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Wie man einen Schokoladendieb entlarvt … und andere mathematische Zaubertricks

wie man einen schokoladendieb entlarvtCarla Cederbaum

Springer; Auflage: 2., korr. Aufl. 2018 (25. Januar 2018), 161 Seiten, 19,99 €
ISBN-10: 3662561425
ISBN-13: 978-3662561423

Ein nettes kleines Taschenbuch hat der Verlag hier in zweiter korrigierter Auflage und in neuem Gewand herausgebracht.

Laut Verlagstext auf der Rückseite des Buches ist es „ideal für Eltern, Großeltern, Lehrer und Kinder“. Da wohl die meisten Kinder gerne als Zauberer auftreten und Tricks vorführen möchten, trifft diese Aussage mit Sicherheit zu. Auch kleinere Kinder (im Grundschulalter) können durchaus eine Reihe der „Kunststücke“ vorführen, allerdings müssen Eltern oder Großeltern zu diesem Buch greifen und den Kleinen die Tricks zeigen und mit ihnen ein wenig üben. Ältere Kinder (ab dem zehnten Lebensjahr) dürften auch schon selbständig die meisten Kapitel verstehen und dann als Zauberer auftreten können.

Die einfachen, aber teils verblüffenden Zaubertricks beruhen alle auf elementaren mathematischen Eigenschaften. Die meisten Kunststücke nutzen Besonderheiten von Zahlen aus, wenige verwenden geometrische oder logische Gesetzmäßigkeiten. Man kann nur staunen, mit welch einfacher Mathematik sich hübsche Tricks vorführen lassen.

Die einfache Rechnung 37·3 = 111 und die periodische Ziffernfolge des Bruchs 1/7 stecken hinter den ersten Tricks. Kettenaufgaben führt der Zauberer zu gewünschten Zahlen und lange Zahlenreihen kann er im Handumdrehen addieren. Kommutativ- und Distributivgesetz werden dabei genutzt, die Eigenschaften der Fibonacci-Zahlenfolge verwendet. Auch von weithin bekannten Aufgaben wie die „Verteilung der 17 Kamele an drei Erben“ und das Zerschneiden eines Möbius-Bandes werden so aufbereitet, dass sie für eine Vorführung geeignet sind.

In jedem Kapitel wird am Ende der mathematische Hintergrund dargestellt, hier geht die Autorin zwar sehr anschaulich vor, doch werden diese Abschnitte – wenn überhaupt – erst für ältere Jugendliche geeignet sein (da hier die sonst kindgemäße Sprache doch schwerer wird).

Übrigens: Als Käufer des Buches kann man das eBook zu diesem Buch kostenlos herunterladen.

Rezension: Hartmut Weber (Kassel)

Mathematik und Zaubern: Ein Einstieg für Mathematiker

mathematik und zaubern ein einstieg fuer mathematikerEhrhard Behrends

Springer Spektrum; Auflage: 1. Aufl. 2017 (7. Juli 2017), 27,99 €
ISBN-10: 3658175044
ISBN-13: 978-3658175047

Vor ein paar Jahren habe ich das Buch „Der mathematische Zauberstab – Verblüffende Tricks mit Karten und Zahlen“ desselben Autors hier rezensiert. Da urteilte ich unter anderem: „Das Buch ist so angelegt, dass – wer will – die Mathematik stets überblättern kann. Das wäre aber schade. Die Mathematik hinter den Kunststücken ist nicht sehr kompliziert, und der Autor möchte sicher gerne, dass viele sich auch damit beschäftigen.“

Hier, in seinem nächsten „Zauberbuch“ allerdings, ist das anders: In der Einleitung schreibt Behrends „Die zugrunde liegende Mathematik benötigt zum Verständnis eine fachliche Vorbildung: Für mathematische Laien wird es (leider) zu schwierig.“

In 15 Kapiteln wird jeweils ein Zaubertrick (mit Varianten) relativ kurz vorgestellt, ausführlich aber wird die Mathematik erklärt, hergeleitet und bewiesen, die hinter diesem Trick verborgen ist (den man „auch dann vorführen kann, wenn man den mathematischen Hintergrund nicht bis in alle Einzelheiten verstanden hat“). Der Schwierigkeitsgrad dieser kleinen Theorien wird vom Autor als von „leicht bis mittel“ bis hin zu „schwer“ eingeschätzt. (Diese subjektiven Einstufungen haben sich „auch durch Erfahrungen in Seminaren und Proseminaren an der FU Berlin“ ergeben.)

