computersimulation og datalogiens rolle i andre...
TRANSCRIPT
Computersimulation og datalogiensrolle i andre videnskaber
Henrik Kragh SørensenInstitut for Videnskabsstudier, Aarhus [email protected]
Resumé
Undervisningsgangens temaer: Datalogiens betydning i andre videnskaber. Videnska-bens infrastruktur. Afslutning og opsummering. Opsummering på cases. Eksamens-forberedelse.Case(s): Computersimulationer som eksperimenter: (Küppers, Lenhard og Shinn 2006).En etik-case: Therac-25: (Leveson og Turner 1993).
Forelæsning #7, 2009-05-26Datalogiens Videnskabsteori 2009
2
Dagens program
? Meddelelser og spørgsmål
? Sidste gang: Professionsetik
? Datalogi og informationsteori i naturvidenskaberne
? Eksperimenter og computer-ditto
? Opsamling på kursets tematikker
? Eksamensorientering
Meddelelser
? Eksamen 15. til 17. juni→ eksamensorientering sidst i forelæsningen.
? Eksamenstilmeldinger → check! → studerende fra tidligere år: kontakt gerneHenrik.
? Spørgetime (og sikkert også en instruktorøl) fredag 12. juni kl. 13 i auditorium1110-223.
Professionalisering & disciplinaritet
? Professionel vs. amatør.
? Professionel identitet (selvforståelse).
? Afgrænsning fra andre discipliner.
? Indtræden i disciplinen.
? Karriereveje: Professionalisering til hvad? → forskning, arbejdsmarked, . . . .
? Akademisk ballast: Fokus på og i forskningen→ ‘publish-or-perish’→ CUDOS.
? “Techno-science” (mode-2) → skellet mellem samfund og videnskab nedbrydes→ PLACE.
3
Professionel etik og whistle-blowing
? Den enkeltes ansvar i en organisation:
− Ansvar overfor ledelsen (primært),
− Ansvar overfor kunden / klienten,
− Ansvar overfor offentligheden,
− Ansvar overfor sig selv (subjektivt).
? “Whistle blowing” og ytringsfrihed (dilemma):
− Professionelt ansvar,
− Afvejes mod andre (etiske) interesser,
− Konsekvenser af whistle-blowing.
? Igangværende debat om whistle-blowing i dansk of-fentlig administration og privat erhvervsliv.
Case: Loyalitet (husker I Lene?)
Lene er uddannet datalog og ansat i et større dansk firma.
? Lenes firma har vundet en licitation til et stort offentligt elektronisk journalsy-stem. Lene har været med til at udvikle specifikationerne og føler, at den i til-budet angivne sikkerhed imod uhensigtsmæssig (ulovlig) adgang til følsommedata er utilstrækkelig. Hun har nævnt det for sin chef, men han insisterer på, atspecifikationen er, hvad den offentlige kunde har ønsket og betalt for. Hvordanforholder Lene sig? Hvorfor?
? På grund af andre uklarheder i specifikationerne trækker implementationen afjournalsystemet i langdrag. Der opstår især nogle problemer med visse proprie-tære dataformater, som er indeholdt i specifikationen. Lene er en stor OSS-fan oghar været modstander af denne implementation fra starten. Nu bliver hun kon-taktet af en journalist, som har hørt, at forsinkelserne vil fordyre det prestigøseprojekt betragteligt. Hvordan forholder Lene sig? Hvorfor?
Datalogi i det akademiske landskab
? Tidligere om datalogiens indhold, datalogiens historie og universitetets idehisto-rie:
? Datalogi “låner” videnskabelighed fra andre discipliner→matematik, lingvistik,logik, . . . .
4
? Datalogi og computere “hjælper” andre discipliner . . .
− som modelleringsværktøj i naturvidenskaberne → virtuelle laboratorier →irreproducible “eksperimenter”, visualisering (udvidet sansning).
− som “paradigme” i kognitions-videnskaber og lingvistik → kunstig intelli-gens (forskningsprogram), formalisering af teorier, “afprøvning” af teorier.
− som redskab i matematikken→ beviser, eksperimenter, empiri (heuristik).
? Datalogi som paradigme og computere som definerende teknologi.
Turing-maskiner og Turings mænd
5
Informationsteori
? CLAUDE ELWOOD SHANNON (1916–2001) som et om-drejningspunkt på det biografiske niveau:
− Studerede under VANNEVAR BUSH (1890–1974).
− Ansat på Bell Labs under krigen med militærforskning (NDRC).
− Mødte ALAN TURING (1912–1954) og hans 1936-artikel.
