Učenje i viši kognitivni procesi 9. Simboličke funkcije, III Deo: Kauzalnost, teorija teorija i...

UČENJE I VIŠI KOGNITIVNI PROCESI Prolećni semestar 2013. Predavač: Goran S. Milovanović

Predavanje 10 SIMBOLIČKE FUNKCIJE – Deo III: Kauzalnost, teorija teorija i efekti znanja

Učenje i viš.kog.procesi, Proleće 2013: Mišljenje, Deo III – Predavanje 10 2

TEORIJE REPREZENTACIJA Kako kognitivni sistem reprezentuje koncepte i kategorije?

Prototip neke kategorije C f – karakteristike, w – važnost karakteristika

C

f4

f3

f2

f1

f5

w1

w2

w3

w4

w5

Primerci neke kategorije C e – primerci, s – relacije sličnosti

e1

e4 e3

e2

e5

e7

e6

s12

s26

s36 s34

s57

s35

s24


KONEKCIONIZAM Back-prop neuronske mreže obuhvataju mnoge osobine modela prototipova i modela primeraka...

Podsetimo se: komplikovanije neuronske mreže sa skrivenim slojevima su daleki potomci R-W modela tj. Vidrou-Hof pravila učenja... Isti princip: učenje redukcijom greške.


ASOCIJATIVNE I KOGNITIVNE TEORIJE, JOŠ JEDNOM...

ASOCIJATIVNA TEORIJA UČENJA KOGNITIVNA TEORIJA UČENJA

Učenje je automatsko stvaranje asocijacija po određenim principima

Učenje je stvaranje propozicionog znanja koje sledi iz kontrolisanih procesa rezonovanja

X Y

• Dikinson: asocijacije su samo ekscitatorne veze između mentalnih reprezentacija – veze koje nemaju drugih osobina do asocijativnosti, da kada je aktivno (pobuđeno) X, aktivno postaje i Y.

X Y

• Ponovljeno izlaganje dva stimulusa pruža kognitivnom sistemu mogućnost da postavi hipotezu o vezi dva događaja:

• Simbolička (propoziciona) forma: Pred(X, Y) X predviđa pojavu Y.


SAVREMENI KONEKCIONIZAM OCRTAVA GRANICE ASOCIJATIVNOG UČENJA...

• Sada posvećujemo našu pažnju strukturama informacija koje ne mogu da se nauče čisto asocijativnim procesima, niti da se reprezentuju čisto asocijativnim strukturama.

... to boldly go where no associative structure has ever gone.


KAUZALNOST: ELEMENTARNA RELACIJA KOJU MORATE DA REPREZENTUJETE SIMBOLIČKI

Jer, kauzalnost, to su strelice...

X Y

• U gravitacionom polju planete Zemlje, stvari padaju na nju.

• Događaji „biti u gravitacionom polju Zemlje“ i „padati na Zemlju“ su povezani. Oni kovariraju, nalaze se u kontingeciji.

• Ipak, gravitacija je uzrok tome što Vam je telefon pao na zemlju; nije padanje Vašeg telefona uzrok gravitacionog polja.

• Relacija kauzalnosti, na mentalnom planu, onda nije puka asocijacija.

• „Korelacija ne implicira kauzalnost“ odslikava upravo ovu činjenicu.

• Ali, kauzalnost implicira korelaciju (kovarijaciju, kontingeciju)...

E ~E

C CE C~E

~C ~CE ~C~E

C – Cause (engl. uzrok) E – Effect (engl. posledica)


KAUZALNOST I KOVARIJACIJA: PROBLEM KAUZALNOG UČENJA

Dejvid Hjum (1711-1776) • Postoji temporalna sukcesija

između uzroka i posledica: uzroci prethode svojim posledicama.

• Slični uzroci izazivaju slične posledice.

• Uzrok i posledica moraju da se nalaze u spaciotemporalnoj kontingeciji.

• Broj cipela koji neka osoba nosi i neka apsolutna mera njene inteligencije (ukoliko bi takva mera uopšte imala smisla) su u korelaciji.

• Ipak, to nije kauzalna veza.

• Visina neke osobe i njena efikasnost u „zakucavanju“ u basketu su u korelaciji...

