Kommunikation, förklaring - IDt

CDT212 VETENSKAPSMETODIK
GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI
KOMMUNIKATION OCH FÖRKLARING
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER
EVOLUTION SOM VETENSKAPLIG PARADIGM
Gordana Dodig-Crnkovic
Department of Computer Science and Engineering
Mälardalen University
KOMMUNIKATION OCH FÖRKLARING
SPRÅK OCH KOMMUNIKATION
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER
VAD ÄR KOMMUNIKATION?
Många definitioner, beroende på sammanhang.
Många av definitioner är problematiska, eftersom de använder begrepp
som är lika svåra och komplexa som begreppet ”kommunikation”.
Om man säger
“Kommunikation är utbyte av symboler”
problemet är hur man definierar symboler.
1
3
5
FÖRELÄSNINGAR
1. INTRODUKTION - VETENSKAP, KUNSKAP, SANNING
2. LOGISKA ARGUMENT OCH KRITISKT TÄNKANDE
3. VETENSKAPENS KULTURELLA KONTEXT
4. FÖRKLARINGAR OCH KOMMUNIKATION
SPRÅK OCH KOMMUNIKATION
Språk är inte identisk med kommunikation.
Vi kommunicerar på andra sätt också
Turordning
Intonation
Gester (kroppsspråk)
Ögonkontakt
Beröring
Statussymboler och kulturella symboler
E.O. WILSON’S DEFINITION
"Communication occurs when the action or cue given by one organism is
perceived by and thus alters the probability pattern of behavior in
another organism in a fashion adaptive to either one or both of the
participants."
'Sociobiology' (1975) E.O. Wilson skriver(p. 111)
Wilson’s grundläggande idé är påverkan som ett resultat av
en organism's beteende på en annan organism.
Denna definition är kopplad till mathematiska definitionen av
information (Shannon and Weaver, 1949) som minskning av
osäkerhet.
2
4
6

M. HAUSER’S DEFINITION
M. Hauser föreslår att vi åtskiljer olika former av kommunikation:
Tecken/antydningar (cue) är alltid “on”
Signal kan bli on eller off
(ett skrik)
HUR VANLIG ÄR KOMMUNIKATION?
Alla djur har en biologiskt-baserad semantik (mening) för
signaler. Fyra grundläggande F's I biologisk semantik:
Feeding (Mat),
Fleeing, (Flykt)
Fighting, and (Strid)
Fornication (actually reproduction, but that does not start with F).
(Reproduktion)
KOMMUNIKATION HOS DJUR
Alla djur kommunicerar, vissa på väldigt komplext sätt Alla
djur kan sägas förstå och använda någon slags språk
Inget annat djur kan komma I närhet till 2.5-år gammal
människa I något språkligt avseende: ordförrådet, olika
sätt att uttrycka sig, medellängden på yttranden,
komplexiteten av syntax, logiska färdigheter, osv.
7
9
11
MEDFÖDDA OCH KULTURELLA TECKEN
Hauser betonar att inom biologin tecken typiskt motsvarar
till fenotyp – utseende och beteende
Till exampel tecken (markeringar) som möjliggör för en
hane att känna igen en hona, eller intensiva färger som
varnar fienden om att ett djur är aggressivt eller farligt
Signaler kan vara medfödda eller kulturella
MÄNSKLIG KOMMUNIKATION
Vi har många tecken
Vi definierar könsroller och sociala roller med hjälp av tecken –
kläder, smink, smycke, bilar
Vi kan använda signaler utan språk
Detta möjliggör kommunikation med småbarn och folk som inte
pratar samma språk, eller inte kan prata alls
Ett litet barn låter olika när det har ont, eller vill fånga
uppmärksamhet, eller är nöjd och glad
KOMMUNIKATION, SAMMANFATTNING
Kommunikation är överföring av information,
interaktion genom tecken/meddelanden.
Information är meningen som människan tillskriver
tecken genom att använde kända konventioner för
deras representation.
Tecken är vilken som helst fysisk händelse använd I
kommunikation.
Språket är ordförrådet och regler för dess användning.
8
10
12

