Hinter den Kulissen des Maschinellen Lernens: Mathematik im Fokus

Seit dem Wintersemester 2023/24 besetzt Leon Bungert am Institut für Mathematik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) die Professur für Mathematik des maschinellen Lernens. Weiterhin ist er als Principal Investigator am Center for Artificial Intelligence and Data Science (CAIDAS) tätig. Das alles mit gerade mal 29 Jahren.

Verlässliche und sichere Algorithmen

„Der besondere Reiz meines Fachgebiets liegt für mich in der Kombination eines klassischen Themas, der Mathematik, mit einem sehr modernen Bereich, dem der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens“, berichtet Leon Bungert.

Sein Ziel ist es, die Algorithmen zu verstehen, die maschinellem Lernen zugrunde liegen und deren Verlässlichkeit zu verbessern und mathematisch nachzuweisen.

„Die meisten Entwicklungen im Machine Learning werden von großen Softwareunternehmen und Forschenden im Bereich Informatik vorangetrieben. Da ist es wichtig, den Überblick zu behalten und diese Methoden auf den mathematischen Prüfstand zu stellen.“ Das gelte gerade bei sicherheitskritischen Anwendungen wie etwa dem autonomen Fahren.

Sicherheit und Verlässlichkeit spielen in Kombination mit künstlicher Intelligenz aber auch in anderen Bereichen eine Rolle. „Denkt man etwa an Fake News, wird es immer wichtiger, verlässlich zu beurteilen, ob Inhalte echt oder vielleicht KI-generiert sind“, so Leon Bungert.

Um hinter die Kulissen des maschinellen Lernens zu blicken, bieten sich nicht selten Modelle aus anderen Fachbereichen an. So könne man etwa eine alte Formel aus der Physik, die die Ausbreitung von Wärme beschreibt, auf die Ausbreitung von Informationen anwenden. „Diese findet beim Machine Learning allerdings in einem 10.000-dimensionalen Raum statt“, erklärt der neue Professor. Außerdem lasse sich die Robustheit von neuronalen Netzen gegenüber Angriffen mit Gleichungen modellieren, die auch das Verhalten eines Ölfilms auf Wasser beschreiben.

Spaß am Fach

In der Lehre setzt Leon Bungert auf drei grundlegende Prinzipien. Zum einen möchte er mathematische Sorgfältigkeit vermitteln, zum anderen dürfe auch der Spaß am Fach Mathematik nicht zu kurz kommen: „Ich denke, dass Mathematik oft zu Unrecht als trocken oder langweilig bezeichnet wird. Deswegen will ich den Studierenden früh die vielseitige Anwendbarkeit unserer Arbeit zeigen.“

Dazu passt auch der dritte Eckpfeiler: Kreativität. Mathematik sei mehr, als Formeln aus einer Formelsammlung anzuwenden. „Kreative Lösungen für verschiedenste Probleme zu finden, ist eine Kernkompetenz in der Mathematik“, so Bungert.

Diese Prinzipien bringt er auch in den neuen Bachelor „Mathematical Data Science“ ein, wo Leon Bungert Vorlesungen für Studierende aus der Mathematik und der Informatik hält.

Der Lebenslauf des neuen Professors

Nach dem Abitur, das er als Landkreisbester mit 1,0 in Neumarkt in der Oberpfalz ablegte, zog es den gebürtigen Nürnberger an die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Dort schlossen sich an den Bachelor in Mathematik erst der Master und schließlich im September 2020 die Promotion summa cum laude zum Thema „Nonlinear spectral theory with variational methods“ an.

Danach folgte der Schritt nach Bonn an das Hausdorff-Zentrum für Mathematik der dortigen Universität. „Die Zeit in Bonn war definitiv prägend, mit hochrangigen Gästen und insgesamt tollen Möglichkeiten für Forschende“, blickt Leon Bungert zurück.

Nach zwei Jahren in der ehemaligen Bundeshauptstadt zog es den Mathematiker in die Nachfolgerin. An der TU Berlin sollte er eine Nachwuchsgruppe im dortigen Exzellenzcluster MATH+ leiten. Bereits am ersten Arbeitstag erfolgte allerdings der Ruf auf die Professur an der JMU.

Kontakt

Prof. Dr. Leon Bungert, Professur für Mathematik III (Mathematik des Maschinellen Lernens), Tel: +49 931 31-82849, E-Mail: leon.bungert@uni-wuerzburg.de