Aula 6 Modelos Cognitivos

Modelos Cognitivos Aula 6 Modelo Humano de Processamento

Pedro Silva [email protected]

INTRODUÇÃO Sumário da aula anterior: Analise de tarefas Etapas Storyboard Protótipo Modelo Humano de Processamento Subsistema de Percepção Visão Audição Tacto Subsistema Motor

Modelo Humano de Processamento Lei de Fitts Tempo para atingir um alvo no ecrã Depende do tamanho do alvo e da distância T = a + k log (Dist/Size + 1) Alvos devem ser suficientemente grandes e estar suficientemente próximos Exemplo do pie menu vs. linear menu

Sistema Cognitivo Sistema Cognitivo –Memória Sensorial –Memória Curta Duração (STM) –Memória Longa Duração (LTM) Modelos de representação Armazenamento, esquecimento,recuperação Testes de memória Raciocínio Solução de problemas

Sistema Cognitivo A maioria das nossas actividades baseam-se na memória A Memória guarda o nosso conhecimento factual e o conhecimento de acções ou procedimentos. Dá-nos o sentido de identidade – preserva informação de experiências do passado.

Sistema Cognitivo 102_004_T

Memória Há 3 tipos de memória: Sensorial Curto-prazo STM Longo-prazo LTM Selecção de estímulos governada pelo nível de vigilância.

Sistema Cognitivo Memória sensorial Buffers para estímulos recebidos através dos sentidos – Memória icónica: estímulos visuais – Memória onomatopaica: estímulos auriculares – Memória háptica: estímulos tácteis Exemplos – “sparkler” trail – Som stereo Continuamente sobre-escrito

Sistema Cognitivo Memória de curto prazo (short-term memory - STM) Repositório para relembrança temporária – acesso rápido ~ 70ms – decaimento rápido ~ 200ms – capacidade limitada - 7± 2 chunks Chunks de Informação Grupos de informação – Ex. 351213100289 -> 351 21 3100 289 O agrupamento de informação – Aumenta a capacidade da STM – Optimiza a utilização da STM Podem usar padrões, para facilitar a lembrança – Ex. Nº de telefone, palavras conhecidas

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Sistema Cognitivo 100_028_T

Memória de longo prazo (Long-term memory, LTM) Repositório de todo o nosso conhecimento – acesso lento ~ 1/10 segundos – decaimento lento, se qualquer – capacidade enorme e ilimitada Dois tipos – episódica – memória em série de eventos – semântica – memória estruturada de factos, conceitos, habilidades LTM semântica derivada de LTM episódica

Sistema Cognitivo Memória de longo prazo(cont.)

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Estrutura de memória semântica – fornece acesso a informação – representa relações entre bits de informação – suporta inferência Modelo: rede semântica – herança – nós filhos herdam propriedades dos nós pais – relações explícitas entre bits de informação – suporta inferência através de herança

Sistema Cognitivo LTM - rede semântica

Conhecimento sobre cães

Sistema Cognitivo Modelos de LTM - Frames Informação organizada em estruturas de dados Slots na estrutura preenchidos com valores para cada instância de dados Relações tipo-subtipo

Sistema Cognitivo Models of LTM – Scripts Modelo de informação estereótipa necessária para interpretar situação Script tem elementos que podem ser instanciados com valores de contexto

Sistema Cognitivo Models of LTM - Regras de produção Representação de conhecimento procedimental. Regras condição/acção if condição é satisfeita then usa-se regra para determinar acção.

Sistema Cognitivo Processos da LTM

Existem 3 actividades principais relacionadas com a LTM 101_078_T

–Armazenamento da informação – Esquecimento –Recuperação de informação

Sistema Cognitivo LTM - Armazenamento de informação Repetição – Informação move-se de STM para LTM Hipótese de tempo total – quantidade retida é proporcional ao tempo de repetição Distribuição de efeito prático – optimizado pela dispersão da aprendizagem ao longo do tempo Estrutura, significado e familiaridade – informação mais fácil de lembrar

Sistema Cognitivo LTM - Esquecimento – informação é perdida gradualmente, mas muito lentamente Interferência – nova informação substitui a antiga: interferência retroactiva exº: ao trocar de nº de telemóvel, é difícil lembrar-se do nº antigo – informação antiga pode interferir com a nova: inibição proactiva exº: ir para a casa antiga em vez da nova assim não podemos esquecer que toda a memória é selectiva… … afectada pela emoção – pode subconscientemente `escolher' esquecer

Sistema Cognitivo LTM – recuperação Relembrança – informação reproduzida pela memória pode ser assistida por pistas ou deixas; por exemplo, categorias, imagens, etc. Reconhecimento – informação dá conhecimento que foi visto anteriormente – menos complexo que relembrança- informação é a pista

Sistema Cognitivo

Pensamento

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Raciocínio dedução, indução, abducção Resolução de Problemas

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Raciocínio Dedutivo Dedução: – deriva logicamente da conclusão a partir de premissas. p.ex. Se é sexta-feira, então iremos trabalhar É sexta-feira. Portanto, iremos trabalhar. Conclusão lógica não necessariamente verdadeira: p.ex. Se está a chover, então o solo está seco Está a chover. Portanto, o solo está seco.

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Dedução (cont.) Quando a verdade e a validade lógica chocam… p.ex. Algumas pessoas são bébés Alguns bébés choram Inferência - Algumas pessoas choram Correcto? Pessoas têm em conta o conhecimento que têm do mundo

Sistema Cognitivo Raciocínio Indutivo Indução: – generaliza de casos conhecidos para casos não conhecidos p.ex. Todos os elefantes que temos visto têm tromba. Portanto todos os elefantes têm tromba. Não-fiável: – Podemos só provar a falsidade, não a verdade … mas é útil! Os seres humanos não são bons no uso da evidência negativa p.ex. Cartas de Wason.

Sistema Cognitivo

Sistema Cognitivo Raciocínio abductivo Raciocínio do evento para a causa p.ex. Pedro conduz rapidamente quando bêbado. Se vir o Pedro a conduzir rapidamente, assumo que ele está bêbado. Não-fiável: – Pode levar a descrições falsas

Sistema Cognitivo Resolução de problemas Processo de encontrar uma solução para uma tarefa não-familiar usando conhecimento prévio. Várias teorias. Teoria de Gestalt todo ≠ soma das partes http://pt.wikipedia.org/wiki/Gestalt

Sistema Cognitivo Resolução de problemas (cont.) Teoria do espaço de problemas – espaço de problemas compreende estados do problema – Resolução de problemas envolve a geração de estados com operadores válidos – heurística pode ser empregue para seleccionar operadores p.ex. análise meios-fins – opera dentro do sistema de processamento de informação humana p.ex. limites da STM etc. – Largamente aplicada à resolução de problemas em áreas bem definidas p.ex. puzzles em vez de áreas intensivas de conhecimento

Sistema Cognitivo Resolução de problemas (cont.) Analogia – mapeamento analógico: problemas novos num novo domínio? usa conhecimento de problema similar em domínio similar – mapeamento analógico difícil se os domínios são semanticamente diferentes Aquisição de conhecimentos especializados – actividade especializada é caracterizada por aglomeração muita da informação é aglomerada para optimizar STM – é conceptual em vez de um agrupamento superficial de problemas – informação é estruturada mais eficientemente

Sistema Cognitivo Erros e modelos mentais Tipos de erro lapsos – intenção correcta, mas falha em fazer algo correctamente – causas: pobre competência (skill) física, falta de atenção, etc. – alteração de comportamento especializado (skilled) pode causar um lapso erros (mistakes) – intenção errada – causa: compreensão incorrecta seres humanos criam modelos mentais para explicar comportamento. if errado (diferente do sistema real) erros podem ocorrer

Sistema Cognitivo O Modelo de Processamento Humano de Card

Sistema Cognitivo Modelos Cognitivos da IHM O Modelo de Processamento Humano de Card Os Métodos de Avaliação GOMS - Objectivos, Tarefas e Acções - O Modelo KLM O Modelo de Interacção de Norman - Os Golfos de Execução e Avaliação Princípios e Heurísticas da Interacção Homem-Máquina

Sistema Cognitivo Memórias e Processadores no MPH de Card O MPH é baseado num conjunto de parâmetros que descrevem as memórias e os processadores. Para as memórias: - μ - A capacidade de armazenamento (em itens); -σ - O tempo de declínio de um item; - k - O tipo de codificação (física, acústica, visual, semântica, etc.); Para os processadores: - t - O tempo de ciclo; Estes parâmetros podem ser estimados experimentalmente de acordo com as características fisiológicas dos seres humanos.

Sistema Cognitivo Algumas Estimativas de Parâmetros para o MPH de Card

Sistema Cognitivo Os Princípios de Operação do MPH de Card • P0. O Ciclo de Reconhecimento Acção do Processador Cognitivo Em cada ciclo do processador cognitivo, o conteúdo da memória de trabalho inicia acções associativamente ligadas à memória de longa duração, estas acções por sua vez modificam o conteúdo da memória de trabalho. •

P1. O Princípio da Proporcionalidade da Variação do Processador Perceptual O tempo de ciclo do processador perceptual (t p ) varia inversamente com a intensidade dos estímulos.