− “A Mathematical Theory of Communication”(1948) i Bell System Technical Journal→ kommuni-kationsmodel, bits, information.
− Anvendelser i lingvistik.
− Eksperimenterede med AI: Theseus (1950).
(Shannon 1948)
Modelleringsspørgsmålet
? “Virkeligheden” kan være påmange niveauer fra fysisk virke-lighed til modeller og abstraktesystemer.
? Ontologiske forbindelser mellemobjekter i model og verden?
? Epistemologiske forbindelser?
? Husk diskussionen af Dreyfus ogpsykologisk, epistemologisk, on-tologisk og biologisk antagelseved (traditionel) AI.
6
Eksperimenter: Medawar
? Baconiske: Gå til verden, manipulér den, observér ud-kommet, notér det og lav induktion til teori.
? Aristoteliske: Demonstrér teori.
? Kantianske: Overvej alternative antagelser → tanke-eksperimenter, struktur.
? Galileiske: opstil eksperiment, som på grunlag af teori,skelner skarpt mellem to udkommer→ cruciale ekspe-rimenter, bevis for teori, verifikation→ teoriladet.
Explorative eksperimenter: CoD vs. CoJ
Context of Discovery
Heuristics, Baconian experiment, etc.
Context of Justification
Galilean experiment, ‘proof’, etc.
experimentPhysics etc. Mathematics
7
Computer-eksperimenter og matematik
? Brugen af computere til matematisk udforskning kan have ændret den matema-tiske epistemologi→ ?
? Opbløde skellet mellem “context of discovery” og “context of justification” →heuristik og bevis→ ?
? Forskellige grader af radikale synspunkter→ JONATHAN M. BORWEIN vs. DOR-ON ZEILBERGER→ “Theorems for a price”
? “New experimentalism” → “exploratory experimentation”, “wide instrumenta-tion”, “proofs and experiments”.
Integer relation detection
Algorithm 1 (PSLQ)To detect integer relations, the PSLQ algorithm takes:
Input: Vector of high-precision real numbers (x1, . . . , xn) ∈ Rn.Output: Either
1. a vector of integers (m1, . . . , mn) ∈ Zn \ {0} such that ∑nk=1 mkxk ≈ 0 with high
precision, or
2. a lower bound R such that
∀(m1, . . . , mn) ∈ (Zn \ {0}) ∩ B0(R) :n
∑k=1
mkxk 6= 0.
Zeilberger & Ekhad
PROOF: While this is unlikely to be new, it is also irrelevant whether or not it is new,since such things are now routine, thanks to the package qEKHAD, accompanying [PWZ].Let’s call the left side divided by qm(m−1)/6, Z(m). Then we have to prove that Z0(m) :=Z(3m) equals (−1)m, Z1(m) := Z(3m + 1) equals (−1)m, and Z2(m) := Z(3m + 2)equals 0. It is directly verified that these are true for m = 0, 1, and the general resultfollows from the second order recurrences produced by qEKHAD. The input files inZ0,inZ1, inZ2 as well as the corresponding output files, outZ0, outZ1, outZ2 can be obtainedby anonymous ftp to ftp.math.temple.edu, directory pub/ekhad/sasha. The packageqEKHAD can be downloaded from http://www.math.temple.edu/~zeilberg.
(Ekhad og Zeilberger 1996, p. 2) in Electronic Journal of Combinatorics.
8
Computer-simulation: en ny videnskab?
? Våde og tørre laboratorier: Eksperimenter, man ikke kan eller ikke vil udføre“live”.
− Farlige eksperimenter→ tænk på nuklear-simulationer (fx i Manhattan pro-jektet).
− Dyre eksperimenter eller ‘tvivlsomme’ eksperimenter → beregningskemi imedicinalindustrien, bioinformatik.
? Hvilke udfordringer stiller det til vores tænkning om eksperiment? Hvilke udfor-dringer stiller det til vores tænkning om teori. → Tilbage til modelleringsspørgs-målet!
? Simulation af ikke-testbare eksperimenter→ fx klimaforskning→modelbygningi en teori-underdetermineret situation→ eksperimenteren med modellen→ for-udsigelser→ vurderingskriterier?
Opsamling: Simulation og eksperimenter
? Eksperimenter og naturvidenskab→ forskellige roller.
? Klassisk anses eksperimenter for at “teste teorier”→ “cruciale” (afgørende) (“Ga-lileiske”) eksperimenter→ “verifikation”.
? Eksperimenter kan også være “opdagende” (“Baconiske”)→ “heuristik” og “ro-de omkring”.
? Endvidere kan eksperimenter være påvisende (“Aristoteliske”).
