DVA215 INFORMATION - KUNSKAP - VETENSKAP

Transkript

1 DVA215 INFORMATION - KUNSKAP - VETENSKAP GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI INFORMATION KOMMUNIKATION SPRÅK Gordana Dodig-Crnkovic Akademin för innovation, design och teknik, Mälardalens högskola 1

2 Hur byggs upp kunskaper? VÄRLDEN SOM INFORMATION FÖR EN AGENT Bilden från: 2

3 Barnet föds med nervsystemet och hjärnan och förmågan att ta olika intryck från världen. LÄRANDE OCH KUNSKAP Hebbs teori: "celler som avfyrar tillsammans, sammankopplas" (eng. "cells that fire toghether, wire togher"). 3

4 Informationsnätverk ORGANISMER MÄNNISKAN SOCIALA GRUPPER CELLER EKOLOGIER MOLEKYLER PLANETSYSTEM ATOMER GALAXER UNIVERSUM ELEMENTÄRA PARTIKLAR The Power of Networks 4 BRAIN POWER: From Neurons to Networks

5 Informationsssamhälle Till skillnad från industrisamhället utvecklar vi: INFORMATIONSSAMHÄLLE IT-SAMHÄLLE KUNSKAPSSAMHÄLLE som bygger på information. Vad är då information? Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 5

6 Ordet information - historia Ordet information började användas i Sverige under tidigt 1600-tal tillsammans med informera. Betydelserna var då förklara respektive bilda, dana, utbilda (Nationalencyklopediens Ordbok Vol II). I Svenska akademiens ordbok från 1994 står betydelsen utbilda, undervisa kvar men här har man fört fram den mer grundläggande betydelsen ge form åt något och har inte med betydelsen upplysning att göra. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 6

7 Ordet information - historia I nationalencyklopedins ordbok från 1996 ges information en andra betydelse i form av inre struktur som reglerar viss process eller dylikt. Denna andra betydelse avser som exempel informationen på skivspåret och det särskilda fallet av cellernas molekylstrukturer som bestämmer arvsanlagen, dvs. genetisk information. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 7

8 Ordet information och dess teori Det kan med rätta uppfattas råda en oenighet över vilken betydelse ordet information har kvar efter den förändring det råkat ut för. Det är intressant att veta hur ordet kommit att användas i två olika områden som var för sig är stora och viktiga forskningsområden idag: Informationsteori, som fick sitt upphov och genomslag med kybernetiken, och Mikrobiologi och då särskilt genetiken. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 8

9 Information genom återkoppling (feed-back) På 1940-talet användes information för att representera input till ett självjusterande (adaptiva) system (Wiener 1957, kybernetik ). Ett typiskt exempel är varvtalsregulatorn på en ångmaskin. En viktig forskning inom kybernetiken rörde levande system. Man studerade hur impulser (elektriska stötar), gav reaktioner i muskler hos olika organismer. Även här talade man om information som stimuli som ledde till olika reaktioner och hur denna information kommunicerades i systemet stimuli nervsystem muskel. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 9

10 Information som skillnad mellan brus och signal Claude Shannon & Warren Weaver (1963) utvecklade matematisk teori om information. Shannon arbetade för det amerikanska telefonbolaget Bells Laboratory och intresserade sig för problemet med brus i telefonledningar. Han fann en metod för att skilja ut en signal från det brus som hela tiden befinner sig i bakgrunden i telefonen. Medan bruset är kaotiskt och utan mönster har en signal en viss sannolikhet att dyka upp och förekommer i mönster. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 10

11 Information som skillnad mellan brus och signal Den minsta igenkännbara signal kallade Shannon för en bit och den var den minsta beståndsdelen av information där flera bitar i ett sammanhang kunde förmedla ett budskap. En bit utgör skillnaden mellan brus och signal, eller mellan signal och inte signal. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 11

12 Informationsbehandling Vi kan betrakta varvtalsregulatorn i rörelse, muskeln i arbete, och genom teknisk utrustning även strömmen av bitar i en ledning eller på ett minne, och vi kan (möjligen) informeras om dessa saker av att betrakta dem. Däremot hävdar Nilsson att det är en missuppfattning att de själva behandlar information, att ett självjusterande system informerar sig självt. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring, Nordicom Information 2-3/

