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算機模型第一節(jié)問題與問題解決心理學對問題解決的研究歷程

嘗試錯誤說頓悟說信息加工說1、嘗試錯誤說美國心理學家桑代克（E.L.Thorndike，1874-1949）提出嘗試錯誤說桑代克制作了多種迷箱和迷津用貓進行迷籠實驗桑代克認為，問題解決是一種嘗試-錯誤（trialanderror）的過程，帶有漸進的性質(zhì)動物，至少低等動物并未在問題解決中表現(xiàn)出進行推理，其行為完全可用嘗試-錯誤加以說明人類在解決問題中也有嘗試-錯誤現(xiàn)象2、頓悟說格式塔心理學提出頓悟說。頓悟說認為，問題解決要求看出問題情境中的各種關系，而對這種關系的理解是突然產(chǎn)生的，既出現(xiàn)頓悟（insight），問題解決是通過頓悟而實現(xiàn)的。德國心理學家苛勒（WolfgangK?hler，1887-1967)對黑猩猩的思維進行了長達7年的研究。黑猩猩突然對問題情境中的關系有了理解，由于頓悟而解決了問題?？晾詹煌鈬L試-錯誤說，認為桑代克安排的實驗使動物看不到整個問題的情境，因而出現(xiàn)嘗試-錯誤現(xiàn)象，否則是不會出現(xiàn)的?？晾照J為，動物解決問題的過程并不是嘗試錯誤的過程，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。格式塔心理學還認為，人也是通過頓悟來解決問題的。3、信息加工說認知心理學用信息加工觀點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算機問題解決的過程進行類比，用計算機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?shù)穆窂降竭_目標狀態(tài)的過程，即在問題空間進行搜索的過程。

一、問題的心理學描述認知心理學家們認為，所有的問題都包含有3個基本的成分：給定：問題的起始狀態(tài)；目標：問題要求的答案或目標狀態(tài)；障礙：給定與目標之間的隔閡物，通過思維可以尋找解決的方法問題的類型1.歸納結構問題：如123834656？2.轉換問題：給予一個最初的狀態(tài)，而問題解決者必須發(fā)現(xiàn)一系列到達目標狀態(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，以達到規(guī)定的目標狀態(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）、目標狀態(tài)（goalstate）以及由初始狀態(tài)如何到達目標狀態(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，人們不僅要考慮自己的解題活動，而且這種活動還要受對手解題活動的影響。非對抗性問題（non-adversaryproblem）非對抗性是指在解決問題時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的知識，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的經(jīng)驗，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.認知操作問題解決的特征1、目的指向性問題解決活動必須是目的指向的活動，它總要達到某個特定的終結狀態(tài)。2、操作序列問題解決必須包括心理過程的序列3、認知操作問題解決的活動必須由認知操作來進行安德森認為問題解決是目的指向性的認知操作序列。一項活動必須同時符合這3條標準才可稱為問題解決。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知心理學將問題解決看做是對問題空間進行搜索的過程。

問題空間是問題解決者對一個問題所達到的全部認識狀態(tài)。問題表征的四個因素：問題的初始狀態(tài)目標狀態(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經(jīng)驗和各種心理過程的制約。設在下列加法算式中，有10個不同的字母，每個字母分別代表0至9的一個數(shù)碼?，F(xiàn)已知字母D=5，要求找出每一個字母所代表的一個數(shù)碼，運用通常的加法規(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，逐一解決這些子目標，體現(xiàn)出解決問題的一定計劃和策略。問題解決受人的知識經(jīng)驗和各種心理過程的制約。從圖9-3可見，問題解決過程是錯綜復雜的，交織著成功與失敗。對熟悉密碼計算的人，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行搜索所產(chǎn)生的各種中間狀態(tài)，直至目標狀態(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，達到目標的途徑也不止一條。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問題實際形成的問題空間和實際進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，邏輯空間可以轉化為心理空間二、問題解決的階段認知心理學認為，問題解決可以分為4個階段：1.問題表征2.選擇算子3.應用算子4.評價當前狀態(tài)三問題表征對問題解決的影響認知心理學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?shù)牟襟E。如果一個問題得到了正確的表征，可以說它已解決了一半（Simon，1986）。有時按常規(guī)方式表征的問題難以求解，但若換一個角度來表征同一個問題，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)絡式、矩陣式。列表式是最為簡單的表征形式；網(wǎng)絡式可將全部項目包括進去；矩陣式將項目間的可能與不可能的聯(lián)系都表征進來。實驗結果表明，對這一問題的解決矩陣式表征最為有效。殘缺棋盤問題一個棋盤有8×8共64個黑白相間的方格，另有32個長方塊，每個長方塊可蓋住棋盤上的兩個方格，用這32個長方塊正好可以將棋盤蓋滿，現(xiàn)從棋盤的對角切掉兩個黑方格，剩下62個方格，問能否用31個長方塊恰好蓋住棋盤上剩下的全部62個方格？許多人不能解決這一問題，是因為他們不能做出正確的表征，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化為適宜的表征。問題表征依賴于人的知識經(jīng)驗，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影響到人們對問題做出的表征。心理學中的蠟燭問題P190第三節(jié)問題解決的策略問題解決是對問題空間進行搜索，以找到一條從問題的起始狀態(tài)到達目標狀態(tài)的通路。要就是要找到一定的算子序列，這個過程需要策略的引導。策略是人對信息加以操作的辦法、計劃、方案，它使人的認知活動成為有組織的有機的統(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行嘗試，最終找到解決問題的答案。優(yōu)點：它能夠保證問題的解決。缺點：需要大量的嘗試，因此費時費力。當問題復雜、問題空間很大時，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，在問題空間內(nèi)進行較少的搜索，以達到問題解決的一種方法。優(yōu)點：較省時省力。缺點：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）是將需要達到的問題的目標狀態(tài)分成若干子目標，通過實現(xiàn)一系列的子目標最終達到總目標。基本步驟比較初始狀態(tài)和目標狀態(tài)，提出第一個子目標；找出完成第一個子目標的方法或操作；實現(xiàn)子目標；提出新的子目標。上述步驟循環(huán)往復，直至問題的解決。手段-目的分析是常用策略，對解決復雜問題有重要應用價值。傳教士與野人謎題2

逆向工作在解決問題時，設置一個目標狀態(tài)，由此出發(fā)，想出相應的步驟退回到當前狀態(tài)，在實際操作時又反過來，從當前狀態(tài)走到目標狀態(tài)。如棋手對弈時給對下“下套子”的策略。3.簡化計劃法該策略的基本思想是，先拋開某些細節(jié)而抓住問題解決中的主要結構，把問題抽象成較簡單的形式，然后解決這個簡單的問題，再從此解決整個復雜問題。

第四節(jié)問題解決的計算機模擬問題解決的計算機模擬就是依據(jù)一定的心理學理論編寫計算機程序來模擬人類解決問題的行為和內(nèi)部認知過程，使計算機類似于人的方式來解決問題并達到類似的結果一、《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編寫的計算機程序，是人類歷史上第一個模擬人類解決問題的計算機程序。它可以模擬人證明符號邏輯定理的思維活動。

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算機程序,簡稱GPS。Z主要依據(jù)手段目的分析策略編寫。其內(nèi)部知識是以產(chǎn)生式來表征的。一個產(chǎn)生式由條件和行動兩部分組成。二、計算機模擬的貢獻與存在的問題