Physical Symbol Systems Hypothesis (Newell, Simon)

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1 HS Philosophische Grundlagen Kognitiver Systeme Physical Symbol Systems Hypothesis (Newell, Simon) Thomas Hecker 3. Sem. WI/Master SoSe 2006

2 Einleitung Physical Symbol Systems Hypothese Mitte der 50er Jahre von Newell/Simon entwickelt gesamte KogWiss geprägt durch Annahmen dieser Hypothese

3 Grundlagen/Definitionen Symbole physikalische Muster Ausdrücke (Symbolstrukturen) bestehen aus Symbolinstanzen stehen physikalisch in Beziehung S 1,S 2...S n (z.b. nebeneinander) Anzahl unbeschränkt

4 Grundlagen/Definitionen Typen, Rollen jeder Ausdruck besitzt einen Typ weist jeder Symbolposition eine Rolle zu S 1, S 2... S n T R 1, R 2... R n

5 Grundlagen/Definitionen Prozesse arbeiten auf Ausdrücken verändern dabei Ausdrücke an anderer Stelle create modify copy delete ansonsten sind Ausdrücke invariant! einige grundlegende Prozesse fest im System implementiert (Operatoren)

6 Grundlagen/Definitionen Bezeichnung (Designation) Ausdruck kann ein anderes Objekt bezeichnen gdw. System mit diesem Ausdruck das Objekt verändern sein Verhalten vom Objekt abhängig wird Symbole können bel. Audrücke bezeichnen (analog zu Variablen vs. Objekte) Ausdrücke können Prozesse bezeichnen (analog zu Funktionen vs. Fkt.Symbole)

7 Grundlagen/Definitionen Interpretation ein Ausdruck der einen Prozess bezeichnet, wird bei seiner Ausführung interpretiert d.h. Ausdrücke bilden selbst Prozesse können selbst über Symbole in anderen Prozessen interpretiert werden (Analogie zu Programmiersprachen)

8 Beispiel Newell (1980): Beispiel eines PSS

9 Beispiel Newell zeigte, dass mit diesem PSS beliebige Turingmaschinen simuliert werden können Turingmaschine lediglich symbolisch im Speicher des PSS repräsentiert

10 PSS & Universalität Church-Turing-These: alle algorithmisch berechenbaren Funktionen sind Turing-berechenbar PSS können bel. I/O Funktionen lernen (I/O in Abhängigkeit interner Zustände) PSS = universelle Maschine

11 PSS Hypothese Ein PSS hat die notwendigen und hinreichenden Mittel für allgemeine intelligente Handlungen allgemeine Intelligenz : charakterisiert durch menschl. Handlungsweisen zielorientiertes Verhalten Anpassungsfähigkeit an Umwelt (erzeugen/modifizieren v. Ausdrücken) allgemein schließt domänen-spezifische Systeme aus (rein reaktive Systeme können in kleinen Domains auch als intelligent angesehen werden)

12 Menschliche Intelligenz Newell (1980): Universalität Verhalten in Echtzeit Rationalität Verwendung v. Wissen über die Umwelt Robustheit gegenüber Fehler/Irrtümer Verwendung v. Symbolen Verwendung v. natürlicher Sprache (Selbst-)Bewußtsein Lernfähigkeit Weiterentwickeln von Fähigkeiten Weiterentwicklung durch Evolution Implementierbarkeit mit dem Gehirn als phys. System Implementierbarkeit als phys. System

13 PSS Hypothese (PSSH) Ein PSS hat die notwendigen und hinreichenden Mittel für allgemeine intelligente Handlungen notwendig : jedes intell. System ein PSS

14 PSS Hypothese (PSSH) Newell (1980) Notwendigkeit der symbolischen Informationsverarbeitung für Intell. Verhalten: vor Bearbeiten einer Aufgabe muss Ziel bezeichnet werden (nur symb. möglich) Kandidaten müssen generiert werden (auch nur symb. möglich) zur Lösung neuer Probleme ist Universalität nötig symb. Verarbeitung

15 PSS Hypothese (PSSH) Ein PSS hat die notwendigen und hinreichenden Mittel für allgemeine intelligente Handlungen hinreichend nicht jedes PSS per se intelligent sondern PSS hinreichender Größe weiter organisierbar sodass intell. Verhalten möglich

