第九章-問題解決

問題解決主要內(nèi)容問題與問題解決問題解決過程問題解決策略問題解決的計(jì)算機(jī)模型第一節(jié)問題與問題解決心理學(xué)對問題解決的研究歷程

嘗試錯(cuò)誤說頓悟說信息加工說1、嘗試錯(cuò)誤說美國心理學(xué)家桑代克（E.L.Thorndike，1874-1949）提出嘗試錯(cuò)誤說桑代克制作了多種迷箱和迷津用貓進(jìn)行迷籠實(shí)驗(yàn)桑代克認(rèn)為，問題解決是一種嘗試-錯(cuò)誤（trialanderror）的過程，帶有漸進(jìn)的性質(zhì)動(dòng)物，至少低等動(dòng)物并未在問題解決中表現(xiàn)出進(jìn)行推理，其行為完全可用嘗試-錯(cuò)誤加以說明人類在解決問題中也有嘗試-錯(cuò)誤現(xiàn)象2、頓悟說格式塔心理學(xué)提出頓悟說。頓悟說認(rèn)為，問題解決要求看出問題情境中的各種關(guān)系，而對這種關(guān)系的理解是突然產(chǎn)生的，既出現(xiàn)頓悟（insight），問題解決是通過頓悟而實(shí)現(xiàn)的。德國心理學(xué)家苛勒（WolfgangK?hler，1887-1967)對黑猩猩的思維進(jìn)行了長達(dá)7年的研究。黑猩猩突然對問題情境中的關(guān)系有了理解，由于頓悟而解決了問題?？晾詹煌鈬L試-錯(cuò)誤說，認(rèn)為桑代克安排的實(shí)驗(yàn)使動(dòng)物看不到整個(gè)問題的情境，因而出現(xiàn)嘗試-錯(cuò)誤現(xiàn)象，否則是不會(huì)出現(xiàn)的?？晾照J(rèn)為，動(dòng)物解決問題的過程并不是嘗試錯(cuò)誤的過程，而是對問題情景的一種頓悟，即通過對原來知覺情景的改造，突然找到問題解決的方法。格式塔心理學(xué)還認(rèn)為，人也是通過頓悟來解決問題的。3、信息加工說認(rèn)知心理學(xué)用信息加工觀點(diǎn)來研究人的問題解決過程代表人物：Newell,Shaw,&Simon把人類問題解決的過程和計(jì)算機(jī)問題解決的過程進(jìn)行類比，用計(jì)算機(jī)模擬人類問題解決行為問題解決是問題解決者從問題初始狀態(tài)出發(fā)，搜尋恰當(dāng)?shù)穆窂降竭_(dá)目標(biāo)狀態(tài)的過程，即在問題空間進(jìn)行搜索的過程。

一、問題的心理學(xué)描述認(rèn)知心理學(xué)家們認(rèn)為，所有的問題都包含有3個(gè)基本的成分：給定：問題的起始狀態(tài)；目標(biāo)：問題要求的答案或目標(biāo)狀態(tài)；障礙：給定與目標(biāo)之間的隔閡物，通過思維可以尋找解決的方法問題的類型1.歸納結(jié)構(gòu)問題：如123834656？2.轉(zhuǎn)換問題：給予一個(gè)最初的狀態(tài)，而問題解決者必須發(fā)現(xiàn)一系列到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的操作。如河內(nèi)塔問題（下圖）3.排列問題：給予所需要的成分，問題解決者必須以一定的方式排列它們，以達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)狀態(tài)。如字母的數(shù)碼替代問題（如圖）

界定清晰的問題（well-definedproblem）界定清晰的問題是指初始狀態(tài)（initialstate）、目標(biāo)狀態(tài)（goalstate）以及由初始狀態(tài)如何到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的一系列過程都很清楚的問題。界定含混的問題（ill-definedproblem）界定含混的問題是指對問題的初始狀態(tài)或目標(biāo)狀態(tài)沒有清楚的說明，或者對兩者都沒有明確的說明，這些問題具有很大的不確定性。

對抗性問題（adversaryproblem）解決對抗性問題時(shí)，人們不僅要考慮自己的解題活動(dòng)，而且這種活動(dòng)還要受對手解題活動(dòng)的影響。非對抗性問題（non-adversaryproblem）非對抗性是指在解決問題時(shí)沒有對手參與的問題。

