Кіріспе
Психологиялық теориялар мен құбылыстарды математикалық модельдеу. Психологиялық психология – қабылдау, ойлау, танымдық және қимыл процестерін математикалық модельдеуге, сондай-ақ сандық стимул сипаттамаларын сандық мінез-құлықпен байланыстыратын заңдарға ұқсас ережелерді орнатуға негізделген психологиялық зерттеулерге қатысты тәсіл (практикада бұл көбінесе тапсырма орындау арқылы жүзеге асырылады). Математикалық тәсілдің мақсаты – дәлдігі жоғары гипотезаларды тудырып, осылайша қатаң эмпирикалық растауға қол жеткізу. Математикалық психологияда бес негізгі зерттеу саласы бар: оқып үйрену және есте сақтау, қабылдау және психофизика, таңдау және шешім қабылдау, тіл және ойлау, өлшеу және масштабтау. Психология ғылымның тәуелсіз саласы ретінде физикадан кейінірек пайда болғанмен, математиканы психологияға қолдану физикалық ғылымдардағы осы тәсілдің жетістіктерін қайталау үмітімен жасалды, бұл кем дегенде XVII ғасырға дейін жетеді. Психологияда математика шамамен екі бағытта кеңінен қолданылады: біріншісі – математикалық психологияға алып келетін психологиялық теориялар мен тәжірибелік құбылыстарды математикалық модельдеу, екіншісі – психологиядағы сандық өлшеу практикасына статистикалық тәсіл, ол психометрияға негізделген. XVIII ғасырда Николас Бернулли шешім қабылдау кезінде Санкт-Петербург парадоксын ұсынды, Даниэль Бернулли оған шешім берді, ал Лаплас кейіннен осы шешімге өзгеріс енгізді. 1763 жылы Бейес "Имовірліктер доктринасындағы мәселені шешуге қатысты эссе" атты мақаласын жариялады, бұл Байес статистикасының маңызды кезеңі болып табылады. Роберт Гук адам есін модельдеумен айналысты, бұл есте сақтауды зерттеудің алғы күші болды.
the mathematical modeling of psychological theories and phenomena
Mathematical psychology is an approach to psychological research that is based on mathematical modeling of perceptual, thought, cognitive and motor processes, and on the establishment of law like rules that relate quantifiable stimulus characteristics with quantifiable behavior (in practice often constituted by task performance). The mathematical approach is used with the goal of deriving hypotheses that are more exact and thus yield stricter empirical validations. There are five major research areas in mathematical psychology: learning and memory, perception and psychophysics, choice and decision making, language and thinking, and measurement and scaling. Although psychology, as an independent subject of science, is a more recent discipline than physics, the application of mathematics to psychology has been done in the hope of emulating the success of this approach in the physical sciences, which dates back to at least the seventeenth century. Mathematics in psychology is used extensively roughly in two areas: one is the mathematical modeling of psychological theories and experimental phenomena, which leads to mathematical psychology, the other is the statistical approach of quantitative measurement practices in psychology, which leads to psychometrics. In the 18th century, Nicolas Bernoulli proposed the St. Petersburg Paradox in decision making, Daniel Bernoulli gave a solution and Laplace proposed a modification to the solution later on. In 1763, Bayes published the paper "An Essay towards solving a Problem in the Doctrine of Chances", which is the milestone of Bayesian statistics. Robert Hooke worked on modeling human memory, which is a precursor of the study of memory.
