TÄNKANDE SOM BERÄKNING! Kursens sammanhang! Tidiga tankar om tänkande och beräkning! Datorn kommer och sätter fart! Datorns teoretiska bakgrund! Datavetenskap och Kognitionsvetenskap: två produkter av krigsansträngningen! 1956 års män! Samspelet Datavetenskap Kognitionsvetenskap 1! Kursens sammanhang! Ingår som kurs 3 i kurspaketet: Perception Kunskap och minne Resonerande och informationsbehandling Handling! Den bakomliggande tanken är att introducera kognitionsvetenskap tematiskt snarare än disciplinärt (efter vetenskapsgrenar)! Temana återspeglar en enkel modell av kognition och kognitivt baserat beteende som vi kan kalla det kognitiva perspektivet 2!
Det kognitiva perspektivet Vi utgår från " en (kognitiv) agent " som befinner sig i en omgivning (värld) " och som bedöms genom en uppsättning framgångskriterier Den centrala frågan är: Hur kan agenten framgångsrikt förhålla sig till sin omgivning genom ett kognitivt baserat agerande? 3! Det kognitiva perspektivet Generella uppgifter inhämta information om omgivningen (och sig själv) lagra information bearbeta information påverka omgivningen (och sig själv) på basis av information 1. inhämtning 2. lagring 4. handling 3. bearbetning Hur kan agenten framgångsrikt förhålla sig till sin omgivning genom ett kognitivt baserat agerande? 4!
Det kognitiva perspektivet AGENT OBJEKT OBJEKT ARTEFAKT AGENT AGENT ARTEFAKT OBJEKT OBJEKT 5! Lars-Erik Janlert 2010! Det kognitiva perspektivet AGENT OBJEKT OBJEKT ARTEFAKT AGENT AGENT ARTEFAKT OBJEKT OBJEKT 6! Lars-Erik Janlert 2010!
Zenon Pylyshyns hexagram över kognitionsvetenskap 7! Redan de gamla grekerna liksom den moderna vetenskapens pionjärer Pythagoras (500-talet fvt) Galilei (1564 1642) verkligheten är naturen är en bok matematisk skriven i matematiskt språk till sin natur som vi försöker läsa Platon (427 347 fvt) tänkande är en inre dialog med mentala ord Descartes (1596 1650) individens föreställning om världen förmedlas via interna symboler och allt tänkande är ett slags matematiska beräkningar 8!
Thomas Hobbes 1651 When a man reasoneth, he does nothing else but conceive a sum total, from addition of parcels; or conceive a remainder, from subtraction of one sum from another These operations are not incident to numbers only the geometricians teach the same in lines the logicians teach the same in consequence of words 9! 300 år senare: Datorn c:a 1945 10! Tidiga datorer " Tyskland, Konrad Zuse: Z3 1941, världens första fungerande programstyrda generella digitala dator " Storbritannien, Newman & Flowers: Colossus 1943; Manchester Mark 1 1949 (med von Neumanns arkitektur från 1945) " USA, Mauchly & Eckert: ENIAC 1945, den första elektroniska generella digitala datorn " Sverige: BARK 1950; BESK 1953, då världens snabbaste dator! Det blir plötsligt en väldig aktivitet när man inte längre behöver nöja sig med att bara spekulera hur kognition går till :! Datorn som instrument: går det att implementera?! Datorn som metafor: mer inspirerande än en telefonväxel
Varför just DÅ, och HUR? Vetenskapliga orsaker och bakgrund " interna problem i matematiken Praktiska orsaker och bakgrund " ett krig 11! Lars-Erik Janlert 2010! Hilbert och matematikens kris runt 1900 12! David Hilbert (1862 1943)! Kring sekelskiftet 1900 var matematiken i kris: motsägelser, paradoxer och kontraintuitiva resultat gjorde att man ville säkerställa matematikens grundvalar " Ex. icke-euklidisk geometri, Russells paradox! En av vägarna att försöka ta sig ur krisen var den s.k. formalismen. David Hilbert matematiserade matematiken, dvs. gjorde även de matematiska symbolerna och deras behandling, själva till en del av matematiken " man kan säga att han identifierade matematiken med symbolerna och symbolsekvenserna, inskriptionerna! Detta innebar att man mekaniserade (operationaliserade) begrepp som härledning, bevis och teorem (sats)! Resultatet blev en total formalisering av matematik och logik
Russells paradox 1901 {x P(x)} mängden av alla x med egenskapen P t.ex {x Är-ett-udda-heltal(x)} = {1,3,5, } x! y x tillhör (mängden) y x " y x tillhör inte (mängden) y 13! # = {x x " x} dvs. definiera # som mängden av alla x med egenskapen att inte tillhöra sig själv Antag att #! # Då måste # uppfylla den definierande egenskapen, dvs. # " # vilket strider mot vårt antagande som alltså inte kan vara riktigt Antag motsatsen, dvs. att # " # Då uppfyller # den definierande egenskapen; alltså #! # vilket strider mot vårt nya antagande som alltså inte heller kan vara riktigt, och nu är möjligheterna uttömda Motsägelse! Bertrand Russell (1872 1970) Principia Mathematica 1910 Russell & Whitehead 14!