SEMIOTIK
Semiotik är vetenskapen om tecken, som studerar hur
människor söker och konstruerar mening.
Semiotik: verkligheten är ett system av tecken!
SEMIOTIK
Verkligheten är en konstruktion
Information eller mening är inte innehållet i den fysiska
världen som “överförs” till oss – vi aktivt skapar
verkligheten genom en komplex växelverkan med världen
Genom att studera tecken, studerar Semiotiken
konstruktionen och underhållet av verkligheten.
TECKEN
KATT
(signifier) (signified)
Ett tecken består av:
• signifier (pekare) och
• signified (det som pekare pekar på)
13
15
17
SEMIOTIK
SEMIOTIK
Three Levels of Semiotics (Theory of Signs)
syntactics
semantics
pragmatics
Ett tecken... är något som står istället för någon eller
något annat I något hänseende.
Tecken kan vara ord, symboler, bilder, ljud, gester,
objekt…
Kort sagt, vad som helst kan vara ett tecken förutsatt att
det finns någon som kan tolka den.
Detta är inte en pipa . . . Rene Magritte. . . .
Surrealism
14
16
18

SPRÅK
Språket delar in verkligheten i olika kategorier på ett
konventionellt/godtyckligt/överenskommet sätt.
Världen konceptualiseras på olika sätt i olika kulturer.
Den fullständiga meningen av ett tecken syns först när det
sätts i ett sammanhang. Kontexten (sammanhanget)
spelar avgörande roll för tolkningen av språket.
VERKLIGHET OCH KOMMUNIKATION
Om ett träd (I en djungel) faller ner och ingen (någonsin) ser
det, har det verkligen fallit?
DET VETENSKAPLIGA SPRÅKET
TEORI
KORRESPONDENS-
REGLER
EMPIRI
SEMANTISK
SINNESINTRYCK
A
REGLER
19
21
23
SPRÅK OCH TANKE
Två uppfattningar om relationen mellan olika språk:
Översättning är möjlig (lingvistisk realism).
Översättning är omöjlig (lingvistisk determinism och
linguistisk relativism) - Sapir-Whorf hypothes.
SPRÅKETS HIERARKISKA STRUKTUR
Objektspråk ←→ Metaspråk
I en VETENSKAPLIG ORDBOK (science dictionary) finns
ingen definition av vetenskap!
Ordbok och lexikon är "en ordnad förteckning över en väsentlig del av språks ord
…". (Nationalencyklopedin,1994 band 14, s 471).
En definition av VETENSKAP finns i en FILOSOFISK
ordbok.
SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET
Ord
meaning (mening, uppfattning betydelse, innebörd;
tanke, avsikt)
mening (view, idea, intention, purpose, object, aim, sense,
context, sentence)
uppfattning (opinion, convictions)
betydelse (meaning, signification, import, sense,
significance, importance)
innebörd (meaning, signification, import, content, purport)
tanke (thought, idea, opinion)
avsikt (intention, purpose, aim, object, end, motive, intent)
20
22
24

SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET
"Videofilmning av fotograf under vigseln – pris 1600:-"
Men bröllopsparet och gästerna?
"Regeringen gör ingenting. Snarare tvärtom".
Men... då gör de väl ALLT?
SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET
"Självmord tvingar ministrar att avgå"
(Självmord medför väl naturlig avgång?)
Läs mer på Avigsidan
http://www.explicon.se/pages/avigsidan/avigt001.html
THE MYTHO-POETIC UNIVERSE
In ancient Egypt the dome of the sky was represented by the goddess Nut,
She was the night sky, and the sun, the god Ra, was born from her every morning.
25
27
29
SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET
"Oanvänd, felfri vara byts mot kvitto inom 8 dagar."
Varför skulle jag vilja byta mina varor mot ett kvitto?
”Mjuk och kul glass"
FÖRKLARINGSMODELLER
Mytopoetiska
Filosofiska
Vetenskapliga
THE MEDIEVAL UNIVERSE -
EARTH IN THE CENTRE
From Aristotle Libri de caelo (1519).
26
28
30

