Linköpings universitet

Transkript

1 Kursens roll i programmet Ge en bred introducerande översikt Kognitionsvetenskaplig introduktionskurs Historisk bakgrund Grundläggande frågeställningar Föreläsning Kurssammanfattning Delämnen Metoder Exempel på tillämpningar Annika Silvervarg Introduktion till IDA:s och universitetets datorsystem (inkl Word och Excel) Skapa en bred tolkningsram Fördjupning i kommande kurser CiltLab/HCS/IDA Översikt Vad är kognitionsvetenskap? Kort bakgrund/historik Representation och bearbetning av information Vetenskapliga metoder inom kognitionsvetenskap Informationsbearbetningsmodeller Vad är kognition? de tankefunktioner med vars hjälp information och kunskap hanteras, (Nationalencyklopedin) cognition refers to all the processes by which the sensory input is transformed, reduced, elaborated, stored, recovered, and used, (Neisser) Kognitionsforskings delområden: Fysiska symbolsystemshypotesen Language of Thought Konnektionism Perception/varseblivning Delvetenskaper Minne Tvärvetenskap Integrering Tänkande och problemlösning Modularisering av kognitiva system Språk och kommunikation Tillämpning - Användbarhet (Motorik) Situerad och distribuerad cognition, artefakter 3 Vad är kognitionsvetenskap Kognitionsvetenskapens historia Kognitionsvetenskap är ett tvärvetenskapligt kunskaps- och forskningsområde som studerar tänkande, språk och kommunikation hos naturliga och artificiella system i samspel med den fysiska och sociala miljön (Nils Dahlbäck) Cognitive Science has a very long past but a relatively short history Linköpings universitet Howard Gardner 400 f Kr 1600-talet Filosofi Filosofi 1870-talet Psykologi 1950-talet Kognitionsvetenskap 1

2 Genom tänkande Rationalism Descrates The PAST Hur får vi kunskap? Genom erfarenheter Empiricism Locke, Hume Steg mot Kognitionsvetenskap Omriktningen i psykologi, från behaviorism till kognitivism Utveckling av teorier kring beräkning och information Utveckling av informationsbearbetande modeller för kognitiva förmågor Introspektion Wundt Syntes Kant Behaviorism Watson,Skinner Logisk empiricism Frege, Russell, Peano 1948 The Hixon Symposium Kognitionsvetenskapens födelse Cerebral Mechanisms in Behaviour John von Neuman Den första hjärna-datormetaforen Warren McCullock Parallell mellan nervsystemet och logiska artefakter Karl Lashley The problem of serial order in behaviour kritik av behaviorismen 1956 Symposium on Information Theory Allen Newell & Herbert Simon Logic Theory Machine Noam Chomsky Three Models of Language George Miller Minnets 7 ± 2 Begreppet Artificial Intelligence myntas Metoder inom kognitionsvetenskap Integrationsutmaningen Formella modeller och datorimplementeringar SHRDLU Empiriska undersökningar Mental imagery En enhetlig förklaring av kognition som baseras på och integrerar hela rymden Ett ramverk som visar den gemensamma nämnaren för alla delvetenskaper som studerar kognition och hur de är relaterade till varandra Kognitionsvetenskap är mer än summan av delarna 12 Linköpings universitet 2

3 Nivåer (Dahlbäck) Three dimension model Fysisk och social miljö Kognition ( the mind ) Neurologi Situerad och distribuerad kognition Sub-symbolisk kognition / neurokognition Lokal integrering Sloan report, 1978 Två eller flera delvetenskaper Evolutionär psykologi och psykologiska resonemang Psykologi och neurologi Lingvistik och datalogi Datalogi och neurologi 15 Global integrering Marr s trenivåmodell (1982) Försöker definiera relationen mellan Olika nivåer av förklaring Olika nivåer av organisation (Interteoretisk reduktion) Marr s trenivåmodell Mentala arkitekturer Beräkningsnivå Vad är målet med informationsbearbetningen? Vilka indata och utdata förväntas? Algoritmnivå Hur utförs informationsbearbetningen? Implementationsnivå Vad är den fysiska realiseringen av algoritmen? Top-down analys av kognitiva system Exempliferias för mänskligt seende, baserat på neuropsykologi, psykofysik, fysiologi Linköpings universitet 3

