Was ist ein Algorithmus? Begriff, Hintergrund und Bedeutung in der Medizin

Was ist ein Algorithmus?

Der Begriff Algorithmus aus der IT prägt unseren modernen Alltag. Ganz allgemein formuliert bedeutet er eine Reihe von Anweisungen, die Schritt für Schritt ausgeführt werden, um eine Aufgabe oder ein Problem zu lösen. Welche Artikel wir in der Google-Suche zuerst und auf welcher Position angezeigt bekommen, hängt zum Beispiel von einem Algorithmus ab. Ebenso kennen wir den Algorithmus vom Navigationssystem, das uns für den Fahrweg die kürzeste Route bestimmen soll. Auch in den Sozialen Medien, wie bei Instagram spielen Algorithmen eine wichtige Rolle.

Begriff und Geschichte

Das Wort Algorithmus ist älter als man denkt: Der Begriff stammt aus dem Arabischen und leitet sich vom Namen des bedeutendsten Mathematikers des Mittelalters, dem persischen Gelehrten Al-Chwarismi, im 9. Jahrhundert ab, der in seinen Schriften den Gebrauch der indischen Ziffern erklärte. Das Lehrbuch trägt den Titel »Algoritmi de numero Indorum«; er wird zitiert mit »Algorizmi dixit«. Aus Al Khwarizmi wird so die Bezeichnung »Algorithmus« für Rechenverfahren. Das Lehrbuch gilt als die wichtigste Quelle des indisch-arabischen Zeichensystems. [1]

Definition

Algorithmen beschreiben eine präzise, d.h. in einer festgelegten Sprache abgefasste, endliche Beschreibungen eines allgemeinen Verfahrens unter Verwendung elementarer Verarbeitungsschritte zu Lösung einer gegebenen Aufgabe. Das Lösungsverfahren erfolgt in Form einer Verfahrensanweisung, die in einer wohldefinierten Abfolge von Schritten zur Problemlösung führt. [2]

Algorithmus und Künstliche Intelligenz

Nicht selten werden die Begriffe KI und Algorithmus fälschlicherweise gleichgesetzt. Es ist richtig, dass die Künstliche Intelligenz auf Algorithmen beruht, jedoch lernt die KI darüber hinaus von einem menschengesteuerten Training oder selbstständig (Maschinelles Lernen) laufend dazu. Wohingegen der Algorithmus einen mehr oder weniger fest definierten Rechenweg beschreibt, der zu einem erwartbaren Ergebnis führt.

Eigenschaften von Algorithmen

Es müssen Eigenschaften von Algorithmen erfüllt werden, um als solche benannt werden zu können. Der Berechnungsvorschrift zur Lösung eines Problems heißt genau dann Algorithmus, wenn zu dieses Berechnungsvorschrift eine äquivalente Turingmaschine existiert:

• Finitheit: Das Verfahren muss in einem endlichen Text eindeutig beschreibbar sein
• Ausführbarkeit: Jeder Schritt des Verfahrens muss tatsächlich ausführbar sein
• Terminierung: Das Verfahren darf nur endlich viele Schritte benötigen
• Determiniertheit: Alle Schritte sind genau festgelegt
• Determinismus: Gleicher Input liefert gleiches Ergebnis [3]

Bedeutung der Turingmaschine

Die Turingmaschinen, sind eines der grundlegendsten Berechnungsmodelle in der Informatik, die auch ein Messinstrument für den Algorithmus sind. Diese werden benutzt, um maschinelle Berechnungen zu formalisieren und darüber strukturiert zu argumentieren, und sie untersuchen die Berechenbarkeit mathematischer Funktionen. Sie können daher als ein mathematisch fundiertes Modell eines Computers angesehen werden. Entwickelt wurden die Turingmaschinen nach dem britischen Logiker und Mathematiker Alan Turing 1950. [4]

Algorithmus in der Medizin

Auch im Gesundheitswesen und in der Medizin spielt der Algorithmus eine bedeutende Rolle. Hier besteht die Chance, das Gesundheitssystem besser und effizienter zu gestalten. Durch Algorithmen ist es möglich, riesige Mengen an Patientendaten auszulesen und so Muster zu erkennen, die ein Mensch niemals verarbeiten könnte.

In der medizinischen Forschung werden Patientendaten gesammelt und für den Bereich Diagnostik und Therapie genutzt. Einsatzgebiete sind beispielweise die Früherkennung von Krebserkrankungen, wie Mammographien oder Computertomographien. Mit Hilfe von Algorithmen können auch Hautauffälligkeiten erkannt werden und ob ein Muttermal gut- oder bösartig ist. Innerhalb einer Therapie senden spezielle Anwendungen - über einen Sensor unter der Haut - Blutzucker an das Smartphone von Diabetes Patienten. Der Algorithmus erkennt Muster in der Veränderung der Werte bei bestimmten Körperbewegungen.

Trotzdem ersetzen von Algorithmen gestützte Anwendungsmethoden nicht das Vertrauen und das gewachsene Verhältnis zwischen Arzt und Patient, weshalb die Anwendungsmethoden immer nur als Ergänzung zu betrachten sind.