• P2. O Princípio da Especificidade da Codificação As operações de codificação, executadas sobre o que é perceptível, determinam o que é armazenado; o que é armazenado determina quais as “pistas” efectivas para a recuperação do que está armazenado. • P3. O Princípio da Discriminação A dificuldade de recuperação da memória é determinada pelos candidatos que nela existem, em relação às “pistas” de recuperação

Sistema Cognitivo

Sistema Cognitivo

Sistema Cognitivo Objectivos, Tarefas e Acções

Sistema Cognitivo Objectivo - Um objectivo pode ser definido como o estado do sistema que o humano pretende alcançar. - Um objectivo ou tarefa externa pode ser atingido utilizando algum instrumento, método, agente, ferramenta, técnica, competência, ou de uma forma geral, um dispositivo que permite a alteração do estado do sistema. Tarefa - Uma tarefa (ou tarefa interna) é definida como o conjunto das actividades necessárias, ou julgadas necessárias, para atingir um objectivo utilizando um determinado dispositivo. - Uma tarefa é assim uma sequência estruturada de acções sequenciais que um humano tem que executar (ou julga que tem que executar) de forma a atingir um objectivo. Acção - Uma acção é uma tarefa interna que não involve resolução de problemas ou alguma componente de estrutura de controlo

Sistema Cognitivo O Modelo GOMS GOMS - Goals, Objects, Methods and Selection Rules Método Quantitativo baseado no Modelo de Processamento Humano de Card. - KLM - Keystroke Level Model (KLM) Keying - K = 0.2 s Digitação no teclado - o tempo que leva um utilizador a carregar no teclado Pointing - P = 1.1 s Apontar - o tempo que leva um utilizador a apontar uma posição no ecrã Homing - H = 0.4 s Recuperação - o tempo que um utilizador leva a mover a mão do teclado para o dispositivo de controlo do apontador Mentally Preparing - M = 1.35 s Preparação mental - o tempo que o utilizador leva a preparar mentalmente a próxima acção Responding - R Resposta - o tempo que um utilizador deve esperar pela resposta do computador

Sistema Cognitivo Heurísticas do Modelo KLM Heurísticas para Colocação de Operadores Mentais - Regra 0 - Inserção Inicial de Operadores Candidatos M Inserir Ms antes de todos os Ks. Inserir Ms antes de todos os Ps que seleccionam comandos mas não nos que apontam para argumentos desses comandos. - Regra 1 - Remoção de Ms Antecipados Se um operador a seguir a um M é completamente antecipado num operador anterior a esse M, então remover o M. Exemplo: mover o rato com a intenção de carregar no botão: PMK=PK - Regra 2 - Remoção de Ms dentro de unidades cognitivas Se uma sequência de Ms forma uma unidade cognitiva, então remover todos os Ms excepto o primeiro. Uma unidade cognitiva é uma sequência contígua de operadores K que formam um comando ou um argumento. Exemplo: Y, move, Helen of Troy, 4564,23

Sistema Cognitivo Heurísticas para Colocação de Operadores Mentais (cont.) - Regra 3 - Remoção de Ms anteriores a terminadores consecutivos Se K é um delimitador redundante no fim de uma unidade cognitiva, por exemplo um delimitador de um comando imediatamente a seguir ao delimitador do seu argumento, então remover o M. - Regra 4 - Remoção de Ms que são terminadores de comandos Se K é um delimitador que segue uma sequência constante então apagar o M em frente. Mas se o K é um delimitador para uma sequência de argumentos ou alguma sequência que pode variar, manter o M em frente. - Regra 5 - Remoção de Ms sobrepostos Não contar com um M que se sobrepõe a um R Exemplo: um tempo de espera em que o utilizador aguarda uma resposta do utilizador

Sistema Cognitivo Exemplo de Aplicação do KLM - Mover a mão para o rato H - Apontar para o botão apropriado HP - Clicar no botão de rádio HPK - Mover a mão novamente para o teclado HPKH - Digitar a temperatura HPKHKKKK - Digitar Enter HPKHKKKKK

Sistema Cognitivo Exemplo de Aplicação do KLM Aplicação das Heurísticas - Aplicando a Regra 0 HMPMKHMKMKMKMKMK - Aplicando a Regra 1 (PMK=PK) HMPKHMKMKMKMKMK - Aplicando a Regra 2 HMPKHMKKKKMK -

O M antes do último K tem que ser mantido pela Regra 4 e as regras 3 e 5 não se aplicam neste exemplo

- Substituindo os operadores pelos valores esperados 0,4+1,35+1,1+0,2+0,4+1,35+4*(0,2)+1,35+,2=7,15s - No caso em que a conversão já está correctamente seleccionada o método é: MKKKKMK = 3,7s - Como ambas as conversões são equiprováveis: (7,15+3,7)/2=5,4s Outras Alternativas

Sistema Cognitivo Outras Alternativas