Perzeptro - Ein Kartenspiel für lernende künstliche Neuronen
Mit dem Kartenspiel Perzeptro kannst du spielerisch die Funktionsweise und die Lernregeln von künstlichen Neuronen kennen lernen. Es funktioniert ähnlich wie die digitale Simulation hier im Schulbuch.
Ziel des Spiels ist es, mit Spielkarten künstliche Neuronen zu bauen, die korrekt funktionieren und gewisse Aufgaben erfüllen können.
Hier findest du die Druckvorlage für die 55 Spielkarten: perzeptro-druckvorlage.pdf
Die Eingangskarte wird links am Perzeptron angelegt und gibt an, welcher Wert an einem Eingang anliegt. Sie kann an beiden Eingängen (oben und unten) verwendet werden.
Die Ausgangskarte wird rechts am Perzeptron angelegt und gibt an, welcher Wert am Ausgang anliegt.
Die Gewichtskarte w1 wird hinter den oberen Eingang gelegt und gibt das Kantengewicht des oberen Eingangs an.
Die Gewichtskarte w2 wird hinter den unteren Eingang gelegt und gibt das Kantengewicht des unteren Eingangs an.
Die Schwellenwertkarte wird vor den Ausgang gelegt und gibt an, welcher Wert überschritten sein muss, damit am Ausgang eine 1 anliegt.
Diese Jokerkarte kann als Eingang oder (gedreht) als Ausgang verwendet werden.
Diese Jokerkarte kann für beide Kantengewichte (oben und unten) verwendet werden .
Die Trainingskarte gibt das gewünschte Verhalten des Perzeptrons vor. Für alle möglichen Eingangskombinationen wird dabei der gewünschte Ausgangswert aufgelistet. Die hier abgebildete Trainingskarte
entspricht in ihrem Verhalten einem UND-Gatter.
In diesem Spielmodus spielt ihr mit mehreren Personen und baut dabei ein künstliches Neuron solange um, bis ihr keine Karten mehr auf der Hand habt. Wer zuerst keine Karten mehr auf der Hand hat, hat dann gewonnen.
Dieser Spielmodus bezieht sich auf die Lernstrecke zum vereinfachten künstlichen Neuron.
Spielregeln - Spielmodus 1
Spielvorbereitung:
- Legt zunächst die Trainingskarten zur Seite - sie werden nicht benötigt.
- Baut zusammen aus den Spielkarten ein beliebiges, aber funktionierendes künstliches Neuron und legt es vor euch aus (wie in der Abbildung).
- Mischt die restlichen Karten und verteilt dann 5 Handkarten pro Person.
Spielablauf:
- Wer dran ist, legt eine Handkarte einfach auf die passende Stelle des Neurons. Achtung: Das Neuron muss danach immer noch den korrekten Ausgang liefern.
- Ist man dran und kann nicht passend legen, muss eine verdeckte Karte auf die Hand genommen werden.
- Nachdem man eine Karte legen konnte oder nachziehen musste, ist sofort der nächste Spieler im Uhrzeigersinn dran.
- Die Jokerkarten passen für Ein-oder Ausgänge bzw. für beide Gewichte (w1/w2).
- Wer eine neue Ausgang-Karte legt, darf noch eine zweite Karte legen, wenn sonst der neue Ausgang nicht korrekt wäre. (Es darf aber nur eine zweite Karte gelegt werden und es dürfen nicht zwei Ausgang-Karten in einem Zug gelegt werden.)
Ziel des Spiels:
- Gewonnen hat, wer zuerst alle Karten abgelegt hat.
Kooperative Spielvariante von Spielmodus 1:
Die Spielregeln von oben bleiben erhalten bis auf folgende Änderungen:
- Ihr habt als Team gewonnen, wenn kein Mitspieler mehr Karten auf der Hand hat.
- Wie gut eure Spielrunde war, könnt ihr daran erkennen, wie groß euer verdeckter Stapel nach Spielende noch ist.
- Ihr habt weiterhin verdeckte Handkarten, ihr dürft miteinander sprechen, dürft aber nicht über eure konkreten Handkarten sprechen.
- Ihr könnt z.B. sagen "Wenn sich der Ausgang nicht ändert, muss ich eine Karte nachziehen".
In diesem Spielmodus spielt ihr am besten mit 4 Personen und baut dabei ein künstliches Neuron solange um, bis es die Funktionsweise einer Trainingskarte komplett korrekt simuliert.
Dieser Spielmodus bezieht sich auf die Lernstrecke zum vereinfachten lernenden Neuron.
Spielregeln - Spielmodus 2
Spielvorbereitung:
- Sucht euch zunächst eine Trainingskarte (siehe Abbildung rechts) aus, mit der ihr trainieren wollt.
- Legt dann die anderen Trainingskarten und die Joker zur Seite, sie werden nicht benötigt.
- Legt mit den Spielkarten ein zufälliges künstliches Neuron ohne Ein- und Ausgänge vor euch aus (wie in der Abbildung).
- Sortiert die restlichen Karten nach nach ihrer Art (e/a/w1/w2/s).
- Verteilt die 4 Zeilen der Vorgabe auf der Trainingskarte auf die Mitspielenden.
Spielablauf:
- Jetzt dürft ihr der Reihe nach eure Zeile der Trainingsvorgabe spielen. Legt dazu die Ein- und Ausgabe eurer Zeile am Neuron an und prüft die Funktionsweise.
- Wenn die Funktionsweise nicht korrekt ist, dann versucht gemeinsam eine Änderung in den Gewichten und/oder dem Schwellenwert zu finden, damit die aktuelle Zeile der Vorgabe korrekt simuliert wird. Danach ist die nächste Zeile an der Reihe!
Ziel des Spiels:
- Das Spiel ist beendet, sobald alle Zeilen der Trainingsvorgabe korrekt simuliert werden und daher keine Änderungen mehr nötig sind.
Dieser Spielmodus ähnelt dem vorherigen Spiel sehr. Der einzige Unterschied ist der folgende:
Wenn die Funktionsweise einer Zeile nicht der Vorgabe entspricht, wendet ihr die Lernregeln des Neurons an und ersetzt entsprechend ein Mal Gewichte und den Schwellenwert. Danach ist die nächste Zeile an der Reihe.
Das Spiel ist wieder beendet, sobald alle Zeilen der Trainingsvorgabe korrekt simuliert werden und daher keine Änderungen mehr nötig sind.
Hilfe für die Lerngegeln:
