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Intensivkurs: Kognitive Modellierung

Dozenten:

Dr. Marco Ragni und Dipl.-Inf. Felix Steffenhagen

Zeit und Ort:

Montag 16-18 Uhr, Wilhelmstraße (Vorlesung)
Freitag 09-13 Uhr, Wilhelmstraße   (Vorlesung + Übung)

Klausurtermin: Freitag, 05.08.2011, 10 Uhr, Hörsaal Wilhelmstraße

Klausurergebnisse

Inhalte

Kognitive Modellierung ist die zentrale Methodologie der Kognitionswissenschaft, die neben formalen und empirischen Analysen auch die Formulierung einer Theorie als Computerprogramm umfasst. Das Programm soll sich dabei in wesentlichen Aspekten so verhalten wie das menschliche "Original" und mit entsprechenden Resultaten aus empirischen Untersuchungen übereinstimmen.

Wir beginnen mit einfachen Modellen des menschlichen Gedächtnisses und werden anschließend Produktionsregelsysteme als Modellierungsplattform kennenlernen. Der größte Teil der Veranstaltung widmet sich der ACT-R Theorie (Anderson, Bothell, Byrne, und Lebiere, 2002) und deren Anwendungen.

ACT-R ist eine hybride Theorie der Architektur menschlicher Kognition (mit symbolischen und subsymbolischen Repräsentationsformen), auf deren Basis sich Modelle kognitiver Phänomene verschiedenster Art formulieren lassen. Ihre Bausteine ("Adaptive Components of Thought") sind allesamt psychologisch fundiert und schränken die Möglichkeiten der Modellbildung sinnvoll ein. ACT-R Modelle adaptieren an die Anforderungen ihrer Umwelt, indem sie Erfahrungen über Lösungswahrscheinlichkeiten und Kosten von Lösungsalternativen bei der Entscheidungsfindung einbeziehen ("Adaptive Character of Thought-Rational"). Aus ACT-R Modellen lassen sich zudem Echtzeitverläufe kognitiven Verhaltens vorhersagen und mit empirisch gewonnenen Daten von Menschen abgleichen. Die Anwendungen von ACT-R sind vielfältig: sie reichen von kognitionspsychologischen Modellen des Lernens, Gedächtnisses, Problemlösens, der Sprachverarbeitung, Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, über Modelle der Mensch-Computer-Interaktion (HCI) hin zu neuropsychologischen Modellen zur Interpretation von fMRI-Daten.

Aktuelle Implementierungen von ACT-R stellen eine komfortable Entwicklungsumgebung für kognitive Modelle zur Verfügung. Diese soll in den begleitenden Übungen verwendet werden.

Die Veranstaltung richtet sich hauptsächlich an Studierende, die Kognitionswissenschaft als Nebenfach im Magister- oder BA-Studiengang studieren und den Pflichtschein "Kognitive Modellierung" erwerben wollen. Studierende der Kognitionswissenschaft aus anderen Studiengängen (Diplomstudiengänge Psychologie, Informatik usw.) können nach Absprache ebenfalls daran teilnehmen. Vorkenntnisse, wie sie in den beiden Vorlesungen zur Einführung in die Kognitionswissenschaft und den begleitenden Intensivkursen vermittelt werden, insbesondere Kenntnisse empirischer Methoden und der Programmiersprache LISP, sind erforderlich.

 

Materialien


Datum

Thema

Folien

Errata

02.05.11 Organisatorisches  (screen)  (4on1)  
02.05.11 Einführung in die Kognitive Modellierung  (screen)  (4on1)  
09.05.11 Kognitive Architekturen  (screen)  (4on1)  
12.05.11 Einführung in ACT-R  (screen)  (4on1)  
23.05.11 Perceptual, Imaginal, Motor  (screen)  (4on1)  
30.05.11 Perzeption + Interaktion II + Aufmerksamkeit  (screen)  (4on1)  
06.06.11 Sub-Symbolische Verarbeitung  (screen)  (4on1) 06.06. 13.44 Uhr
Foliensatz überarbeitet

20.06. 18.20 Uhr
Folie 31/34, fehlende Logarithmierung
20.06.11 Aktivierung und Kontext  (screen) (4on1)  
27.06.11 Konfliktresolution und Utility Learning  (screen) (4on1)  
11.07.11 Production Compilation  (screen) (4on1)  
18.07.11 Gehirnaktivation und ACT-R  (screen) (4on1)  
25.07.11 Zusammenfassende Wiederholung  (screen) (4on1)  

