Inferenze e ragionamento causale: la logica dell'intelligenza umana e dell'intelligenza artificiale (machine learning) - Pensiero Critico

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Coloro cui sfugge completamente l'idea che
è possibile aver torto non possono imparare nulla,
tranne la tecnica. (Gregory Bateson)
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Inferenze e ragionamento causale: la logica dell'intelligenza umana e dell'intelligenza artificiale (machine learning)

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Il punto chiave

Il nostro cervello ha difficoltà ad effettuare ragionamenti che non ha imparato nel corso dell'evoluzione, mentre esegue senza sforzo inferenze che riguardano temi sociali.

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Tutti i ragionamenti concernenti la questione dei fatti sembrano fondarsi sulla relazione di causa ed effetto. (David Hume)

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Le lingue indoeuropee, come l'inglese, contengono molti verbi che incarnano la causalità. Sono molto diffusi perché, come sostenuto da Miller e Johnson-Laird (1976), la causalità è un operatore che, come il tempo, lo spazio e l'intenzione, si verifica nei verbi di tutti i domini semantici. (Sangeet S. Khemlani, Aron K. Barbey, Philip N. Johnson-Laird)
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Il ragionamento causale costituisce un ingrediente essenziale, e anche una pre-condizione, per l'abduzione. (Alexander Bochman)
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Nella vita quotidiana la logica dell'essere umano si limita all'abduzione, cioè non facciamo altro che spiegare i fatti che ci accadono inventando delle regole ipotetiche che ci portano a una conclusione. Spesso, però, non abbiamo il tempo o la motivazione per verificare che regola e conclusione siano corrette.

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Se il pensiero è inferenziale, l’abduzione è l’unica inferenza in grado di farlo procedere, di pensare all’“essere in futuro”. [...] In quanto stato di ricerca permanente, l’abduzione è però a suo modo anche una forma di inquietudine. Sia perché nell’abduzione, come nell’irritazione del dubbio, la mente non si trova affatto ‘a riposo’, sia perché l’abduzione è una tensione verso un assente: possibile, ma ancora da raggiungere. (Salvatore Zingale)
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I modelli mentali sono simulazioni della realtà utilizzate per produrre inferenze qualitative e quantitative che  ci permettono di descrivere, predire e spiegare il comportamento di un sistema; sono rappresentazioni interne di oggetti, azioni, situazioni o persone, costruite sulla base dell’esperienza e dell’osservazione del mondo. (Philip N. Johnson-Laird)
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Popper, anche negli scritti della maturità, ha sempre difeso la sua intuizione giovanile che nella scienza hanno diritto di cittadinanza solo quelle teorie che prestano il fianco alla falsificazione e possono essere accettate provvisoriamente solo quelle che sono passate indenni attraverso i tentativi di confutazione. Queste tesi di Popper sembrano molto ragionevoli. Così come sembra plausibile l’idea che la scienza, attraverso la sostituzione di congetture confutate con altre ancora confutabili, ma non allo stesso modo delle precedenti, porti a una sempre migliore approssimazione della verità. (Carlo Veronesi)
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LAZY BRAIN ?
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A pill before going to bed and you'll find quickly your balance.
Origine del ragionamento causale
La ricerca neuroscientifica ha individuato un'area del cervello umano riservata al ragionamento causale (corteccia prefrontale laterale). Nel 2014 gli psicologi Sangeet S. Khemlani, Aron K. Barbey e Philip N. Johnson-Laird hanno descritto (vedi bibliografia) la loro "Teoria del ragionamento causale con modelli mentali" nella quale sostengono che l'essere umano crea delle mappe mentali in cui vi sono relazioni causali tra possibili stati del mondo. In queste mappe vengono rappresentate azioni e conseguenze necessarie per un comportamento rivolto al raggiungimento di obiettivi. Inoltre essi sostengono che tutte le lingue indoeuropee incarnano la causalità. Essi scrivono:

La teoria dei modelli mentali si estende su vari tipi di ragionamento - deduttivo, induttivo e abduttivo, e si applica al ragionamento causale e alla creazione di spiegazioni causali. [...] Le lingue indoeuropee, come l'inglese, contengono molti verbi che incarnano la causalità. Sono molto diffusi perché, come sostenuto da Miller e Johnson-Laird (1976) , la causalità è un operatore che, come il tempo, lo spazio e l'intenzione, si verifica nei verbi di tutti i domini semantici.
 
Tutta l'attività mentale del ragionamento causale avviene nella corteccia prefrontale laterale:

La corteccia prefrontale laterale rappresenta le relazioni causali sotto forma di contingenze di compiti appresi (relazioni causali, che i neuroscienziati chiamano regole if-then). [...] I segnali nella corteccia prefrontale laterale guidano l'attività lungo percorsi che collegano input sensoriali, memorie e uscite motorie rilevanti per l'attività, che possono essere naturalmente rappresentati sotto forma di modelli mentali di relazioni causali. [...] In sintesi, i modelli mentali per l'inferenza causale dipendono in modo critico dalla corteccia prefrontale laterale e l'evidenza delle neuroscienze indica che questa regione estrae caratteristiche dell'esperienza relative agli obiettivi (relazioni causali o regole if-then), può costruire rappresentazioni iconiche e rappresentano solo cosa è vero. [...] Una proprietà della funzione della corteccia prefrontale laterale è che rappresenta eventi direttamente vissuti (cioè "veri") e mantiene attivamente queste rappresentazioni nel tempo in una forma altamente accessibile (cioè, memorizzazione di informazioni attraverso modelli di attività neuronale sostenuta).

Gli psicologi Marlize Lombard e Peter Gärdenfors (vedi bibliografia) hanno ipotizzato che, durante il processo di ominizzazione avvenuto nella preistoria, il ragionamento causale si è affermato come l'elemento più importante per il processo decisionale a causa della sua illimitata flessibilità comportamentale e cognitiva, che ha favorito la sopravvivenza della specie. Essi scrivono:

Una grammatica causale genera una serie infinita di reti integrate per la comprensione, l'ipotesi e l'immaginazione. La comprensione causale fornisce quindi i principi che consentono all'uomo di creare ipotesi di rete causale significative, che facilitano l'apprendimento e il ragionamento su nuovi sistemi causali in modo molto efficace (Tenenbaum e Niyogi, 2003). Permette il carattere umano unicamente moderno di illimitata flessibilità comportamentale e cognitiva espressa nella tecnologia attuale.

Il ragionamento causale costituisce un ingrediente essenziale, e anche una pre-condizione, per l'inferenza abduttiva.
L'essere umano ha una razionalità universale o darwiniana?

L'inferenza è un ragionamento logico mediante il quale si esercita il processo di conoscenza; esso consiste nel produrre una conclusione a partire da una serie di premesse. L'inferenza è un processo che impiega il linguaggio e viene usato sia per la conoscenza scientifica che per il ragionamento ordinario.

La logica non ha niente a che vedere con la verità: anche se ci troviamo in presenza di inferenze valide possiamo avere premesse false che producono una conclusione vera oppure possiamo avere premesse vere che producono una conclusione falsa.


Il filosofo Judea Pearl, nel suo libro "The book of Why: The New Science of Cause and Effect" sostiene che l'intelligenza umana si contraddistingua per: "La capacità di porre domande e trovare risposte".
Contrariamente a quanto si potrebbe pensare la capacità più importante per il ragionamento è quella di "porre domande", infatti è facile constatare che la maggior parte delle persone non si pone nessuna domanda o, quando lo fa, si tratta di domande con scopi pratici.

Judea Pearl, descrive così l'intelligenza umana:

Molto presto nella nostra evoluzione, noi umani ci siamo resi conto che il mondo non è fatto solo di puri fatti (quelli che oggi potremmo chiamare dati); piuttosto, questi fatti sono uniti da una intricata rete di relazioni causa-effetto. Spiegazioni causali, non puri fatti, costituiscono la maggior parte delle nostre conoscenze e dovrebbero essere la pietra angolare dell'intelligenza artificiale.
Contrariamente a quanto si potrebbe pensare la capacità più importante per il ragionamento, è quella di "porre domande", infatti è facile constatare che la maggior parte delle persone non si pone nessuna domanda o, quando lo fa, si tratta di domande con scopi pratici
Pittura rupestre Zaamen Komst
San
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Popolazione San attuale
Il processo inferenziale
Il processo inferenziale inizia dall'osservazione di un fenomeno che dà luogo a dati e, a quanto più essi sono sorprendenti, tanto più danno luogo ad abduzioni che generano ipotesi (leggi esplicative) che vengono raffinate in un continuo processo di retroduction. Le ipotesi vengono validate con la deduzione e verificate con l'induzione. (Cliccare per approfondire)
Il processo inferenziale secondo Charles S. Peirce
Charles Sanders Peirce ha spiegato, in un suo saggio del 1878, tradotto dal filosofo Massimo Bonfantini nel libro "Opere", la sua teoria dell'argomentazione (p.459):

I cardini di questa teoria dell'argomentazione sono due tesi fondamentali: (I) che nel processo di conoscenza si dànno tre e solo tre tipi di argomentazioni, argomenti, o inferenze che dir si voglia (che dal punto di vista logico i tre termini sono sinonimi e assolutamente interscambiabili) - abduzione, deduzione e induzione; (II) che nel processo della conoscenza i tre tipi di inferenza si susseguono in un ordine costante e obbligato, venendo a comporre una sorta di "macroargomento" o di microunità argomentativa triadica, che ha nell'abduzione il suo primo momento, di assunzione o premessa, nella deduzione il suo secondo momento, di analisi o mediazione esplicitativa, nell'induzione il suo terzo momento, di verifica e dunque di conclusione conseguente del processo.
Un'ipotesi di spiegazione che solo gli umani (oggi) possono fare
Il dipinto rupestre Zaamen Komst raffigura la popolazione San (Boscimani) che corre tra degli Eland, un tipo di antilope per loro spiritualmente importante. I dipinti rupestri di cacciatori-raccoglitori come questo sono legati a una pratica rituale chiamata "la grande guarigione" o "danza di trance", che continua ancora oggi tra la popolazione boscimane fuori dal Sudafrica. Ci si possono fare domande alle quali le popolazioni superstiti non sanno rispondere, quali: perché le antilopi stanno correndo? Quale evento si sta svolgendo in questa scena?

L'inferenza abduttiva è quel ragionamento che riguarda lo sviluppo e la scelta di ipotesi che spiegano meglio una situazione, cioè come vengono generate, valutate e testate le ipotesi esplicative. Gli psicologi spesso si riferiscono alla capacità di abduzione nelle persone (cioè la capacità di trarre spontaneamente e senza sforzo conclusioni dalle nostre conoscenze ed esperienze), come alla "inferenza quotidiana". Infatti nella vita quotidiana la logica dell'essere umano si limita all'abduzione, cioè non facciamo altro che spiegare i fatti che ci accadono inventando delle regole ipotetiche che ci portano a una conclusione. Spesso, però, non abbiamo il tempo o la motivazione per verificare che regola e conclusione siano corrette.
Sebbene apparentemente senza sforzo, l'abduzione ci impone di impegnare una moltitudine di complesse funzioni cognitive, tra cui il ragionamento causale, la modellizzazione mentale, la categorizzazione, l'inferenza induttiva e l'elaborazione metacognitiva.

Gli studiosi ipotizzano che gli uomini e le antilopi nella pittura rupestre stiano correndo verso il mondo spirituale inafferrabile, una spiegazione che oggi solo gli umani possono azzardare.
Gli psicologi spesso si riferiscono alla capacità di abduzione nelle persone (cioè la capacità di trarre spontaneamente e senza sforzo conclusioni dalle nostre conoscenze ed esperienze), come alla "inferenza quotidiana"
La logica dell'intelligenza artificiale dovrebbe essere simile a quella umana
Da alcuni decenni sono in corso ricerche convergenti in psicologia cognitiva, biologia evolutiva e neuroscienze che stanno cambiando la visione scientifica della mente umana. Infatti, negli ultimi anni, i neuroscienziati subiscono la spinta delle ricerche sull'intelligenza artificiale e la robotica le quali hanno la necessità di produrre applicazioni che non diano esiti negativi per l'essere umano.


Secondo la psicologia evoluzionistica (ved. bibliografia Leda Cosmides 1989) il nostro cervello non si è evoluto per essere logico in senso generale ma per risolvere problemi sociali utili alla sopravvivenza. Per questo motivo noi eseguiamo facilmente solo quelle inferenze utili agli scambi sociali, ma abbiamo difficoltà in molti altri ragionamenti.


Nel linguaggio comune, quando si pensa alla logica, ci si riferisce solo alla deduzione. In realtà, sia nel ragionamento scientifico che in quello quotidiano, noi impieghiamo tre tipi di inferenza: abduzione, induzione e deduzione.

Ciclo inferenziale nel ragionamento logico
Secondo il filosofo statunitense Charles S.Peirce il processo argomentativo è continuo: la conclusione di ogni inferenza diventa il punto di partenza della successiva. Il processo inizia sempre dall'abduzione, che è l'inferenza più frequente nel ragionamento umano dato che genera ipotesi sulla realtà in cui viviamo.
il nostro cervello non si è evoluto per essere logico in senso generale ma per risolvere problemi sociali utili alla sopravvivenza
Sintesi Inferenze
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Esempi Inferenze
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Abduzione

L'abduzione è un processo a ritroso che si impiega quando si conoscono regole e conclusione e si vogliono ricostruire le premesse. Essa considera un fatto specifico (il conseguente), lo connette a una regola ipotetica (relazione di implicazione) e ne ricava un risultato incerto, cioè una conclusione ipotetica (l'antecedente). Viene impiegata nel ragionamento diagnostico (ad es: un medico di fronte a un sintomo, un elettrauto di fronte a un guasto, ecc), nel ragionamento investigativo (ad es: un detective di fronte a un caso), nel ragionamento scientifico (un ricercatore di fronte a un'ipotesi da verificare).

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Esempio: gli italiani sono disinformati (conseguente), l'informazione di qualità dipende dalla pluralità delle fonti (regola generale ipotetica), in Italia non c'è un pluralismo informativo (antecedente).

Induzione

L'induzione è un processo in cui si conoscono le premesse e la conclusione e si vogliono ricostruire le regole (va dal particolare al generale). Essa parte da un caso specifico (l'antecedente), lo connette a un altro fatto (il conseguente), e ne trae un risultato incerto, cioè una regola generale probabile (relazione di implicazione).

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Esempio: queste donne sono eleganti (antecedente), la moda italiana è elegante (conseguente), le donne eleganti vestono italiano (regola generale ipotetica)

Deduzione

La deduzione è un processo in cui si conoscono le premesse e le regole e si vuole ricavare una conclusione (va dal generale al particolare). Essa parte da una regola generale (relazione di implicazione), la applica a un fatto specifico (antecedente) e ne trae un risultato certo (conseguente). La conclusione renderà esplicite informazioni che sono presenti solo implicitamente nelle premesse. Viene impiegata nel ragionamento matematico, mentre nel ragionamento ordinario essa viene impiegata molto raramente a causa della difficoltà di disporre di regole generali certe.

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Esempio: tutti gli esseri umani sono mammiferi (regola generale certa), il Papa è un essere umano (antecedente), il Papa è un mammifero (conseguente certo)

Il ragionamento logico è un processo iterativo

Il ciclo inferenziale è iterativo, vale a dire che esso deve essere ripetuto più volte per aumentare la probabilità che le conclusioni siano corrette. Nella realtà quotidiana questa condizione è rara perchè non sempre le abduzioni riescono ad avviare delle deduzioni dato che le verifiche possono rivelarsi difficili da praticare; infatti raramente si ha accesso alle informazioni rilevanti per lo scopo che ci si propone o non si ha tempo e voglia per considerare nuovi fatti e formulare nuove ipotesi. Nel ragionamento quotidiano, dunque, il ciclo inferenziale si blocca alle abduzioni e raramente si riesce a procedere verso successive inferenze che riducano l'incertezza insita nelle ipotesi.

Forma logica del ciclo inferenziale
Rielaborazione da Opere di C.S.Peirce - Bompiani p.460
Il ciclo inferenziale è iterativo, vale a dire che esso deve essere ripetuto più volte per aumentare la probabilità che le conclusioni siano corrette. Nella realtà quotidiana questa condizione è rara perchè non sempre le abduzioni riescono ad avviare delle deduzioni dato che le verifiche possono rivelarsi difficili da praticare

Nel ragionamento scientifico è diverso e, per citare Peirce (Opere, p.519):


Quello che si deve fare con le ipotesi è trarne le conseguenze per deduzione, confrontarle con i risultati degli esperimenti per induzione, e scartare l'ipotesi e provarne un'altra non appena la prima, come è presumibile, verrà rifiutata. Non possiamo sapere quanto ci vorrà prima che ci imbattiamo nell'ipotesi che resisterà a tutte le prove, ma speriamo che alla fine succeda."

Abduzione
abduzione
I'm an asshole.
You are certain or you want that we open an investigation?
Deduzione
deduzione
My husband is a man of power.
From whom he takes orders?

L'abduzione parte dai fatti osservati senza avere in mente nessuna particolare teoria. Essa è preparatoria al ragionamento.

Come ha scritto Charles S.Peirce (Opere, Bompiani, 2003 - p.519): "nessun nuovo contenuto di verità può derivare da induzione o deduzione, esso può derivare solo da abduzione". Quindi l'abduzione guida l'inventiva umana, ipotizzando connessioni tra fenomeni o fatti. Essa soddisfa la tendenza umana di stabilire legami causali tra eventi e, per questo motivo, è l'unica inferenza che può scoprire qualcosa di nuovo ma, allo stesso tempo, è quella più esposta al rischio di errori. L'esito dell'abduzione è una regola solo probabile, mai certa, e va adottata solo provvisoriamente.


Un'argomentazione deduttiva è tale che, se le sue premesse sono vere, anche la sua conclusione sarà necessariamente vera. Possiamo esplicitare così la battuta della vignetta di Altan:


  • Regola generale certa: In un sistema di potere gli uomini danno e prendono ordini

  • Antecedente: mio marito è un uomo di potere (cioè appartiene a un sistema)

  • Conseguente certo: tuo marito prende ordini (oltre a darli)

Induzione
induzione
I am ignorant but I know, I am

Un'argomentazione induttiva è tale che, se le sue premesse sono vere, la sua conclusione sarà probabilmente vera.

L'induzione parte da un'ipotesi promettente senza essere guidata fatti specifici, anzi essa cerca dei fatti: studia l'ipotesi e suggerisce gli esperimenti che permettono di verificarla. L'induzione cerca nell'esperienza conferme alla sua conclusione. Il suo valore di verità aumenta statisticamente via via che le conferme arrivano. Essa non potrà però mai arrivare ad una certezza assoluta perchè non potrà ricevere conferme per la totalità dei casi. (vedere di seguito il tacchino induttivista)

Il tacchino induttivista
L'induzione errata del tacchino
Tacchino arrosto
Mai trarre conclusioni affrettate: la triste storia del tacchino induttivista
La diffusione del ragionamento induttivo, nella vita quotidiana come in quella scientifica, ci mette di fronte a un importante problema inferenziale che venne segnalato dal logico Bertrand Russell con una storiella: quella del tacchino induttivista (che in origine era un pollo ma negli USA venne trasformato in un tacchino).