語義豐富的問題（semanticrichproblem）如果解題者對所要解決的問題具有很多相關(guān)的知識(shí)，這種問題稱為語義豐富的問題。語義貧乏的問題（semanticimpoverishedproblem）如果解題者對要解決的問題沒有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，這種問題稱為語義貧乏的問題。二、問題解決的特征1.目的指向性2.操作序列3.認(rèn)知操作問題解決的特征1、目的指向性問題解決活動(dòng)必須是目的指向的活動(dòng)，它總要達(dá)到某個(gè)特定的終結(jié)狀態(tài)。2、操作序列問題解決必須包括心理過程的序列3、認(rèn)知操作問題解決的活動(dòng)必須由認(rèn)知操作來進(jìn)行安德森認(rèn)為問題解決是目的指向性的認(rèn)知操作序列。一項(xiàng)活動(dòng)必須同時(shí)符合這3條標(biāo)準(zhǔn)才可稱為問題解決。問題解決的類型：創(chuàng)造性問題解決和常規(guī)問題解決。第二節(jié)問題解決過程一、問題空間與問題解決認(rèn)知心理學(xué)將問題解決看做是對問題空間進(jìn)行搜索的過程。

問題空間是問題解決者對一個(gè)問題所達(dá)到的全部認(rèn)識(shí)狀態(tài)。問題表征的四個(gè)因素：問題的初始狀態(tài)目標(biāo)狀態(tài)算子

對算子的約束問題空間與問題解決可以用兩種方法表示：問題行為圖樹形圖1、問題行為圖問題行為圖表明，問題解決過程不是直線式的，而是經(jīng)歷了種種曲折。問題解決受人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和各種心理過程的制約。設(shè)在下列加法算式中，有10個(gè)不同的字母，每個(gè)字母分別代表0至9的一個(gè)數(shù)碼。現(xiàn)已知字母D=5，要求找出每一個(gè)字母所代表的一個(gè)數(shù)碼，運(yùn)用通常的加法規(guī)則，使得下面的算式得以成立： DONALD + GERALD ROBERT密碼算題 526485 + 197485 723970問題行為圖表明，問題解決不是直線式的，而是經(jīng)歷了種種曲折。問題解決過程將總的問題狀態(tài)分解為一些較簡單的子目標(biāo)，逐一解決這些子目標(biāo)，體現(xiàn)出解決問題的一定計(jì)劃和策略。問題解決受人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和各種心理過程的制約。從圖9-3可見，問題解決過程是錯(cuò)綜復(fù)雜的，交織著成功與失敗。對熟悉密碼計(jì)算的人，這道題有簡便的算法。P185-1862、樹形圖樹形圖指明在所有可能的方向上進(jìn)行搜索所產(chǎn)生的各種中間狀態(tài)，直至目標(biāo)狀態(tài)，故又稱搜索樹。樹形圖既表明問題空間，又表明對問題空間的搜索過程。P187例子樹形圖從圖中可以看出，同一狀態(tài)可由不同的途徑產(chǎn)生出來，達(dá)到目標(biāo)的途徑也不止一條。一般來說，樹形圖包含一切可能的操作及所產(chǎn)生的全部狀態(tài)。問題行為圖和樹形圖的區(qū)別問題行為圖表明人對某個(gè)問題實(shí)際形成的問題空間和實(shí)際進(jìn)行的搜索過程樹形圖則表明全部可能的問題空間和搜索路徑問題行為圖是一種心理空間，而樹形圖是一種邏輯空間，邏輯空間可以轉(zhuǎn)化為心理空間二、問題解決的階段認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，問題解決可以分為4個(gè)階段：1.問題表征2.選擇算子3.應(yīng)用算子4.評價(jià)當(dāng)前狀態(tài)三問題表征對問題解決的影響認(rèn)知心理學(xué)家將信息在頭腦中的呈現(xiàn)方式統(tǒng)稱為表征。問題表征直接影響著問題解決者所考慮的一系列合法、適當(dāng)?shù)牟襟E。如果一個(gè)問題得到了正確的表征，可以說它已解決了一半（Simon，1986）。有時(shí)按常規(guī)方式表征的問題難以求解，但若換一個(gè)角度來表征同一個(gè)問題，問題就迎刃而解了（Simon，1991）。不同的表征有不同的效果。P189被試存在3種不同的表征方式。列表式、網(wǎng)絡(luò)式、矩陣式。列表式是最為簡單的表征形式；網(wǎng)絡(luò)式可將全部項(xiàng)目包括進(jìn)去；矩陣式將項(xiàng)目間的可能與不可能的聯(lián)系都表征進(jìn)來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對這一問題的解決矩陣式表征最為有效。殘缺棋盤問題一個(gè)棋盤有8×8共64個(gè)黑白相間的方格，另有32個(gè)長方塊，每個(gè)長方塊可蓋住棋盤上的兩個(gè)方格，用這32個(gè)長方塊正好可以將棋盤蓋滿，現(xiàn)從棋盤的對角切掉兩個(gè)黑方格，剩下62個(gè)方格，問能否用31個(gè)長方塊恰好蓋住棋盤上剩下的全部62個(gè)方格？許多人不能解決這一問題，是因?yàn)樗麄儾荒茏龀稣_的表征，忽略了棋盤上的方格是黑白相間的這一信息。此外，對一個(gè)問題做出表征不是固定不變的，隨著信息的積累，可以從不適宜的表征轉(zhuǎn)化為適宜的表征。問題表征依賴于人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，也受到注意、記憶和思維等心理過程的制約。問題本身的提法也會(huì)影響到人們對問題做出的表征。心理學(xué)中的蠟燭問題P190第三節(jié)問題解決的策略問題解決是對問題空間進(jìn)行搜索，以找到一條從問題的起始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的通路。要就是要找到一定的算子序列，這個(gè)過程需要策略的引導(dǎo)。策略是人對信息加以操作的辦法、計(jì)劃、方案，它使人的認(rèn)知活動(dòng)成為有組織的有機(jī)的統(tǒng)一體。采用什么樣的策略解決問題，是影響問題解決效率的一個(gè)很重要的心理因素。好的策略，有利于問題的解決。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、算法是解題的一套規(guī)則，它精確地指明解題的步驟。算法總能保證問題一定得到解決。把解決問題的方法一一進(jìn)行嘗試，最終找到解決問題的答案。優(yōu)點(diǎn)：它能夠保證問題的解決。缺點(diǎn)：需要大量的嘗試，因此費(fèi)時(shí)費(fèi)力。當(dāng)問題復(fù)雜、問題空間很大時(shí)，人們很難依靠這種策略來解決問題。有些問題也許沒有現(xiàn)成的算法或尚未發(fā)現(xiàn)其算法。2、啟發(fā)法啟發(fā)法（heuristicmethod）是人根據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)，在問題空間內(nèi)進(jìn)行較少的搜索，以達(dá)到問題解決的一種方法。優(yōu)點(diǎn)：較省時(shí)省力。缺點(diǎn)：啟發(fā)法不能完全保證問題解決的成功。二、幾種重要的啟發(fā)式策略1

