2015-08-16
Kognitionsvetenskapens uppkomst
•
Datavetenskap – Algoritmisk bearbetning
Kognitionsvetenskaplig introduktionskurs
•
Psykologi – Kritik av behaviorism och
nya informationsbearbetningsmodeller
Föreläsning 2 – Historia, Några milstolpar
•
Lingvistik – Formell analys av språk
Annika Silvervarg
CiltLab/HCS/IDA
3
Alan Turing 1912-1954
•
Sökte en mekanisk procedur för att testa om ett problem går att
lösa (Halting problem)
•
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
Turingmaskin
Nuvarande
tillstånd
Nuvarande
symbol
Ny
symbol
Förflyttning
Nytt
tillstånd
A
1
1
1R
A
REGEL:
Flytta åt höger
A A
# 1 1
von Neumann1903-1957
•
1945 föreslog John von Neumann m fl en generell arkitektur för
en verklig dator baserat på den Universella Turingmaskinen
•
Datorn har en central processor som:
•
•
läser information från en extren minnesenhet
•
bearbetar informationen baserat på instruktioner i dess program
som också finns lagrat på minnesenheten
•
lagrar den bearbetade informationen igen i minnet och/eller
presenterade informationen som utdata
1 + 1 1 #
# # # # #
von Neumann arkitekturen
Föreslog att naturliga organismers beteende också följer dessa
steg
7
Linköpings universitet
1
2015-08-16
Tolman & Hoznik 1930 – Latent learning
Tolman Ritchie & Kalish 1946 – Place learning
Lashley 1951 – seriell vs hierarkisk struktur
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
•
Kommunikation som informationsöverföring
12
Ett litet experiment
•
Memorera
•
•
•
361932?
Memorera
•
•
•
Beskrev tidigare studier där försökspersoner skulle upprepa
sekvenser med information
•
När sekvensen blev 6 eller längre misslyckades de flesta
försökspersonerna oftare
•
Korttidsminnet kan bara hålla 7 ± 2 informationsenheter,
utgör en flaskhals
3619327456721932
Upprepa
•
Miller 1956 – The magical number 7 +/- 2
3619 3274 5672 1932
Upprepa
•
3619327456721932
Linköpings universitet
2
2015-08-16
Broadbent 1954, 1958 - Selective attention
(Cocktailparty-fenomenet)
Chomsky 1957 – Syntaktisk struktur
Kognitionsvetenskapens födelse
Newell & Simon – LT
1956 Symposium on Information Theory
•
George Miller
•
•
•
•
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
7±2
Noam Chomsky
•
S -> NP VP
NP -> N
NP -> Det N
VP -> V
VP -> V NP
”Three Models of Language”
Allen Newell & Herbert Simon
•
”Logic Theory Machine”
Begreppet ”Artificial Intelligence” myntas
Steg mot Kognitionsvetenskap
Återkommande fundament
•
Omriktningen i psykologi, från behaviorism till kognitivism
•
Utveckling av teorier kring beräkning och information
•
•
råttor i labyrinter lagrar rumslig information
•
Utveckling av informationsbearbetande modeller för kognitiva
förmågor
•
information om meningars struktur
•
informationskanaler med begränsad kapacitet
•
•
Linköpings universitet
Information, t ex
Representation, t ex
•
kognitiv karta
•
instruktioner i Turingmaskiner
•
regler för språkliga transformationer
Informationsbearbetning, t ex
•
Turingmaskiner – mekanisk/algoritmisk problemlösning
•
görs av specialiserad (del-)system mellan vilka informationen flödar
3
2015-08-16
Representation och bearbetning av information
•
Hur representeras information, i ord, bilder, eller vad?
•
Hur sker bearbetning av informationen?
•
Vilka metoder kan vi använda för att undersöka detta?
Mental imagery (Shepard & Metzler, 1971)
•
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)
•
Är de lika?
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
Visual scanning (Kosslyn, 1973)
•
Blunda
•
Visualisera flygplanet
•
Fokusera på flygplanets stjärt
•
Har flygplanet en propeller?
•
Fokusera på flygplanets stjärt
•
Har flygplanet en pilot?
Memorera bilderna
Linköpings universitet
4
2015-08-16
Visual scanning (Kosslyn, 1973)
Empiriska undersökningar
•
Det tar längre tid att svara på frågan ju längre avståndet är
•
Försökspersonerna har en mental representation som är en bild
Stöd/Motsägelse
TEORI
EXPERIMENT/
UNDERSÖKNING
HYPOTES
Stöd/Motsägelse
Formella modeller och datorimplementeringar
Formella modeller och datorimplementeringar
•
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
TEORI
MODELL
IMPLEMENTATION
TESTNING
Stöd/Motsägelse
Natural Language Processing
•
•
Turingtest (Turing, 1950)
Naturligt språk är (enligt Chomsky 1956):
•
Hierarkiskt
•
Planerat
•
Regelstyrt
Bör i så fall gå att modellera och implementera i ett
datorprogram!
•
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
33
Linköpings universitet
5
2015-08-16
Eliza (Weizenbaum, 1966)
SHRDLU (Winograd,1970)
•
En av de första chatbottarna
•
Mikrovärld med block i olika former, färger och storlekar
•
Bygd på enkla regler och mönstermatchning
•
Kan kommunicera om och manipulera objekt i mikrovärlden
•
http://www.masswerk.at/elizabot/
•
http://welovephilosophy.com/2013/04/26/shrdlu-on-film/
•
http://www.masswerk.at/elizabot/eliza_test.html
34
Deep Blue (IBM, 1997)
•
1957 sa Herbert Simon att inom 10 år skulle en dator slå
världsmästaren i schack
•
1997 besegrade Deep Blue Kasparov
https://www.youtube.com/watch?v=NJarxpYyoFI
41
Linköpings universitet
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
42
6