认知心理学问题解决策略

1、第九章 问题解决 认知心理学认知心理学 2021-5-252 提纲 第一节 问题与问题解决 第二节 问题解决过程 第三节 问题解决策略 第四节 问题解决的计算机模拟 2021-5-253 本章重点 问题解决策略 问题解决的步骤及相关理论 2021-5-254 第一节 问题与问题解决 心理学对问题解决的研究历程 尝试错误说 顿悟说 信息加工说 2021-5-255 问题解决定势：水壶问题 美国心理学家卢钦斯（luchins,1946）曾曾 做过关于水壶的实验。该实验的设计是： 以设想用桶量水的方式，计算简单的算术 题a，b，c为盛水的工具，而d则代表所求 的水量。 总共有七题，每题水桶大小不等，

2、但所求 解的目的则一样，都是要受试者自行设法， 如何运用盛水工具，求出d栏各个所需的水 量。 2021-5-256 问题序列问题序列容器的容积容器的容积目标目标 abcd 1211273100 2141632599 31843105 4942621 52059431 62349320 71539318 82876325 问题解决定势问题解决定势量水实验量水实验luchins（1942） b-a-2c a-c a+c a-c 2021-5-257 2021-5-258 对格式塔理论及其影响的评价 弱点 格式塔问题解决理论是基于他们对知觉理论的类比 而产生的。这个类比使该理论更有吸引力和更容易 理

3、解，但这也恰恰使理论的主要弱点。 “顿悟”及“重构”这样的概念是相当吸引人的， 主要是它们易于理解以及与人类创造力的某些神秘 的东西有关。 然而，他们对理论的建构从根本上是没有进行详细对理论的建构从根本上是没有进行详细 说明的，对顿悟和重构发生的条件也没有清楚说明，说明的，对顿悟和重构发生的条件也没有清楚说明， 而且该理论实际上没有定义任何一个概念的本质特而且该理论实际上没有定义任何一个概念的本质特 征。征。 2021-5-259 认知心理学用信息加工观点来研究人的问题解决 过程。 代表人物：newell,shaw, & simon 把人类问题解决的过程和计算机问题解决的过程 进行类比，用计算

4、机模拟人类问题解决行为。 问题解决是问题解决者从问题初始状态出发，搜 寻恰当的路径到达目标状态的过程，即在问题空 间进行搜索的过程。 2021-5-2510 问题解决步骤 问题表征，即识别和理解问题； 设计或规定解决问题的策略； 执行策略； 评价问题解决的进展。 2021-5-2511 问题的种类 界定清晰的问题（well-defined problem） 界定含混的问题（ill-defined problem） 对抗性问题（adversary problem） 非对抗性问题（non-adversary problem） 语义丰富的问题（semantic rich problem） 语义贫乏的

5、问题（semantic impoverished problem） 2021-5-2512 二 问题解决的特征 目的指向性:冥想 操作序列 认知操作：分扑克牌？ 2021-5-2513 一 问题空间与问题解决 问题行为图：表明人对某个问题实际形成的问题 空间和实际进行的搜索过程 树形图：全部可能的问题空间和搜索路径 2021-5-2514 问题行为图 2021-5-2515 2 树形图 2021-5-2516 问题行为图和树形图的区别 问题行为图表明人对某个问题实际形成的问 题空间和实际进行的搜索过程 树形图则表明全部可能的问题空间和搜索路 径 问题行为图是一种心理空间，而树形图是一 种逻辑空

6、间，逻辑空间可以转化为心理空间 2021-5-2517 问题空间（problem space） 问题空间是指问题解决者对所要解决的 问题的一切可能的认识状态，包括对问 题的初始状态和目标状态的认识，如何 由初始状态转化为目标状态以及有关的 算子的认识等。 2021-5-2518 二 问题解决的阶段 问题表征 选择算子 应用算子 评价当前状态 2021-5-2519 三 问题表征对问题解决的影响 认知心理学家将信息在头脑中的呈现方式统称为表征。 问题表征直接影响着问题解决者所考虑的一系列合法、适当 的步。 如果一个问题得到了正确的表征，可以说它已解决了一半 （simon，1986）。 有时按常规

7、方式表征的问题难以求解，但若换一个角度来表 征同一个问题，问题就迎刃而解了（simon，1991）。 2021-5-2520 残缺棋盘问题 一个棋盘有88共64个黑白相间的方格，另 有32个长方块，每个长方块可盖住棋盘上的 两个方格，用这32个长方块正好可以将棋盘 盖满，现从棋盘的对角切掉两个黑方格，剩 下62个方格，问能否用31个长方块恰好盖住 棋盘上剩下的全部62个方格？ 2021-5-2521 32个个 2021-5-2522 策略是人对信息加以操作的办法、计划、方案，它 使人的认知活动成为有组织的有机的统一体。 采用什么样的策略解决问题，是影响问题解决效率 的一个很重要的心理因素。 好

