GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI CDT212 VETENSKAPSMETODIK GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI KOMMUNIKATION OCH FÖRKLARING VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER Gordana Dodig-Crnkovic Department of Computer Science and Engineering Mälardalen University
INTRODUKTION - VETENSKAP, KUNSKAP, SANNING FÖRELÄSNINGAR INTRODUKTION - VETENSKAP, KUNSKAP, SANNING LOGISKA ARGUMENT OCH KRITISKT TÄNKANDE VETENSKAPENS KULTURELLA KONTEXT FÖRKLARINGAR OCH KOMMUNIKATION
KOMMUNIKATION OCH FÖRKLARING SPRÅK OCH KOMMUNIKATION VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER
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
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.
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.
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)
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
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)
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 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.
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.
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!
SEMIOTIK
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.
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.
TECKEN KATT (signifier) (signified) Ett tecken består av: KATT (signifier) (signified) Ett tecken består av: signifier (pekare) och signified (det som pekare pekar på)
Detta är inte en pipa . . . Rene Magritte. . . . Surrealism
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.
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.
VERKLIGHET OCH KOMMUNIKATION Om ett träd (I en djungel) faller ner och ingen (någonsin) ser det, har det verkligen fallit?
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.
DET VETENSKAPLIGA SPRÅKET SINNESINTRYCK EMPIRI TEORI KORRESPONDENS-REGLER SEMANTISKA REGLER
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)
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 "Oanvänd, felfri vara byts mot kvitto inom 8 dagar." Varför skulle jag vilja byta mina varor mot ett kvitto? ”Mjuk och kul glass"
SPRÅKETS MÅNGTYDIGHET "Självmord tvingar ministrar att avgå" (Självmord medför väl naturlig avgång?) Läs mer på Avigsidan http://www.explicon.se/pages/avigsidan/avigt001.html
FÖRKLARINGSMODELLER Mytopoetiska Filosofiska Vetenskapliga
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.
THE MEDIEVAL UNIVERSE - EARTH IN THE CENTRE From Aristotle Libri de caelo (1519).
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
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 http://www.nature.com/nsu/020527/020527-16.html
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...)
TRADITIONELLA VETENSKAPSIDEAL Sanning Universalitet Intersubjektivitet Reproducerbarhet Öppenhet Internationalitet Enkelhet Relevans Generalitet Validitet Klarhet Nyhet Vetenskaplig trovärdighet Estetik
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
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).
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER: KONTINENTALSKOLAN Descartes Så småningom Hegel, Marx Fortsättningen på den resonerande traditionen, från Platon genom Aquino m fl
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
VETENSKAPSTEORETISKA TRADITIONER NUTIDEN... Positivism* Hermeneutik Kritisk rationalism *(Inklusive Behaviorism som är samhällsvetenskapernas positivism).
Kunskapsteoretisk utveckling Platon, Aristoteles Kunskapsteoretisk utveckling St Thomas av Aquino Hume Descartes Kant Russell, Carnap, Wittgenstein Hegel Popper Hermeneutik Positivism Kritisk rationalism
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.
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.
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).
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 All verklig och vetenskaplig kunskap framgår ur empiriska observationer och bör vara så objektiv som möjligt Metafysisk spekulation (typ Platon) är inte vetenskap
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.
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
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 …
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.
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?
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
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.
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.
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.
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.
METODOLOGISKA GRUNDSATSER POSITIVISM (Experiment, statistisk analys) HERMENEUTIK (Textanalys, deltagande observation) BEHAVIORISM (Statistisk analys, experiment) FUNKTIONALISM (Systemanalys)
(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
POSITIVISM (1) Enhetsvetenskapsidealet Idealet om den vetenskapliga kunskapens logiska karaktär Enbart empirisk och definitionsmässig sanning Den logiska empirismen och den logiska positivismen
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
*“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.
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
BEHAVIORISM Samhällsvetenskapernas positivism Konstanta sociala samband Observationer oproblematiska Rationalitets-antagande Objektivitet Statistisk analys
FUNKTIONALISM System, självreglering Rationalism-antagande (bland människor) Analytiska modeller
SLUTNA VS. ÖPPNA SYSTEM Fullständiga förklaringar kräver slutna system. I verkligheten är alla fenomen delar av öppna system.
PARADIGM EXAMPLE: EVOLUTION Paradigm: An overall framework, pattern or premises to which subsequent evidence is made to conform.
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)
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
DESIGN WITHOUT A DESIGNER THE EVOLUTIONARY PARADIGM: SELECTION AND VARIATION (I.E. ENVIRONMENT AND RANDOMNESS) DESIGN EMERGES SPONTANEOUSLY VIA AN ALGORITHMIC PROCESS
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.
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.
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
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.
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
MAJOR AGENTS OF GENETIC CHANGE IN INDIVIDUALS (2) Recombination (Crossing-Over) occurs during reproduction -- sections of genetic material exchanged between two chromosomes
RECOMBINATION (CROSSING-OVER) Image from http://esg-www.mit.edu:8001/bio/mg/meiosis.html
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)
EXAMPLE OF NATURAL SELECTION AND MICRO-EVOLUTION (2) During Industrial Revolution --> Image copyright Lawrence M. Cook (http://www.trueorigin.org/pepmoth1.htm)
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.
WHY USE EVOLUTION AS A MODEL FOR SOLVING COMPUTATIONAL PROBLEMS?
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
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 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)
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
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