13 Informationsbehandling Diskussion: kan vi hålla med om att datorer inte behandlar information? Kan vi säga att de behandlar data? Vad är skillnaden? Bioinformatik - tvärvetenskapligt forskningsområde mellan framför allt biologi och datalogi, bl. a. proteinsekvensdata, datorstödd informationsbehandling inom biologin. Bioinformatik är en tvärvetenskaplig disciplin där algoritmer för analys av biologiska data utvecklas. Man använder också termen synonymt med engelskans computational biology. Wikipedia Anders Nilsson Informationsvanor i förändring, Nordicom Information 2-3/

14 Information som verklighet för en agent ( Fabric of Reality ) Information är en skillnad som gör en skillnad (for an agent) Information is the difference that makes a difference. (for an agent) - antropologen Gregory Bateson 1995 Denna skillnad måste vara av betydelse för en agent. Skillnaden i världen som gör skillnad för en agent. Här världen inkluderar agenten själv. The difference in the world that makes the difference for an agent.

15 Selektiv och strukturell information! Selektiv information: Bateson's "difference that makes the difference."! Bateson's definition beskriver egentligen data.! Inte bara processen av of differentiering som är en process av urval, men också medvetenhet om en helhet från vilken urvalet görs är viktig.! Processer av analys och synthes. 15

16 Selektiv och strukturell information Information kan definieras som resultat av opposition mellan en och många, som leder till två typer av information, selektiv och strukturell. De två typer av information are komplementära, och kopplade till varandra. Det förklarar dynamiken i informationsprocessesen. (Marcin Schroeder) Först använder man differentiering (särskiljande) för att identifiera bits av information i omgivande bruset. Sedan relaterar man dessa data med varandra för att leta strukturer (det är en process av integrering av bitar i större struktur). 16

17 INFORMATION ÄR EN SKILLNAD SOM GÖR EN SKILLNAD (for an agent) Bateson INGEN SKILLNAD (när man tittar genom ett teleskop, mikroskop, etc) Man ser ingenting, bara bakgrund.

18 skillnad som gör en skillnad SKILLNAD som gör en skillnad för en agent som ser i denna våglängd!

19 Ett system av skillnader som bildar strukturen av verkligheten för en agent. Märk att strukturer som identifierats med ljuset sedan Identifieras som strukturer på andra sätt, som genom beröring och genom att vi utbyter information med andra människor om strukturer i världen.

20 Information och vanor Nilsson använder två modeller för att beskriva två olika förhållningssätt man kan ha till begreppet information! Signalmodellen och! Den sociala modellen! Signalmodellen beskriver meddelanden som når individen, i form av perceptioner samt meddelanden inom individen, dvs i organismen, i form av kemiska och andra processer, som information. Modellen fäster inget avseende vid mening eller betydelsen av information.! Den sociala modellen av information avser alltid människor som sändare och mottagare av symboler i någon form. Modellen betonar informationens meningsinnehåll och den upplevda meningen kan skilja sig mellan olika individer. Anders Nilsson Informationsvanor i förändring 20

21 Information som verklighetens struktur ( Fabric of Reality ) INFORMATIONAL STRUCTURAL REALISM (Floridi, Sayre) argues that information is the fabric of reality: Reality consists of informational structures organized on different levels of abstraction/resolution. The same view is defended in the book: Ladyman J. and Ross D., with Spurrett D. and Collier J. (2007) Every Thing Must Go: Metaphysics Naturalized, Oxford UP

22 Materia, energi och information! Information is information not matter or energy". Norbert Wiener! Information is neither matter nor energy, but it needs matter for its embodiment and energy for its communication. 22

23 Struktur och Process Enligt Informational structural Realism - Informationell strukturell realism - (Floridi, Sayre) - information är det som vår verklighet består av. Strukturer i världen ändras konstant. Känner vi till structurer är detta bara en början. Vi måste också förstå processer som utgör informationsdynamik. Gordana Dodig-Crnkovic, Dynamics of Information as Natural Computation, Information 2011, 2(3), ; Selected Papers from FIS 2010 Beijing, 2011.