Bei manchen Abschnitten konnte Behrends auf vorliegende mathematische Veröffentlichungen zurückgreifen, in anderen Teilen hat er die notwendige Mathematik erst selber entwickelt und teilweise hier erstmals veröffentlicht!

Ich finde es erstaunlich und verblüffend, welche Vielfalt an mathematischen Themen dabei zur Sprache kommt. Ich will das an einigen der Kapitel näher beschreiben.

In zwei Kapiteln geht es um (verallgemeinerte) magische Quadrate. Neben der Methode der vollständigen Induktion werden Kenntnisse über Permutationen und die Theorie linearer Gleichungssysteme benötigt. Und dann werden die Überlegungen – typisch Mathematiker! – auf höhere Dimensionen übertragen (magische Würfel und Hyperwürfel). Aber lässt sich das denn einfach visualisieren? In der Tat wird für die dritte Dimension eine realisierbare Variante vorgeschlagen: man kann sie in den Quadraten durch Farben darstellen!

Ein Kartentrick – relativ einfach durchzuführen, da das meiste die Mathematik erledigt – ist Thema eines anderen Kapitels. Warum es funktioniert, wird erklärt: man nehme ein wenig Gruppentheorie mit einer Untergruppe der symmetrischen Gruppe und deren Normalisator, die Begriffe Faktorgruppe, Permutation und Homomorphismus und schon ist eine kleine „Theorie“ dieses speziellen Kartenmischens entstanden.

Ein weiterer Abschnitt handelt von der „mysteriösen Zahl 1089“, die häufig in Lehrbüchern für Arithmetik (Grundschullehrer) und in Zauberbüchern zu finden ist. Während man das Entstehen dieser Zahl (ausgehend von einer dreistelligen Zahl) durch den kurzen Rechenprozess in wenigen Zeilen herleiten kann, nimmt der Autor – auch hier wieder typisch Mathematiker! - Verallgemeinerungen vor: Er untersucht, ob sich diese Eigenschaft erhält, wenn man mit Zahlen beliebiger Länge arbeitet und dann – das wäre ja noch zu wenig – wenn man die Zahlen in beliebigen anderen Zahlsystemen (etwa dem Dualsystem) darstellt. Zur Lösung dieser Fragen muss Behrends erst einmal die Grundschultechniken der schriftlichen Subtraktion und Addition präzisieren, um dann mit Hilfe von komplexen Rekursionsformeln das Ergebnis zu erhalten – und überrascht festzustellen, dass dabei die Fibonacci-Zahlen auftauchen!

In weiteren Kapiteln erscheinen dann noch Primzahlen und Binomialkoeffizienten, Restklassengruppen und quadratische Reste, Palindrome, Codierungen und deBruijn-Folgen, Wahrscheinlichkeiten und Wartezeiten und immer wieder Rekursion und vollständige Induktion.

Wer mehr zur praktischen Umsetzung der Zaubertricks erfahren möchte, greife zum anfangs genannten Buch oder zu anderen Zauberbüchern, die vom Autor am Ende eines jeden Kapitels beschrieben werden. Ergänzende mathematische Literatur und Ehrhard Behrends eigene Originalarbeiten zu diesem Thema werden in einem ausführlichen Verzeichnis aufgeführt.

Das Buch ist sicher nicht für jeden Amateur-Zauberer die passende Lektüre. Wohl aber für Mathematik-Liebhaber, Dozenten und Studenten, für Seminare, in denen man mathematische Theorien in einem Zusammenhang anwenden kann, den man vor dieser Lektüre wohl kaum für möglich gehalten hätte.

