Linköpings universitet

Transkript

1 Kognitionsvetenskaplig introduktionskurs Föreläsning 2 Historia, Några milstolpar The HISTORY Annika Silvervarg CiltLab/HCS/IDA Kognitionsvetenskapens uppkomst Alan Turing 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 Neumann 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

2 BESK Binär Elektronisk SekvensKalkylator ( ) 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) 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 Shannon Informationsteori Cocktailparty-fenoment Kommunikation som informationsöverföring Linköpings universitet 2

3 Broadbent 1954, 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 Miller 1956 The magical number 7 +/- 2 Memorera Upprepa ? Memorera Upprepa 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 Chomsky 1957 Syntaktisk struktur S -> NP VP NP -> N NP -> Det N VP -> V VP -> V NP 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 Linköpings universitet 3

4 Steg mot Kognitionsvetenskap Återkommande fundament Omriktningen i psykologi, från behaviorism till kognitivism Utveckling av teorier kring beräkning och information Utveckling av informationsbearbetande modeller för kognitiva förmågor, t ex uppmräksamhet, minne och språk Information, t ex råttor i labyrinter lagrar rumslig information 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: Hur representeras information, i ord, bilder, eller vad? Hur sker bearbetning av informationen? Exempel på tidiga genombrott: forskningsfrågor och vetenskapliga metoder Vilka metoder kan vi använda för att undersöka detta? Metoder inom kognitionsvetenskap Metoder inom kognitionsvetenskap Ämne Studieobjekt Huvudmetoder Mål Datavetenskap Filososfi Lingvistik Neurovetenskap Beräkning Beräkningsmekanismer Medvetande, existens, kunskap Datavetenskapligt tänkande, programmering Konceptuell analys, logik, tankeexperiment Språk och kommunikation Experiment med människor Människans och djurs nervsystem Laborativaexperiment med människor (och djur) Psykologi Människan i sig Experiment med människor Antropologi Människor i sin miljö Fältstudier av människor i sin miljö Skapaoch utvärdera beräkningsmekanismer som implementerar tänkande Förstå tänkandets och medvetandets förutsättningar och möjligheter Kartlägga och förstå naturligt språk och kommunikation Kartlägga och förstå människans och djurs neurofysiologi/ Kartlägga och förstå hur människans olika förmågor och egenskaper avspeglas i form av aktivitet i hjärnan Kartlägga och förstå mänskligt beteende Kartlägga och förstå mänskligt beteende i ett sammanhang Formella modeller och datorimplementeringar SHRDLU Empiriska undersökningar Mental imagery Linköpings universitet 4

5 Mental imagery (Shepard & Metzler, 1971) Mental imagery (Shepard & Metzler, 1971) Är de lika? 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) Empiriska undersökningar Blunda Visualisera flygplanet Fokusera på tornets tak Har tornet en klocka? Fokusera på tornets tak Har tornet en dörr? TEORI Människor använder bildlika representationer Stöd HYPTOES Det tar längre tid att scanna ett föremål om avståndet är större Stöd EXPERIMENT Mät hur lång tid det tar att besvara om tornet har en klocka resp en dörr? Linköpings universitet 5

6 Empiriska undersökningar Formella modeller och datorimplementeringar TEORI Stöd/Motsägelse HYPOTES Stöd/Motsägelse EXPERIMENT/ UNDERSÖKNING 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 Formella modeller och datorimplementeringar Natural Language Processing Stöd/Motsägelse TEORI MODELL IMPLEMENTATION Stöd/Motsägelse TESTNING Naturligt språk är (enligt Chomsky 1956): Hierarkiskt Planerat Regelstyrt Bör i så fall gå att modellera och implementera i ett datorprogram! SHRDLU (Winograd,1970) Formella modeller och datorimplementeringar Mikrovärld med block i olika former, färger och storlekar Kan kommunicera om och manipulera objekt i mikrovärlden Språk är en regelstyrd process Stöd Lexikon och grammatik SHRDLU Mata in meningar och bedöm svaren Stöd Linköpings universitet 6

7 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 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? 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. Exempel på senare genombrott 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 Linköpings universitet 7

8 Robocup "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 Linköpings universitet 8