手段-目的分析手段-目的分析（mean-endanalysis）是將需要達(dá)到的問題的目標(biāo)狀態(tài)分成若干子目標(biāo)，通過實(shí)現(xiàn)一系列的子目標(biāo)最終達(dá)到總目標(biāo)?；静襟E比較初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，提出第一個(gè)子目標(biāo)；找出完成第一個(gè)子目標(biāo)的方法或操作；實(shí)現(xiàn)子目標(biāo)；提出新的子目標(biāo)。上述步驟循環(huán)往復(fù)，直至問題的解決。手段-目的分析是常用策略，對解決復(fù)雜問題有重要應(yīng)用價(jià)值。傳教士與野人謎題2

逆向工作在解決問題時(shí)，設(shè)置一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)，由此出發(fā)，想出相應(yīng)的步驟退回到當(dāng)前狀態(tài)，在實(shí)際操作時(shí)又反過來，從當(dāng)前狀態(tài)走到目標(biāo)狀態(tài)。如棋手對弈時(shí)給對下“下套子”的策略。3.簡化計(jì)劃法該策略的基本思想是，先拋開某些細(xì)節(jié)而抓住問題解決中的主要結(jié)構(gòu)，把問題抽象成較簡單的形式，然后解決這個(gè)簡單的問題，再從此解決整個(gè)復(fù)雜問題。

第四節(jié)問題解決的計(jì)算機(jī)模擬問題解決的計(jì)算機(jī)模擬就是依據(jù)一定的心理學(xué)理論編寫計(jì)算機(jī)程序來模擬人類解決問題的行為和內(nèi)部認(rèn)知過程，使計(jì)算機(jī)類似于人的方式來解決問題并達(dá)到類似的結(jié)果一、《邏輯理論家》和《通用問題解決者》

1.《邏輯理論家》

1956年由Newell、Shaw和Simon編寫的計(jì)算機(jī)程序，是人類歷史上第一個(gè)模擬人類解決問題的計(jì)算機(jī)程序。它可以模擬人證明符號邏輯定理的思維活動(dòng)。

2.《通用問題解決者》

1958年開始，Newell、Shaw和Simon繼續(xù)研制模擬人類解決問題的另一計(jì)算機(jī)程序,簡稱GPS。Z主要依據(jù)手段目的分析策略編寫。其內(nèi)部知識(shí)是以產(chǎn)生式來表征的。一個(gè)產(chǎn)生式由條件和行動(dòng)兩部分組成。二、計(jì)算機(jī)模擬的貢獻(xiàn)與存在的問題