THE CLOCKWORK UNIVERSE
The mechanicistic paradigm which systematically revealed physical structure in
analogy with the artificial. The self-functioning automaton - basis and canon of the
form of the Universe.
Newton Principia, 1687
METODSKOLOR INOM VETENSKAPEN
Vetenskap syftar till att åstadkomma pålitlig kunskap
Vad är en vetenskaplig metod? - meningarna går isär...
Det har funnits olika åsikter under olika tider (och
fortfarande...)
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER:
ANTIKEN
Platon
Oföränderliga, eviga idealbilder - den perfekta sanningen
existerar i en abstrakt tankevärld
Vad vi ser är ofullständiga reflektioner, avbildningar
Aristoteles
Vetenskaplig forskning blir framförallt logiska resonemang
och tankeexperiment
31
33
35
THE UNIVERSE AS A COMPUTER
http://www.nature.com/nsu/020527/020527-16.html
TRADITIONELLA VETENSKAPSIDEAL
Sanning
Universalitet
Intersubjektivitet
Reproducerbarhet
Öppenhet
Internationalitet
Enkelhet
We are all living inside a gigantic
computer. No, not The Matrix:
the Universe.
Every process, every change that takes
place in the Universe, may be
considered as a kind of
computation.
E Fredkin, S Wolfram
Relevans
Generalitet
Validitet
Klarhet
Nyhet
Vetenskaplig trovärdighet
Estetik
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER:
MEDELTIDEN
Det klassiska resonerande angreppssättet levde kvar.
Premisserna som man resonerade från, eller de absoluta
sanningar man sökte, var givna av Gud.
Dogmatisk teologi.
St Thomas Aquino (1200-talet).
32
34
36

VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER:
KONTINENTALSKOLAN
Descartes
Så småningom Hegel, Marx
Fortsättningen på den resonerande traditionen, från
Platon genom Aquino m fl
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER
NUTIDEN...
Positivism*
Hermeneutik
Kritisk rationalism
*(Inklusive Behaviorism som är samhällsvetenskapernas
positivism).
TVÅ VETENSKAPLIGA SYNSÄTT
POSITIVISM. Det naturvetenskapliga synsättet.
HERMENEUTIK. Det samhällsvetenskapliga synsätt.
Forskningen är ett sökande efter mening och sammanhang.
Tolkningar tar hänsyn till sammanhanget. Tolkningar är
tids-, kultur- och personbundna.
37
39
41
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER
EMPIRISTERNA
Hume och andra, 1600-talets England
Newton (praktiska resultat)
Ny ("modern") världsbild
Den materiella världen intressant i sig själv
Observationer, experiment, induktion
Platon, Aristoteles
St Thomas av Aquino
Descartes
Hegel
Kant
Kunskapsteoretisk
utveckling
Hume
Russell, Carnap,
Wittgenstein Popper
Hermeneutik Positivism Kritisk rationalism
TVÅ SKILDA VETENSKAPLIGA ANGREPPSSÄTT
Nomotetiskt (kopplad till positivismen):
Verkligheten är objektiv.
Sökande efter sann kunskap.
Ideografiskt (kopplad till hermeneutiken):
Verkligheten är subjektiv, upplevd.
Sökande efter upplevd kunskap.
38
40
42

