第七节问题解决

一、定义

问题解决：一种重要的思维活动，在人们的实际生活中，占有特殊地位；突出地表明了人心理活动的智慧性与创造性。其中，影响较大的理论，是联想理论与格式塔理论。

联想理论：将问题解决过程，看作一种联想学习过程，带有渐进的性质。在这个学习过程中，适宜的联系，得到建立并通过强化而巩固；具有尝试-错误的方式。

格式塔理论：强调问题情境结构的重要性，认为问题解决，是形成问题情境新的结构，即，把握问题情境中事物的关系，是以突然的方式实现的，表现为顿悟。

1956、1958、1959年，西蒙、纽厄尔与肖，首先提出了，计算机模拟人的问题……（人工智能）解决理论。把问题解决过程，看作对问题空间的搜索过程，以找到一条从问题起始状态达到目标状态的通路；这个理论，成为了认知心理学关于问题解决的主导看法。

二、问题与问题解决：

问题解决：目的指向性的认证的操作序列。

第一株、问题的心理学描述：问题含有三个基本成分-------给定，一组已知的关于问题条件的描述，即问题的起始状态。目标，关于构成问题结论的描述，即问题要求的答案或者目标状态。障碍，正确的解决方法，不是直接显而易见的，必须间接通过一定的思维活动才能找到答案，达到目标状态

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，例如，类推问题。

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。

排列问题：给予所需的成分，而问题解决者，必须以一定的方式排列它们，以达到规定的目标状态；例如，密码算题。

问题解决的特征：三个基本特征；必须符合这三个特征，才能算作问题解决。

目的指向性，问题解决具有明确的目的性，问题解决活动，必须是目的指向的活动，总是达到某个特定的终结状态。

操作序列，问题解决必须包括心理过程的序列。

有的活动虽然具有明确的目的性，但是不能被认为是问题解决，回忆朋友的电话号码……

认知操作，问题解决的活动必须由认知操作来进行。

打领结与发扑克牌……没有认知操作的参与。

它强调问题解决，是一种有目的的复杂的思维活动，包括系列的认知操作阶段。

第二株、问题解决有两种类型：创造性问题解决和常规问题解决，它们可以被认为-------一个连续体的两端，其间,常有常规性与创造性的连续变化。

1、定义

创造性问题解决：要求找到新方法的问题解决。

常规问题解决：使用现成方法的问题解决。

2、问题解决过程

2、1、问题空间和问题解决：

2、1、1、问题空间：

问题解决的一个基本范畴；问题解决者，对一个问题所达到的全部认识状态。人要解决问题，必须先要理解问题，对它进行表征，即，构成问题空间。

人在问题解决过程中，所达到的全部状态（包括算子），称为问题空间或者状态空间，将任务领域转化为人的问题空间，就实现了对问题表征和理解。人对问题的内部表征。

问题空间，不是作为现成东西随着问题而提供给人的，问题解决者，要利用问题包含的信息和已存储的信息，主动地构成它。人的知识经验，影响问题空间的构成。对同一问题，不同的人，可以形成不同的问题空间。对同一个人来说，在问题得到解决以前，问题空间也在变化。人面对不同问题形成不同问题空间；形成适宜的问题空间。

问题空间是否适宜？对问题解决，有直接影响。

2、1、2、问题解决：应用各种算子，来改变问题的起始状态，使之转变为目标状态-------解决问题的过程。

问题类型和内容可以不同，但解决问题的过程，总是这样。

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。所表明的人的问题空间，是从人解决问题的实际行为得到的，是心理空间。

树形图：搜索树，象一棵倒置的树，从作为树干的起始状态，引出一些分枝，这样画出的树形图，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-------表明全部可能的问题空间和搜索路径。

人对某一个问题，形成的问题空间，事实上，只是树形图的一部分。树形图所表示的问题空间，是基于对问题解决的逻辑分析或者算法而得到的，它是一种逻辑空间或者算法。这两种空间可以紧密联系。逻辑空间，可以转化为心理空间。对两者进行比较分析，可以更好地了解问题解决的过程。

2、1、3、问题解决的阶段：

问题表征：问题解决者，将任务领域，转化为问题空间，实现对问题的表征与理解。

选择算子：问题解决阶段，问题解决者，选择用来改变问题起始状态的算子。算子与问题空间的构成联系着，易于得到；有些算子，需要选择。

问题的解决，需要应用一系列的操作或者算子，究竟选择哪些算子，将它们组成什么样的序列？这些，依赖于人采取哪些问题解决方案或者计划。

问题解决策略：问题解决的方案、计划或者办法，决定着问题解决的具体步骤。选择算子与确定问题解决策略，密不可分。问题解决，总是由一定策略，来引导搜索的，可以将选择算子阶段，同时看作，确定问题解决策略阶段。