La storiella è questa: c'era una volta un tacchino in un allevamento americano. Il tacchino riceveva il cibo ogni giorno alla stessa ora. Ogni mattina alle 9 l'allevatore arrivava e depositava del cibo nella scodella del tacchino. Il tacchino si era quindi convinto che vi fosse una regola generale nella sua vita e ogni giorno riceveva ulteriori conferme della sua correttezza. Finchè giunse il giorno del ringraziamento (il Thanksgiving Day è una ricorrenza cristiana negli USA e in Canada per festeggiare la fine del raccolto) e l'allevatore tagliò il collo al tacchino e lo vendette a mercato.

La morale della storiella è questa: è errato cercare di provare la verità di asserzioni universali mediante la verità di proposizioni singolari, infatti per quanto numerose siano queste ultime, qualsiasi conclusione ottenuta in questo modo può sempre rivelarsi falsa e farci fare la fine del tacchino.

L'induzione è un'inferenza molto usata nella vita quotidiana perchè prende in considerazione delle "regolarità" dalle quali, di solito, l'essere umano ricava leggi generali per ridurre la complessità del suo mondo. Esse ci permettono di fare previsioni sul futuro e sull'esito dei nostri comportamenti ma, a volte, dimentichiamo che queste previsioni possono rivelarsi errate.
Nella vita occorre sforzarsi di non ragionare come i tacchini: ad esempio è errato cercare di provare la verità di asserzioni universali mediante la verità di proposizioni singolari, infatti per quanto numerose siano queste ultime, qualsiasi conclusione ottenuta in questo modo può sempre rivelarsi falsa
Conclusioni (provvisorie): Il ragionamento causale costituisce una pre-condizione per l'inferenza quotidiana dell'essere umano, cioè per l'abduzione.
Durante il processo di ominizzazione avvenuto nella preistoria, il ragionamento causale si è affermato come l'elemento più importante per il processo decisionale a causa della sua illimitata flessibilità comportamentale e cognitiva, che ha favorito la sopravvivenza della specie.
Il ragionamento causale costituisce una pre-condizione per l'inferenza quotidiana dell'essere umano, cioè per l'abduzione. L'inferenza abduttiva è quel ragionamento che riguarda lo sviluppo e la scelta di ipotesi che spiegano meglio una situazione, cioè come vengono generate, valutate e testate le ipotesi esplicative. Secondo la psicologia evoluzionistica, il nostro cervello non si è evoluto per essere logico in senso generale ma per risolvere problemi sociali utili alla sopravvivenza. Per questo motivo noi eseguiamo facilmente solo quelle inferenze utili agli scambi sociali, ma abbiamo difficoltà in molti altri ragionamenti.
Il ciclo inferenziale è iterativo, vale a dire che esso deve essere ripetuto più volte per aumentare la probabilità che le conclusioni siano corrette. Nella realtà quotidiana questa condizione è rara perchè non sempre le abduzioni riescono ad avviare delle deduzioni dato che le verifiche possono rivelarsi difficili da praticare; infatti raramente si ha accesso alle informazioni rilevanti per lo scopo che ci si propone o non si ha tempo e voglia per considerare nuovi fatti e formulare nuove ipotesi. Nel ragionamento quotidiano, dunque, il ciclo inferenziale si blocca alle abduzioni e raramente si riesce a procedere verso successive inferenze che riducano l'incertezza insita nelle ipotesi.

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Bibliografia (chi fa delle buone letture è meno manipolabile)


  • Salvatore Zingale (2015), Su Peirce (Capitolo del libro "This is my design. Lo spazio dell'abduzione nella progettualità")
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Libri consigliati
a chi non vuole correre il rischio di fare la fine del tacchino induttivista
Spesa annua pro capite in Italia per gioco d'azzardo 1.583 euro, per l'acquisto di libri 58,8 euro (fonte: l'Espresso 5/2/17)

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Pagina aggiornata il 4 marzo 2020

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