 

Übungen

 

Datum

Thema

Download
06.05.11 Blatt 1  (pdf)
06.05.11 Kognitive Architekturen zu Blatt 1  (pdf)
16.05.11 Übungsblatt 2  (pdf)
23.05.11 Übungsblatt 3 (Bonusprojekte)  (pdf)
26.05.11 Übungsblatt 4  (pdf)
03.06.11 Übungsblatt 5  (pdf)
24.06.11 Übungsblatt 6  (pdf)
01.07.11 Übungsblatt 7 (Bonusprojekte)  (pdf)
07.07.11 Übungsblatt 8
Musterlösung Aufgabe 3, Utility Learning (pdf)
 (pdf)

 

  • Liste  mit Gruppeneinteilungen (PDF)
  • Musterlösung: Modell zur Abfrage einer allgemeinen Eigenschaft im semantischen Netzwerk
    semantic2.lisp

 

Um sich besser auf die Klausur vorbereiten zu können, bieten wir eine Probeklausur an. Diese  soll Ihnen einen Eindruck von den Aufgaben vermitteln und umfasst nicht unbedingt alle Themenbereiche der eigentlichen Abschlussklausr.


Abgabe der Bonusprojekte:


Der Termin für die Abgabe der Bonusprojekte ist am Freitag, 29.07.2011 bis 23:59:59 Uhr. Die Präsentation und Besprechung der Projekte findet in der Übung am Freitag, den 29.07.2011, statt.


Abgabe:

Die Abgabe der Projekte erfolgt ausschließlich per E-Mail an die Tutorin. Um Ihre Arbeiten so ausführlich wie möglich bewerten zu können, geben Sie bitte sämtliche Dateien und Dokumentation ihres Projekts ab. Dazu gehören:

  • Quellcode-Dateien (ausführlich dokumentiert!)
  • Dokumentation
  • konzeptionelle Dokumente (Diagramme, etc.)


Präsentation:

Wir erwarten von den einzelnen Projektgruppen eine kurze Präsenation ihres Modells (maximal 15 Minuten).

Bitte benutzen Sie dafür keine Präsentationssoftware (Powerpoint, oder ähnliches). Demonstrieren Sie vielmehr Ihre Experimentumgebung und zeigen Sie Ergebnisse, die Ihr Modell produziert. Erläutern Sie den Aufbau des Modells und  notwendige Verarbeitungsschritte. Erläutern Sie weiterhin, inwieweit Experimentergebnisse repliziert werden konnten.

Wir erwarten von den einzelnen Gruppenmitgliedern, das jeder in der Lage ist, zumindest die Konzeption und Aufbau des Modells erklären zu können. Das soll nicht heißen, das Sie jede einzelne Produktion verstehen und erklären sollen, aber in der Lage sind, das Verhalten des Modells und dessen Fehler zu verstehen und erläutern zu können.


Verschiedenes

  • actr-model.lisp
    Beispiel-Template für ein ACT-R Modell. Enthält die grobe Struktur eines Modells und die wichtigsten Code-Sektionen, die für ein Modell notwendig sind.
  • environment-example.lsp 
    Beispiel für eine funktionierende Experimentenumgebung.


Literatur

 

  • Anderson, J. R., Bothell, D., Byrne, M. D., Douglass, S., Lebiere, C., Qin, Y . (2002). An integrated theory of the mind. Psychological Review 11, (4). 1036-1060.
  • Anderson, J. R. & Lebiere, C. (1998). The Atomic components of thought. Lawrence Erlbaum Associates, ISBN 0-8058-2817-6.
  • Taatgen, N.A. & Anderson, J.R. (2008). ACT-R. In R. Sun (ed.), Constraints in Cognitive Architectures. Cambridge University Press, pp 170-185. (PDF)
  • Anderson, J.R. (2007). How can the human mind occur in the physical universe?. Oxford Series on cognitive models and architectures. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-532425-9
  • Newell, Allen (1994). Unified Theories of Cognition. Harvard University Press. Cambridge, MA. ISBN 0-674-92101-1 
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