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者当前状态，使之逐渐接近并达到目标状态。这个阶段，也是策略执行阶段。

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、问题是否已得到解决等作出评估。在问题解决之前，这种评估，起着重要的作用。经过评估，可以更改算子或者策略，甚至，对问题的起始状态和目标状态重新进行表征，使问题空间，发生剧烈的变化。

2、1、4、问题表征对问题解决的影响

对问题作出什么样的表征，这种表征是否适宜？对问题解决有重大的直接影响。

如果问题得不到适宜的表征，那么问题，就难以解决或者无法解决。对问题作出的表征，不是固定不变的，在问题解决过程中，随着信息积累，可以从不适宜的表征，过渡到适宜的表征。

问题的表征，依赖于人的知识经验，也受注意、记忆和思维等心理过程的制约。问题本身，对人作出的表征，也有影响。问题本身，也被称为问题的表征；这种表征，对一个问题解决者来说，是一种外部的或者客观的表征，不同于问题解决者，对此问题所形成的表征。

心理表征：内部的主观表征。

问题的外部表征形式，对人形成什么样的内部表征，有重要的作用。

第三株、问题解决的策略：算法与启事法，两类性质不同的问题解决策略。

1、问题解决：对问题空间进行搜索，找到一条，从问题的起始状态到目标状态的通路，就是要找到一定的算子序列。搜索或者选择算子，要靠策略的引导。

2、算法：解题的一套规则，它精准地指明了解题的步骤；不一定都有公式的形式。严格地说，搜索树，所表明的问题空间，是算法空间。根本的特点：总能保证问题一定得到解决。算法，不能取代启发法。

3、启发法：凭借经验的解题方法，也称经验规则。不能保证问题一定得到解决，但常常有效地解决问题。

算法不能取代启发法的探究：

不能肯定所有问题，都有自己的算法。有些问题，也许没有算法，或者尚未发现其算法。一些问题虽有算法，但应用启发法，能够解决得更快。许多问题的算法，过于繁杂，往往需时过多，实际上无法应用。现在，一个极有影响的看法认为，人类解决问题，特别是解决复杂问题，主要是应用启发法。

4、几种重要的启发式策略：

手段-目的分析，是从问题的起始状态或者当前状态出发，逐步接近并达到目标状态（正向工作法）；核心，发现问题的当前状态与目标状态的差别，应用算子，来缩小这种差别。换句话说，就是将需要达到的问题目标状态或者总目标，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。是一种有了明确方向、通过设置子目标，来逐步缩小起始状态和目标状态之间差别的策略。必须发现两者之间的最重要差异。在实现一个子目标时，会产生其他一些子目标，在记忆中，保持这些子目标及其联系，对顺利进行分析是非常重要的；是一种不断减少当前状态与目标状态之间的差别，而逐步前进的解题策略。

两种分析方式：把当前状态转化为目标状态；寻找消除差别的算子。

逆向工作……考虑目标与实现目标，需要哪些算子。逆向工作解几何体有效。

手段-目的分析，必须考虑目标与当前状态的差异，逆向工作不用考虑；逆向工作，能够较快地解决问题。如果从起始状态出发，达到目标的途径，有多种，一般用手段-目的分析，能较好地解决问题。

计划：在解决问题中，人们，常先抛开某些方面或者部分，而抓住一些主要结构，把问题抽象成较简单的形式，先解决简单的问题，然后，利用解答，来帮助或者指导更为复杂的整个问题的解决，这种启发法，被称为计划或者简化计划。

第四株、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，来模拟人解决问题的行为和内部认知过程，使计算机以类似于人的方式，来解决问题并达到类似的结果。

把人脑与计算机类比，把心理活动，看作信息加工过程，主张对心理活动进行计算机模拟，以检验和发展心理学理论。这个观点，在认知心理学问题解决研究中，表现最为突出。

1、《逻辑理论家，简称：LT》和《通用问题解决者，简称：GPS》：

1956年，西蒙、纽厄尔与肖，成功地编写了第一个模拟人解决问题的计算机程序《逻辑理论家》；它不仅是实际上第一个成功的人工智能系统，而且是实际上第一个启发式计算机程序。它依据人解决问题的启发法，主要是用逆向工作策略来编写的。西蒙认为，这是认知心理学兴起的一个重要事件。