Rezension: Hartmut Weber (Kassel)

Felix Hausdorff. Gesammelte Werke. Band IB. Biographie

fhneuEgbert Brieskorn (†) und Walter Purkert (Hrsg.):

Springer 2018, XXII + 1131 Seiten, 119,99 €
ISBN: 978-3-662-56380-9

Dieser Band sollte die „Gesammelten Werke“ von Felix Hausdorff beschließen und damit eines der großen Editionsprojekte zur Mathematikgeschichte der letzten Jahrzehnte zu einem guten Ende bringen1. Bekanntlich war diese Edition ein Anliegen, das maßgeblich von Egbert Brieskorn betrieben wurde. Es bezweckte weit mehr, als die Werke von Felix Hausdorff alias Paul Mongré in ihrer Gesamtheit zugänglich zu machen. Vielmehr ging es – und das macht das von Walter Purkert verfasste Vorwort deutlich – um eine Art Wiedergutmachung, darum „auch in diesem konkreten Schicksal etwas von dem Unbegreiflichen zu begreifen, was in Deutschland deutschen Juden geschehen ist.“ (S. VII) Zwei Motive leiteten Brieskorn, wie er selbst in einem Vortrag in Paris formulierte: Zum einen „... die Scham über die entsetzliche Schuld, die Deutschland mit der Verfolgung und Ermordung der Juden in Europa auf sich geladen hat.“ (S. VIII), zum andern die persönliche Bekanntschaft mit Hausdorffs Tochter Leonore König: „Sie öffnete mir einen ersten Zugang zum Leben und zur Persönlichkeit ihres Vaters.“ (S. VIII) Das sind eher ungewöhnliche Beweggründe, um ein derartiges Großprojekt anzugehen – und sie werden durchaus deutlich in dem hier zu besprechenden Werk. Natürlich hat es der Mitarbeit anderer Mathematiker und Mathematikhistoriker bedurft, um die Gesammelten Werke herauszugeben: Neben den bereits verstorbenen Friedrich Hirzebruch und Reinhold Remmert waren dies Walter Purkert und Erhard Scholz. Neben diesen Generalherausgebern gab es selbstverständlich noch viele andere Mitarbeiter – und keineswegs nur Mathematiker – an den einzelnen Bänden. Was erwartet den Leser dieser Biographie? Oberflächlich betrachtet geht es um 1083 Seiten Text, gefolgt von einem Register und einem Bildteil. Neben Vorwort, Hinweise für den Leser und Danksagung findet sich im separat paginierten Einleitungsteil auch noch ein Schriftenverzeichnis von Hausdorff/Mongré. Rein quantitativ ist das enorm und für Mathematikerbiographien sehr ungewöhnlich.

Aber man muss bedenken, dass Hausdorff eben nicht nur Mathematiker sondern auch als Paul Mongré Philosoph, Schriftsteller und Essayist gewesen ist. Folglich hat man es mit einer Art von Doppelbiographie zu tun. Der Text des Buches stammt in etwa gleichen Hälften von E. Brieskorn und von W. Purkert, letzterer hat dankenswerter Weise als Mitarbeiter der Hausdorff-Edition die äußerst schwierige Aufgabe übernommen, die Biographie zu Ende zu schreiben, die Brieskorn bei seinem Tode im Juli 2013 unvollendet hinterließ. Dabei konnte Purkert sich auf eine enorme Sammlung von Quellen stützen, die Brieskorn in den letzten Jahrzehnten angelegt hatte. Die beiden etwa gleich großen Hälften sind natürlich unterschiedlich in Duktus und Stil, dennoch ist ein kohärentes Ganzes entstanden. Es geht also um die Biographie von Felix Hausdorff, geboren 1868 in Breslau als Sohn einer jüdischen Familie. Dieser familiäre Hintergrund wird sehr detailliert ausgeleuchtet, die Kette der Vorfahren wird weit zurückverfolgt; auch die Frage nach der Bedeutung der jüdischen Religion und Kultur (vgl. S. 508ff) für Hausdorff und seine Familie wird ausführlich erläutert; das Thema Antisemitismus ist in dieser Biographie omnipräsent (vgl. etwa S. 42–55). Felix Hausdorff begann 1887 sein Studium in Leipzig, wo er nach Zwischenstationen in Freiburg und Berlin schließlich 1891 mit einer Arbeit zur rechnenden Astronomie promovierte. Es folgte eine Phase der Orientierung, in der sich Hausdorff u. a. mit Optik und Wahrscheinlichkeitstheorie beschäftigte. Nach erfolgter Habilitation 1895 mit einer Schrift zur atmosphärischen Extinktion und einem Probevortrag über das Gaußsche Fehlergesetz verbrachte Hausdorff ganze 15 Jahre als Privatdozent und Extraordinarius in Leipzig. Möglicherweise spielten bei dieser vergleichsweisen langen Zeitspanne unbezahlter Tätigkeit auch antisemitische Sentiments eine Rolle (vgl. etwa die Stellungnahme von Hausdorffs Lehrer Bruns S. 508). Es folgten Rufe nach Bonn (als planmäßiger, also bezahlter Extraordinarius), Greifswald (1913 als Ordinarius) und dann zurück nach Bonn (1921). Hier wirkte Hausdorff bis zu seiner Emeritierung 1935. Hausdorff nahm sich zusammen mit seiner Frau Charlotte und deren Schwester Edith Pappenheim im Januar 1942 das Leben und kam so der Deportation ins Sammellager Endenich zuvor.