• ... i to jeste kauzalna veza: neki ljudi efikasnije „zakucavaju“ zahvaljujući većoj visini.

E ~E

C CE C~E

~C ~CE ~C~E

• Međutim, kauzalni odnosi su suštinski neopservabilni.

• Sve što je našem perceptivnom sistemu dostupno jesu podaci o kontingenciji: u kom stepenu potencijalni uzroci i potencijalne posledice kovariraju.

• Hjumov problem kauzalne indukcije: kako mogu da ocenim šta jeste, a šta nije kauzalni odnos, ako raspolažem samo podacima o njihovoj kovarijaciji?


PROBLEM KAUZALNE INDUKCIJE TJ. KAUZALNOG UČENJA

Interesantno, o kovarijaciji smo imali šta da kažemo: E ~E

C CE C~E

~C ~CE ~C~E

ΔP = P(E|C) – P(E|~C) ... ne propustite da primetite promenu oznaka varijabli:

O (Outcome) je postalo E (effect)

C

B

E

P(C)

P(B)

P(E)

pC

pB

C

B

E

P(B)

P(E)

pB


REŠENJE ZA OCENU KAUZALNE MOĆI UZROKA

E ~E

C CE C~E

~C ~CE ~C~E

C

B

E

P(C)

P(B)

P(E)

pC

pB

• pC – kauzalna moć uzroka C; to je verovatnoća da će kauzalni mehanizam koji povezuje C i E proraditi ako je uzrok C prisutan;

• P(C) – verovatnoća sa kojom se javlja uzrok C; • pB – kauzalna moć konglomerata svih drugih

mogućih uzroka B; • P(B) – verovatnoća sa kojom se javljaju drugi

mogući uzroci B

ΔP = P(E|C) – P(E|~C)

Primetimo da je P(E|~C) = pB∙P(B)!

Onda može da se reši po kauzalnoj moći uzroka C:

Patriša Čeng (Cheng, 1997).


TEORIJA KAUZALNE MOĆI POWER PC (Cheng, 1997)

C

B

E

P(C)

P(B)

P(E)

pC

pB

NAJZNAČAJNIJA DISKUSIJA U SAVREMENOJ PSIHOLOGIJI UČENJA LJUDI: • Od 1997. do danas veliki broj

eksperimentalnih testova u kojima se suprostavljaju kauzalna moć i ΔP.

• Savremena rasprava između asocijacionista i simbolicista: ΔP se uzima kao model asocijacionističke paradigme, pC kao model simbolicističke.

• Empirijski testovi: nerešeno. Nekad bolji performans pokazuje ΔP, nekad kauzalna moć, nekad neki treći od sijaset modela kauzalnog učenja u ovoj komplikovanoj oblasti.

• 2004: Lora Novik i Patriša Čeng predstavljaju teoriju kauzalnih interakcija zasnovanu na teoriji kauzalne moći: kada isti efekat ima više uzroka koji su potencijalno u interakcijama.


PODSETIMO SE: KAUZALNI MODELI I FENOMEN BLOKIRANJA Fenomen blokiranja koji se javlja u eksperimentalnim nacrtima sa više uslovnih stimulusa u klasičnom uslovljavanju ilustruje fundamentalan proces izbora znakova koji će biti „asocirani“ za određene ishode

Voldman i Holiuk, 1992: Prediktivno i dijagnostičko učenje

C

E1 E2

Dijagnostičko učenje

E

C1 C2

Prediktivno učenje

Pojava blokiranja Nema pojave blokiranja

• Asocijativne teorije ne mogu da objasne ovu razliku između prediktivnog i dijagnostičkog učenja.

• Sistem koji je u stanju da razlikuje prediktivno od dijagnostičkog učenja mora da se bazira na uvidu u relacionu strukturu – šta je uzrok čega – tj. ne može da zasniva svoje učenje i svoje reprezentacije na čisto asocijativnim principima.

Nezavisno od pitanja o tome da li kauzalna moć ili ΔP objašnjavaju bolje empirijske ocene intenziteta kauzalnih odnosa, ljudski kognitivni sistem svakako mora da reprezentuje kauzalne odnose u formi kauzalnih modela.


ULOGA TEORIJA U KONCEPTUALNOJ KOHERENCIJI “The Role of Theories in Conceptual Coherence” Gregory Murphy & Douglas Medin, Psych.Review, 1985.