TVÅ TYPER AV DATA OCH ANALYS
Kvantitativ (mätningar, strukturerad analys, enkät):
Bestämmer mängd; hur mycket.
Fastställer relationer.
Kvalitativ (intervju, litteraturstudie, iakttagelser):
Beskriva och förstå fenomen.
Beskriva sammanhang.
Bestämma art (sortering).
POSITIVISTERNAS DEFINITION AV
VETENSKAPLIG KUNSKAP
All verklig och vetenskaplig kunskap framgår ur empiriska
observationer och bör vara så objektiv som möjligt
Metafysisk spekulation (typ Platon) är inte vetenskap
HERMENEUTIK
Hegel, Heidegger
Att försöka uppnå högre grad av (med nödvändighet)
subjektiv förståelse
Tolkning av verkligheten
Samhällsvetenskapligt inriktad
Exempel: att tolka en dikt, bok, tavla, ett historiskt
händelseförlopp
Nästan aldrig kvantitativa metoder
43
45
47
POSITIVISM
"Wiencirkeln" 1920-talet (Carnap & Co )
Genom empiriska observationer ställa upp och verifiera
teorier
Naturvetenskapligt inriktad
Idealteorin skulle vara en matematisk, exakt och empiriskt
verifierad modell
Karakteriseras av kvantitativa metoder
POSITIVISTERNAS DEFINITION AV
VETENSKAPLIG KUNSKAP
Teorier bör kunna verifieras empiriskt
Ren deduktion är tautologisk. Deduktiva resonemang som
säger sig ge kunskap om verkligheten är meningslösa.
Vetenskaplig kunskap är i sista hand induktiv.
HERMENEUTIKERNAS DEFINITION AV
VETENSKAPLIG KUNSKAP
Kunskap måste bidra till att öka inre förståelse.
Alternativ ståndpunkt: kunskap som inte uttrycks i
handling är inte kunskap, vetenskapen skall frigöra de
förtryckta - Frankfurt-skolan
Siffror är tråkiga och varför skall doktorsavhandlingar
tryckas - publicera den som ett rollspel …
44
46
48

POSITIVISM KONTRA HERMENEUTIK
Objektiv, verifierad sanning kontra subjektiv förståelse
Matematiska modeller kontra nya språk (karikerat)
Naturvetenskap kontra samhällsvetenskap
(hermeneutiker håller sig till samhällsvetenskap)
Induktiv (och deduktiv) logik kontra dialektik.
POPPERS AVGRÄNSNING AV VETENSKAP
- DEMARCATION
En teori som inte i princip kan förkastas genom empiriska
observationer är inte vetenskaplig
Teorier som alltid förklarar och stämmer med allting är inte
vetenskapliga - de är religion eller metafysik
Ju otroligare teori desto bättre - s k djärva hypoteser - om
det visar sig att den inte går att förkasta
POPPERS KRITISKA RATIONALISM
Vi kan inte verifiera induktivt framtagna hypoteser/teorier,
endast falsifiera dem.
En misslyckad falsifiering leder till en provisorisk sanning.
Alla teorier/hypoteser ska kunna falsifieras.
49
51
53
KRITISK RATIONALISM
Popper, K
Vi kan aldrig verifiera en teori, endast falsifiera (förkasta
den)
”Försök och misstag” (trial and error)
Jämför två eller flera teorier empiriskt och välj den bästa
teorin = den som vi inte kunde förkasta
Hur verifierar vi hypotesen att teorin är förkastad?
KRITISK RATIONALISM KONTRA POSITIVISM
Falsifikation kontra verifikation
Ersätta teorier som har visat sig stämma dåligt med
observationer med sådana som tills vidare förefaller att
stämma bättre kontra att empiriskt verifiera teorier.
KUHN: VETENSKAPLIGA PARADIGMER
Ett vetenskaplig paradigm är en uppsättning
grundantaganden - "världsbild" - som en viss grupp
forskare utgår från och inom vars ramar de arbetar.
Man kan inte tvivla på allt om man skall få något gjort.
Paradigmer innefattar t ex begrepps-apparaturen
(terminologin) samt ett gemensamt metodsynsätt.
50
52
54

