10.01.2020

#unchAIn, Teil 3: Was ist Machine Learning und Deep Learning?

Für die Artikelreihe "#unchAIn - Demystifying AI" kooperiert der brutkasten mit dem Expertinnen-Netzwerk Ms. AI, um Vorurteile rund um Künstliche Intelligenz zu entmystifizieren. Expertinnen beantworten dazu die großen Fragen rund um das Thema KI. Teil 3: Was ist Machine Learning und Deep Learning?
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Künstliche Intelligenz (KI): Was ist Machine Learning? Was ist der Unterschied zu Deep Learning?
(c) Adobe Stock - zapp2photo

KI (Künstliche Intelligenz) ist das vielleicht wichtigste Tech-Thema unserer Zeit. Es gibt wohl keinen Bereich des politischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Lebens, der nicht das Potenzial hat, von KI grundlegend verändert zu werden. Gleichzeitig gibt es bei diesem Thema viele Falschinformation und überzogene Erwartungen. Für das Projekt „#unchAIn – Demystifying AI“ kooperiert der brutkasten mit dem internationalen Expertinnen-Netzwerk Miss AI, um gängige, teils falsche Vorstellungen zu entmystifizieren. Expertinnen und Experten der jeweiligen Felder – von Philosophinnen über Wissenschaftlerinnen bis zu Managerinnen – beantworten dabei in einer mehrteiligen Artikelreihe die großen Fragen zum Thema Künstliche Intelligenz, Machine Learning, Deep Learning und Co.

+++Mehr zum Thema AI & DeepTech+++

Im ersten Teil der Serie behandelten wir die Frage, was eigentlich Intelligenz (ganz allgemein) ist. Im zweiten ging es darum, ob Maschinen das menschliche Gehirn 1:1 kopieren können. Im dritten Teil widmen wir uns nun zwei der gängigsten Tech-Begriffe im Zusammenhang mit KI: Was ist Machine Learning? Und was ist Deep Learning? Und wie unterscheiden sich die beiden? Die Programmiererin und Mathematikerin Donata Petrelli un der Chatbot-Pionier Denis Rothman wählten bei der Beantwortung dieser Fragen sehr unterschiedliche Zugänge.


Bisher in der Serie „#unchAIn – Demystifying AI“ erschienen:


Was ist Machine Learning?

Petrelli: Die meisten haben als Kind wohl das Spiel „Blinde Kuh“ gespielt? Man ist mit verbundenen Augen in einem ausreichend großen Raum und muss es schaffen, die anderen im Raum zu finden und zu erkennen. Dabei hat das Kind mit verbundenen Augen keine Hinweise darauf, wo die anderen Kinder sind. Wenn es sich durch den Raum bewegt, muss es durch Tasten und Probieren die Umgebung verstehen, und letztlich die Mitspieler finden und erkennen. Machine Learning ist genau so ein Prozess, wie ihn das Kind mit verbundenen Augen im Raum durchführt.

Und um es etwas technischer zu definieren: Das maschinelle Lernen macht heute einen großen Teil des Bereichs Künstliche Intelligenz aus. Es umfasst mehrere Methoden zur Analyse und Erkennung von Daten und deren Beziehungen zueinander – oft zu Vorhersagezwecken. Alle diese Verfahren haben das Ziel, ohne initiale Kenntnisse sondern durch Erfahrung, eine Umgebung mit ihren Elementen und den Beziehungen zwischen ihnen, zu erkennen. Zu den bekanntesten Verfahren gehört das Modell der künstlichen neuronalen Netze, die die Struktur des menschlichen Gehrins simulieren.

