Redeneren & probleemoplossen Bij hoofdstuk 6 Breinmakers en Breinbrekers docent: Rineke Verbrugge
Inleiding Hoofdstuk 5 was: geheugen, het opslaan van kennis. Voor intelligent gedrag moet kennis gebruikt worden in redeneringen. Theorie van redeneren gaat over de vraag: Hoe kunnen mensen met hun beschikbare kennis in een gegeven situatie tot de juiste actie komen?
Drie benaderingen van redeneren Logica: welke redeneringen zijn geldig, onafhankelijk van inhoud Syllogismen, hedendaagse logica Redeneren mensen logisch? Beperkingen en mogelijkheden Statistiek: redeneren met onzekere kennis Redeneren mensen statistisch? Probleemoplossen: zoektechnieken verklaren menselijk probleemoplossen Taal van de zoektechnieken Blind zoeken, hill-climbing, middel-doel heuristiek
Logisch redeneren: syllogismen Een universeel redeneerschema 2 premissen en conclusie Alle A zijn B Alle C zijn A B A C Alle C zijn B
Syllogismen, vervolg Sommige redeneerschema s zijn geldig, d.w.z.: altijd als beide premissen waar zijn, is de conclusie waar. Alle B zijn C C A Geen A is een B B Geen A is een C Bovenstaande is ongeldig. Tegenvoorbeeld: B: psychologen C: wetenschappers A: scheikundigen
Logisch redeneren: ambiguiteitsproblemen Vb. Kruisinga, p. 213 (geen syllogisme): Ik pas in de CHU De CHU past in het CDA Ik pas in het CDA Tegenwerping Van Dam: Ik pas in mijn pak Mijn pak past in mijn tas Ik pas in mijn tas
Logisch redeneren: ambiguiteitsproblemen, vervolg Analyse 1: in heeft twee betekenissen (verzamelingenleer versus ruimtelijk) Analyse 2: Argumentatietheorie Van Dam versterkte Kruizinga s verzwegen premisse onbehoorlijk, tot: Voor alle A,B,C: (Als A in B past en B in C past, dan past A in C) Kruizinga bedoelde een veel beperktere vorm: hierbij moeten A mensen zijn en B,C politieke partijen.
Hedendaagse logica Een hedendaagse logica bestaat uit: Syntax Formele taal: symbolen + regels voor vormen formules Axioma s (basisaannamen) Redeneerregels om nieuwe uitspraken uit premissen af te leiden Semantiek Definitie van de betekenis van formules (bv. met waarheidstafels)
Hedendaagse logica Propositielogica: iedere letter staat voor uitspraak Vb. A v B B A Moderne logica is niet meer voorschrijvend: voor verschillende doelen, verschillende logica s Wiskundige logica: Is er een systeem waarin je systematisch all ware stellingen kunt afleiden? Nee: Onvolledigheidsstelling van Goedel, 1931
Redeneren mensen logisch? Wason s kaart-draaitaak: Iedere kaart op ene kant letter, andere kant getal Proefpersonen moeten regel onderzoeken: Als op de ene kant een klinker staat, dan staat op de andere kant een even getal Kies precies die kaarten die je om moet draaien om te controleren of de regel waar is Vb. 9 O B 2: welke om te draaien?
Voorbeeld: 9 O B 2 Wat om te draaien?
Redeneren mensen logisch? Variatie: sociaal-contract taak Proefpersonen moeten regel onderzoeken: Als een brief zwaarder is dan 20 gram, moet er minstens 78 cent aan postzegels op. Kies precies die kaarten die je om moet draaien om te controleren of de regel overtreden wordt
Voorbeeld: 39ct 40gr 78ct 15gr Wat om te draaien?
Redeneren mensen logisch? Uitkomsten Wason-kaartdraaitaak voor Als ene klinker, dan andere even : Klinker +even: 46% Alleen klinker: 33% - Klinker+even+oneven: 7% - Klinker+oneven: 4%(correct) - Anders: 10% Uitkomsten bij sociaal-contracttaak Als zwaarder dan 20 gr, dan minstens 78 ct : Bijna iedereen draait correct 39ct + 40gr om
Redeneren mensen logisch: verklaringen Kennelijk is inhoud belangrijk dus gebruiken mensen geen logische regels. Zie echter K. Stenning & M. v. Lambalgen, Semantics as a foundation for psychology, Journal of Logic, Language & Information, vol. 10 (2001), p. 273-317. Mensen nemen beslissingen over geldigheid op grond van mentale modellen Voorstelling van de relevante situatie(s) Bij Wason is het meest saillant een situatie met aan de ene kant een klinker, andere kant even getal: verder geen aanknopingspunten in de regel
Redeneren mensen logisch: mentale modellen Elk mentaal model representeert een mogelijkheid Voor mensen werkt 1 model beter dan vele Voorbeelden over mogelijke gitaarduo s, te kiezen uit A,B,C,D Als A speelt, speelt B ook Als C speelt, speelt D niet 1) Kan B meespelen? (91% correct) 2) Moet B meespelen? (71 % correct) Verklaring: voor vraag 1 maar 1 model van de gegeven regels nodig, voor vraag 2 meerdere Ph. Johnson-Laird: Mental models & deduction, Trends in Cognitive Science vol. 5 (2001) pp. 434-442.
