认知心理学 问题解决

启发法是指根据现有问题状态与目标状态的相似关系，采取 较少操作来表达问题的方法。这是一种凭经验来解决问题的方法， 它省时省力，但不保证成功。 算法与启发法各有优缺点，人在解决问题时为什么更多用启发 法？
二、几种重要的启发式策略 ： 目前，已经确定几种比较有效的应用范围较广的启发法： 1.手段－目的分析
现实生活中的问题是各式各样的。 Greeno(1978) 区 分出3种重要的问题类型 1.归纳结构问题 ：给予几个成分，而问题解决者必 须发现隐含在这些成分中的结构形式。
2. 转换问题：给予一个最初的状态，而问题解决者
必须发现一系列达到目标状态的操作。
3. 排列问题：给予所需的成分，而问题解决者必须
（ 1 ）手段－目的分析 ：这个启发法最早得到 Newell 和 Simon 的研究。 它的核心是要发现问题的当前状态与目标状态的差别，并应用算子来 缩小这种差别，这样做还要先满足某些条件，即消除应用算子与当前 状态的差别，如此进行下去，以逐步接近和达到目标状态，实现一系 ① 列的子目标达到总目标，即解决问题。
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二、计算机模拟的贡献与存在的问题 计算机模拟获得的成就不仅对人工智能的发展 有直接的重要价值，而且证实了一些心理学的理 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。 虽然问题解决得计算机模拟取得了巨大的成就， 但这些成就还是初步的，还存在一些问题，并引 起争议，其中一个最重要的问题是如何评价计算 机完成任务的方式于人的方式是相似的。
计算机模拟。
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问题解决是一个重要的思维活动，它在人们的
实际生活中占有特殊的地位。现代认知心理学产生
之前，心理学家就对人和动物解决问题的行为进行
了研究。并形成了相应的理论，主要的有联想理论 （试误说）和格式塔（顿悟说）。
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20世纪50年代认知心理学兴起后，出现新的转 折。认知心理学从信息加工观点出发，将人看作主 要的信息加工者，将问题解决看作是对问题空间的 搜索，并用计算机来模拟人的问题解决过程，以下
来。
2.树形图：从另一个角度来看，问题空间及其搜索也可用树形图 来表示。
• 1、问题行为图 • 问题行为图是指人解决问题的图示。它是Newell和Simon提出的
分析问题解决的口语记录的一种有效的方法
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问题行为图由方框和箭头组成。 框表示人的知识状态，即人在解决问题的每一时刻所掌握的关于 问题的全部信息；箭头表示改变知识状态的操作，箭头方向指出知识 状态变化的路线，遵循自右到左和自上而下的原则，依次制图。若出 现知识状态的重复，即倒回到原先的知识状态，就要往下画箭头，另 起一行。
思考题：
一、名词解释： 问题空间 问题表征 顿悟 算法和启发法 创造性问题解决 常规问题解决
二、问答题
1.谈谈问题解决中的启发式策略？
2.问题解决有哪几个阶段？
3.问题解决的特征有哪些？
4. 评价当前状态 ：对算子和策略是否适宜，当前状态是否接近 目标，问题是否得到解决等作出评估。
第三节 问题解决的策略
一、算法和启发法 ：
一个问题可用不同的策略来解决，应用哪种策略既依赖于问 题的性质和内容，也依赖于人的知识和经验。总的来说，人所应 用的问题解决策略可分为两类，即算法和启发法。 算法是将达到目标的各种方法都算出来，按照一定的解决规 则操作就能解决问题。这种方法费时费力，但能保证成功。如利 用树形图进行搜索，根据公式进行计算。
第九章
问题解决
第一节
第二节
问题与问题的解决
问题的解决过程
第三节
第四节
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问题解决的策略
问题解决的计算机模拟
本章教学目的要求
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本章要求学生了解和掌握问题解决的过程、阶
段、策略以及计算机模型。 本章教学重点：问题解决的特征；问题解决的 过程；问题解决的策略；问题解决的计算机模拟。 本章教学难点：问题解决的策略；问题解决的
二、问题解决的阶段 大体来说问题解决可分为4个阶段：
1. 问题表征 ：在这个起始阶段，问题解者将任务领域转化为问 题空间，实现对问题的表征和理解。
2. 选择算子 ：这个阶段，问题解决者选择用来改变问题起始状 态的算子。又被看作为确定问题策略阶段。 3.应用算子：实际运用所选定的算子来改变问题的起始状态或当 前的状态，使之逐渐接近并达到目标状态。这个阶段也即执行策略阶 段