C1 C2

C3 C4

C5 Tigar Lav Jaguar Panter Gepard Ocilot

Tigar Zmija Delfin Bubamara Jarebica Iguana

Lična karta Pokrivač Radio Vaše dete Alkohol Zavoj

Košarka Fudbal Odbojka Rukomet Vaterpolo Hokej

Fudbal Šah Tango Domine Valcer Bridž

Šta čini da stvari „idu zajedno“ u nekoj kategoriji ili u nekom kontekstu?

Šta „lepi“ koncepte jedne za druge?

Koji je princip konceptualne koherencije?



Formalne taksonomije su često od male pomoći osobama bez ekspertskog znanja, a neretko stvaraju probleme i samim ekspertima. Evo jedne od

klasičnih glavobolja:

"[Posle 80 godina pogađanja], spor je okončan. MONOTREMI su sisari i ovipare„

(Umberto Eko, "Kant i kljunar", 1997.)



Kritika teorija konceptualne koherencije koje se baziraju na sličnosti ili korelacijama karakteristika:

• Pristupi bazirani na sličnosti ne obuhvataju znanje o odnosima između karakteristika i koncepata: zašto neki pripadnik sisara ima neke karakteristike, a ne neke druge?

• Sličnost propušta da nas informiše o generalnom, naivnom, svakodnevnom znanju koje ljudi imaju o entitetima koji ih okružuju. To znanje doprinosi konceptualnoj koherenciji.

• Ljudski koncepti su obuhvaćeni teorijama o odgovorajućim domenima entiteta u svetu koji nas okružuje: tek u odnosu na te teorije, shvaćene kao skupove objašnjenja događaja oko nas, koncepti dobijaju svoje značenje i tako postaju koherentni.



Nedovoljnost sličnosti da objasni konceptualnu koherenciju se podjednako ogleda u nedovoljnosti pristupa putem koreliranih karakteristika: • Kategorija je koherentna u meri u kojoj su njeni

pripadnici međusobno slični, a sličnost je neka funkcija zajedničkih i distinktivnih karakteristika ponderisanih nekim koeficijentom važnosti (kao kod Tverskog, 1977, kao u modelima prototipova, primeraka, itd.)

Npr. veoma je važno imati štrafte?

Korelacije karakteristika

Teorija o korelacijama karakteristika


EFEKTI ZNANJA U UČENJU KATEGORIJA I KATEGORIZACIJI Pazani, 1991: Učenje konjuktivnih i disjunktivnih kategorija

Žuti Ljubičasti

mali

veliki

Dete Odrasli

Potapanje nenaduvanog balona u čašu

Razvlačenje rukom nenaduvanog balona

AKCIJE

AKTERI BOJE

NENADUVANIH BALONA VELIČINE

NENADUVANIH BALONA

„Odrasli razvlači rukom veliki ljubičasti balon“ „Dete potapa mali žuti balon u čašu“


EFEKTI ZNANJA U UČENJU KATEGORIJA I KATEGORIZACIJI Pazani, 1991: Učenje konjuktivnih i disjunktivnih kategorija

KONJUKTIVNE KATEGORIJE DISJUNKTIVNE KATEGORIJE

„Osoba mora biti ODRASLA ILI

je akcija RAZVLAČENJE balona“

„Boja mora biti ŽUTA I

balon mora biti MALI“

Konjuktivne se lakše se uče, to znamo iz prethodnih istraživanja učenja kategorija!

• I grupa ispitanika uči „Kategoriju Alfa“: prikazuje se slika i daje se odgovor da li situacija jeste ili nije u „kategoriji Alfa“.

• II grupa grupa ispitanika treba da predvidi da bi se balon na slici naduvao ili ne ako bismo pokušamo da ga naduvamo.

• Hipoteza: ispitanici u II grupi mogu da pretpostave (a) da će odrasla osoba lakše naduvati balon i (b) da je razvlačenje balona priprema za njegovo bolje naduvavanje – uporedite ovo sa strukturom disjunktivne kategorije.

• REZULTAT: u II grupi brže se uči disjunktivna od konjuktivne kategorije efekat prethodnog, preeksperimentalnog znanja (Marfi: background knowledge).


