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/ NetNews Usenet Archive 1992 #30 / NN_1992_30.iso / spool / bit / listserv / csgl / 1912 < prev    next >
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Text File  |  1992-12-21  |  11.5 KB  |  201 lines

  1. Comments: Gated by NETNEWS@AUVM.AMERICAN.EDU
  2. Path: sparky!uunet!paladin.american.edu!auvm!BEN.DCIEM.DND.CA!MMT
  3. Message-ID: <9212190036.AA04344@chroma.dciem.dnd.ca>
  4. Newsgroups: bit.listserv.csg-l
  5. Date:         Fri, 18 Dec 1992 19:36:07 EST
  6. Sender:       "Control Systems Group Network (CSGnet)" <CSG-L@UIUCVMD.BITNET>
  7. From:         mmt@BEN.DCIEM.DND.CA
  8. Subject:      Re: Martin to Rick on Shannon
  9. Lines: 190
  10.  
  11. [Martin Taylor 921218 18:30]
  12. (Tom Bourbon 921218 14:38)
  13.  
  14. >May I repeat and elaborate on an invitation I made about a year
  15. >ago?  I will send you one of my programs in which two systems (two
  16. >people, the two hands of one person, two models, or a person and a
  17. >model) interact and produce controlled relationships. ...
  18.  
  19. I guess I'd better try to describe, as I did a year or so ago, wherein
  20. information theory helps in the understanding of PCT.  I didn't succeed
  21. in getting across then, and I'm not sure I'll do any better now.  I should
  22. think that the prediction for your proposed system would be no better and
  23. no worse than you would get without it, because you are dealing with a
  24. transparent system of one control level.  The understanding you get with
  25. information theory is not at the level of setting the parameters.
  26.  
  27. If I were to try to develop a model to make predictions in your experiment,
  28. I expect it would look essentially identical to yours, because the key
  29. elements would be the gain and delays in the two interacting loops.
  30.  
  31. Now consider the interchanges of a week or two ago about planning and
  32. prediction, continued in Bill's post of today to Allan Randall.  In those,
  33. the situation is greatly different.  The information required from the
  34. lower level for the upper level to maintain control through a hiatus
  35. in sensory acquisition depends greatly on the accuracy of control maintained
  36. at the lower level.  Where does that come from, and where does it go?
  37.  
  38. We come back to the fundamental basis of PCT.  Why is it necessary, and is
  39. it sufficient?  Let's take two limiting possibilities for how a world might
  40. be.  Firstly, consider a predictable world.  PCT is not necessary, because
  41. the desired effects can be achieved by executing a prespecified series of
  42. actions.  No information need be acquired from the world.  From the world's
  43. viewpoint, the organism is to some extent unpredictable, so the organism
  44. supplies information to the world.  How much? That depends on the probabilities
  45. of the various plans as "perceived" by the world.
  46.  
  47. At the other extreme, consider a random world, in which the state at t+delta
  48. is unpredictable from the state at t.  PCT is not possible.  There is
  49. no set of actions in the world that will change the information at the
  50. sensors.
  51.  
  52. Now consider a realistic (i.e. chaotic) world.  What does that mean?  At
  53. time t one looks at the state of the world, and the probabilities of the
  54. various possible states at t+delta are thereby made different from what
  55. they would have been had you not looked at time t.  If one makes an action
  56. A at time t, the probability distributions of states at time t+delta are
  57. different from what they would have been if action A had not occurred, and
  58. moreover, that difference is reflected in the probabilities of states of
  59. the sensor systems observing the state of the world.  Action A can inform
  60. the sensors.  PCT is possible.
  61.  
  62. In a choatic world, delta matters.  If delta is very small, the probability
  63. distribution of states at t+delta is tightly constrained by the state at t.
  64. If delta is very large, the probability distribution of states at t+delta is
  65. unaffected by the state at t (remember, we are dealing with observations and
  66. subjective probabilities, not frequency distributions--none of this works
  67. with frequentist probabilities; not much of anything works with frequentist
  68. probabilities!).  Information is lost as time goes by, at a rate that can
  69. be described, depending on the kinds of observations and the aspect of the
  70. world that is observed.