XIX ғасырдағы математика мен психология
XIX ғасырда Германия мен Англияда жүргізілген зерттеулер психологияны жаңа академиялық пәнге айналдырды. Неміс тәсілі барлық адамдар ортақ психологиялық процестерді зерттеуде эксперименттерге баса назар аударғандықтан, ал ағылшын тәсілі жеке айырмашылықтарды өлшеуге бағытталғандықтан, математиканың қолданылуы да әртүрлі болды. Германияда Вильгельм Вундт алғашқы эксперименталды психология зертханасын құрды. Неміс психологиясындағы математика негізінен сезімдік және психофизика салаларында қолданылады. Эрнст Вебер (1795–1878) түрлі эксперименттер негізінде ақыл-ойының алғашқы математикалық заңын – Вебер заңын жасады. Густав Фехнер (1801–1887) сезімдер мен қабылдаулар теориясына үлес қосты, олардың бірі – Вебер заңын өңдеген Фехнер заңы. Математикалық модельдеудің психологиядағы тарихы ұзақ, ол 19 ғасырда Эрнст Вебер (1795–1878) және Густав Фехнер (1801–1887) психологиялық процестерге функционалдық теңдеулерді қолданған алғашқылардың бірі болғандықтан басталды. Осылайша, олар жалпы эксперименталды психологияны, әсіресе психофизиканы қалыптастырды. XIX ғасырдағы астрономия зерттеушілері жұлдыздар арасындағы қашықтықты телескоп арқылы жұлдыздың бағыт сызығынан өту уақытын дәл белгілеп, картаға түсіріп отырды. Автоматты тіркеу құралдарының болмауынан бұл уақыт өлшемдері толығымен адамның реакция жылдамдығына тәуелді болды. Әртүрлі астрономдар өлшеген уақыттарда шағын жүйелі айырмашылықтар байқалды және оларды алғаш рет жүйелі түрде неміс астрономы Фридрих Бессел (1782–1846) зерттеді. Бессел негізгі реакция жылдамдығын өлшеу арқылы жеке теңдеулер құрастырды, бұл астрономиялық есептеулерден жеке айырмашылықтарды жоятын. Физик Герман фон Гельмгольц реакция уақытын өлшеп, нервтік өткізгіштіктің жылдамдығын анықтады, естудің резонанстық теориясын және түс көрудің жас-Гельмгольц теориясын дамытты. Бұл екі зерттеу бағыты голланд физиологы Ф. С. Дондерс пен оның шәкірті Ж. Ж. де Ягердің зерттеулерінде бірікті, олар реакция уақытының элементарлық ақыл-ой операцияларына қажетті уақытты белгілі бір дәрежеде объективті өлшеу мүмкіндігін көрсетті. Дондерс өзінің психикалық хронометриясын қарапайым реакция уақытын өлшеу арқылы күрделі танымдық белсенділіктің элементтерін ғылыми тұрғыдан анықтау үшін қолдануды жоспарлады. Сезім мен қабылдау саласындағы жетістіктерге қарамастан, Иоганн Гербарт сананың психикалық процесін түсіну үшін танымдық аймақта математикалық теориялар жүйесін жасады. Ағылшын психологиясының бастауы Дарвиннің эволюция теориясына байланысты. Бірақ ағылшын психологиясының қалыптасуына Франсис Гальтонның психологиялық айнымалылар бойынша адамдар арасындағы жеке айырмашылықтарға қызығушылық танытуы себеп болды. Ағылшын психологиясындағы математика негізінен статистиканы құрайды, ал Гальтонның жұмысы мен әдістері психометрияның негізін қалады. Гальтон бір адамның қасиеттерін модельдеуде екі айнымалы қалыпты таралымын енгізді, сондай-ақ өлшеу қатесін зерттеді және өзінің моделін жасады, әрі отбасылық есімдердің жойылуын зерттеу үшін стохастикалық тармақталу процесін дамытты. Ағылшын психологиясында Гальтоннан бастау алған интеллектіні зерттеуге деген қызығушылық та бар. Джеймс Маккин Каттл мен Альфред Бине интеллект тестілерін жасады. Бірінші психологиялық зертхананы Германияда Вильгельм Вундт құрды, ол Дондерстің идеяларын кеңінен пайдаланды. Алайда, зертханадан алынған нәтижелерді қайталау қиын болды, бұл көп ұзамай Вундт енгізген интроспекция әдісіне байланысты екені анықталды. Кейбір мәселелер астрономдар анықтаған реакция жылдамдығының жеке айырмашылықтарынан туындады. Вундт бұл жеке өзгерістерге қызығушылық танытпаған сияқты, бірақ оның назарын жалпы адам ақыл-ойының зерттеуіне аударды, бірақ Вундттың АҚШ-тағы шәкірті Джеймс Маккин Кэттелл осы айырмашылықтарға қызығып, Англияда болған кезінде олармен жұмыс істей бастады. Вундт әдісінің сәтсіздігі түрлі ойлау мектептерінің пайда болуына әкелді. Вундт зертханасы Фехнер мен Вебердің ынталандырудың қарқындылығы туралы жұмысына сәйкес саналы адам тәжірибесін қарастырды. Ұлыбританияда Фрэнсис Гальтон бастаған антропометриялық дамудың ықпалымен психологиялық айнымалылар бойынша адамдар арасындағы жеке айырмашылықтарға қызығушылық артты, бұл Бесселдің жұмысына сәйкес келеді. Көп ұзамай Кэттелл Гальтонның әдістерін қабылдап, психометрияның негізін қалауға көмектесті.