PARADIGMSKIFTEN
Inom paradigmet bedrives normalvetenskap. Det finns alltid anomalier
= fakta som inte passar in.
Förr eller senare får man fram sådana resultat som inte är förenliga
med de grundantaganden man arbetar utgående ifrån.
Då måste man börja ifrågasätta grundantagandena - ändra
paradigmet.
Thomas Kuhn: The Structure of Scientific Revolutions.
KLASSISKA VETENSKAPER
I SIN KULTURELLA
KONTEXT
Kultur
(Religion, Konst, …)
5
POSITIVISM (2)
Logik
&
Matematik
1
Naturvetenskaper
(Fysik,
Kemi,
Biologi, …)
2
Samhälsvetenskaper
(Ekonomi,
Sociologi,
Antropologi, …)
3
Humaniora
(Filosofi, Historia,
Linguistik …)
4
Värden hör ej till vetenskapen
Teoretiska termer reducerbara till empiriska
Demarkationskriterium: verifierbarhet
Den logiska empirismen och den logiska positivismen
”covering law*” förklaringar
symmetri mellan förklaring och prediktion
55
57
59
METODOLOGISKA GRUNDSATSER
POSITIVISM (Experiment, statistisk analys)
HERMENEUTIK (Textanalys, deltagande observation)
BEHAVIORISM (Statistisk analys, experiment)
FUNKTIONALISM (Systemanalys)
POSITIVISM (1)
Enhetsvetenskapsidealet
Idealet om den vetenskapliga kunskapens logiska
karaktär
Enbart empirisk och definitionsmässig sanning
Den logiska empirismen och den logiska positivismen
*“COVERING-LAW“ FÖRKLARINGAR
Enligt "covering-law"-synen på förklaringar, förklarar man
ett fenomen om man logiskt kan visa att fenomenet ifråga
faller under en naturlag.
Då blir en förklaring ett logiskt argument, där premisserna
utgörs av lagsatser och initialvillkor, och där slutsatsen är
en beskrivning av fenomenet ifråga.
56
58
60

HERMENEUTIK
Kritik av "covering law"-modellens tillämpbarhet i
samhällsvetenskap
Singulära teorier meningsfulla
Förståelse det centrala begreppet (betydelse, mening)
Engagemang viktigt
Historisk perspektiv viktig
Deltagande observation
Kvalitativa data
FUNKTIONALISM
System, självreglering
Rationalism-antagande (bland människor)
Analytiska modeller
PARADIGM EXAMPLE: EVOLUTION
Paradigm: An overall framework, pattern or premises to which
subsequent evidence is made to conform.
61
63
65
BEHAVIORISM
Samhällsvetenskapernas positivism
Konstanta sociala samband
Observationer oproblematiska
Rationalitets-antagande
Objektivitet
Statistisk analys
SLUTNA VS. ÖPPNA SYSTEM
Fullständiga förklaringar kräver slutna system.
I verkligheten är alla fenomen delar av öppna system.
A BRIEF HISTORY OF BIOLOGY
"This year was not marked by any of those striking
discoveries which at once revolutionise… science”
(Thomas Bell, president of the Linnean Society of
London, summarizing the year 1858, the year in which
Darwin had presented his theory of evolution to the
Society)
62
64
66

A BRIEF HISTORY OF BIOLOGY
1859: CHARLES DARWIN
EVOLUTION = VARIATION+SELECTION
1865: GREGOR MENDEL
UNITS OF TRANSMISSION OF TRAITS
1920S: POPULATION GENETICS (PROBABILITIES)
1940S: MODERN SYNTHESIS(VARIATION=MUTATION)
1944: DNA
1953: GENETIC CODE
1960S: TRANSLATION OF FOUR-LETTER GENETIC CODE INTO
TWENTY-LETTER LANGUAGE OF PROTEINS
2000s: HUMAN GENOME - completion of the human genetic
sequence
THE MANY FACES OF EVOLUTION
Evolution: change over time.
Biological Evolution: the change in the frequency of
genetic variations (alleles) in a population of organisms
over time.
The Evolutionary Paradigm: the origin and nature of the
universe are products of natural forces.
THE CONCEPT OF NATURAL SELECTION
Limited number of resources
Competition results in struggle for existence
Success depends on fitness -
fitness of an individual: how well-adapted an individual is to their
environment. This is determined by their genes (blueprints for their
physical and other characteristics).
Successful individuals are able to reproduce and pass on
their genes
67
69
71
DESIGN WITHOUT A DESIGNER
THE EVOLUTIONARY PARADIGM:
SELECTION AND
VARIATION
(I.E. ENVIRONMENT AND RANDOMNESS)
DESIGN EMERGES SPONTANEOUSLY VIA AN
ALGORITHMIC PROCESS
ORIGIN OF THE CELL:THE PROBLEMS OF
IRREDUCIBLE COMPLEXITY
Cells are complex.
Most of the components,
processes, and pathways
need to be already present
and functioning for any
one component to work.
WHEN CHANGES OCCUR ...
Previously “fit” (well-adapted) individuals will no longer be
best-suited for their environment
Some members of the population will have genes that
confer different characteristics than “the norm”. Some of
these characteristics can make them more “fit” in the
changing environment.
68
70
72