? Endelig kan (tanke-/computer-) eksperimenter være afprøvninger af vores mo-dellering og aksiomatisering (“Kantianske eksperimenter”).
? Nyere eksperiment-syn er “exploratory experimentation”, hvor eksperimentetogså tillægges epistemologisk værdi→ begrebsdannelse, teoridannelse.
? Har computeren betydet en ny epistemologi for videnskaben? Har computerenbetydet (bidraget til) en ny disciplinarisering af videnskaben?
Opsamling på kursets tematikker
9
Kursusuge Indhold1 2009-04-07 Introduktion: Hvad er datalogi?2 2009-04-21 Modellering og reduktionisme3 2009-04-28 Teoretisk datalogi eller anvendt matematik?4 2009-05-05 Datalogiens historie og den akademiske verden5 2009-05-12 Datalogi og etik6 2009-05-19 Datalogi som profession7 2009-05-26 Computersimulation og datalogiens rolle i andre viden-
skaber
? Videnskab — Teknologi — Håndværk.
? Forskning — Innovation — Anvendelse.
? Datalogi som videnskab (akademia) eller profession (erhvervsliv)?
? Filosofi — Historie — Etik.
Eksamensorientering: overblik
? “Bunden, skriftlig 2-dages hjemmeopgave”. Hvis du er på en tidligere eksamen-sordning eller har fået forlænget eksamensperioden, bedes du kontakte mig.
? Udlevering og aflevering.
? Opgavens form.
? Formalia.
? Eksempler og god praksis.
? Spørgsmål og kommentarer.
Udlevering og aflevering
? Opgaveformuleringen udleveres fra mandag 15. juni kl. 12.00
− på AULA eller
− på Institut for Videnskabsstudiers kontor, 1110-119.
? Opgavebesvarelsen afleveres senest onsdag 17. juni kl. 12.00 i to eksemplarer påInstitut for Videnskabsstudiers kontor, 1110-119.
? Ved aflevering kvitteres på udfyldt afleveringskvittering (downloades fra AULAog udfyldes).
10
Opgavens form
? Opgaveformuleringen vil bestå af 6–8 bundne spørgsmål med en vis grad af indresammenhæng.
? Der kan forekomme valgfrihed mellem to sæt spørgsmål — så er det klart marke-ret.
? Spørgsmålene vil have forskellige krav: redegørelse, kort redegørelse, analyse,diskussion.
? Opgavebesvarelsen bør svare på hvert spørgsmål i rækkefølge → og det skalvære klart, hvornår der svares på hvilket spørgsmål.
? Opgaven kan besvares fyldestgørende på de to dage og forventes at kunne besva-res fyldestgørende og ‘skarpt’ over 6–8 sider.
Læringsmål
Ved kursets afslutning bør du kunne:
? redegøre for dit fags særpræg og dets forhold til andre akademiske discipliner,
? perspektivere, hvad det vil sige at være datalog uddannet i Danmark,
? diskutere hvad dit fag indebærer af videnskabsteoretiske og etiske problemstillin-ger, og
? reflektere kritisk over dit fags indhold og dets samfundsmæssige funktioner.
Eksamensspørgsmål 2007
1. Redegør kort ( 12 –1 side) med udgangspunkt i Kragh-teksen (tekst 4) for, hvad der
karakteriserer videnskab.
2. Benyt dit svar på spørgsmål 1 samt udvalgte tekster fra kompendiet til at kort atanalysere (ca. 1 side), hvorvidt datalogi opfylder de opsatte kriterier.
3. Datalogi er — som understøttet af leksikon-opslag i kursets første uge — en “vidt-favnende, tværvidenskabelig disciplin”, som også har mange roller at spille uden-for den akademiske verden. Redegør kort ( 1
2 –1 side) for forholdet mellem et fagog dets sag, som dette forhold udfoldes hos Fink (tekst 22).
4. Analysér derefter med udgangspunkt i dit svar på spørgsmål 3, hvilke sager,datalogi-faget kan siges at have.
11
5. Diskutér endelig — på grundlag af dine svar på spørgsmål 3 og 4 og under anven-delse af udvalgte tekster fra kompendiet — mindst 1 eksempel, hvor hensynet tilen “sag” har ført eller bør føre datalogen til bestemte handlinger. Redegør foreventuelle etiske argumenter undervejs.
Eksamensspørgsmål 2008
1. Redegør (ca. 1 side) for hvad der karakteriserer hhv. CUDOS og PLACE, somdisse normsæt udfoldes i teksten af Hansen og Johansen (tekst 7).