《逻辑理论家》，开辟了人工智能这个新的科学领域，为认知心理学，开创了新的独特的研究方法。

1958、1959年，西蒙、纽厄尔与肖，研制了《通用问题解决者》,也是启发式程序，主要采用手段-目的分析策略编写的。这个人工智能系统，包含着一个长时记忆即知识库，储藏着各种有关知识和使用这些知识的算子，及一个短时记忆或者工作记忆，以串行方式对信息进行各种操作。这个系统的内部知识，是以产生式来表征；一个完整的产生式系统与一个问题解决的程序，是对应的。

2、计算机模拟的贡献与存在的问题：获得的成就，不仅对人工智能的发展，有直接的重要价值，而且证明了一些心理学理论，促进了心理学对人的问题解决的研究，提高了对某些环节的认识。

2、1、计算机模拟发现：计算机对问题的理解和构建一个问题空间的起始过程，主要依赖于将当前问题与以前问题作类比，把它看作过去解决过的类似问题的同构物。人，却极少能看到这种相似性。

2、2、计算机模拟，推动了对知识库和策略的研究。知识库的有关知识较大，则问题解决各阶段的信息加工，也较容易；可以迅速地形成更多和更大的组块，来输入长时记忆，有效地抵抗干扰。对于各种问题解决策略的启发法，现在，也发现得更多了，并发现了短时记忆的有限容量，对策略的选择和应用，有极大影响。

2、3、计算机模拟的突出贡献：引出产生式概念。产生式或者产生式系统，将问题解决中的一些认知活动，加以形式化。它所具有的“条件-行动”的一般形式，或者“若……则……”的抽象形式，适用于不同的内容和不同性质的问题，成为在问题解决中，对选择算子进行控制的一般机制。在对问题解决中，正确地识别条件，起着重要的作用，也是正确应用算子的前提。问题解决过程，就成为获得与应用，一定的产生式系统的过程。产生式概念，为问题解决研究，为整个思维、学习的研究，提出了新的思路。

作为认知心理学一个特殊的研究方法，计算机模拟，有其特别重要的意义。以问题解决来说，计算机模拟，把问题解决过程中，一些因素或者单元综合起来，重建了这个过程；这就克服了过去实验心理学，以分析为主的做法，而为整体上了解决问题、解决认知过程，开辟了一条道路。

尽管存在一些问题，计算机程序，具有严密的逻辑性和确定性，对揭示问题解决内部机制的作用，是其他手段不可取代的。任何忽视计算机模拟的看法，对认知心理学的发展，都会产生不利的影响。

3、最重要的问题：

依据一定的心理学理论，编写计算机程序，来模拟人解决问题的行为和内部认知过程，使计算机以类似于人的方式，来解决问题并达到类似的结果。把人脑与计算机类比，把心理活动，看作信息加工过程，主张对心理活动进行计算机模拟，以检验和发展心理学理论。这个观点，在认知心理学问题解决研究中，表现最为突出。

如何价评计算机完成任务的方式，与人的方式是相似的？

两者，在问题解决过程中，所采取的具体步骤和操作规则，未必如此相似。

一方面，计算机模拟，几乎都以心理实验的口语记录为依据。口语记录，即使是出声思考的即时性记录，也只涉及反映在人的意识中的那些操作和步骤，但人在问题解决中，所进行的操作，是否局限于这些步骤，是有疑问的。

另一方面，实际上，即使依据一个明确的心理学理论，来编写计算机程序，也会发生程序不能运行，必须加以修改的情况。待修改以后，程序才能运行，但有时，是不清楚为什么经过修改后的程序，可以运行，其工作过程是怎样的？这给评价模拟，带来困难。

再则，计算机的操作，是以严格的串行方式进行的，人的口语记录，也反映了此点；人的实际思维活动，也许并不如此。这是涉及整个心理学的一大争议问题。同时，人具有大量的背景知识，使问题解决，有很高的灵活性，而这是计算机，所没有的。

此外，人在问题解决过程中，总是有某种动机的，而且伴有一定的情感情绪。人的情感情绪与动机等，对问题解决，有重要影响，可对认知过程起着引导、选择或者控制的作用。现在，问题解决的计算机模拟，是撇开这些因素的。这样似乎就难说，计算机与人完成任务的方式，是相似的了。

零基础学习心理学与人工智能