EFEKTI ZNANJA U UČENJU KATEGORIJA I KATEGORIZACIJI Marfi & Alopena, 1994 Klasično učenje kategorija sa integrisanim i neutralnim kategorijama

• Proizvedeno u Africi • Slabo izolovano • Zeleno • Vozi se u džunglama • Ima točkove

• Proizvedeno u Norveškoj • Dobro izolovano • Belo • Vozi se na glečerima • Ima gusenice

KATEGORIJA 1 KATEGORIJA 2

INTEGRISANE KATEGORIJE

• Zeleno • Ručna transmisija • Radijalne šare na gumama • Er-beg • Sedišta od vinila

• Belo • Automatska transmisija • Ne-radijalne šare na gumama • Automatski kaiševi • Sedišta od tekstila

KATEGORIJA 1 KATEGORIJA 2

NEUTRALNE KATEGORIJE

Korišćene su potpuno iste kategorijalne strukture!


EFEKTI ZNANJA U UČENJU KATEGORIJA I KATEGORIZACIJI Bot, Hofman & Marfi, 2007 Nema blokiranja u učenju kategorija!

U eksperimentu 1 koriste iste karakteristike kao Marfi i Alopena 1994, dakle osam (8) karakteristika:

Faza pretreninga

• I grupa ispitanika ima „pretrening“: u svakoj od dve kategorije jedna karakteristika ima apsolutni dijagnosticitet (nužna je i dovoljna za pripadnost); ova faza je analogna fazi u kojoj se jedan stimulus A vezuje za BS u Kaminovoj proceduri blokiranja;

• II grupa ispitanika nema „pretrening“, uči nešto sasvim drugo (koje dugme na tastaturi kompjutera odgovara kojoj od dve kategorije);

Faza učenja kategorija i transfera • U transfer fazi testirane su i sve pojedinačne karakteristike (data karakteristika i

pitanje za koju kategoriju je ona karakteristična) pošto je u „pretreningu“ grupa I naučila da je jedna karakteristika nužna i dovoljna, trebalo da dođe do blokiranja učenja drugih karakteristika

• ipak, blokiranje je jedva primetno (efekat ne prelazi uobičajeni nivo statističke značajnosti);

• ljudi uče sve (što više mogu) karakteristike kategorija bez obzira na to što je samo jedna od njih već dovoljna za kategorizaciju.

Učenje kategorija nije vođeno isključivo redukcijom greške predikcije!



Aspekti konceptualne koherentnosti Pristup zasnovan na sličnosti

Pristup zasnovan na teorijama

Reprezentacija koncepata

Strukture sličnosti, liste

karakteristika, korelirani atributi

Korelirani atributi + principi određivanja značajnih korelacija

Definisanje kategorija

Metrika sličnosti, grupisanje atributa

Eksplanatorni principi zajednički

pripadnicima

Jedinice analize Karakteristike Karakteristike + eksplicitne

reprezentacije relacija između karakteristika i koncepata

Osnova kategorizacije Poređenje karakteristika Poređenje + proces izvođenja zasnovan na eksplanatornim

principima

Važnost karakteristika

Validnost znaka (posedovanje karakteristika je „znak“ za neki koncept), zasićenje – zasićenje

određuje značaj jedne karakteristike relativno u odnosu

na druge

Delom je detereminisana i učešćem karakteristika u eksplanatornim

principima

Interkonceptualna struktura

Hijerarhija zasnovana na zajedničkim karakteristikama

Mreža kauzalnih i eksplanatornih relacija + zajedničke karakteristike


GENERATIVNE TEORIJE KATEGORIZACIJE Kauzalni modeli generišu strukture karakteristika

F1 F2

pf1

P(F1)

B

pb

P(B)

F1 F2

pf1

P(F1)

B1

pb1

P(B1)

F3

pf2

B2

pb2

P(B2)

Fn

pfn-1

Bn

pbn

P(Bn)

. . .

F1

F3

F2

F2 F4

F3

F1

F3 F1

F4

F2


GENERATIVNE TEORIJE KATEGORIZACIJE Kauzalni modeli i teorija psihološkog esencijalizma

Generativni kauzalni model kategorije „Ptica“ (prema Rehder, 2007).