24 Informationberäknande Natur ONTOLOGY/ INFORMATION AGENCY/ COMPUTATION bioinformatik beräkningsbiologi beräkningsfysik Gordana Dodig-Crnkovic, Investigations into Information Semantics and Ethics of Computing,, Mälardalen University Press, 2006

25 Informationberäkning Information and computation are two interrelated and mutually defining phenomena there is no computation without information (computation understood as information processing), and vice versa, there is no information without computation (information as a result of computational processes). Being interconnected, information is studied as a structure, while computation presents a process on an informational structure. In order to learn about foundations of information, we must also study computation. Gordana Dodig-Crnkovic, Investigations into Information Semantics and Ethics of Computing,, Mälardalen University Press, 2006

26 Beräkning som informationsprocesser The Computing Universe: Pancomputationalism Computation is generally defined as information processing. (See Burgin, M., Super-Recursive Algorithms, Springer Monographs in Computer Science, 2005) For different views see e.g. Computation and Cognitive Science 7 8 July 2008, King's College Cambridge

27 Naturen som beräkningar och Beräkningar inspirerade av naturen Natural computation includes: Computation Inspired by nature: Evolutionary computation Neural networks Artificial immune systems Swarm intelligence In 1623, Galileo in his book The Assayer - Il Saggiatore, claimed that the language of nature's book is mathematics and that the way to understand nature is through mathematics. Generalizing mathematics to computation we may agree with Galileo the great book of nature is an e-book! Simulation and emulation of nature: Fractal geometry Artificial life Computing with natural materials: DNA computing Quantum computing Journals: Natural Computing and IEEE Transactions on Evolutionary Computation.

28 Beräkningsmodeller bortom Turingmaskin-modellen With the advent of computer networks, which are the main paradigm of computing today, the model of a computer in isolation*, represented by a Turing Machine, has become insufficient. The basic difference between an isolated computing box and a network of computational processes (nature itself understood as a computational mechanism) is the interactivity of computation. The most general computational paradigm today is interactive computing (Wegner, Goldin). *This view of system in isolation is inherited from physics. I. Prigogine strongly emphasized the important of the environment/context especially essential for living beings. Prigogine, Ilya; Stengers, Isabelle (1984). Order out of Chaos: Man's new dialogue with nature. Flamingo

29 Begränsningar av Turing maskin. Självgenererande system Complex biological systems must be modeled as selfreferential, self-organizing "componentsystems" (George Kampis) which are self-generating and whose behavior, though computational in a general sense, goes far beyond Turing machine model. a component system is a computer which, when executing its operations (software) builds a new hardware... [W]e have a computer that re-wires itself in a hardwaresoftware interplay: the hardware defines the software and the software defines new hardware. Then the circle starts again. (Kampis, p. 223 Self-Modifying Systems in Biology and Cognitive Science) Dodig Crnkovic, G. (2011) Significance of Models of Computation from Turing Model to Natural Computation. Minds and Machines, (R. Turner and A. Eden guest eds.) Volume 21, Issue 2, p.301.

30 The challenge to deal with computability in the real world - physical computing (natural computing) has brought new understanding of computation. Natural computing has different criteria for success of a computation, halting problem is not a central issue, but instead the adequacy of the computational response in a network of interacting computational processes/devices.

31 Kognition som informationsberäkning Inom området kognition ryms studier av hjärnans olika funktioner såsom tänkande, uppmärksamhet, minne, inlärning, medvetande, språk samt beslutsfattande och problemlösning. Eftersom sinnesuppfattningen och tolkningen av dem beror på kunskaper och erfarenheter, ingår en del av dessa i kognitionen (andra i perceptionen som handlar om sinnesintryck). En del andra processer, såsom viljestyrd motorik, språk, verklighetsuppfattning, är helt eller delvis inlärda, hör också till kognitionen. (Wiki)

32 Kognition som informationsberäkning Cognition is a faculty for the processing of information, applying knowledge, and changing preferences. Cognition, or cognitive processes, can be natural or artificial, conscious or unconscious. These processes are analyzed from different perspectives within different contexts, notably in the fields of linguistics, anesthesia, neurology and psychiatry, psychology, philosophy, anthropology, systemics, and computer science. Within psychology or philosophy, the concept of cognition is closely related to abstract concepts such as mind, intelligence. It encompasses the mental functions, mental processes (thoughts), and states of intelligent entities (humans, collaborative groups, human organizations, highly autonomous machines, and artificial intelligences). 32

33 Kognition som informationsberäkning Natural computing as a new paradigm of computing goes beyond the Turing Machine model and applies to all physical processes including those going on in our brains. To do so computer scientists must draw on the expertise in subjects not usually associated with computing, including organic chemistry, molecular biology, bioengineering, smart materials and social cognition etc.