Ein entscheidender Einschnitt (S. 293 ff) im Werdegang des Mathematikers Hausdorff war die Bekanntschaft mit der Mengenlehre, hier schreibt Brieskorn (S. 293–295) dem Vortrag von A. Hurwitz beim ersten Internationalen Mathematikerkongress in Zürich (ICM 1898)2 eine wichtige Rolle zu: „Ueber die Entwicklung der allgemeinen Theorie der analytischen Functionen in neuerer Zeit“. Darin zeigte Hurwitz, wie man die damals neuen mengentheoretischen Begriffe nutzbringend für funktionentheoretische Untersuchungen einsetzen kann. Hausdorff arbeitete von nun an intensiv in dem dadurch vorgezeichneten Gebiet; das bekannteste Resultat seiner Forschungen sind „Die Grundzüge der Mengenlehre“ von 1914 (S. 743 ff), die die Mathematik des 20. Jhs. nachhaltig beeinflussten3, u. a. indem sie der im Entstehen begriffenen Topologie einen begrifflichen Rahmen und eine Sprache zur Verfügung stellten. Dabei ist zu beachten, dass Mengenlehre hier breit zu verstehen ist, also unter Einschluss der heute so genannten Maßtheorie und der mengentheoretischen Topologie, dem Gebiet, zu dessen Ausgestaltung Hausdorff ganz wesentlich beigetragen hat, weshalb er als Begründer der mengtheoretischen Topologie bezeichnet wird. Hausdorff war ein vielseitiger Mathematiker, der sich auch mit Gebieten wie Dimensionstheorie („Dimension und Maß“ (1919), eine der bekanntesten Arbeiten von Hausdorff; vgl. S. 801 ff), Mengenlehre – hier ist u. a. die Auseinandersetzung mit Königs falschem Beweis (Vortrag ICM Heidelberg 1904) für die Unmöglichkeit der Wohlordnung der reellen Zahlen [S. 625 ff.]) zu nennen, den Hausdorff mit Hilfe seiner Rekursionsformel für die Exponentiation von transfiniten Kardinalzahlen widerlegte. Die Theorie der geordneten Mengen mit Stichworten wie Hausdorffscher Maximalkettensatz, verallgemeinerte Kontinuumhypothese und saturierte Strukturen wurde ein wichtiges Arbeitsgebiet von Hausdorff, das er stark beeinflusst hat. Auch zur Analysis (S. 896 ff) unter Einschluss der gerade im Entstehen begriffenen Funktionalanalysis [S. 823 ff, S. 962 ff]) beschäftigte und publizierte Hausdorff. Den Leserinnen und Lesern der „Semesterberichte“ geläufige Eponyme wie Hausdorff-Raum, Hausdorffsche Trennungsaxiome, Hausdorff-Metrik, Hausdorff-Maß und Hausdorff-Dimension, um nur eine Auswahl zu nennen, sind gängige Bestandteile der Mathematik geworden und zeugen vom großem Einfluss dieses Mathematikers. Hausdorffs Mathematik nimmt in der vorliegenden Biographie einen breiten Raum ein, sie wird ausführlich und detailliert behandelt. In Bonn fand er ein für ihn günstiges Umfeld, mit Kollegen wie E. Study, O. Toeplitz, J. O. Müller und E. Bessel-Hagen verstand er sich gut. All das wird in der vorliegenden Biographie detailliert dargelegt. Viele Beobachtungen und Reflexionen der Autoren der Biographie ergänzen das Faktenmaterial in anregender Weise. Als typisches Beispiel sei hier die Auseinandersetzung mit dem Raumproblem, eine „Leidenschaft“ von Hausdorff4, dem der Mathematiker Hausdorff mit erkenntniskritischer Tendenz seine Antrittsvorlesung widmete, genannt, die an verschiedenen Stellen der Biographie auftritt (S. 157 ff, S. 482 ff).5 Die Übergänge zur Philosophie sind fließend6 – wie das bei Hausdorff auch nicht anders sein kann, denn Hausdorff war ja auch Paul Mongré.