Esencijalna karakteristika (generiše „prvu generaciju“ karakteristika

u kauzalnom modelu kategorije

Eksperimenti sa konceptualnim transformacijama:

- Rezultati upućuju na to da ljudski

kognitivni sistem „esencijalizuje“ kategorije.

- Koncepti zadržavaju svoj identite

uprkos temeljnim manifestnim promenama entiteta koji im pripadaju.

- Evidencija iz razvojne psihologije

upućuje na to da je ovaj fenomen prisutan u veoma ranom razdoblju

(uzrast: 3 god.) konceptualnog razvoja.


GENERATIVNE TEORIJE KATEGORIZACIJE Eksperimentalni test generativne teorije

Bob Reder , 2007: koristi model kauzalnog lanca

• F1 je definisana kao neopservabilna • F2, F3 i F4 su opservabilne • Generisano nekoliko raznih kategorija na ovaj

način

• Zadatak ispitanika: prikazuju se entiteti koji sadrže F1, F2 ili F3

• Na skali Likertovog tipa 1-100 treba dati procenu da li je prikazani entitet član kategorije ili nije (skala je od „definitivno nije član“ do „definitivno jeste član“).

• Kontrolna grupa: nema nikakve informacije o kauzalnim odnosima među karakteristikama.

F1 F2 F3 F3 Setite se ovoga ako se nekad budete bavili psihodijagnostikom!


ASOCIJATIVNE I KOGNITIVNE (SIMBOLICISTIČKE) TEORIJE UČENJA, KONCEPATA I KATEGORIZACIJE Asocijativno učenje sasvim sigurno ne iscrpljuje forme učenja kod ljudi

• Eksperimentalni rezultati i veoma, veoma ubedljiva teorijska argumentacija pokazuju da ljudski kognitivni sistem nesumnjivo barata sa reprezentacionim strukturama koje nisu čisto asocijativne prirode (kauzalni modeli, relacione strukture, simbolički sistemi ...).

• Prethodna tvrdnja je postala sine qua non savremenih kognitivnih nauka; kao što smo već primetili na početku naših diskusija procesa učenja uopšte, teško da je danas dovode u pitanje i najtvrdokorniji asocijacionistički teoretičari.

• „Velika ideja“ asocijacionističkih teoretičara učenja u savremenoj kognitivnoj psihologiji, i to konekcionista na prvom mestu, jeste ta da se simboličke reprezentacije nekako objasne kao posledice asocijativnih mehanizama tj. otkrića strukture korelacija kroz učenje redukcijom greške predikcije.

• Neuronske mreže konekcionista, razvijane od sredine 80-ih godina XX veka do prve decenije XXI veka, predstavljale su modele koji su - po pretpostavci - mogli da opravadaju takvu nadu.

• Ali nisu.


ASOCIJATIVNE I KOGNITIVNE (SIMBOLICISTIČKE) TEORIJE UČENJA, KONCEPATA I KATEGORIZACIJE Asocijativne strukture sasvim sigurno ne iscrpljuju forme reprezentacije kod ljudi

• Po svemu sudeći, taj projekat savremenog asocijacionizma – da se simboličke, kognitivne forme redukuju na složene asocijativne forme – nije moguće konsekventno sprovesti. Postoje ubedljivi argumenti da je to tako, a mi smo danas upoznali tek neke od empirijskih:

(i) ljudski kognitivni sistem ne uči kategorije (isključivo) kroz proces redukcije greške predikcije,

(ii) postoje jasne razlike u kategorizaciji sa i bez kauzalnih informacija; (iii) uopšte, postoje robustni efekti prethodnog znanja učenje kategorija podrazumeva razvoj i upotrebu eksplanatornih struktura, ne samo otkriće strukture korelacije u okolini.

ASOCIJACIONISTIČKI MEHANIZMI UČENJA SU MOĆNI, ALI NEDOVOLJNO.

LAIČKIM JEZIKOM SVAKODNEVNE PSIHOLOGIJE: RAZUMETI NEŠTO ZNAČI DALEKO VIŠE OD „POVEZATI STVARI“.

Učenje i viši kognitivni procesi 9. Simboličke funkcije, III Deo: Kauzalnost, teorija teorija i...

Education

Transcript of Učenje i viši kognitivni procesi 9. Simboličke funkcije, III Deo: Kauzalnost, teorija teorija i...