MAJOR AGENTS OF GENETIC CHANGE IN
INDIVIDUALS (1)
Mutation in genes
may be due to various sources (e.g. UV rays, chemicals, etc.)
Start:
1001001001001001001001
Location of Mutation
After Mutation:
1001000001001001001001
RECOMBINATION (CROSSING-OVER)
73
MAJOR AGENTS OF GENETIC CHANGE IN
INDIVIDUALS (2)
Recombination (Crossing-Over)
occurs during reproduction -- sections of genetic material
exchanged between two chromosomes
EXAMPLE OF NATURAL SELECTION AND
MICRO-EVOLUTION
Peppered moth during
Industrial Revolution
(Manchester, England, 1848)
Pre-Industrial Revolution -->
Image copyright Lawrence M. Cook
(http://www.trueorigin.org/pepmoth1.htm)
Image from http://esg-www.mit.edu:8001/bio/mg/meiosis.html 75
76
EXAMPLE OF NATURAL SELECTION AND
MICRO-EVOLUTION (2)
During Industrial Revolution -->
Image copyright Lawrence M. Cook
(http://www.trueorigin.org/pepmoth1.htm)
77
WHAT IS EVOLUTIONARY COMPUTATION?
An abstraction from the theory of biological evolution that is
used to create optimization procedures or methodologies,
usually implemented on computers, that are used to solve
problems.
74
78

WHY USE EVOLUTION AS A MODEL FOR
SOLVING COMPUTATIONAL PROBLEMS?
THE NATURE OF COMPUTATIONAL PROBLEMS (2)
Require algorithm to be adaptive or to construct original
solution (e.g. interfaces that must adapt)
Why Evolution Proves to be a Good Model for
Solving these Types of Problems (2)
Evolution can be seen as a method that designs new
(original) solutions to a changing environment
79
81
83
THE NATURE OF COMPUTATIONAL PROBLEMS (1)
Require search through many possibilities to find a
solution (e.g. search through sets of rules for one set that
best predicts the ups and downs of the financial markets)
Search space too big - search won’t return within our
lifetimes
These types of problems are better solved using a parallel
approach
Why Evolution Proves to be a Good Model for
Solving these Types of Problems (1)
Evolution is in effect a method of searching for the best
(optimal) solution from a great number of possibilities
Possibilities - all individuals
Best solution - the most “fit” or well-adapted individual
Evolution is a parallel process
Testing and changing of numerous species and individuals
occur at the same time (or, in parallel)
When to Use Evolutionary Computing Strategies
When space to be searched is large
When the “best” solution is not necessarily required
Approach to solving a problem not well-understood
Problems with many parameters that need to be
simultaneously optimized
Problems that are difficult to describe mathematically
80
82
84

Biologically-inspired Computing
Natural Computation
http://en.wikipedia.org/wiki/Biologicallyinspired_computing
Biologically-inspired Computing
http://www.cs.kent.ac.uk/research/groups/aii/ncg/ Natural
Computation
http://www.csd.uwo.ca/~lila/links.html DNA Computing
Web Resources
85