2016-08-21
Kognitionsvetenskaplig introduktionskurs
Föreläsning 2 – Historia, Några milstolpar
The HISTORY
Annika Silvervarg
CiltLab/HCS/IDA
Kognitionsvetenskapens uppkomst
Alan Turing 1912-1954
•
Datavetenskap – Algoritmisk bearbetning
•
•
Psykologi – Kritik av behaviorism och
nya informationsbearbetningsmodeller
Sökte en mekanisk procedur för att testa om ett problem går att
lösa (Halting problem)
•
•
Lingvistik – Formell analys av språk
1936 beskrev han en abstrakt maskin med enkla regler som
givet en sekvens av indata ger en annan sekvens som utdata,
t ex II+II ger IIII (Turing-maskin)
•
En universell Turingmaskin har både data och regler som
indata
Jfr
•
”cognition refers to all the processes by which the sensory
input is transformed, reduced, elaborated, stored, recovered,
and used”, (Neisser)
•
Studiet av representation och manipulation av information i
naturliga och artificiella system (Peter Gärdenfors)
•
The study of intelligence and its computational processes in
humans (and in animals), in computers, and in the abstract.
(Herbert Simon)
Linköpings universitet
von Neumann1903-1957
•
1945 föreslog John von Neumann m fl en generell arkitektur för
en verklig dator baserat på den Universella Turingmaskinen
•
Föreslog att naturliga organismers beteende också följer dessa
steg
1
2016-08-21
BESK – Binär Elektronisk SekvensKalkylator (1953-1966)
Tolman & Hoznik 1930 – Latent learning
Tolman Ritchie & Kalish 1946 – Place learning
Lashley 1951 – seriell vs hierarkisk struktur
•
Lära sig beteende (sväng) vs Lära sig plats (öster)
Shannon 1948 - Informationsteori
•
•
Beteende är hierarkiskt organiserat, inte en kedja av stimulusrespons såsom behavioristerna hävdade
•
Många exempel från
•
talad och skriven språkproduktion
•
fysiologiska mätningar av reaktionstider i komplexa beteenden
Cocktailparty-fenoment
Kommunikation som informationsöverföring
Linköpings universitet
2
2016-08-21
Broadbent 1954, 1958 - Selective attention
(Cocktailparty-fenomenet)
Kognitionsvetenskapens födelse
1956 Symposium on Information Theory
•
George Miller
•
•
•
•
7±2
Noam Chomsky
”Three Models of Language”
Allen Newell & Herbert Simon
•
”Logic Theory Machine”
Begreppet ”Artificial Intelligence” myntas
Ett litet experiment
•
Memorera
•
•
•
Beskrev tidigare studier där försökspersoner skulle upprepa
sekvenser med information
361932?
•
När sekvensen blev 6 eller längre misslyckades de flesta
försökspersonerna oftare
•
Korttidsminnet kan bara hålla 7 ± 2 informationsenheter,
utgör en flaskhals
Memorera
•
•
•
3619327456721932
Upprepa
•
Miller 1956 – The magical number 7 +/- 2
3619 3274 5672 1932
Upprepa
•
3619327456721932
Chomsky 1957 – Syntaktisk struktur
S -> NP VP
NP -> N
NP -> Det N
VP -> V
VP -> V NP
Linköpings universitet
Newell & Simon – LT
•
Det första datorprogrammet designat för att imitera mänsklig
problemlösningsförmåga
•
Kunde bevisa matematiska teorem givet axiom,
(till och med bättre än människor)
•
Det första AI-programmet
3
2016-08-21
Steg mot Kognitionsvetenskap
Återkommande fundament
•
Omriktningen i psykologi, från behaviorism till kognitivism
•
Utveckling av teorier kring beräkning och information
•
Information, t ex
•
råttor i labyrinter lagrar rumslig information
•
Utveckling av informationsbearbetande modeller för kognitiva
förmågor, t ex uppmräksamhet, minne och språk
•
information om meningars struktur
•
informationskanaler med begränsad kapacitet
•
Representation, t ex
•
•
kognitiv karta
•
instruktioner i Turingmaskiner (datorer)
•
regler för språkliga transformationer
Informationsbearbetning, t ex
•
Turingmaskiner – mekanisk/algoritmisk problemlösning
•
görs av specialiserad (del-)system mellan vilka informationen flödar
Representation och bearbetning av information
Exempel på centrala kognitionsvetenskapliga frågeställningar:
Exempel på tidiga genombrott:
forskningsfrågor och vetenskapliga metoder
•
Hur representeras information, i ord, bilder, eller vad?
•
Hur sker bearbetning av informationen?
Vilka metoder kan vi använda för att undersöka detta?