34 Kognition som informationsprocesser At the physical level, living beings are open complex computational systems in a regime on the edge of chaos, characterized by maximal informational content. (Flake) The essential feature of cognizing living organisms is their ability to manage complexity, and to handle complicated environmental conditions with a variety of responses which are results of adaptation, variation, selection, learning, and/or reasoning. (Gell-Mann)

35 Kognition som omstrukturering av en agent genom interaktion med omgivningen As a result of evolution, increasingly complex living organisms arise that are able to survive and adapt to their environment. It means that they are able to register inputs (data) from the environment, to structure those into information, and in more developed organisms into knowledge. The evolutionary advantage of using structured, component-based approaches is improving response-time and efficiency of cognitive processes of an organism.

36 Kognition som omstrukturering av en agent genom interaktion med omgivningen All cognition is embodied cognition, in both microorganisms and humans. In more complex cognitive agents, knowledge is built upon not only reaction to input information, but also on intentional choices, dependent on value systems stored and organized in agents memory. Information and its processing are essential structural and dynamic elements which characterize structuring of input data (data information knowledge) by an interactive computational process going on in the agent during the adaptive interplay with the environment.

37 Kommunikation och kunskapsskapande " SPRÅK OCH KOMMUNIKATION " KUNSKAPSSKAPANDE FORMER " VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER " EVOLUTION SOM KUNSKAPSSKAPANDE PARADIGM 37

38 Språk och kommunikation Språk är inte identisk med kommunikation. Vi kommunicerar på andra sätt också:! Gester (kroppsspråk)! Ögonkontakt! Intonation! Turordning! Beröring! Statussymboler och kulturella symboler 38

39 Vad är kommunikation? Många definitioner, beroende på sammanhang. Många av definitioner är problematiska, eftersom de använder begrepp som är lika svåra och komplexa som kommunikation. Om man säger: Kommunikation är utbyte av symboler frågan är hur definieras symboler. Kommunikation är en process för att överföra information från en punkt till en annan. Wiki Information uttrycker kunskap eller budskap i en konkret form, och består ofta men inte alltid av en samling fakta. 39

40 Edward O. Wilson s definition I sin bok 'Sociobiology' (1975) EdwardO. Wilson skriver: Kommunikation uppstår när en handling eller täcken som ges av en organism uppfattas av en annan organism så att sannolikheter av olika beteenden ändras beroende av den första eller de båda organismerna." (p. 111) "Communication occurs when the action or cue given by one organism is perceived by and thus alters the probability pattern of behavior in another organism in a fashion adaptive to either one or both of the participants." (p. 111)! Wilson s grundläggande idé är påverkan som ett resultat av en organism's beteende på en annan organism.! Denna definition är kopplad till matematiska definitionen av information (Shannon and Weaver, 1949) som minskning av osäkerhet. 40

41 Marc D. Hauser s definition Hauser föreslår att vi åtskiljer två olika former av kommunikation:! Tecken/antydningar (cue) är alltid on! Signal kan bli on eller off (ett skrik) 41

42 Medfödda och kulturella tecken! Hauser betonar att inom biologin tecken typiskt motsvarar till fenotyp utseende och beteende Till exampel tecken (markeringar) som möjliggör för en hane att känna igen en hona, eller intensiva färger som varnar fienden om att ett djur är aggressivt eller farligt! Signaler kan vara medfödda eller kulturella 42

43 Hur vanlig är kommunikation? Alla djur har biologiskt-baserad semantik (mening) för signaler. Fyra grund-f i biologisk semantik: Feeding (Mat) Fornication (Reproduktion) Fleeing (Flykt) Fighting (Strid) 43

44 Mänsklig kommunikation Vi har många tecken! Vi definierar könsroller och sociala roller med hjälp av tecken kläder, smink, smycke, bilar, datorer, mobiler, kameror Vi kan använda signaler! Ett litet barn låter olika när det har ont, eller vill fånga uppmärksamhet, eller är nöjd och glad! Vi skrattar, skriker, suckar, etc. 44