Rothman: Machine Learning ist ein Teilbereich der Künstlichen Intelligenz. Nicht Machine Learning-basierte Algorithmen sind im Allgemeinen regelbasiert. Also etwa:

wenn X dann Y

Sowohl X als auch Y enthalten dabei viele Werte wie etwa ein Set von Daten. Das maschinelle Lernen kann die richtigen Werte „lernen“, um ein Ergebnis zu produzieren. Dabei gibt es keine Regel! Wir wollen etwa die Lösung finden für die Gleichung:

Y=aX + b

Wir müssen also die Werte von a und b finden, um die Gleichung lösen zu können. Daher probieren wir alle möglichen Werte von a und b aus. Das passiert oftmals nach dem Zufallsprinzip, um zu sehen, welche Werte am besten passen. Da wir leistungsstarke Computer haben, funktioniert das auch. Wir benutzen dazu viele Arten von Algorithmen, etwa Clustering und Regression. Jeder Algorithmus f sucht dabei nach den richtigen Werten, nach dem Prinzip:

f(Y)=aX+b

Die jeweiligen Algorithmen können dann jeweils für bestimmte Aufgaben genutzt werden, etwa eine Vorhersage, ob es nächste Woche regnen wird oder was die beste Route ist, um von Ort A nach Ort B zu gelangen usw.

Und was ist der Unterschied zu Deep Learning?

Rothman: Deep Learning ist wiederum ein Teilbereich des maschinellen Lernens. Es erweitert das Prinzip um „Layers“. Man kann es in Fällen nutzen, wo die Ermittlung des Werts Y schon deutlich komplexer ist. Nehmen wir dazu wieder eine Funktion f heran, wo es nun aber viele Schritte gibt:

f(Y)= f5(f4(Xf(3Xf(2Xf(X))

Das wirkt etwas verrückt? Als Mensch macht man das aber jeden Tag. Wenn man etwa gebeten wird, ein Gesicht in einem Bild mit 30 Gesichtern zu finden (wie z.B. auf einem Klassenfoto), dann macht man (unbewusst) ungefähr folgendes:

  1. Man versucht, die Gesichter vom Hintergrund zu isolieren.
  2. Dann sieht man sich die Form der Gesichter an.
  3. Dann die Farbe der Gesichter.
  4. Dann auch die Größe einer Person.
  5. Dann trifft man endlich eine Entscheidung und sagt: „Das ist die Person, die ich suche!“

Deep Learning tut dies automatisch, indem es die jeweils richtigen Werte von a und b findet, um jede Schicht von f(Y)=aX + b zu ermitteln.

Petrelli: Deep Learning ist eine Verstärkung der Methoden des Machine Learning, insbesondere der neuronalen Netze. In diesem Fall ist das Modell ausgefeilter, da die Resultate das Ergebnis der Ausarbeitung strukturierter Konzepte sind, die sich aus den Basis-Konzepten ableiten.

Um eine Analogie zu bringen: Die Gewinnung von Informationen durch ein Deep Learning-Modell im Vergleich zu einem Machine Learning-Modell ist wie jene eines Erwachsenen verglichen mit jener eines Kindes, das noch weitere Entwicklungsstufen vor sich hat.

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Dominic Weiss, Geschäftsführer der Wirtschaftsagentur Wien | (c) Paul Bauer

Kürzlich ist die ViennaUP über die Bühne gegangen, und zwar mit Rekordandrang. Mehr als 14.000 Teilnehmende aus über 90 Ländern und 28 internationale Delegationen kamen nach Wien, um sich beim internationalen Startup-Festival zu vernetzen, Investor:innen zu treffen und den Standort als möglichen Ankerpunkt zu sondieren. Über 65 Veranstaltungen an 43 Locations in nur fünf Tagen, ein Großteil davon restlos ausgebucht.

Die ViennaUP ist aber nur ein Baustein in der Wiener Innovationsstrategie. Mit dem Life Science Center entsteht bis 2029 eine zentrale Forschungs- und Produktionsinfrastruktur, und mit der neuen Beteiligungsgesellschaft Wiener Wachstum geht die Wirtschaftsagentur einen für sie neuen Weg, weg vom klassischen Zuschuss, hin zur echten Beteiligung. Im Interview spricht der Geschäftsführer der Wirtschaftsagentur Wien über die Bilanz der ViennaUP, das große Infrastrukturprojekt im Life-Science-Bereich und einen Paradigmenwechsel in der Förderlogik.


brutkasten: Die Economica-Studie zur ViennaUP weist 3,5 Millionen Euro Wertschöpfung und fast 50 gesicherte Stellen aus. Sie haben das heuer erstmals so evaluieren lassen. War etwas Überraschendes dabei?