8、的策略，有利于问题的解决。 9+3+2+4+5+6+7+8+1+5=？ (9+1)+(8 +2)+(7+3)+(6+4)+(5+5)=50 (1+9)92+5=50 2021-5-2523 某些策略比其他一些策略更有效，表现在 它们要求的短时记忆的负担 保持它们的容易程度 它们达到问题解决的速度 它们所适用的作业范围 2021-5-2524 算法 启发式 手段目的分析 逆向搜索 简化计划法 2021-5-2525 是解题的一套规则，它精确地指明解题 的步骤。算法总能保证问题一定得到解 决。 把解决问题的方法一一进行尝试，最终找到 解决问题的答案。 优点：它能够保证问题的解决。 缺点：需要大量的

9、尝试，因此费时费力。 当问题复杂、问题空间很大时，人们很难依靠这种 策略来解决问题。 有些问题也许没有现成的算法或尚未发现其算法。 2021-5-2526 启发法（heuristic method）是人根据一定 的经验，在问题空间内进行较少的搜索，以 达到问题解决的一种方法。 优点：较省时省力。 缺点：启发法不能完全保证问题解决的成功。 2021-5-2527 手段-目的分析（mean-end analysis）是将需 要达到的问题的目标状态分成若干子目标，通 过实现一系列的子目标最终达到总目标。 基本步骤 比较初始状态和目标状态，提出第一个子目标； 找出完成第一个子目标的方法或操作； 实现子

10、目标； 提出新的子目标。 上述步骤循环往复，直至问题的解决。 手段-目的分析是常用策略，对解决复杂问题 有重要应用价值。 2021-5-2528 传教士与野人谜题 2021-5-2529 逆向搜索（backward search）是从问题的目 标状态开始搜索，直至找到通往初始状态的 通路或方法 逆向搜索更适合于解决那些从初始状态到目 标状态只有少数通路的问题 2021-5-2530 简化计划法 该策略的基本思想是，先抛开某些细节而抓 住问题解决中的主要结构，把问题抽象成较 简单的形式，然后解决这个简单的问题，再 从此解决整个复杂问题。 有这样一个问题：在一张桌前从左到右依 次并排坐着甲、乙、丙

11、、丁四人，根据下述 信息，请指出谁拥有小轿车： 2021-5-2531 第四节 问题解决的计算机模拟 计算机模拟的贡献与存在的问题 问题解决的计算机模拟就是依据一定的心理 学理论编写计算机程序来模拟人类解决问题 的行为和内部认知过程，使计算机类似于人 的方式来解决问题并达到类似的结果 2021-5-2532 一、逻辑理论家和通用问题解 决者 1.逻辑理论家 1956年由newell、shaw和simon编写的计算机 程序，是人类历史上第一个模拟人类解决问题的计 算机程序。它可以模拟人证明符号逻辑定理的思维 活动。 2.通用问题解决者 1958年开始， newell、shaw和simon继续研制

12、 模拟人类解决问题的另一计算机程序,简称gps。z 主要依据手段目的分析策略编写。其内部知识是以 产生式来表征的。一个产生式由条件和行动两部分 组成。 2021-5-2533 二、计算机模拟的贡献与存在的问题 1.计算机模拟的贡献 计算机模拟不仅对人工智能的发展有着直接的 重要价值，而且证实了一些心理学理论，促进心理 学对人的问题解决的研究，提高了对某些环节的认 识。 计算机模拟推动了知识库和策略的研究。 计算机模拟引出了产生式概念，将问题解决中 的一些认知活动加以形式化。 2021-5-2534 2.计算机模拟存在的问题 如何评价计算机完成任务的方式与人的方式是 相似的？ 人与计算机在问题中

13、的思维方式差别 情感等因素对二者在问题解决中的作用如何体现？ 2021-5-2535 如何评价计算机完成任务的方式与人 完成任务的方式？ 不能反映无意识的作用 即使根据心理学理论来编写程序，也会出现 程序不能运行的情况 加工方式：串行 背景知识 情感情绪 2021-5-2536 专家和新手解决问题的差异 与初学者相比，专家能够依靠图式知识建立更 好的问题表征。就是说，初学者倾向于把具 有相同表面特征的问题聚成一类，但是专家 却是根据问题的深层结构来对问题进行分类， 即使问题的表面特征不一样，只要它们能用 相同的原理来解决，专家们也会把这些问题 归为一类。 2021-5-2537 2.虽然专家解决问题的速度比初学者快4倍，但他们 在分析与理解问题上所用去的时间比初学者还要多。 专家往往通过选择能够解题的适当原理来对问题的 表征进行更广泛和更深入的思考。 3.专家和新手在策略的运用上也是存在差异的。专家 倾向于通过正向工作来解决问题，而初学者倾向于 通过逆向工作来解决问题。 当专家分析问题的时候，他们能够根据问题中的已知条件 运用他们所选择的那些原理。这些原理又会产生一些对 问题的最终解释有作用的未知数。这个设计好的正向工 作策略是具有较高效率的并且是强有力的。相反，