Beperkingen & mogelijkheden van (standaard)logica Geen ruimte voor onzekerheid in standaard logica Mensen trekken vaak waarschijnlijke conclusies met inductie: Alle zwanen zijn wit Standaard logica heeft monotonie Stel D volgt uit A,B,C. Dan volgt D ook uit A,B,C en Z: nieuwe informatie maakt oude conclusies nooit
Beperkingen & mogelijkheden van (standaard)logica Redeneersystemen zijn complex Moeilijk te implementeren propositielogica is NP-volledig Predikatenlogica is onbeslisbaar in eindige tijd! Standaardlogica is erg zwart / wit Moeite met vaagheid (soritesparadox: de zandhoop) Fuzzy logic is wel geschikt voor vage begrippen; kansverdelingen tussen waar en onwaar
Redeneren mensen statistisch? Experiment I van Tversky & Kahneman Bart is 34 jaar, intelligent maar weinig creatief. Hij is dwangmatig en maakt een saaie indruk. Hij was altijd sterk in wiskunde maar zwak in taal Rangschik naar waarschijnlijkheid: A) Bart is accountant B) Bart speelt in een hardrockband C) Bart is een accountant die in een hardrockband speelt
Redeneren mensen statistisch? Uitkomst Experiment I van T & K 85% vindt A het meest waarschijnlijk en B het minst waarschijnlijk, in strijd met P(A&B) P(B): De conjunctiedrogreden. Verklaring T & K Mensen gebruiken representativiteitsheuristiek: Beschrijving Bart voldoet absoluut niet aan beeld van hardrocker, meer aan beeld van hardrockende accountant Formalisering met defaultlogica: zie F. Veltman, Een zogenaamde denkfout, Ned. Tijdschr. V Wijsbegeerte, vol. 90 (1998) pp. 11-25
Redeneren mensen statistisch? Experiment II van T & K Test voor bepaalde ziekte geeft bij gezonde mensen in 5% vals positief De ziekte komt in 1 op 1000 gevallen voor Wat is de kans dat iemand ziek is als de test positief is? [Zonder kennis over symptomen]
Redeneren mensen statistisch? Uitkomst Experiment II van T & K Studenten Harvard Med. School zeggen: 95% Stel je test 1000 mensen. Van de plm. 999 gezonde test 5%, dus plm. 50 mensen, toch positief. De 1 zieke ook. Kans ziekte na positieve test dus plm 1/51=2% Verklaring T & K Mensen begaan basisverhoudingdrogreden Negeren 1 op 1000 is ziek, de basisverhouding Dit komt door de representativiteitsheuristiek Positieve test is representatief voor ziekte
Redeneren mensen statistisch? Andere statistische fouten Velen denken dat vliegen gevaarlijker is dan autorijden Lijst van 19 beroemde vrouwen en 20 gewone mannen: meeste mensen denken dat er meer vrouwen dan mannen op lijst Verklaring T & K Mensen gebruiken beschikbaarheidsheuristiek: Hoe makkelijker voorbeelden van een fenomeen te binnen schieten, des te frequenter is dat fenomeen Conclusie Logica en statistiek spelen wel een rol bij redeneren, maar vormen niet het hele verhaal
Probleem oplossen Nadruk op hoe geredeneerd wordt Correctheid minder bestudeerd Logische beschrijvingen geven wel aan wat de gewenste oplossing van een probleem is, niet hoe die (snel) gevonden wordt Probleem oplossen als systematisch zoeken
De taal van probleem oplossen Toestand Operator Verandert een toestand in een andere Probleemruimte Netwerk van toestanden, gekoppeld door operatoren Doeltoestand ( 1) Begintoestand (1) Zoeken Zoek serie operatoren van begintoestand tot een doeltoestand
Zoekstrategieen: blind zoeken Alleen gebruik van info over toestanden en operatoren, geen verdere info over probleem Zoekruimte als omgekeerde boom Acyclisch: nooit terug naar al bereikte toestand uit zelfde tak Stam (wortel) is begintoestand Takken naar toestanden in 1 stap, in 2 stappen etc. Belangrijke: depth-first & breadth-first search
Blind zoeken: Depth-first search Pas willekeurige operator toe op begintoestand, ga zo door de diepte in tot: Of 1) een doeltoestand bereikt is Of 2) een doodlopende toestand Backtracking In 2), ga terug tot toestand waaruit wel nieuwe toestand bereikbaar, ga daar verder Nadeel Verdwalen in oneindige tak; verfijning iterative deepening ondervangt dit