Metoder inom kognitionsvetenskap
Ämne
Studieobjekt
Huvudmetoder
Mål
Datavetenskap
Beräkning
Beräkningsmekanismer
Datavetenskapligt
tänkande,
programmering
Skapa och utvärdera beräkningsmekanismer
som implementerar tänkande
Filososfi
Medvetande, existens,
kunskap
Konceptuell analys,
logik, tankeexperiment
Förstå tänkandets och medvetandets
förutsättningar och möjligheter
Lingvistik
Språk och kommunikation
Experiment med
människor
Kartlägga och förstå naturligt språk och
kommunikation
Neurovetenskap
Människans och djurs
nervsystem
Laborativa experiment
med människor (och
djur)
Kartlägga och förstå människans och djurs
neurofysiologi/
Kartlägga och förstå hur människans olika
förmågor och egenskaper avspeglas i form av
aktivitet i hjärnan
Psykologi
Människan i sig
Experiment med
människor
Kartlägga och förstå mänskligt beteende
Antropologi
Människor i sin miljö
Fältstudier av
människor i sin miljö
Kartlägga och förstå mänskligt beteende i ett
sammanhang
Linköpings universitet
Metoder inom kognitionsvetenskap
•
Formella modeller och datorimplementeringar
•
•
Empiriska undersökningar
•
Mental imagery
SHRDLU
4
2016-08-21
Mental imagery (Shepard & Metzler, 1971)
•
Är de lika?
Mental imagery (Shepard & Metzler, 1971)
•
Försökspersoner fick se bilder med par av tredimensionella
figurer
•
De skulle avgöra när figurerna var lika men där den ena var
roterad
•
Det tog längre tid att svara ju mer roterad figurerna var
Mental imagery (Shepard & Metzler, 1971)
•
•
Visual scanning (Kosslyn, 1973)
Förklaringen är att försökspersonerna gjorde en mental rotation
av figurerna
•
Information representeras som bilder
•
Informationsbearbetningen sker omedvetet
Initierad en mängd experiment om hur information lagras och
bearbetas
•
Memorera bilderna
Visual scanning (Kosslyn, 1973)
•
Blunda
•
Visualisera flygplanet
•
Fokusera på tornets tak
•
Har tornet en klocka?
•
Fokusera på tornets tak
Empiriska undersökningar
Stöd
TEORI
Människor
använder bildlika
representationer
HYPTOES
Det tar längre tid att
scanna ett föremål om
avståndet är större
EXPERIMENT
Mät hur lång tid det tar
att besvara om tornet har
en klocka resp en dörr?
Stöd
•
Har tornet en dörr?
Linköpings universitet
5
2016-08-21
Empiriska undersökningar
Formella modeller och datorimplementeringar
Stöd/Motsägelse
TEORI
EXPERIMENT/
UNDERSÖKNING
HYPOTES
•
För att förstå en komplex kognitiv förmåga kan man försöka
bygga en maskin med denna förmåga
•
Programmet som maskinen kör är en modell av förmågan
•
Ofta är modellen en förenkling av förmågan
•
Hur väl modellen fungerar kan ge kunskap om principer för
informationsbearbetning, ett sätt att testa hypoteser om
kognitiva system och förmågor
•
Detta är den vanligaste metoden inom AI
Stöd/Motsägelse
Formella modeller och datorimplementeringar
Natural Language Processing
•
Stöd/Motsägelse
TEORI
MODELL
IMPLEMENTATION
TESTNING
•
Naturligt språk är (enligt Chomsky 1956):
•
Hierarkiskt
•
Planerat
•
Regelstyrt
Bör i så fall gå att modellera och implementera i ett
datorprogram!
Stöd/Motsägelse
SHRDLU (Winograd,1970)
•
Mikrovärld med block i olika former, färger och storlekar
•
Kan kommunicera om och manipulera objekt i mikrovärlden
•
http://welovephilosophy.com/2013/04/26/shrdlu-on-film/
Formella modeller och datorimplementeringar
Stöd
Språk är en
regelstyrd process
Lexikon och
grammatik
SHRDLU
Mata in
meningar och
bedöm svaren
Stöd
Linköpings universitet
6
2016-08-21
Turingtest (Turing, 1950)
•
•
Eliza (Weizenbaum, 1966)
En domare konverserar (chattar)
med en dator eller människa
via text
Målet är att datorn ska övertyga
domaren att den är en männsika
i 70% av fallen efter 5 min
konversation
•
En av de första chatbottarna
•
Bygd på enkla regler och mönstermatchning
•
http://www.masswerk.at/elizabot/
Eliza
USER: Men are all alike.
ELIZA: In what way ?
USER: They're always bugging us about something or other.
ELIZA: Can you think of a specific example ?
USER: Well, my boyfriend made me come here.
ELIZA: Your boyfriend made you come here ?
Exempel på senare genombrott
USER: He says I'm depressed much of the time.
ELIZA: I am sorry to hear that you are depressed.
USER: It's true. I am unhappy.
ELIZA: Do you think coming here will help you not to be unhappy ?
USER: I need some help, that much seems certain.
Deep Blue (IBM, 1997)
•
1957 sa Herbert Simon att inom 10 år skulle en dator slå världsmästaren
•
1997 besegrade Deep Blue Kasparov
Watson (IBM, 2011)
•
2011 slog Watson 2 stormästare i Jeopardy
https://www.youtube.com/watch?v=NJarxpYyoFI
Linköpings universitet
7
2016-08-21
Robocup 1997•
"By the middle of the 21st century, a team of fully autonomous
humanoid robot soccer players shall win a soccer game, complying with the
official rules of FIFA, against the winner of the most recent World Cup“
https://www.youtube.com/watch?v=QFWpjjanxGk
Linköpings universitet
8