Turing 1936! En klass av abstrakta maskiner, s.k. turingmaskiner, presenterades 1936 i On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem! Allt som kan effektivt beräknas kan beräknas av någon turingmaskin! Detta är ett av flera oberoende sätt att exakt karakterisera begreppet effektivt beräkningsbar (computable)! En s.k. universell turingmaskin kan simulera en godtycklig turingmaskin den kan därmed beräkna allt som överhuvudtaget kan effektivt beräknas! Denna kan därmed förstås som en teoretisk modell för datorn 15! Alan Turing (1912 1954) Krigsansträngningen och kalla kriget 1939! Akuta uppgifter och problem! Enorma resurser till förfogande! Tvärvetenskapliga grupper av forskare från olika discipliner sätts att lösa problemen Colossus 1944! " nya tvärvetenskaper uppstår " även think tanks som RAND Corporation! Problem och lösningar ballistik kryptoanalys väderprognoser kommunikationsteori, informationsteori " spelteori (strategi) " kärnvapen " " " " 16! Bletchley Park, Hut 3!
Colossus en modern rekonstruktion 17! Lars-Erik Janlert 2010! John von Neumann var en av dessa tvärvetenskapare! logik! spelteori! datorer! matematisk ekonomi! kvantmekanik! nukleära vapen! cellulära automater! självreplikerande automater (artificiellt liv)! med mera 18! John von Neumann (1903 1957)
Norbert Wiener en annan introducerade Cybernetics 1948 19! Norbert Wiener (1894 1964)! Studier av kommunikation med och styrning av komplexa system! Återkoppling (feedback) ett centralt begrepp! Likheter mellan biologiska, mekaniska och elektroniska system! Artificiella neurala nät! Men: analoga, inte digitala, representationer! Flera av cybernetikens idéer togs sedan över och digitaliserades av artificiell intelligens 1956 annus mirabilis (bara män här, men kolla bilderna från Bletchley Park!) JUNI symposium på Dartmouth College om artificiell intelligens # Herbert Simon (1916-2001) # Allen Newell (1927-1992) # John McCarthy (1927 - ) # Marvin Minsky (1927 - ) # Claude Shannon (1916-2001) # Arthur Samuel (1901-1990) # Nathaniel Rochester # Ray Solomonoff # Oliver Selfridge # Trenchard More 11 SEPTEMBER konferens på MIT om informationsteori, dag 2 # Herbert Simon (1916-2001) # Allen Newell (1927-1992) # Noam Chomsky (1928 - ) # George Miller (1920 - ) # Jerome Bruner (1915 ) Innebar starten för artificiell intelligens, kognitionspsykologi och kognitionsvetenskap Samlande grundidé: Tänkande är informationsbehandling 20!
Lars-Erik Janlert, dec 2006! 21! Herbert Alexander Simon (1916 2001) researcher in the fields of cognitive psychology, computer science, public administration, economics, management, and philosophy of science and a professor at Carnegie Mellon University. Turing Award for making "basic contributions to artificial intelligence, the psychology of human cognition, and list processing." (1975); the Nobel Memorial Prize "for his pioneering research into the decision-making process within economic organizations" (1978). Lars-Erik Janlert, dec 2006! 22! Herbert Simon 1958
Lars-Erik Janlert, dec 2006! 23! Allen Newell (1927-1992) researcher in computer science and cognitive psychology at the RAND corporation and at Carnegie Mellon University. He contributed to the Information Processing Language (1956) and two of the earliest AI programs, the Logic Theory Machine (1956) and the General Problem Solver (1957) (with Herbert Simon). Lars-Erik Janlert, dec 2006! 24! Herbert Simon & Allen Newell 1958
Lars-Erik Janlert, dec 2006! 25! John McCarthy (1927 ) sometimes known affectionately as Uncle John McCarthy, is a computer scientist who received the Turing Award in 1971 for his major contributions to the field of Artificial Intelligence. McCarthy invented LISP. Lars-Erik Janlert, dec 2006! John McCarthy 26!