Although there are developments in sensation and perception, Johann Herbart developed a system of mathematical theories in cognitive area to understand the mental process of consciousness. The origin of English psychology can be traced to the theory of evolution by Darwin. But the emergence of English psychology is because of Francis Galton, who interested in individual differences between humans on psychological variables. The math in English psychology is mainly statistics and the work and methods of Galton is the foundation of psychometrics. Galton introduced bivariate normal distribution in modeling the traits of the same individual, he also investigated measurement error and built his own model, and he also developed a stochastic branching process to examine the extinction of family names. There is also a tradition of the interest in studying intelligence in English psychology started from Galton. James McKeen Cattell and Alfred Binet developed tests of intelligence. The first psychological laboratory was established in Germany by Wilhelm Wundt, who amply used Donders' ideas. However, findings that came from the laboratory were hard to replicate and this was soon attributed to the method of introspection that Wundt introduced. Some of the problems resulted from individual differences in response speed found by astronomers. Although Wundt did not seem to take interest in these individual variations and kept his focus on the study of the general human mind, Wundt's U. S. student James McKeen Cattell was fascinated by these differences and started to work on them during his stay in England. The failure of Wundt's method of introspection led to the rise of different schools of thought. Wundt's laboratory was directed towards conscious human experience, in line with the work of Fechner and Weber on the intensity of stimuli. In the United Kingdom, under the influence of the anthropometric developments led by Francis Galton, interest focussed on individual differences between humans on psychological variables, in line with the work of Bessel. Cattell soon adopted the methods of Galton and helped laying the foundation of psychometrics.
20 ғасыр
Көптеген статистикалық әдістер 20-шы ғасырдан бұрын да дамыған: Чарльз Спирман факторлық талдауды ойлап тапты, ол дисперсия мен ковариация арқылы жеке айырмашылықтарды зерттейді. Неміс психологиясы мен ағылшын психологиясы біріктіріліп, АҚШ-қа көшті. Статистикалық әдістер ғасырдың басында бұл салада үстемдік құрды. Екі маңызды статистикалық жетістік бар: Құрылымдық теңдеу модельдеуі (SEM) және дисперсияны талдау (ANOVA). Факторлық талдау себеп-салдарлық тұжырымдар жасауға қабілетсіз болғандықтан, Сьюолл Райт корреляциялық деректерге қатысты себеп-салдарлық байланыстарды анықтау үшін құрылымдық теңдеу модельдеу әдісін әзірледі, бұл әлі де маңызды зерттеу саласы болып табылады. Осы статистикалық әдістер психометрияны қалыптастырды. 