Blind zoeken: Breadth-first search Doorzoek vanaf stam alle operatoren die in 1 stap tot nieuwe toestanden leiden, dan alle op diepte 2, etc. tot doeltoestand bereikt. Voordeel Als er doeltoestand is vind je deze, via kortste pad Nadeel Veel administratie: geheugenprobleem
Blinde strategieen en complexiteit Nadeel alle blinde strategieen: Zoekboom loopt uit de hand Schaken n zetten vooruit: 30 n toestanden bekijken Menselijke schakers gebruiken geen brute kracht, en beschouwen minieme fractie A.D. de Groot: Het denken van den schaker, 1946 www.nyu.edu/gsas/dept/philo/courses/ mindsandmachines/mcdermott.html over Deep Blue
Heuristisch zoeken: hill-climbing Kies het steilste pad omhoog Newell & Simon 1972 Hill-climbing gebruikt heuristische functie h(s) schatting afstand toestand s tot doel Kies operator naar die t waarvoor h(t) minimaal (t dichtste bij doel) Nadeel: blijven steken op suboptimaal maximum Vgl. top in berglandschap lager dan de hoogste top
How would Hill- Climbing do on the following problems? How can we improve Hill-Climbing? Random restarts! Intuition: call hillclimbing as many times as you can afford, choose the best answer.
Heuristisch zoeken: Middel-doel heuristiek Niet stap voor stap, maar globaal: verdeel en heers Newell & Simon 1972 Concentreer op het doel, stel subdoelen etc. Volgorde: probeer eerst het belangrijkste verschil op te heffen
Middel-doel heuristiek Voor huidige toestand S en doel G: Kies belangrijkste verschil D tussen S en G Zoek operator O die D verkleint of opheft Als O in S toepasbaar: doe dit, noem resultaat S1. Anders: Kies toestand waarin O wel toepasbaar is, noem die G1, en pas de heuristiek toe op S en G1 Is G bereikt? Zo nee, pas de heuristiek toe op S1 en G.
Middel-doelheuristiek Voordeel Bij iedere stap halveert zoekruimte Abstractieniveau kan zo hoog als je wilt Nadeel Veel kennis nodig Verschillen + rangorde, geschikte operatoren, toestanden waaruit toepasbaar Mensen kiezen strategie op grond van info Mensen leren tijdens zoeken: overstap naar andere strategie
Logica als theorie van natuurlijke taal Logica modelleert betekenis: semantiek Objecttaal en metataal Objecttaal: zin waarover je spreekt Metataal: je uitspraak over die zin Zijn in Nederlands niet goed onderscheiden
Logica als taaltheorie Probleem: paradoxen van zelfreferentie Deze zin is onwaar is onwaar wanneer het wordt voorafgegaan door z n eigen aanhaling is onwaar wanneer het wordt voorafgegaan door z n eigen aanhaling. (Quine) Oplossing: Neem een formele taal, de predikatenlogica, als metataal voor alle natuurlijke talen
Predikatenlogica Eigennamen Alice, het boek, a, b, c, d: individuele constanten Predikaten Waar zijn, slapen, geven aan, W(x), S(y), G(x,y,z) (3-plaatsig predikaat met 3 argumenten) Atomaire zin Vb. G(a,b,c): Alice geeft het boek aan Chomsky Een predikaatlogische vertaling van een zin is niet de betekenis van die zin. Er is wel een vast verband syntax - semantiek
Predikatenlogica Variabelen x, y, z S(x) is geen zin: x moet gebonden door een kwantor Kwantoren Voor alle x, er is een x Vertaal een uitdrukking als iemand of niets met kwantoren I.p.v. individuele constanten Niets is beter dan eeuwig geluk Een boterham is beter dan niets, dus Een boterham is beter dan eeuwig geluk
Predikatenlogica als metataal voor Nederlands Voordelen Vast verband syntax-semantiek Alle uitdrukkingen eenduidig: helpt bij bestuderen ambiguiteit in Nederlands Nadelen Veel Nederlande uitdrukkingen niet uitdrukbaar in predikatenlogica G(Z): Zwemmen is gezond, kan alleen in hogere-orde logica
Samenvattend Als theorie van menselijk redeneren schiet logica tekort Mensen scheiden vorm en inhoud niet Strandaardlogica modelleert geen onzekerheid Mensen maken grote statistische fouten Probleemoplossen als zoeken Hoe meer info, des te efficienter Logica wel geschikt als metataal voor natuurlijke talen Relatie vorm en betekenis precies gedefinieerd