16 PSS Hypothese (PSSH) hinreichend (Forts.) jede universelle Maschine hat das Potential jede andere Maschine zu simulieren aber: Potential für Intell. System!= Intell. System Bsp: Computer ein System muss sich selbst zu einem intelligenten System machen können Voraussetzung: (autonome) Lernfähigkeit

17 PSS Hypothese (PSSH) Begründung für Formulierung der Hypothese eher vage: Historisch aufbauend auf Formale Logik Turingmaschinen + v. Neumann Rechner Listenverarbeitung + symb. Sprachen (LISP) Verbindung der Konzepte Berechenbarkeit phys. Realisierbarkeit Universalität symb. Interpretation v. Prozessen (Interpretierbarkeit) symb. Struktur und Bezeichnung (Designation)

18 PSS Hypothese (PSSH) PSSH ist eine Hypothese, kein Theorem nicht bewiesen (nicht beweisbar?) muss empirisch belegt werden 2 Teile: hinreichende Bedingung (KI): Systeme mit künstlicher Intelligenz entwickeln notwendige Bedingung (KogWiss) menschliche Kognition anhand von PSS erklären ( Kognitive Architekturen)

19 Heuristische Suche Erkenntnisse aus KI und KogWiss in die jeweils andere Disziplin übertragbar Bsp: Grundmechanismen von KI-Systemen (GPS) stammen Experimenten mit Versuchspersonen Suche nach Gemeinsamkeiten in KI-Systemen (zwecks Wiederverwendbarkeit) Erkenntnis: die meisten verwenden heuristische Suche zum Problemlösen Hypothese d. heuristischen Suche

20 Heuristische Suche Hypthese der Heur. Suche: Die Lösungen von Problemen werden als Symbolstrukturen repräsentiert. Ein PSS zeigt seine Intelligenz beim Problemlösen durch die Anwendung eines Suchprozesses, d.h. durch die Erzeugung und schrittweise Veränderung von Symbolstrukturen, bis eine Lösungsstruktur erreicht ist

21 Heuristische Suche Problembeschreibung Funktion zum Test ob Zustand eine Lösung ist (implizite Definition der Klasse aller Lösungsstrukturen) Funktion zur Generierung von Lösungsvorschlägen (Nachfolgezuständen) ausgehend vom aktuellen Zustand Problemlösen Suchbaum

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23 Heuristische Suche die meisten Suchprobleme zu komplex um kompletten Suchbaum zu durchlaufen z.b. Schach: durchschnittl. Verzweigungsfaktor: intelligente Systeme beschränken den Verzweigungsfaktor Intelligenz nicht Umfang der realisierten Suche sondern Differenz zur uninformierten Suche

24 Heuristische Suche Beschränkung des Verzweigungsfaktors durch: αβ-pruning Best-First-Search (Means-End-Analysis) schwache Methoden beschränken Suchraum zwar, vermeiden aber Suche nicht vgl. hochstrukturierte Probleme: z.b. Lineare Programmierung

25 Heuristische Suche Intelligenz auch durch Fähigkeit, Problemlösungskapazität zu erhöhen: Gewinnen von neuem Wissen über Problemraum nichtlokale Informationsnutzung Identifizieren von Aktionen die später zu schlechten Ergebnissen führen semantische Erkennungssysteme Muster erkennen daraus Handlungen ableiten Erkennen ersetzt Suche (Bsp: Muster bei Schachmeistern) Auswahl geeigneter Problemrepräsentationen Vermeidung v. Suche durch richtige Repräsentation

26 Kritik an der PSSH Philosophie: z.b. Searle (1980):... simply based on the assumption that if the robot looks and behaves sufficiently like us,... it must have mental states like ours that cause and are expressed by its behavior and it must have an inner mechanism capable of producing such mental states. emp. Belege für PSSH nicht ausreichend? Psychologie: Behavorismus bis Gestalttheorie Newell/Simon: keine Konkurrenz zur PSSH, da zu vage, können immer im Sinne der PSSH interpretiert werden können nicht beweisen/zeigen, dass Erklärungsmechanismen hinreichend für intell. Systeme

27 Kritik an der PSSH Neurologie: Kritik durch Nichtbeachtung Newell (1980): Es muss eine neuronale Struktur geben, die als Architektur Symbolstrukturen unterstützt cf. Geschwind (1980), Newell (1962) neuronale Strukturen nur phys. Implementierung der PSSH