4 Mentala arkitekturer Fysiska symbolsystemshypotesen Studerar frågor gemensamma för alla delvetenskaper: I vilken form representeras information i ett kognitivt system? Hur transformeras informationen i ett kognitivt system? Hur är medvetande organiserat i kognitiva system? Svaret på frågorna 1-2 kan dock variera för olika system, t ex : neuron eller medvetandet som helhet minne, beslutsfattande eller språk Svaret på fråga 3 har besvarats utifrån både generella och domänspecifika funktioner Ett fysiskt symbolsystem uppfyller nödvändiga och tillräckliga villkor för generell intelligens (Simon & Newell, 1975) Nödvändigt villkor innebär att ingenting kan vara intelligent utan att vara ett FSS, dvs mänskligt medvetande är FSS Tillräckligt villkor innebär att det går att konstruera artificiell intelligens genom att konstruera ett FSS 20 Language of Thought Kinesiska rummet (Searle, 1980) Symbol grounding 22 Sub-symbolisk kognition/konnektionism Artificiella neurala nätverk Modeller inspirerade av hjärnan Små enkla enheter i nätverk Parallell distribuerad bearbetning Utdatalager Länkar mellan det gömda lagret och utdatalagret Lager med gömda noder Länkar mellan indatalagret och det gömda lagret Indatalager Linköpings universitet 4

5 Inlärning i neurala nätverk Modularitet (Fodor, 1983) Medvetandet består av högnivå generella centrala processer och lågnivå specifika modulära processer Gradient back propagation innebär att de ansvariga länkarna justeras genom uppdatering av vikterna lager för lager. 27 Modulära processer Centrala processer Domänspecifika Inkapslad information Obligatorisk/Ofrivillig användning Snabba Associerade med specifika regioner i hjärnan Specifika mönster för misslyckanden Exempel från perception: Färg, form, 3D rumsliga relationer, ansiktsigenkänning, grammatisk analys av talade yttranden, känna igen röster Värderar, jämför och sammanför utdata från modulära processer Quinean Kunskap som helhet, belief system Isotropisk INTE inkapslad information Fodor s first law of the nonexistence of cognitive science The more global a cognitve process is, the less anybody understands it Examination datum Feedback/Återkoppling Ordinarie tillfälle Datorlaborationer: 8/9 Hemtenta: 22/9 Inlämningsuppgift: 10/9, 12/9, 22/9 Seminarier Kamratgranskning på inlämningsuppgift Inlämningsuppgift skriftlig återkoppling från lärare Hemtentamen har tentavisning, samt skriftlig återkoppling För omexamination eller kompletteringar*: Datorlaborationer: 29/9 Hemtenta: 20/10 Inlämningsuppgift: 20/10, 27/10, 3/11 * Om inget annat överenskommits med examinator 31 Linköpings universitet 5

6 Examination bedömningskriterier Examination bedömningskriterier Inlämningsuppgiften bedöms enligt följande kriterier: Språk Tydlig inledning Tydlig frågeställning Frågeställningen besvaras Definitioner av tekniska begrepp Sammanhållet resonemang Bemöts möjlig kritik Inga sidospår Avslutning Referenser Hemtentamen består av 6 frågor som kan ge max 5 poäng per fråga För Godkänt krävs minst totalt 18 poäng För Väl godkänt krävs minst totalt 24 poäng Väl godkänt på inlämningsuppgiften ger 3 bonuspoäng som kan användas för att uppnå VG (men inte G) på hemtentamen Varje fråga bedöms utifrån en rättningsmall där vissa kriterier måste uppnås för att få poäng på frågor och delfrågor Var tydlig och koncis och se till att besvara frågan och alla delfrågor Linköpings universitet 6