2. Diskutér med udgangspunkt i dit svar på spørgsmål 1 og under inddragelse afudvalgte tekster fra kompendiet, hvordan datalogifaget kan ses placeret i forholdtil normsættene CUDOS og PLACE.
3. Redegør kort ( 12 –1 side) med udgangspunkt i Kragh-teksen (tekst 3) for, hvad der
karakteriserer formalvidenskaber.
4. Benyt dit svar på spørgsmål 3 samt udvalgte tekster fra kompendiet til kort atanalysere (ca. 1 side) den rolle matematik spiller i og for datalogifaget.
5. Man kan argumentere for programmers korrekthed på forskellige måder, hvorafformel verifikation er en. Benyt teksten af Mackenzie&Pottinger (tekst 12) somudgangspunkt for at analysere og diskutere styrker og svagheder ved formel ve-rifikation af programmer. Inddrag gerne andre tekster fra kompendiet, fx Slayton-artiklen (tekst 18).
Formalia
? Besvarelsen skal indeholde:
− En forside med navn, årskortnummer, kursusnavn og årstal, samt afleve-ringsdato og information om, hvorvidt besvarelsen efterfølgende må frem-lægges anonymiseret.
− En brødtekst, som svarer på opgaven → selve opgaveteksten kræves ikkegentaget→ hellere fx blot numre og klart implicit i besvarelsen.
− Litteraturhenvisninger til anvendt litteratur, samt en litteraturliste.
? Font-størrelse mindst 11, rigelige marginer.
? Fra AULA kan downloades en opgaveskabelon til LATEX/bibTEX→ brug “på egetansvar”.
12
Eksempler og god praksis
? Redegørelse: Forklare (dvs. beskrive, parafrasere og analysere) i egne termer.
Refererende tekst er passager, hvor du refererer synspunkter ellergengiver teoretiske baggrunde. Komprimér disse afsnit så meget sommuligt og udelad, hvad der ikke er sagen vedkommende. En særligslags refererende tekst udgøres af ‘redegørende tekst’, hvor du beskri-ver andres synspunkter og baggrunde med enkelte forklarende ind-skud, som klart markeres stilistisk, fx med vendinger som ‘dvs.’ eller‘hvilket betyder’ eller lignende.
? Kort redegørelse→ ikke mere end cirka 12 side→ præcision.
? Analyse: Bryde op i bestanddele og sammenholde→ fx bryde et argument op ipræmisser og konklusioner.
Den analyserende tekst skal forholde sig til det i opgaveformulerin-gen efterspurgte. At analysere er også at kommentere fremstillinger,forholde sig til forskelle og ligheder mellem fremstillinger og vurdereandre videnskabsteoretiske argumenter. Angiv altid meget tydeligt,hvem ‘der har ordet’: dig, en anden videnskabsteoretiker eller fx envidenskabsmand.
? Diskussion: Sammenligne og forholde (evt. også vurdere) to positioner, fx fraen forudgående analyse. → NB: Udgangspunkt i tekst, ikke i egne erfaringer,meninger, etc. → Individualismen skal nok komme frem alligevel.
Om citater
? Citater kan indgå både i den refererende og den analyserende tekst.
? Citater er specielt nyttige, hvis du vil analysere eller forklare en kildes synspunkteller konkrete formulering.
? Det skal være helt tydeligt i teksten, hvor et citat starter og slutter, og det skalafsluttes af en præcis kildehenvisning med sideangivelse.
? Markeringen kan enten ske ved at sætte citatteksten i anførselstegn eller ved atskrive det i kursiv eller ved at skrive det i et selvstændigt afsnit med en mindrefont. → Vælg én af metoderne!
? En udeladelse i et citat markeres med [. . . ], tilsvarende skrives enventuelle tilfø-jelser i [].
13
? Citater skal angives nøjagtig efter kilden, dvs. i samme sprog og tegnsætning.Din egen oversættelse kan eventuelt sættes efter originalcitatet eller i en fodnote.
Præcist sprog afspejler præcist argument
? Klart og levende sprog.
? Skriv i helsætninger.
? Gør argumenter færdige → overlad ikke konklusioner til læseren → skriv pålinjerne.
? Pas på alt for lange sætninger→ bryd sætninger op i (afsluttede) komponenter.
? Sætninger, som indledes med et argumenterende led (“derfor”, “heraf ses”, etc.)antyder, at den foregående sætning ikke blev helt færdig→ revidér.
? Pas på med retoriske spørgsmål→ og husk tegnsætning.
? Pas på med talesprog→ som sagt: præcist sprog afspejler præcise argumenter.
? “Metatekst” kan hjælpe læseren og samtidig gøre argumentationen klar(ere) →giv også gerne gode (sigende) overskrifter.
