedia:Max-Planck-Gesellschaft|Max-Planck-Gesellschaft]].
[[Kategorie:Geographie]]
* Ulrich Kraft: [http://www.mpg.de/932978/F004_Fokus_038_043.pdf ''Altern mit Köpfchen''.] (PDF; 2,6&nbsp;MB) In: ''[[Wikipedia:MaxPlanckForschung|MaxPlanckForschung]]'', Heft 1/2007
* {{Scholarpedia|http://www.scholarpedia.org/article/Models_of_synaptic_plasticity|Models of Synaptic Plasticity}}
* {{Scholarpedia|http://www.scholarpedia.org/article/Maintenance_of_synaptic_plasticity|Maintenance of synaptic plasticity|Harel Z. Shouval}}


{{Wikipedia}}
[[Kategorie:Nervensystem]] [[Kategorie:Informatik]]

Version vom 5. März 2018, 15:21 Uhr

Zeichnung der neuronalen Vernetzung im auditiven Cortex (Santiago Ramón y Cajal, 1898)
Schema einer einfachen neuronalen Vernetzung
mit Divergenz: ein Neuron gibt Signale an mehrere andere Neuronen weiter,
und Konvergenz: ein Neuron erhält Signale von mehreren anderen.

Ein neuronales Netz besteht aus einer Vielzahl miteinander über Synapsen vernetzter Neuronen, die innerhalb des Nervensystems einen funktionellen Zusammenhang bilden. Eine erste Darstellung[1] gab 1894 der österreichischer Physiologe Sigmund Exner in seinem Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen[2]. Üblicherweise verfügen neuronale Netze über eine Vielzahl von Eingängen und einen einzigen Ausgang. Durch ihre dynamische funktionelle und strukturelle neuronale Plastizität, durch die die synaptischen Verbindungen der Nervenzellen aktivitätsabhängig beständig umgebildet werden, sind neuronale Netze hochgradig lernfähig. Daneben findet zwischen Neuronen und Zellen der Neuroglia, insbesondere mit den Oligodendrozyten und Astrozytenen, ein chemischer und elektrischer Austausch statt, der die Gewichtung der Signale verändern kann. Neuronale Netze folgen dadurch nicht fix vorgegebenen Regeln, sondern entwickeln eine eigenständige Art von neuronaler Intelligenz. Hervorstechend ist insbesondere ihre Fähigkeit, komplexe Muster zu erkennen und zu speichern.

Der technische Nachbau neuronaler Netze durch künstliche neuronale Netze ist für die Entwicklung der künstlichen Intelligenz von hervorragender Bedeutung.

Hebbsche Lernregel

1949 formulierte der kanadische Kognitionspsychologe Donald O. Hebb (1904-1985) in seinem Buch The Organization of Behavior die mittlerweile experimentell gut belegte grundlegende und einfachste neuronale Lernregel, die sog. Hebbsche Lernregel, die kurz gefasst besagt: „what fires together, wires together“, d.h. je öfter Neuronen gleichzeitig feuern, umso bevorzugter werden sie auch künftig durch Ausbildung entsprechender synaptischer Verbindungen miteinander aktiv werden. In künstlichen neuronalen Netzen wird sie durch die Gewichtsänderung des neuronalen Graphen abgebildet. Sie ist proportional zu der als passende Konstante gewählten Lernrate und zur Aktivitätsrate des Neuronsi und dem Output des mit ihm verbundenen Neuronsj, d.h.

Siehe auch

Literatur

  • Donald Olding Hebb: The organization of behavior. A neuropsychological theory. Erlbaum Books, Mahwah, N.J. 2002, ISBN 0-8058-4300-0
  • Manfred Spitzer: Geist im Netz. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996, ISBN 3-8274-0109-7, S. 148–182
  • Norman Doidge, Jürgen Neubauer (Übers.): Neustart im Kopf: wie sich unser Gehirn selbst repariert. Campus-Verlag, Frankfurt am Main / New York 2008, ISBN 978-3-593-38534-1

Weblinks

Commons: Neural network - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
  1. Olaf Breidbach: Hirn, Hirnforschung. In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (Hrsg.): Enzyklopädie Medizingeschichte. De Gruyter, Berlin/New York 2005, ISBN 3-11-015714-4, S. 600 f.; hier: S. 600 (und S. 1543).
  2. Sigmund Exner: Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen von Dr. Sigmund Exner: I. Theil, F. Deuticke, Leipzig Wien 1894