Dominic Weiss: Wir haben es das erste Mal in dieser Form gemacht, und es ist etwas, worauf die Wirtschaftsagentur viel Wert legt. Wir brauchen ein belastbares Zahlenwerk, das unsere Wirkung am Standort zeigt. Wir haben den Auftrag und auch den Anspruch, sorgsam mit Steuergeld umzugehen. Überraschend war im Grunde nichts. Wir waren immer schon überzeugt, dass das, was wir tun, Wirkung hat. Aber gerade in Zeiten eines großen Konsolidierungsprozesses ist es wichtig, mit Zahlen aufzuwarten. Positiv überrascht hat mich vor allem, wie viele Ansiedlungen tatsächlich auf die ViennaUP zurückzuführen sind. Das zeigt, dass unser internationaler Ansatz wirkt, und zwar indirekt in einem ganz anderen Bereich der Wirtschaftsagentur. Auch die durch Startups ausgelösten Investitionen zahlen direkt fiskalpolitisch in die Stadt ein. Das sind wirklich gute Zahlen.

Im Vergleich zu Web Summit oder Slush positioniert sich die ViennaUP sehr eigenständig. Wollen Sie dieses Konzept weiterführen?

Davon bin ich überzeugt. Wir haben einen sehr glücklichen Schulterschluss zwischen Privatwirtschaft, öffentlichem Bereich und Wissenschaft. Die Wirtschaftsagentur ist hier der gemeinsame Nenner, der initiiert und in der Mitte steht. Aber wir brauchen einen dezentralen Ansatz und starke Partner:innen. Fest steht auch, dass wir die ViennaUP kontinuierlich weiterentwickeln. Und das werden wir auch im kommenden Jahr tun.

Was unterscheidet die ViennaUP grundsätzlich von einem Web Summit?

Bei einem Web Summit wird in riesiger Breite über Technik gesprochen, oft ohne klare Haltung. Ist Blockchain Zukunft oder nicht. Bei der ViennaUP geht es darum: Wie wirkt das, was wir hier tun? Für den Wirtschaftsstandort, das ist klar. Für uns geht es nicht nur um Wirtschaft per se, sondern auch um Lösungen für unsere Bürger:innen, für unser Umfeld, für Lebensqualität. Diese Verantwortung in einem sozialen und nachhaltigen Umfeld zeichnet Wien aus. Wien hat immer schon eine andere soziale Verantwortung gehabt. Die ViennaUP schlägt daher eine wertvolle Brücke zwischen Business und sozialem Impact. Das trifft auf andere Startup-Events dieser Art weniger zu. Die ViennaUP, das ist mehr als nur Business.

Die Homebase am Karlsplatz war auch heuer wieder Anlaufpunkt des Startup-Festivals. © Wirtschaftsagentur Wien / Philipp Lipiarski

Sie investieren rund 170 Millionen Euro in das Life Science Center, Fertigstellung 2029. Wohin geht die Stoßrichtung?

Wir schauen uns sehr genau an, wo der Markt etwas noch nicht regelt und wo wir einen Anstoß setzen können. Im Wiener Raum gibt es einen klaren Mangel an Laborflächen: günstig, in hoher Qualität, als Shared Facilities, bereichsübergreifend zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Vor allem für Spin-offs, die gründen oder gerade gegründet haben, fehlt diese Infrastruktur. Wir schaffen daher rund 14.000 Quadratmeter mit hochwertiger Laborinfrastruktur und genauso viel Community-Fläche, wo Begegnung und gemeinsames Arbeiten stattfinden. Mit der Akademie der Wissenschaften und ihrem Institut AITHYRA haben wir einen starken Anker-Mieter im Bereich Biotech und KI. Wir betreiben schon im Vienna Bio Center erfolgreich Startup Labs. Die sind seit Jahren ausgebucht. Wir wissen also genau, welcher Druck am Markt herrscht.