Henvisninger og litteraturliste
? Når man skriver akademiske tekster (og eksamensopgaven i Matematikkens Vi-denskabsteori skal være en akademisk tekst), er det vigtigt, at referencer og fod-noter bruges til at gøre det muligt for læseren at gennemskue, hvor argumenterstammer fra, eller hvor et citat forekommer i en kilde.
? Referencer bruges af opgaveskriveren til at dokumentere andre personers syns-punkter eller til at dokumentere, hvor en given fortolkning stammer fra.
? Referencer gives i fodnoter, som indsættes nederst på siden, gerne i en lidt mindrefont.
? Referencer til en tekst i litteraturlisten gives ved forfatterens/forfatternes efter-navn(e), udgivelsesår og sideangivelse. For eksempel: (Kragh 2003, s. 150) eller(Küppers et al. 2006, s. 17).
Fodnoter kan eventuelt også bruges til andet end litteraturhenvisninger. Mindrecentrale argumenter eller biografiske informationer kan med fordel placeres i fodnoter.Pas dog på, at alle centrale argumenter står ‘på linierne’ i hovedteksten.
Hvis man føler sig usikker på, hvordan man skriver opgaver på et akademisk ni-veau, kan man med fordel konsultere bøger og hæfter skrivet af Peter Stray Jørgensenog Lotte Rienecker, fx (Rienecker, Jørgensen, Hedelund, Hedelund og Kock 2000).
14
Litteraturlisten
? Litteraturlisten skal indeholde al den litteratur, du har brugt til opgaven.
− For bøger skal angives forfatternavn(e) eller redaktør(er), fuld titel, trykke-sted, trykkeår og trykker. Titlen kursiveres.
− For artikler skal angives forfatternavn(e), fuld titel, tidsskriftets fulde navn,årgang/volumennummer, trykkeår og sidetal (start+slut). Tidsskriftets titelkursiveres.
? Litteraturen skrives op alfabetisk efter forfatterens efternavn.
? Formålet med litteraturlisten er, at andre videnskabsteoretikere entydigt ud frareferencen skal kunne finde frem til værket.
? Eksempler kan findes i litteraturlisterne i forelæsningsnoterne og en bibTEX-filforefindes på AULA.
Evaluering og tak
? Evalueringsskemaer online snart.
? Mundtlig (eller skriftlig) evaluering meget velkommen:
− Kurset,
− Kompendiet,
− Emner,
− Undervisning.
? Tak for denne gang→ på gensyn→ til spørgetime og instruktorøl 12. juni→ oggod fornøjelse til eksamen!
Litteratur
Baeyer, H.: 2005, Information: The New Language of Science, Harvard University Press, Cambrid-ge.
Ekhad, S. B. og Zeilberger, D.: 1996, The number of solutions of X2 = 0 in triangular matricesover GF(q), Electronic Journal of Combinatorics 3(R2), 1–2.
Kragh, H.: 2003, Hvad er videnskab?, Universitet og Videnskab. Universitetets idéhistorie, vidensk-absteori og etik, Hans Reitzels Forlag, København, kapitel 3, pp. 145–192.
Küppers, G., Lenhard, J. og Shinn, T.: 2006, Computer simulation: Practice, epistemology, andsocial dynamics, i J. Lenhard, G. Küppers og T. Shinn (red.), Simulation: Pragmatic Con-struction of Reality, bind 25 af Sociology of the Sciences Yearbook, Springer, Dordrecht, kapi-tel 1, pp. 3–22.
15
Leveson, N. G. og Turner, C. S.: 1993, An investigation of the Therac-25 accidents, Computer26(7), 18–41.
Medawar, P. B.: 1979, Advice to a Young Scientist, Harper & Row, San Francisco.
Rienecker, L., Jørgensen, P. S., Hedelund, L., Hedelund, S. og Kock, C.: 2000, Den gode opgave —opgaveskrivning på videregående uddannelser, Forlaget Samfundslitteratur, København.
Shannon, C. E.: 1948, A mathematical theory of communication, Bell System Technical Journal27, 379–423, 623–656.
Sørensen, H. K.: [accepteret], Exploratory experimentation in experimental mathematics: A glimp-se at the PSLQ algorithm. Accepteret (2009-02-12) til offentliggørelse i Philosophy of Mathe-matics: Sociological Aspects and Mathematical Practice.
Sørensen, H. K.: 2009, Noter til datalogiens videnskabsteori 2009. Til brug for undervisningen ikurset Datalogiens Videnskabsteori, Aarhus Universitet, 2009. Version 1.6, 7. april 2009.