Neben dem soeben geschilderten Leben gab es also das vergleichsweise kurze von Paul Mongré, der zwischen 1897 und 1910 zahlreiche Schriften veröffentlichte und mit der Groteske „Der Arzt seiner Ehre“ (1904) zu einem erfolgreichen Theaterautor avancierte. Den Einflüssen, die Hausdorff als Mongré verarbeitete und prägten, wird im ersten Teil der Biographie detailliert nachgegangen: Nietzsche, Schopenhauer, Wagner sind hier drei entscheidende Namen. Die Detailtreue dieser Biographie erlebt einen Höhepunkt an der Stelle, an der Brieskorn sämtliche Motive aus den Opern Wagners identifiziert, die Hausdorff in seinen Mitschriften gewissermaßen zur Zerstreuung als Notenbeispiele notiert hatte (S. 107f n. 130 und 131).7 Die Musik, die er auch ausübend betrieb, war eine wichtige Konstante in Hausdorffs Leben, was an vielen Stellen der Biographie deutlich wird. Sie verband ihn mit vielen Freunden und Bekannten. Breit wird auch Mongrés Wirkung und Rezeption diskutiert, hier finden sich viele interessante Aufschlüsse zum kulturellen Leben der Zeit von 1890 bis etwa 1930. Es ist leider nicht möglich, alle diese reichen Inhalte hier auszubreiten8, was der Leser als zusätzliche Motivation nehmen möge, zu dem Werk von Brieskorn und Purkert selbst zu greifen. Man kann ihm kaum zu viel versprechen. Allerdings muss man sich auf eine anspruchsvolle Lektüre einstellen, oft hat man im ersten Teil den Eindruck, eine Erzählung im Stile von Tausendundeine Nacht zu lesen: Eine Geschichte beginnt, in der eine Geschichte beginnt, in der eine Geschichte beginnt ... Vielleicht hätte Brieskorn, wäre ihm dies vergönnt gewesen, seinen Teil noch einer gründlichen Überarbeitung unterzogen, so muss sich eben die Leserin oder der Leser doch erheblich anstrengen. Abhilfen wären hier denkbar wie ein detaillierteres Inhaltsverzeichnis, ein ausführlicherer Index, Tabellen z.B. mit den Vorlesungen Hausdorffs oder zu seinen wichtigsten Stationen. Kehren wir zum Schluss dieser notgedrungen kurzen Besprechung nochmals zu dem moralischen Impetus zurück, von dem am Anfang die Rede war. Leben und Leiden der Familie Hausdorff sowie aller Verfolgten unter den Bedingungen des Nationalsozialismus wird in dieser Biographie sehr plastisch. Man bekommt trotz der nüchternen und sehr faktenorientierten Darstellung – etwa werden die verschiedenen Stufen der Verfolgung von beginnender Exklusion (1933) bis hin zu im großen Maßstab geplanter und organisierter Ermordung (1941) genauestens beschrieben – einen Eindruck von dem ungeheuren menschlichen Leid, das hier angerichtet wurde. Auch das Verhalten von Hausdorffs Umgebung (Kollegen, Nachbarn, Freunde) wird ausführlich behandelt. Anders als Kollege und Freund O. Toeplitz, als Jude ebenfalls verfolgt und letztlich emigriert, blieb Hausdorff eher passiv; einen Versuch, sich zu engagieren oder gar zu wehren unternahm er nicht. Hervorheben möchte ich auch die Ausführungen des Epilogs (S. 1005 ff), in dem es hauptsächlich um die Würdigung Hausdorffs nach dem Krieg geht. Hier wird deutlich, wie geschichtsvergessen die vom Wunsch nach Wiederaufbau und Verdrängung beseelte Bundesrepublik lange Zeit war9. Es mag vor allem für junge Leser erstaunlich sein, wie spät hier erst die Versuche einsetzten, diese „dunkle Zeit“ (Maximilian Pinl10) auch in Bezug auf die Mathematik aufzuarbeiten. Insgesamt kann man die Verdienste von E. Brieskorn und W. Purkert kaum hoch genug schätzen. Sie haben ein sehr wertvolles und anspruchsvolles Werk vorgelegt, das zu Recht den krönenden Abschluss eines wichtigen Editionsprojektes bildet. Es verlangt den Leserinnen und Lesern Einiges ab – ganz im Sinne jenes Spruches, der früher gerne die Eingänge zu deutschen Gymnasien zierte und der dem klassisch gebildeten Hausdorff gewiss geläufig war (er hätte ihn in Latein zitiert): Steinig ist der Weg zu den Sternen. Aber ... es lohnt sich.

