Synthetische Daten

Einfach erklärt

Synthetische Daten sind künstlich generierte Daten, die echte Daten imitieren – ohne auf reale Personen, Ereignisse oder sensible Informationen zurückzugreifen. Sie lösen eines der größten Probleme im ML: den Mangel an qualitativ hochwertigen, gelabelten Trainingsdaten. Für seltene Ereignisse (Unfälle, Krankheiten, Betrug), datenschutzsensible Bereiche (Medizin, Finanzen) oder teure Annotationen ist synthetische Datengenerierung oft die einzige praktikable Lösung.

Synthetische Daten sind künstlich generierte Trainingsdaten – sie sehen aus wie echte Daten, basieren aber nicht auf realen Personen oder Ereignissen.

Warum braucht man das?

Echte Daten sind oft:

• Teuer: Manuelles Labeln kostet Zeit und Geld
• Selten: Manche Szenarien kommen kaum vor (z.B. Unfälle für autonomes Fahren)
• Datenschutzrelevant: Patientendaten, Finanzdaten, persönliche Informationen

Vergleich:

Echte Daten:        Teuer, langsam, datenschutzrelevant
Synthetische Daten: Günstig, schnell, datenschutzkonform
Kombination:        Beste Ergebnisse

Praxis-Beispiele:

• Autonomes Fahren: Simulierte Verkehrsszenarien statt echter Unfälle
• Medizin: Künstliche Patientendaten für KI-Training ohne Datenschutzprobleme
• LLM-Training: GPT-5 generiert Trainingsdaten für kleinere Modelle

Wichtig: Rein synthetisch trainierte Modelle können an Qualität verlieren (“Model Collapse”). Am besten: Synthetische Daten mit echten Daten mischen.

Technischer Deep Dive

Generierungsmethoden

• LLM-basiert: GPT-5 generiert Texte, Dialoge, Instruktionen
• Regelbasiert: Templates mit Variationen
• Simulationen: Physik-Engines für Robotik, Verkehrssimulationen
• GANs/Diffusion: Synthetische Bilder, Tabellendaten
• Augmentation: Bestehende Daten variieren (Paraphrasieren, Rotation)

Model Collapse

Wenn Modelle nur auf synthetischen Daten trainiert werden, die von anderen Modellen generiert wurden, kann die Qualität über Generationen abnehmen. Lösung: Immer echte Daten beimischen.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Kostenersparnis: Synthetische Daten sind in der Regel günstiger zu erzeugen als die Beschaffung und Aufbereitung echter Daten.
• Flexibilität: Sie können in beliebigen Mengen und Variationen generiert werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.
• Datenschutz: Da sie nicht auf echten Personen basieren, entfallen datenschutzrechtliche Bedenken.
• Erweiterung von Datensätzen: Sie ermöglichen die Ergänzung bestehender Datensätze und helfen, Ungleichgewichte in den Daten zu beheben.

Nachteile

• Realitätsnähe: Die Qualität der synthetischen Daten kann variieren und möglicherweise nicht die Komplexität realer Daten widerspiegeln.
• Modellabhängigkeit: Modelle, die ausschließlich auf synthetischen Daten basieren, können anfällig für Überanpassung sein.
• Begrenzte Anwendbarkeit: In einigen Anwendungsbereichen kann es schwierig sein, synthetische Daten zu generieren, die den realen Bedingungen gerecht werden.

Praxisbeispiele

• Autonomes Fahren: Unternehmen wie Waymo nutzen synthetische Daten zur Simulation von Verkehrsszenarien, um ihre Algorithmen zu trainieren.
• Medizinische Bildgebung: In der Radiologie werden synthetische Bilder erzeugt, um KI-Modelle zur Erkennung von Krankheiten zu trainieren, ohne auf sensible Patientendaten zurückgreifen zu müssen.
• Sprachverarbeitung: Chatbot-Entwickler verwenden synthetische Dialoge, um die Interaktion mit Benutzern zu verbessern und verschiedene Gesprächsszenarien abzudecken.

Vergleich mit echten Daten

Kriterium	Echte Daten	Synthetische Daten
Kosten	Hoch	Niedrig
Erfassungszeit	Lang	Kurz
Datenschutz	Kritisch	Unproblematisch
Variabilität	Eingeschränkt	Hoch
Relevanz	Hoch (realistisch)	Variabel (abhängig von der Methode)

Historischer Kontext

Synthetische Daten sind kein neues Konzept, aber ihre Verwendung hat in den letzten Jahren durch Fortschritte in der KI und maschinellem Lernen stark zugenommen. In den frühen 2000er Jahren wurden einfache regelbasierte Systeme verwendet, um synthetische Daten zu generieren. Mit der Entwicklung von Generative Adversarial Networks (GANs) und anderen modernen Techniken hat sich die Qualität und Anwendbarkeit synthetischer Daten erheblich verbessert. Heute sind sie ein unverzichtbarer Bestandteil vieler KI-Entwicklungsprozesse.