1935 жылы Психометриялық қоғам құрылды және 1936 жылдан бастап "Психометрика" журналы жарияланды. АҚШ-та мінез-құлық интроспекционизмге және оған байланысты реакция уақытын зерттеуге қарсы болды, психологиялық зерттеулердің назарын толығымен оқыту теориясына бұрды, сондай-ақ Эстестің психологиялық теориядағы стимулдарды таңдау дәстүрін бастаған мақаласы жарық көрді. Бұл екі мақалада оқу эксперименттерінен алынған деректердің алғашқы толыққанды формалды есептері ұсынылды. Оқу процесін математикалық модельдеу 1950-ші жылдары жүріс-тұрыс оқыту теориясының дамуымен бірге қадам басқан. Бір жетістік – Уильямс К. Эстестің стимулдарды таңдау теориясы, екіншісі – Роберт Р. Буш пен Фредерик Мостеллердің сызықтық операторлық модельдері. Сигналды өңдеу және анықтау теориясы қабылдау, психофизика және сезімдік емес таным салаларында кеңінен қолданылады. Фон Нейманның "Ойындар теориясы және экономикалық мінез-құлық" кітабы ойындар теориясы мен шешім қабылдаудың маңыздылығын көрсетті. Р. Дункан Люс және Говард Райффа таңдау және шешім қабылдау саласына үлес қосты. Компьютерлік ғылым мен лингвистиканың, әсіресе ақпарат теориясы мен есептеу теориясының дамуымен тіл және ойлау саласы назарға алынды. Чомский лингвистиканың және есептеу иерархиясы теориясының моделін ұсынды. Аллен Ньюэлл мен Герберт Саймон адамның мәселелерді шешу моделін ұсынды. Жасанды интеллект пен адам-компьютер интерфейсінің дамуы компьютерлік ғылым мен психологияның белсенді салалары болып табылады. 1950 жылдарға дейін психометриктер өлшем қателігінің құрылымына және психологиялық шамаларды өлшеу үшін жоғары қуатты статистикалық әдістерді дамытуға баса назар аударды, бірақ психометриялық жұмыстың аз бөлігі өлшенетін психологиялық шамалардың құрылымына немесе жауап деректерінің артында тұрған танымдық факторларға қатысты болды. Скотт пен Суппес деректердің құрылымы мен деректерді көрсететін сандық жүйелердің құрылымы арасындағы байланысты зерттеді. Кумбс статистикалық деректерді өңдеу алгоритмдерінің орнына, өлшеу жағдайында жауап берушінің формалды танымдық модельдерін құрды, мысалы, ашылу моделі. Тағы бір жаңалық – психофизикалық масштабтау функциясының жаңа түрінің дамуы, сондай-ақ психофизикалық деректерді жинаудың жаңа әдістері, мысалы, Стивенстің күш заңы. 1950-ші жылдар психологиялық процестердің математикалық теориясының өркендеуіне куә болды, соның ішінде Люстің таңдау теориясы, Таннер мен Свецтің адам стимулын анықтау үшін сигналды анықтау теориясын енгізуі және Миллердің ақпаратты өңдеуге қатысты көзқарасы. 1950 жылдардың соңында математикалық психологтардың саны психометриктерді есептемегенде, он есеге артты. Олардың көпшілігі Индиана, Мичиган, Пенсильвания және Стэнфорд университеттерінде шоғырландырылды. Олардың кейбіреулері АҚШ-тың Әлеуметтік ғылымдар зерттеу кеңесімен Стэнфорд университетінде әлеуметтік ғылымдар үшін математика бойынша жазғы семинарларда сабақ беруге тұрақты түрде шақырылып, ынтымақтастықты ынталандырды. Математикалық психология саласын жақсырақ анықтау үшін 1950 жылдардағы математикалық модельдер Люс, Буш және Галантер редакциялаған томдар тізбегінде біріктірілді: екі оқулық және үш нұсқаулық. Бұл томдар сериясы осы саланың дамуына көмектесті. 1963 жылдың жазында психологияның барлық салаларында теориялық және математикалық зерттеулер үшін журналдың қажеттілігі сезілді, негізінен факторлық талдауды қоспағанда. Р. С. Аткинсон, Р. Р. Буш, В. К. Эстес, Р. Д. Люс және П. Суппес басшылығымен "Математикалық психология журналының" алғашқы саны 1964 жылдың қаңтарында жарық көрді.
Журналдар мен ұйымдар
Орталық журналдар – «Математикалық психология журналы» және «Британдық математикалық және статистикалық психология журналы». Бұл салада жыл сайын үш конференция өтеді: АҚШ-та Математикалық психология қоғамының жылдық жиыны, Еуропада Еуропалық математикалық психология тобының жылдық кездесуі және Австралиялық математикалық психология конференциясы.