1 Aktuell fehlt noch ein Band, nämlich Band VI, der der Geometrie gewidmet sein soll.
2 Deutsche Universitätsmathematiker waren dort im Vergleich zu ihren Kollegen an Technischen Hochschulen eher unterrepräsentiert.
3 Der Rezeption dieses Buches ist ein ganzer Abschnitt der Biographie gewidmet (S. 867–879). Eine Umarbeitung unter dem Titel „Mengenlehre“ veröffentlichte Hausdorff 1927 (vgl. S. 879–896).
4 So eine Notiz von Hausdorff im Manuskript seiner Vorlesung „Zeit und Raum“; vgl. S. 157 der Biographie.
5 Der Text der Antrittsvorlesung wurde denn auch in Ostwalds Annalen der Naturphilosophie veröffentlicht, also einer philosophischen Fachzeitschrift. Bemerkenswert sind Brieskorns Überlegungen zur „Verräumlichung“
der Mathematik (S. 533f).
6 Zum Raumproblem ist hier vor allem auf Hausdorffs Buch „Das Chaos in kosmischer Auslese“ (1898) hinzuweisen; man vgl. S. 307–372.
7 Es sei angemerkt, dass die Ehefrau von E. Brieskorn Berufsmusikerin war; sie spielte Bratsche im Bonner Symphonieorchester.
8 Ein Beispiel: Hausdorffs Auseinandersetzung mit der Sprachphilosophie insbesondere von Fritz Mauthner (S. 547–566).
9 Hausdorffs Kollege Otto Toeplitz wurde dank Heinrich Behnke schon früh geehrt: Vgl. dessen Nachruf im ersten Band der „Mathematisch-physikalischen Semesterberichte“ 1949. Aber das war eher eine Ausnahme.

Rezension: Joachim Hilgert (Uni Paderborn)

Quelle: Springer Verlag, Mathematische Semesterberichte, Oktober 2019, Band 66, S. 251–255
Mit freundlicher Genehmigung des Verlags

Data Science – was ist das eigentlich?! – Algorithmen des maschinellen Lernens verständlich erklärt

data science was ist das eigentlichAnnalyn Ng und Kenneth Soo

Springer-Verlag 2018, XXI + 179 Seiten
ISBN: 978-3-662-56775-3, 19,99 €
eBook ISBN: 978-3-662-56776-0, 14,99 €

