第九章-问题解决

问题解决主要内容问题与问题解决问题解决过程问题解决策略问题解决的计算机模型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1、尝试错误说美国心理学家桑代克（E.L.Thorndike，1874-1949）提出尝试错误说桑代克制作了多种迷箱和迷津用猫进行迷笼实验桑代克认为，问题解决是一种尝试-错误（trialanderror）的过程，带有渐进的性质动物，至少低等动物并未在问题解决中表现出进行推理，其行为完全可用尝试-错误加以说明人类在解决问题中也有尝试-错误现象2、顿悟说格式塔心理学提出顿悟说。顿悟说认为，问题解决要求看出问题情境中的各种关系，而对这种关系的理解是突然产生的，既出现顿悟（insight），问题解决是通过顿悟而实现的。德国心理学家苛勒（WolfgangKöhler，1887-1967)对黑猩猩的思维进行了长达7年的研究。黑猩猩突然对问题情境中的关系有了理解，由于顿悟而解决了问题。苛勒不同意尝试-错误说，认为桑代克安排的实验使动物看不到整个问题的情境，因而出现尝试-错误现象，否则是不会出现的。苛勒认为，动物解决问题的过程并不是尝试错误的过程，而是对问题情景的一种顿悟，即通过对原来知觉情景的改造，突然找到问题解决的方法。格式塔心理学还认为，人也是通过顿悟来解决问题的。3、信息加工说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。

一、问题的心理学描述认知心理学家们认为，所有的问题都包含有3个基本的成分：给定：问题的起始状态；目标：问题要求的答案或目标状态；障碍：给定与目标之间的隔阂物，通过思维可以寻找解决的方法问题的类型1.归纳结构问题：如123834656？2.转换问题：给予一个最初的状态，而问题解决者必须发现一系列到达目标状态的操作。如河内塔问题（下图）3.排列问题：给予所需要的成分，问题解决者必须以一定的方式排列它们，以达到规定的目标状态。如字母的数码替代问题（如图）

界定清晰的问题（well-definedproblem）界定清晰的问题是指初始状态（initialstate）、目标状态（goalstate）以及由初始状态如何到达目标状态的一系列过程都很清楚的问题。界定含混的问题（ill-definedproblem）界定含混的问题是指对问题的初始状态或目标状态没有清楚的说明，或者对两者都没有明确的说明，这些问题具有很大的不确定性。

对抗性问题（adversaryproblem）解决对抗性问题时，人们不仅要考虑自己的解题活动，而且这种活动还要受对手解题活动的影响。非对抗性问题（non-adversaryproblem）非对抗性是指在解决问题时没有对手参与的问题。

语义丰富的问题（semanticrichproblem）如果解题者对所要解决的问题具有很多相关的知识，这种问题称为语义丰富的问题。语义贫乏的问题（semanticimpoverishedproblem）如果解题者对要解决的问题没有相关的经验，这种问题称为语义贫乏的问题。二、问题解决的特征1.目的指向性2.操作序列3.认知操作问题解决的特征1、目的指向性问题解决活动必须是目的指向的活动，它总要达到某个特定的终结状态。2、操作序列问题解决必须包括心理过程的序列3、认知操作问题解决的活动必须由认知操作来进行安德森认为问题解决是目的指向性的认知操作序列。一项活动必须同时符合这3条标准才可称为问题解决。问题解决的类型：创造性问题解决和常规问题解决。第二节问题解决过程一、问题空间与问题解决认知心理学将问题解决看做是对问题空间进行搜索的过程。

问题空间是问题解决者对一个问题所达到的全部认识状态。问题表征的四个因素：问题的初始状态目标状态算子

对算子的约束问题空间与问题解决可以用两种方法表示：问题行为图树形图1、问题行为图问题行为图表明，问题解决过程不是直线式的，而是经历了种种曲折。问题解决受人的知识经验和各种心理过程的制约。设在下列加法算式中，有10个不同的字母，每个字母分别代表0至9的一个数码。现已知字母D=5，要求找出每一个字母所代表的一个数码，运用通常的加法规则，使得下面的算式得以成立： DONALD + GERALD ROBERT密码算题 526485 + 197485 723970问题行为图表明，问题解决不是直线式的，而是经历了种种曲折。问题解决过程将总的问题状态分解为一些较简单的子目标，逐一解决这些子目标，体现出解决问题的一定计划和策略。问题解决受人的知识经验和各种心理过程的制约。从图9-3可见，问题解决过程是错综复杂的，交织着成功与失败。对熟悉密码计算的人，这道题有简便的算法。P185-1862、树形图树形图指明在所有可能的方向上进行搜索所产生的各种中间状态，直至目标状态，故又称搜索树。树形图既表明问题空间，又表明对问题空间的搜索过程。P187例子树形图从图中可以看出，同一状态可由不同的途径产生出来，达到目标的途径也不止一条。一般来说，树形图包含一切可能的操作及所产生的全部状态。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间，逻辑空间可以转化为心理空间二、问题解决的阶段认知心理学认为，问题解决可以分为4个阶段：1.问题表征2.选择算子3.应用算子4.评价当前状态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、适当的步骤。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）。不同的表征有不同的效果。P189被试存在3种不同的表征方式。列表式、网络式、矩阵式。列表式是最为简单的表征形式；网络式可将全部项目包括进去；矩阵式将项目间的可能与不可能的联系都表征进来。实验结果表明，对这一问题的解决矩阵式表征最为有效。残缺棋盘问题一个棋盘有8×8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？许多人不能解决这一问题，是因为他们不能做出正确的表征，忽略了棋盘上的方格是黑白相间的这一信息。此外，对一个问题做出表征不是固定不变的，随着信息的积累，可以从不适宜的表征转化为适宜的表征。问题表征依赖于人的知识经验，也受到注意、记忆和思维等心理过程的制约。问题本身的提法也会影响到人们对问题做出的表征。心理学中的蜡烛问题P190第三节问题解决的策略问题解决是对问题空间进行搜索，以找到一条从问题的起始状态到达目标状态的通路。要就是要找到一定的算子序列，这个过程需要策略的引导。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=501、算法是解题的一套规则，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。2、启发法启发法（heuristicmethod）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。二、几种重要的启发式策略1

手段-目的分析手段-目的分析（mean-endanalysis）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。传教士与野人谜题2

逆向工作在解决问题时，设置一个目标状态，由此出发，想出相应的步骤退回到当前状态，在实际操作时又反过来，从当前状态走到目标状态。如棋手对弈时给对下“下套子”的策略。3.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。

第四节问题解决的计算机模拟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。二、计算机模拟的贡献与存在的问题