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Programmieren durch analoges Schließen

Programming by analogy

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Kognitionswissenschaft

Summary

We propose an approach to programming by analogy that is based on the notion of recursive program schemes. If there are no examples with sufficient structural similarity to a new problem, the program scheme is inferred from the scratch using induction from inputoutput examples. Program schemes are stored in a hierarchically organized knowledge structure by constructing generalized schemes from concrete programs. Our approach handles the following processes of analogical reasoning: the similarity between new problems and example solutions is calculated by a structural measure defined on trees. In addition, this similarity measure defines which modifications have to be performed to adapt the example solution to the new problem. In the case of successful transfer the new solution together with a generalized structure, is stored in memory. The problem of handling non-isomorphic structures is discussed and possibilities for handling transfer in such cases are proposed. Our approach is implemented as a first prototype in Lisp.

Zusammenfassung

Es wird ein Ansatz zum Programmieren durch analoges Schließen dargestellt, der auf dem Konzept rekursiver Programmschemata basiert. Ist kein hinreichend ähnliches Beispiel zu einem aktuellen Problem vorhanden, so werden solche Schemata induktiv aus Ein-Ausgabe-Beispielen aufgebaut. Das Gedächtnis ist hierarchisch organisiert, indem ausgehend von konkreten Programmschemata generalisierte Strukturen gebildet und gespeichert werden. Beim analogen Schließen werden folgende Teilprozesse modelliert: Die Ähnlichkeit zwischen einem aktuellen Problem und bereits gelösten Beispielen wird über ein strukturelles Distanzmaß auf (Term-)Bäumen bestimmt. Dieses Ähnlichkeitsmaß definiert gleichzeitig die Modifikationen, die notwendig sind, um ein Beispielprogramm an die neuen Anforderungen anzupassen. Bei erfolgreichem analogen Transfer wird das neu inferierte Schema sowie eine über Beispiel und aktuelles Problem generalisierende Struktur in das Gedä chtnis eingefügt. Das Problem des analogen Transfers bei nicht-isomorphen Strukturen wird diskutiert, und es werden Lösungsideen aufgezeigt. Der Ansatz ist als erster Prototyp in Lisp implementiert.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Angewandte Informatik, Fachgebiet „Methoden der Künstlichen Intelligenz”, Technische Universität Berlin, Franklinstraße 28-29, D-10587, Berlin, Deutschland

    Ute Schmid

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  1. Ute Schmid
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Ich bedanke mich bei Studierenden der Informatik der Technischen Universität Berlin, die in zwei studentischen Projekten große Teile der Implementation durchgeführt haben, insbesondere bei Eric Heymann, Dirk Matzke und Rene Mercy, bei meiner Kollegin Kristina Schädler, die die studentischen Arbeiten mitbetreut hat, und bei Mark Müller, der die Implementationen zu einem Gesamtsystem integriert hat. An Heike Pisch — wie fast immer — vielen Dank für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Spezieller Dank gebührt Prof. Fritz Wysotzki, der mir in vielen fruchtbaren Diskussionen wichtige Anregungen zu dieser Arbeit gegeben hat.

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Schmid, U. Programmieren durch analoges Schließen. Kognit. Wiss. 6, 127–134 (1997). https://doi.org/10.1007/s001970050036

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