Unter den Begriffen „Digitalisierung“, „Big Data“, „Künstliche Intelligenz“ werden aktuell verschiedene gesellschaftliche und technische Entwicklungen in sehr bunter und auch problematischer Weise diskutiert. Es wird nicht nur von durch Algorithmen gesteuerten Fabriken gesprochen, sondern auch diskutiert, wie der Mensch bei Entscheidungsprozessen durch Algorithmen ersetzt werden kann. Dies betrifft z. B. autonomes Fahren, Entscheidungen zur Gewährung von Krediten oder auch die Suche nach der optimalen Behandlung von Patienten. Die Begriffe zum Inhalt des Buches werden gleich bei dem deutschen Titel in adäquater Weise geklärt. Der sich immer mehr etablierende Begriff der Data Science ist hier zentral und zeigt den Inhalt: Die wissenschaftlich basierte Analyse von Daten. Wissenschaftlich ist diese Disziplin zwischen Informatik und Statistik einzuordnen. Die Algorithmen des maschinellen Lernens spielen dabei eine zentrale Rolle. Daher ist die freie Übersetzung des engl. Originaltitels („Numsense! Data Science for the Layman: No Math Added“) sehr treffend. Weiter schreckt der Originaltitel möglicherweise mathematisch orientierte Leser ab, was sehr bedauerlich wäre.

Das Buch beginnt mit einer allgemeinen Übersicht. Neben Grundzügen der Datenaufbereitung werden wichtige Grundbegriffe wie „unüberwachtes Lernen“ („Aufgabe: Sag mir, was für Muster in meinen Daten verborgen sind!“, „überwachtes Lernen“ („Aufgabe: Leite aus den Mustern in meinen Daten Prognosen ab!“) und „bestärkendes Lernen“ („Aufgabe: Leite aus den Mustern in meinen Daten Vorhersagen ab und verbessere diese Vorhersagen, wenn neue Daten eintreffen!“) anschaulich erklärt. Auch Strategien zur Bewertung von Vorhersagen wie die Kreuzvaliderung werden einfach und klar erläutert. Wir waren überrascht, wie es den Autoren gelingt, auf nur 18 Seiten so viele zentrale Begriffe anschaulich und hinreichend genau zu erklären. Interessant ist weiter die Beschreibung des Vorgehens bei einer Data Science Studie in 4 Schritten Datenaufbereitung, Auswahl der Algorithmen, Optimierung der Parameter, Evaluierung und Prüfung. Man beachte, dass dieses Vorgehen etwas anders als in der traditionellen Statistik und Wissenschaft ist, wo die Schritte eher aus Theoriebildung und Hypothesen, Datenerhebung, empirische Prüfung und Bewertung bestehen. Nach der Einleitung werden in 11 weiteren Kapiteln verschiedene Vorgehensweisen beim maschinellen Lernen einzeln beschrieben: Clusteranalyse, Hauptkomponentenanalyse, Assoziationsanalyse, Soziale Netzwerkanalyse, Regression, k-nächste Nachbarn, Support-Vektor-Maschine, Entscheidungsbaum, Random Forests, Neuronale Netze, A/B-Tests. Die Kapitel beginnen jeweils mit der Erklärung der Aufgabenstellung anhand von Beispielen, gefolgt von den Lösungsansätzen, die wieder Beispiele enthalten. Dies gelingt in den meisten Kapiteln sehr gut und anschaulich, was insbesondere für die Kapitel zur Assoziationsanalyse und zu den Random Forests gilt. Weniger gelungen sind die Abschnitte zur Clusteranalyse (es wäre besser die Clusteranalyse als einfaches Optimierungsproblem darzustellen) und zu den neuronalen Netzen (hier ist aus unserer Sicht die Erklärung wenig anschaulich). Vielleicht wären an manchen Stellen doch (zumindest aus Sicht der mathematisch interessierten LeserIn) Formeln hilfreich gewesen. Störend sind an wenigen Stellen Formulierungen in der deutschen Übersetzung, die nicht ganz passend sind. Besonders gut gefällt uns, dass bei jedem Verfahren in einem Abschnitt die Grenzen erläutert werden. Hier zeigt sich die praktische Erfahrung der Autoren, die sehr wohl wissen, dass mit Hilfe von „Big Data“ nicht alle Probleme gelöst werden können. Insgesamt halten wir das Buch nicht nur für Laien, sondern auch für den mathematisch gebildeten und interessierten Leser für eine empfehlenswerte Einführung in die Welt des maschinellen Lernens. Es unterscheidet sich von anderen populärwissenschaftlichen Büchern in erfrischender Weise durch Sachlichkeit. Es kann auch dazu beitragen, dass die Diskussion über das Thema in der Öffentlichkeit entmystifiziert wird. Es sind nicht die Maschinen oder Algorithmen, die unser Leben in Zukunft bestimmen, sondern es wurden von kreativen Menschen Verfahren entwickelt, wie man Daten optimal auswertet und deren Einsatz in Industrie und Gesellschaft hilfreich sein kann. Da zu der Entscheidung, maschinelle Verfahren einzusetzen Grundkenntnisse zu den Verfahren hilfreich sind, ist dieses Buch ein nützlicher Beitrag.