500 Arbeitsplätze sollen entstehen?

Ja, aber das Wichtigere ist: 500 sehr hochwertige Arbeitsplätze mit hoher Wertschöpfung. Diese sind für eine Metropole wie Wien außerordentlich wichtig. Wir haben viele Arbeitsplätze im Tourismus, aber bei den hochwertigen muss Wien echte Akzente setzen. Mit dieser Infrastruktur gehen wir einen Schritt voraus.

Drittes Thema: Wiener Wachstum. Eine GmbH gemeinsam mit der Raiffeisen Bank International, 7 Millionen Euro Startkapital, Tickets zwischen 100.000 und 500.000 Euro. Wie sieht der Plan konkret aus?

Wir schaffen mit Wiener Wachstum ein Instrument, um mit Eigenkapitalinstrumenten wachstumsorientierte Unternehmen in der Digital- und Gesundheitswirtschaft zu unterstützen. Und wir schließen damit für einen ganz relevanten Bereich eine Lücke, die wir am Standort bisher nicht schließen konnten. Wir haben in Wien klassisch wachstumsorientierte Unternehmen, die schon am Markt sind, erste Umsätze haben und vor ihrem ersten großen Wachstumsschritt stehen. Diese müssen oft große Investitionen tätigen, für die es keine Finanzierung gibt. Eine Maschine anschaffen, mehr Personal anstellen, skalieren. Die klassischen Projektförderungen greifen hier zu kurz. Sie brauchen Eigenkapital oder eigenkapitalähnliche Instrumente, Stichwort Mezzanine. Genau dort und nur dort wollen wir hinein, fokussiert auf Life Science und Digitalwirtschaft. Hier gilt: Für uns ist die Fokussierung enorm wichtig, mit einem Startvolumen von 7 Millionen Euro und maximalen Ticketgrößen von 500.000 Euro wird es vor allem auch um Qualität gehen.

Ist das ein Paradigmenwechsel?

Ja, das kann man so sagen. Wir denken die Wirtschaftsförderung weiter. Die Wirtschaftsagentur gibt es seit 1982, und wir haben in klassischen Förderungen gedacht. Mit Wiener Wachstum gehen wir einen neuen Weg, zusätzlich zu den nicht rückzahlbaren Zuschüssen. Es geht um echte Beteiligungen. Das bringt uns auch mehr Marktnähe und wir sind gespannt auf die Wirkung. Auch für das Unternehmen ist es ein anderes Commitment, wenn sich Wirtschaftsagentur und Raiffeisen beteiligen.

Heißt das, klassische Zuschüsse werden zurückgefahren?

Nein. Wir werden Förderungen natürlich weiterentwickeln und auch hier stärker fokussieren. Das ist unser Anspruch. Denn wir wollen gemeinsam mit den Unternehmen die stärkste Wirkung für die Stadt erzielen.

Wie passt das alles zusammen, ViennaUP, Life Science Center, Wiener Wachstum?

Als Standortagentur orchestrieren wir unsere Angebote im absoluten Gleichklang, um die optimale Wirkung für die Unternehmen und Wien zu erzielen. Unternehmen finden in Wien im internationalen Vergleich ein sehr umfassendes Förderangebot. Passgenaue Produkte zum richtigen Zeitpunkt, aus einer Hand flankiert von persönlicher Betreuung. Mit der ViennaUP vernetzen wir und schaffen Awareness. Mit dem Life Science Center stellen wir Infrastruktur bereit, leistbar, mit einem breiten Bespielungsmix. Und mit Wiener Wachstum begleiten wir den nächsten Wachstumsschritt. Wir können nicht alles regeln, aber wir können genau dort unterstützen, wo es nötig ist, damit Unternehmen am Markt erfolgreich sein können.

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