Lars-Erik Janlert, dec 2006! 27! Marvin Lee Minsky (1927 ) sometimes affectionately known as "Old Man Minsky", is an American cognitive scientist in the field of artificial intelligence (AI), co-founder of MIT's AI laboratory, and author of several texts on AI and philosophy. Lars-Erik Janlert, dec 2006! 28! Claude Elwood Shannon (1916 2001) electrical engineer and mathematician, has been called "the father of information theory", and was the founder of practical digital circuit design theory.
Lars-Erik Janlert, dec 2006! 29! Arthur Samuel (1901 1990) was a pioneer of artificial intelligence research. From 1949 through the late 1960s, he did the best work in making computers learn from their experience. Lars-Erik Janlert, dec 2006! 30! Avram Noam Chomsky (1928 ) is the Institute Professor Emeritus of linguistics at the Massachusetts Institute of Technology. Chomsky is credited with the creation of the theory of generative grammar, considered to be one of the most significant contributions to the field of theoretical linguistics made in the 20th century.
Lars-Erik Janlert, dec 2006! 31! George A. Miller (1920 ) is a famous professor of psychology at Princeton University, he served as Professor of Psychology at Rockefeller University, Massachusetts Institute of Technology and at Harvard University. In 1960, Miller founded the Center for Cognitive Studies at Harvard with Jerome Bruner. Lars-Erik Janlert, dec 2006! 32! Jerome S. Bruner (1915 ) is an American psychologist, who has contributed to cognitive psychology and cognitive learning theory in educational psychology. "To perceive is to categorize, to conceptualize is to categorize, to learn is to form categories, to make decisions is to categorize." He has also suggested that there are two primary modes of thought: the narrative mode and the paradigmatic mode.
Kognitionsvetenskap Cognitive Science 33! 1960 " Harvard : cognitive studies " Carnegie-Mellon : information-processing psychology (IPP) " La Jolla (UCSD) : cognitive science 1976 " Alfred P. Sloan Foundation Special Program in Cognitive Science Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2004: Cognitive science is the interdisciplinary study of mind and intelligence, embracing philosophy, psychology, artificial intelligence, neuroscience, linguistics, and anthropology. Its intellectual origins are in the mid-1950s when researchers in several fields began to develop theories of mind based on complex representations and computational procedures. Its organizational origins are in the mid-1970s when the Cognitive Science Society was formed and the journal Cognitive Science began. Since then, more than sixty universities in North America and Europe have established cognitive science programs and many others have instituted courses in cognitive science. Samspelet Datavetenskap!" Kognitionsvetenskap datorn som metafor och modell för kognition (DV " KV) " förebild, inspirationskälla både generellt och i olika detaljer, hårdvara såväl som mjukvara, etc. datorn som laboratorium för kognitionsforskning (DV " KV) " hypoteser om kognition kan prövas genom att man implementerar ett motsvarande program och testar " inbegriper kognitiv modellering, men också forskning som inte försöker göra en (del)modell av ett existerande, naturligt kognitivt system underlätta mänskligt tänkande (DV! KV) " förbättra användningen av olika datortillämpningar och digitala artefakter ur kognitiv synpunkt (MDI) 34!
Samspelet Datavetenskap!" Kognitionsvetenskap utsträcka mänskligt tänkande (DV!" KV) " tillhandahålla nya kognitiva verktyg och möjligheter till externaliserat tänkande skapa självständigt tänkande (DV!" KV) " autonoma system, hårda såväl som mjuka, mer eller mindre smarta (AI) inspirera till nya beräkningsmekanismer (DV! KV) " t.ex. artificiella neurala nätverk, genetiska algoritmer, myralgoritmer 35! Själsliga metaforer bygger på sin tids högteknologi 36!
Datorn är den nya nyckelmetaforen 37! ENIAC 1945! KURSPARAFERNALIA!! Kursnamn: Resonerande och informationsbehandling! Kurskod: 5DV027! Kurshemsida: http://www8.cs.umu.se/kurser/5dv027/ht11/ " kolla hemsidan för den senaste informationen om det mesta som rör kursen: schema, litteratur, uppgifter, ändringar, etc. " här läggs i förekommande fall OH-bilder och annat extra material upp! Här finns specifikt schema med läsanvisningar http://www8.cs.umu.se/kurser/5dv027/ht11/schema.html Observera att *-märkta övningar/laborationer/seminarier innebär obligatorisk närvaro! (examinerande moment) 38!
KURSINNEHÅLL I KORTHET!! Beräkningsbegreppet, beräkningsbarhet och komplexitet.! Beräkning som modell för kognition.! Problemlösning och beslutsfattande.! Deduktiva och induktiva resonemang.! Grundläggande om datorer, programmering och programmeringsmetodik.! Emotioner och beslutsfattande. 39!