各节将分别阐述。
第一节 问题与问题解决
一、问题的心理学描述 ：
尽管问题是多种多样的，心理学家们对“问题”的表述
也不尽相同，所有的问题都含有3个基本的成分： 1. 给定：一组已知的关于问题条件的描述，即问题的起 始状态。 2. 目标：关于构成问题结论的描述，即问题要求的答案
或目标状态。
3. 障碍：正确的解决方法不是直接显而易见的，必须是 间接通过一定的思维活动才能找到答案，达到目标状态。
3．认知操作 ：问题解决的活动必须由认知操作来进行。 总之，照Anderson看来，问题解决是目的指向性的认 知操作序列。
第二节 问题解决过程
一、问题空间与问题解决 认知心理学从信息加工观点出发，将问题解决过程看作是对问题空 间的搜索过程。问题空间是问题解决者对一个问题所达到的全部认知 状态。人们要解决问题必须先要理解这个问题，对它进行表征，也即 构成问题空间。在解决问题过程中，所达到的全部状态（包括起始状 态、中间状态、目标状态及算子）都称为问题空间或状态空间。 1.问题行为图 ：问题空间和问题解决过程可用问题行为图表示出
• 如小学数学四则运算题：工程队原计划25天挖
5400米的沟，实际每天比原计划多挖54米，问 比原计划提前多少天完成？
• 3.计划： • 在解决问题中，人们常可先抛开某些方面或部分，
而抓住一些主要的结构，把问题抽象成较简单的
形式，先解决这个简单的问题，然后利用这个解
答来帮助或指导更复杂的整个问题的解决，这种 启发法称作计划或简化计划，人们在现实生活中， 常应用这种策略来解决各式各样的问题。
第四节 问题解决的计算机模型
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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》 早在 1956年，Newell、Shaw就成功的编写了人类历史上第一 个模拟人类解决问题的计算机程序。这个程序被称作“逻辑理论家” （logic theorist），简称LT。 《逻辑理论家》是世界上第一个成功的人工智能系统,更主要的是 由于它是第一个启发式的人工智能系统.它依据人解决问题的启发法， 主要是逆向工作策略来编写。
（2）.手段-目的的分析有两种分析方式： A是把当前状态转化为目标状 态 B是寻求消除差别的算子。
（3）.手段-目的分析可应用于多种问题，包括河内塔问题。
• 2这种策略是从目
标状态出发，按照子目标组成的逻辑顺序逐级向 初始状态递归。一般说来比较复杂，运用逆向工 作法更为有效。使用逆向工作法解决数学问题的 过程
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Newell、Shaw和Simon（1958），又研制出模拟 人类解决问题的另一计算机程序,称作《通用问题解决者》
（general problem solver）,简称GSP。
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《通用问题解决者》也是程式，但是它与《逻辑理论 家》不同，《通用问题解决者》主要是依据手段－目的的 分析策略编写。 特别值得提出的，《通用问题解决者》的内部知识 是以产生式（production）来表征的，一个产生式由条 件(condition)和行动(action)两部分组成。
以一定的方式排列它们，以达到规定的目标状态。
二、问题解决的特征 所 有 的 问 题 解 决 都 有 共 同 的 基 本 特 征 。 Anderson
（1980）提出关于问题解决的3个基本特征：
1．目的指向性 ：问题解决具有明确的目的性，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。
• （四）爬山法 • 爬山法是指通过评价当前的问题状态，从而增加这一
状态与目标状态的差异，最终达到解决问题的总目标 。 就如同爬山一样，为了到达山顶就要翻越一个一个的小山 头
• （五）矛盾法 • 在问题空间中，如果到达目标的通路是有限的，而且
知道仅有一种解决问题的方式，那么在这种情况下，可以 从当前状态与目标状态的矛盾中进行推理，从而获得正确 的方式。
• 密码题的问题行为片断 • 从上述问题行为图，可以看出 • （1）问题解决不是直线式的； • （2）问题解决受人的知识经验和心理过程的制约。
2、树形图问题空间及其搜索也可用树形图来表示， 树形图又称搜索图。打开组合锁的例子可以说明树形图。
问题行为图和树形图的区别 ：
（1）问题行为表明人在解决问题的过程中实际形成的 问题空间和搜索过程；树形图表明了全部可能的问题空间 和搜索路径，正确的和错误的，简捷的和复杂的搜索路径 都包含在内。 （2）由第一点可以看到第二点区别，即问题行为图是 一种心理空间，而树形图是一种逻辑操作或算法空间。当 然逻辑空间可能转化为心理空间。