Rezension: Helmut Küchenhoff, Maike Guderlei (Uni München)

Quelle: Springer Verlag, Mathematische Semesterberichte, Oktober 2019, Band 66, S. 265–266
Mit freundlicher Genehmigung des Verlags

Millions billions zillions – defending yourself in a world of too many numbers

millions billions zillionsBrian W. Kernighan

Princeton University Press 2018, 160 Seiten
ISBN: 978-0-691-18277-3, 18,84 €

Auf http://www.news.de konnte man am 16.2.2019 diese Schlagzeile lesen: „Täglich sterben 150.000 Menschen – mehr Geburten als Todesfälle“. Kurz darunter fand sich folgende Meldung: „Alkohol und Nikotin – Jeden Tag sterben beinahe 7.000 Menschen an den Folgen übermäßigen Alkoholkonsums. Damit gehen drei Prozent der weltweiten Tode auf das Rauschmittel zurück. ...“

Nach der Lektüre von Kernighans Buch „Millions Billions Zillions“ werden sich einem Leser sofort Fragen nach der Seriosität der Meldungen stellen. 7.000 von 150.000 – das sind doch nicht 3%. Welche Angabe in welcher Meldung ist hier korrekt? Und wie zuverlässig sind die übrigen Informationen? Solche und viele andere Beispiele hat der Autor über viele Jahre aus unterschiedlichen Medien, vor allem amerikanischen Presseerzeugnissen gesammelt. Leserfreundlich und unterhaltsam führt er in dem kleinen Band (160 Seiten), den er schon im Untertitel ausdrücklich als Hilfe zur Selbstverteidigung ausgibt, den Beweis, dass den vermeintlich objektive Zahlen, die uns im Kontext journalistischer Berichte, aber auch in Werbung und Politik begegnen, oft nicht zu trauen ist. Die Gründe dafür sind vielfältig und reichen von einfachen Verwechslungen bei großen Zahlen („Billions“ oder „Millions“ scheinen für manche Journalisten nur Metaphern für „sehr viele“ zu sein) über Fehlern beim Umrechnen von Messgrößen (wie viele Kubik- Inch hat ein Kubik-Fuß?) und Rundungsfehlern bis zu absichtlich irreführenden Repräsentationen von Größenverhältnissen oder Entwicklungen durch kontraintuitiv gewählte Ausschnitte in Graphen. In 10 Kapiteln geht der Autor auf unterschiedliche Problemarten ein und gibt Empfehlungen, wie die Plausibilität der Zahlenangaben mit einfachen Überlegungen und Mathematikkenntnissen, die nicht über den Stoff des 6. Schuljahrs (im amerikanischen Schulsystem) hinausgehen, überprüft werden kann. Jedes Kapitel schließt mit einer Zusammenfassung, in der die Überprüfungsstrategien noch einmal wiederholt werden. Die letzten vier Kapitel „Bias“, „Arithmetic“, „Estimation“ und „Self Defense“ weiten den Blick etwas allgemeiner auf die Grundprinzipien, an denen man sich im Umgang mit der Zahlenflut in den modernen Medien orientieren kann. Kurz gesagt mahnt das Buch dazu, den eigenen gesunden Menschenverstand zu gebrauchen, einige oft verwendete Kerngrößen (z.B. grob gerundete Einwohnerzahlen, Weltbevölkerung, Flächengrößen, physikalische Konstanten) im Kopf zu haben, sich im überschlagsmäßigen Rechnen zu üben und veröffentlichtem Zahlenmaterial mit größerer Skepsis zu begegnen.

Rezension: Joachim Higert (Uni Paderborn)

Quelle: Springer Verlag, Mathematische Semesterberichte, Oktober 2019, Band 66, S. 261-262
Mit freundlicher Genehmigung des Verlags