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Digitalisierung & Technologie, 04. März 2024
Ohne Algorithmen geht nichts mehr
Funktionsweise und Hintergrund
Sie sind die heimlichen, unsichtbaren Helfer im Hintergrund, ohne die in der digitalen Welt nichts mehr geht: Algorithmen. Fast alles, was wir im Internet sehen, haben uns Algorithmen beschert. Und oft wissen wir das auch, zum Beispiel bei der Websuche oder auf Social-Media-Plattformen. Aber nur selten wissen wir, wie sie funktionieren.
Die vielen Algorithmen, die uns auf unseren Streifzügen durch das Internet begleiten, bleiben immer im Hintergrund. Wir müssen sie nicht aktivieren und bekommen auch keine Benachrichtigung, dass sie gerade eine Aufgabe für uns erledigt haben. Schon beim Einschalten des Computers läuft ein Algorithmus ab, der den Startvorgang akribisch steuert.
Streamingdienste wie Spotify oder Netflix schlagen uns per Algorithmus neue Songs und Serien vor, von denen wir noch nie etwas gehört oder gesehen haben. Und doch passen sie oft verblüffend gut zu dem, was wir bisher auf diesen Plattformen konsumiert haben. Hier zeigt sich eine der großen Stärken von Algorithmen: die Mustererkennung in großen Datensätzen.
Aus der bisher gehörten Musik und den geschauten Serien erstellen die Algorithmen personalisierte Geschmacksmuster, die sie dann mit dem gesamten Datenbestand abgleichen. Was zum erkannten Muster passt, wird dem Nutzenden dann empfohlen. Wie gut das funktioniert, merken wir oft erst, wenn es nicht mehr wie gewohnt funktioniert. Wer zum Beispiel einen neuen Dienst ausprobiert, muss den Algorithmus erst trainieren, damit er überzeugende Titel vorschlägt.
Auch in unserer physischen Welt sind Algorithmen ständige Problemlöser und fleißige Aufgabenverarbeiter. Moderne Assistenzsysteme im Auto sorgen dafür, dass wir automatisch in der Spur bleiben, ein angenehmes Klima genießen und das Navigationssystem uns auch bei einer unvorhergesehenen Straßensperrung sicher ans Ziel führt.
Für all das und noch viel mehr gibt es Algorithmen.
Eine einfache Definition
Ein Algorithmus ist vergleichbar mit einem Kuchenrezept. Oder mit der Bauanleitung für einen Schrank. In beiden Fällen werden Anweisungen Schritt für Schritt abgearbeitet, um eine bestimmte Aufgabe zu erledigen. In der digitalen Welt sind die Arbeitsabläufe meist komplexer und für uns nicht sichtbar. Dennoch sind Algorithmen nichts anderes als klar definierte Anleitungen zur Lösung eines Problems oder einer Aufgabe.
Wie funktionieren Algorithmen?
Wir wissen heute, dass wir ohne Algorithmen viele Dinge nicht so erledigen könnten, wie wir es gewohnt sind. Die fleißigen Helfer erledigen klaglos einfache bis hochkomplexe Aufgaben. Unabhängig von der Komplexität weisen Algorithmen einige grundlegende Eigenschaften auf, die sie funktionsfähig machen:
Eindeutigkeit: Jeder Schritt des Algorithmus muss klar und eindeutig sein. Mehrdeutigkeiten würden zu Verwirrung darüber führen, was als nächstes zu tun ist.
Ausführbarkeit: Jeder Schritt muss praktisch durchführbar sein und darf nicht auf unüberwindbare Hindernisse stoßen.
Endlichkeit: Ein Algorithmus besteht aus einer endlichen Anzahl von Schritten. Das bedeutet, dass er zu einem eindeutigen Ergebnis führt oder eine definierte Aufgabe erfüllt.
Eingabe: Ein Algorithmus benötigt zur Lösung der Aufgabe eine Eingabe (Input). Dies können Daten, Informationen oder Variablen sein, die für den Algorithmus relevant sind.
Output: Der Algorithmus erzeugt als Ergebnis Ausgaben (Output). Dies kann z.B. die Lösung eines Problems oder ein bestimmtes Ergebnis sein.
Effizienz: Ein guter Algorithmus sollte effizient arbeiten, d.h. die Aufgabe mit minimalem Zeit- und Ressourcenaufwand lösen.
Wiederholbarkeit: Wenn man den gleichen Algorithmus mit den gleichen Eingaben mehrmals ausführt, sollte er jedes Mal das gleiche Ergebnis liefern.
Was bedeutet eigentlich Algorithmus?
Algo kommt aus dem Spanischen und bedeutet „etwas“. Wenn dieses Etwas einem bestimmten Rhythmus folgt, sprechen wir von einem Algo-Rhythmus. Klingt logisch? Ist aber völlig falsch.
Tatsächlich handelt es sich um eine vermutlich sogar falsche Übersetzung des Namens eines persischen Mathematikers ins Lateinische. Aus „Abu Dschaʿfar Muhammad ibn Musa al-Chwārizmī wurde über Umwege „Algorizmi“, woraus sich im Laufe der Zeit der Begriff Algorithmus entwickelte. Der Mathematiker beschäftigte sich im 9. Jahrhundert n. Chr. mit dem indisch-arabischen Zahlensystem und dem schriftlichen Rechnen. Mit den heutigen Algorithmen hatte das allerdings nichts zu tun.
Gibt es böse Algorithmen?
Auch wenn Algorithmen viele Probleme für uns lösen und uns viel Arbeit abnehmen, gibt es immer wieder kontroverse Diskussionen. Zum Beispiel, wenn sie Entscheidungen treffen oder Ergebnisse liefern, die uns nicht gefallen. Dabei hängt es oft mit dem Input zusammen, wenn uns das Ergebnis nicht gefällt.
Wie jede Technologie sind Algorithmen zunächst neutral, also weder gut noch böse. Sie werden jedoch von Menschen programmiert, die damit unterschiedliche Ziele verfolgen. Das müssen nicht immer böse Absichten sein, wie zahlreiche Beispiele aus der Praxis zeigen. So gibt es bereits zahlreiche Versuche, in sensiblen gesellschaftlichen Bereichen mit Hilfe von Algorithmen unvoreingenommene Entscheidungen zu treffen.
Ein bekanntes Beispiel aus den USA: Hier sollte ein Algorithmus die Rückfallwahrscheinlichkeit von Strafgefangenen berechnen und kam zu dem Ergebnis, dass die dunkle Hautfarbe das entscheidende Kriterium für einen Rückfall sei. Dieses diskriminierende Ergebnis konnte im Nachhinein widerlegt werden und ist auf eine unzureichende Datenbasis als Input zurückzuführen.
Um solche Fälle in Zukunft besser vermeiden zu können, haben Algorithmus-Forschende ein Regelwerk entwickelt. Die Algo.Rules richten sich an alle, die an der Gestaltung, Entwicklung und Programmierung algorithmischer Systeme arbeiten. Die aufgestellten Regeln sollen Diskriminierungen vermeiden und einen sicheren Umgang mit digitalisierten Automatismen ermöglichen.
Text: Falk Hedemann
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