Katse-eksituse meetod: definitsioon, ajalugu ja õppimise põhimõtted

Katse-eksituse meetod: selge definitsioon, ajalugu ja õppimise põhimõtted — praktilised näited Thorndike’ist Skinnerini, kuidas korduvad katsed kujundavad käitumist ja õppimist.

Proovimine ja eksimine (katse-eksituse meetod) on üks algelisemaid ja laialdasemalt tuntud strateegiaid probleemide lahendamiseks. Seda iseloomustavad korduvad, varieeruvad katsed ja tagasiside põhised valikud: agent proovib erinevaid lahendusi, jätkab kuni edu saavutamiseni või loobub edaspidisest proovimisest. Tegemist on sageli mittesüstemaatilise lähenemisega, mis ei põhine eelneval teoorial ega keerulisel planeerimisel, vaid juhindub otsesest tagajärjest—mis toimib, seda korratakse, mis ei toimi, jäetakse katsetamata.

Definitsioon ja õppimise põhimõtted

Katse-eksituse aluspõhimõtted võib kokku võtta järgmiselt:

• Variatsioon: kasutatakse mitut erinevat käitumismudelit või lahendust.
• Valik: alles jäetakse need käitumisviisid, mis tagavad positiivse tulemuse.
• Tugevdamine: positiivne tagajärg suurendab konkreetse käitumise tõenäosust tulevikus.
• Hääbumine (extinction): kui käitumine ei too enam tulemusi, väheneb selle esinemissagedus.

Meetod toimib hästi olukordades, kus on lihtne ja selge tagasiside (õnnestumine või ebaõnnestumine). Samas võib katse-eksitus olla aeglane, ressurssisööv ja viia valekorrelatsioonide või nn superstitiooniliste käitumisteni, kui tagasiside on müstiline või juhuslik.

Ajalooline taust

W. H. Thorpe'i sõnul mõtles selle termini välja C. Lloyd Morgan pärast seda, kui ta oli katsetanud sarnaseid väljendeid "trial and failure" ja "trial and practice". Morgani kaanoni kohaselt tuleks loomade käitumist seletada võimalikult lihtsalt. Kui käitumine näib eeldavat kõrgemaid vaimseid protsesse, võib seda sageli seletada katse ja eksituse õppimisega. Näiteks on tema terjeri Tony oskuslik viis avada aiaväravat, mida keegi, kes näeb lõplikku käitumist, võib kergesti valesti mõista kui mõistlikku tegevust. Lloyd Morgan oli aga jälginud ja salvestanud lähenemiste sarja, mille abil koer oli reaktsiooni järk-järgult ära õppinud, ning suutis näidata, et selle seletamiseks ei ole vaja mingit arusaamist.

Eksperimentaalne uurimine ja teooriad

Edward Thorndike näitas, kuidas juhtida katse ja eksituse eksperimenti laboris. Tema kuulsas eksperimendis pandi kass rea mõistatuskastidesse, et uurida õppimise mõju seadust. Thorndike joonistas õppimiskõverad, mis registreerisid iga katse ajalise kulgemise: katsete käigus vähenes katse läbiviimiseks kuluv aeg ning vigade arv. Tema peamine järeldus—tuntud kui õppetuse seadus või law of effect—oli, et käitumist, mis toob kaasa meeldiva tulemuse, tugevdavad ning kahjulike tagajärgedega käitumine nõrgeneb.

Seda ideed arendas ja täpsustas hiljem B. F. Skinner, kelle töö tõi kaasa operantse konditsioneerimise teooria: käitumist kontrollivad selle tagajärjed ning erinevad tugevdamise skeemid (nt pidev vs osaline tugevdamine) mõjutavad õppimise kiirust ja püsivust. Skinneri eksperimendid rõhutasid, et mitte ainult positiivne tugevdamine, vaid ka karistused ja erinevad ajastusskeemid määravad käitumise kujunemise.

Rakendused

• Loogiline probleemilahendus ja mehaaniliste vigade avastamine (nt seadmete remondis, eksperimentaalses teadustöös).
• loomakoolitus — lihtsate trikkide ja ülesannete õpetamine läbi korduva tugevdamise.
• õpetus ja haridus — paljud praktilised oskused omandatakse proovimise ja parandamise kaudu.
• tehisintellekt ja masinõpe — paljud algoritmid (nt tugevdusõpe, evolutionary algorithms) on inspireeritud katse-eksituse printsiipidest.
• tööstusdisain ja iteratiivne arendus — prototüüpide tegemine, testimine ja parendamine põhineb samal ideel.

Piirangud ja kriitika

• Ebapraktiline keerukate või kõrge kuluga olukordade puhul, kus iga eksimus on kallis või ohtlik.
• Ei selgita sügavaid kognitiivseid protsesse ega sisemist mõistmist — mõnikord on vajalikud abstraktsioonid, planeerimine ja juhendamine.
• võib viia valekorrelatsioonide õppimiseni ja superstitiooniliste käitumiseni, kui tagasiside on juhuslik või viivitatud.
• eetilised piirangud loomakatselaborites ja inimeste eksperimentaalses kasutamises.

Kaasaegne vaade

Tänapäeval mõistetakse katse-eksituse rolli laiemalt: see on üks paljudest õppemehhanismidest, mille kõrval eksisteerivad imitatsioon, juhendatus, mentaalne modelleerimine ja sisemine probleemilahendus (insight learning). Teaduses ja tehnoloogias kasutatakse katse-eksitust teadlikult iteratiivse meetodina — hüpoteesid, testimine, tulemuste analüüs ja mudeli parandamine. Tehisintellektis võimaldab tugevdusõpe agentidel omandada keerukaid poliitikaid läbi korduvate proovide ja tagasiside, kuid sageli kasutatakse selles valdkonnas ka mudelipõhist planeerimist ja sügavõppe meetodeid, et suurendada õppimise efektiivsust ja üldistamist.

Kokkuvõttes on katse-eksituse meetod fundamentaalne ja praktiline õppimis- ning probleemilahendusstrateegia, mille jõud peitub lihtsuses ja otseses tagasisides, kuid mille piirid nõuavad sageli kombineerimist teist tüüpi õppimis- ja planeerimisvõtetega.

Küsimused ja vastused

K: Mis on katse ja eksitus?

K: Kes mõtles välja termini "katse ja eksitus"?

K: Mis on Morgani kaanon?

K: Kuidas on katse ja eksituse õppimine seotud loomade käitumisega?

K: Mida hõlmas Thorndike'i kuulus eksperiment?

K: Mida täheldas Thorndike oma eksperimendi käigus õppimise kohta?

K: Kes täpsustas ja laiendas Thorndike'i tähelepanekuid õppimise ja positiivsete tulemuste kohta?

Otsing