45 Giuseppe Arcimboldo Vad kommunicerar Arcimboldo s målningar? 45

46 Kommunikation hos djur! Alla djur kommunicerar, vissa på väldigt komplexa sätt. Alla djur kan sägas förstå och använda någon slags språk! Inget annat djur kan komma i närhet till 2.5-år gammal människa i något språkligt avseende: ordförrådet, olika sätt att uttrycka sig, medellängden på yttranden, komplexiteten av syntax, logiska färdigheter, osv. 46

47 Kommunikation, sammanfattning! Kommunikation är överföring av information, interaktion genom meddelanden.! Information är meningen som människan tillskriver tecken genom att använde kända konventioner för deras representation. Den kan ses som struktur som består av skillnader som gör skillnad för en agent.! Tecken är vilken som helst fysisk händelse använd i kommunikation.! Språket är ordförrådet och regler för dess användning. 47

48 Semiotik Semiotik är vetenskapen om tecken, som studerar hur människor söker och konstruerar mening. Semiotik: verkligheten är ett system av tecken! 48

49 Semiotik nivåer: syntax, semantik, pragmatik Three Levels of Semiotics (Theory of Signs) syntactics semantics pragmatics 49

50 Semiotik! Verkligheten är en konstruktion! Information eller mening är inte innehållet i den fysiska världen som överförs till oss vi aktivt skapar verkligheten genom en komplex växelverkan med världen.! Genom att studera tecken, studerar Semiotiken konstruktionen och underhållet av verkligheten. 50

51 Semiotik! Ett tecken... är något som står istället för någon eller något annat i något hänseende.! Tecken kan vara ord, symboler, bilder, ljud, gester, objekt! Kort sagt, vad som helst kan vara ett tecken förutsatt att det finns någon som kan tolka den. 51

52 Tecken KATT (signifier) (signified) Ett tecken består av: signifier (pekare) och signified (det som pekare pekar på) 52

53 Detta är inte en pipa... Rene Magritte.... Surrealism 53

54 Språk! Språket delar in verkligheten i olika kategorier på ett konventionellt/godtyckligt/överenskommet sätt.! Världen konceptualiseras på olika sätt i olika kulturer.! Den fullständiga meningen av ett tecken syns först när det sätts i ett sammanhang. Kontexten (sammanhanget) spelar avgörande roll för tolkningen av språket. 54

55 Språk och tanke Två uppfattningar om relationen mellan olika språk:! Översättning är möjlig (lingvistisk realism).! Översättning är omöjlig (lingvistisk determinism och linguistisk relativism) - Sapir-Whorf hypothes. 55

56 Verklighet och kommunikation Om ett träd (i en djungel) faller ner och ingen (någonsin) ser det, har det verkligen fallit? 56

57 Språkets hierarkiska struktur Objektspråk Metaspråk I en VETENSKAPLIG ORDBOK (science dictionary) finns ingen definition av vetenskap! Ordbok och lexikon är "en ordnad förteckning över en väsentlig del av språks ord ". (Nationalencyklopedin,1994 band 14, s 471). En definition av VETENSKAP finns i en FILOSOFISK ordbok. 57

58 Det vetenskapliga språket TEORI KORRESPONDENS- REGLER EMPIRI SINNESINTRYCK SEMANTISKA REGLER 58

59 Språkets mångtydighet - Ord! meaning (mening, uppfattning betydelse, innebörd; tanke, avsikt)! mening (view, idea, intention, purpose, object, aim, sense, context, sentence)! uppfattning (opinion, convictions)! betydelse (meaning, signification, import, sense, significance, importance)! innebörd (meaning, signification, import, content, purport)! tanke (thought, idea, opinion)! avsikt (intention, purpose, aim, object, end, motive, intent) 59

60 Språkets mångtydighet- Utsagår! Mjuk och kul glass! "Regeringen gör ingenting. Snarare tvärtom". Men... då gör de väl ALLT?! "Självmord tvingar ministrar att avgå" (Självmord medför väl naturlig avgång?) Läs mer på Avigsidan 60

61 Språk och kunskap Vad är egentligen kunskap? Kunskap är enligt den klassiska kunskapsanalysen sanna trosföreställningar som man har goda skäl för att tro på. Kunskap kan även syfta på vissa färdigheter, som inte låter sig fångas i den klassiska kunskapsanalysen, eftersom den endast behandlar propositionell kunskap. Vilken betydelse har språket när vi skapar kunskap? Procedural och deklarativ kunskap (Handlingskunskap och vetande) Språk och Kunskap, Israel, Joachim 61