GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI

En presentation över ämnet: "GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI"— Presentationens avskrift:

1 GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI
CDT212 VETENSKAPSMETODIK GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI KOMMUNIKATION OCH FÖRKLARING VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER Gordana Dodig-Crnkovic Department of Computer Science and Engineering Mälardalen University

2 INTRODUKTION - VETENSKAP, KUNSKAP, SANNING
FÖRELÄSNINGAR INTRODUKTION - VETENSKAP, KUNSKAP, SANNING LOGISKA ARGUMENT OCH KRITISKT TÄNKANDE VETENSKAPENS KULTURELLA KONTEXT FÖRKLARINGAR OCH KOMMUNIKATION

3 KOMMUNIKATION OCH FÖRKLARING
SPRÅK OCH KOMMUNIKATION VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER

4 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

5 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.

6 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.

7 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)

8 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

9 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)

10 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

11 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.

12 KOMMUNIKATION, SAMMANFATTNING
Kommunikation är överföring av information, interaktion genom tecken/meddelanden. Information är meningen som humänniskan 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.

13 SEMIOTIK Semiotik: verkligheten är ett system av tecken!
Semiotik är vetenskapen om tecken, som studerar hur människor söker och konstruerar mening. Semiotik: verkligheten är ett system av tecken!

14 SEMIOTIK

15 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.

16 SEMIOTIK 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.

17 TECKEN KATT (signifier) (signified) Ett tecken består av:
KATT (signifier) (signified) Ett tecken består av: signifier (pekare) och signified (det som pekare pekar på)

18 Detta är inte en pipa . . . Rene Magritte. . . . Surrealism

19 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.

20 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.

21 VERKLIGHET OCH KOMMUNIKATION
Om ett träd (I en djungel) faller ner och ingen (någonsin) ser det, har det verkligen fallit?  

22 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.

23 DET VETENSKAPLIGA SPRÅKET
SINNESINTRYCK EMPIRI TEORI KORRESPONDENS-REGLER SEMANTISKA REGLER

24 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)

25 SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET
"Videofilmning av fotograf under vigseln – pris 1600:-" Men bröllopsparet och gästerna? "Regeringen gör ingenting. Snarare tvärtom". Men... då gör de väl ALLT?

26 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"

27 SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET
"Självmord tvingar ministrar att avgå" (Självmord medför väl naturlig avgång?) Läs mer på Avigsidan

28 FÖRKLARINGSMODELLER Mytopoetiska Filosofiska Vetenskapliga

29 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.

30 THE MEDIEVAL UNIVERSE - EARTH IN THE CENTRE
From Aristotle Libri de caelo (1519).

31 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

32 THE UNIVERSE AS A COMPUTER
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

33 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...)

34 TRADITIONELLA VETENSKAPSIDEAL
Sanning Universalitet Intersubjektivitet Reproducerbarhet Öppenhet Internationalitet Enkelhet Relevans Generalitet Validitet Klarhet Nyhet Vetenskaplig trovärdighet Estetik

35 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

36 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).

37 VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER: KONTINENTALSKOLAN
Descartes Så småningom Hegel, Marx Fortsättningen på den resonerande traditionen, från Platon genom Aquino m fl

38 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

39 VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER NUTIDEN...
Positivism* Hermeneutik Kritisk rationalism *(Inklusive Behaviorism som är samhällsvetenskapernas positivism).

40 Kunskapsteoretisk utveckling
Platon, Aristoteles Kunskapsteoretisk utveckling St Thomas av Aquino Hume Descartes Kant Russell, Carnap, Wittgenstein Hegel Popper Hermeneutik Positivism Kritisk rationalism

41 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.

42 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.

43 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).

44 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

45 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

46 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.

47 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

48 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 …

49 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.

50 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?

51 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

52 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.

53 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.

54 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 begrepps­apparaturen (terminologin) samt ett gemensamt metodsynsätt.

55 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.

56 METODOLOGISKA GRUNDSATSER
POSITIVISM (Experiment, statistisk analys) HERMENEUTIK (Textanalys, deltagande observation) BEHAVIORISM (Statistisk analys, experiment) FUNKTIONALISM (Systemanalys)

57 (Filosofi, Historia, Linguistik …)
KLASSISKA VETENSKAPER I SIN KULTURELLA KONTEXT Naturvetenskaper (Fysik, Kemi, Biologi, …) 2 Samhälsvetenskaper (Ekonomi, Sociologi, Antropologi, …) 3 Humaniora (Filosofi, Historia, Linguistik …) 4 Logik & Matematik 1 Kultur (Religion, Konst, …) 5

58 POSITIVISM (1) Enhetsvetenskapsidealet
Idealet om den vetenskapliga kunskapens logiska karaktär Enbart empirisk och definitionsmässig sanning Den logiska empirismen och den logiska positivismen

59 POSITIVISM (2) 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

60 *“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.

61 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

62 BEHAVIORISM Samhällsvetenskapernas positivism
Konstanta sociala samband Observationer oproblematiska Rationalitets-antagande Objektivitet Statistisk analys

63 FUNKTIONALISM System, självreglering
Rationalism-antagande (bland människor) Analytiska modeller

64 SLUTNA VS. ÖPPNA SYSTEM Fullständiga förklaringar kräver slutna system. I verkligheten är alla fenomen delar av öppna system.

65 PARADIGM EXAMPLE: EVOLUTION
Paradigm: An overall framework, pattern or premises to which subsequent evidence is made to conform.

66 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)

67 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

68 DESIGN WITHOUT A DESIGNER
THE EVOLUTIONARY PARADIGM: SELECTION AND VARIATION (I.E. ENVIRONMENT AND RANDOMNESS) DESIGN EMERGES SPONTANEOUSLY VIA AN ALGORITHMIC PROCESS

69 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.

70 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.

71 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

72 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.

73 MAJOR AGENTS OF GENETIC CHANGE IN INDIVIDUALS (1)
Mutation in genes may be due to various sources (e.g. UV rays, chemicals, etc.) Start: Location of Mutation After Mutation:

74 MAJOR AGENTS OF GENETIC CHANGE IN INDIVIDUALS (2)
Recombination (Crossing-Over) occurs during reproduction -- sections of genetic material exchanged between two chromosomes

75 RECOMBINATION (CROSSING-OVER)
Image from

76 EXAMPLE OF NATURAL SELECTION AND MICRO-EVOLUTION
Peppered moth during Industrial Revolution (Manchester, England, 1848) Pre-Industrial Revolution --> Image copyright Lawrence M. Cook (

77 EXAMPLE OF NATURAL SELECTION AND MICRO-EVOLUTION (2)
During Industrial Revolution --> Image copyright Lawrence M. Cook (

78 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.

79 WHY USE EVOLUTION AS A MODEL FOR SOLVING COMPUTATIONAL PROBLEMS?

80 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

81 THE NATURE OF COMPUTATIONAL PROBLEMS (2)
Require algorithm to be adaptive or to construct original solution (e.g. interfaces that must adapt)

82 Why Evolution Proves to be a Good Model for Solving these Types of Problems (2)
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)

83 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

84 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