  71.  
  72. The central theme of PCT is that a perception in an ECS should be maintained
  73. as close as possible to a reference value.  In other words, the information
  74. provided by the perception, given knowledge of the reference, should be as
  75. low as possible.  But in the chaotic world, simple observation of the CEV
  76. provides a steady stream of information.  The Actions must provide the same
  77. information to the world, so that the perception no longer provides any
  78. more information.  Naturally that is impossible in detail, and the error
  79. does not stay uniformly zero.  It conveys some of the information inherent
  80. in the chaotic nature of the world, though less than it would if the Actions
  81. did not occur.  The Action bandwidth determines the rate at which information
  82. can be supplied by the world, the nature of the physical aspect of the world
  83. being affected, and the delta t between Action and sensing the affected CEV
  84. determines the information that will be given to the sensors (the unpredicted
  85. disturbances, in other words), and the bandwidth of the sensory systems
  86. determines how much information can be provided through the perceptual
  87. signal.  Any one of these parts of the loop can limit the success of
  88. control, as measured by the information contained in the error signal.
  89.  
  90. So far, the matter is straightforward and non-controversial, I think.
  91. Think of a set of orbits diverging in a phase space.  The information
  92. given by an initial information is represented by a small region of
  93. phase space as compared to the whole space.  After a little while, the
  94. set of orbits represented by the initial uncertainty has diverged, so the
  95. uncertainty has increased.  Control is to maintain the small size, which
  96. means to supply information to the world.
  97.  
  98. Things become more interesting when we go up a level in the hierarchy.
  99. Now we have to consider the source of information as being the error
  100. signals of the lower ECSs, given that the higher level has no direct
  101. sensory access to the world, and that all lower ECSs are actually controlling
  102. (both restrictions will be lifted later, especially the latter).  Even
  103. though the higher ECSs may well take as sensory input the perceptual
  104. signals of the lower ECSs, nevertheless the information content
  105. (unpredictability) of those perceptual signals is that of the error, since
  106. the higher ECSs have information about their Actions (the references supplied
  107. to the lower ECSs) just as the lower ones have information about theis
  108. Actions in the world.  The higher ECSs see a more stable world than do
  109. the lower ones, if the world allows control. (Unexpected events provide
  110. moments of high information content, but they can't happen often, or we
  111. are back in the uncontrollable world.)
  112.  
  113. What does this mean? Firstly, the higher ECSs do not need one or both of
  114. high speed or high precision.  The lower ECSs can take care of things at
  115. high information rates, leaving to the higher ECSs precisely those things
  116. that are not predicted by them--complexities of the world, and specifically
  117. things of a KIND that they do not incorporate in their predictions.  In
  118. other words, the information argument does not specify what Bill's eleven
  119. levels are, but it does make it clear why there should BE level of the
  120. hierarchy that have quite different characteristics in their perceptual
  121. input functions.
  122.  
  123. It is that kind of thing that I refer to as "understanding" PCT, not the
  124. making of predictions for simple linear phenomena.  Linear models are
  125. fine when you have found the right ECS connections and have plugged in
  126. model parameters.  I am talking about seeing why those models are as they
  127. are.  Look, for example, at the attention and alerting discussions, which
  128. come absolutely straight from the Shannon theory.  But the results of the
  129. (almost) a priori argument agree with the (despised) results of experiments
  130. in reading that I discussed in our 1983 Psychology of Reading.  had I known
  131. about PCT then, I could have made a much stronger case than I did, but only
  132. because of Shannon.  The whole notion of Layered Protocols in intelligent
  133. dialogue depends on Shannon, and demonstrates the impossibility of simple
  134. coding schemes (which some people have claimed as the basis of Shannon
  135. information).
  136.  
  137. >I invite you to add to the PCT model any features of information
  138. >theory that you believe must be there.  If necessary, use features
  139. >from information theory to replace those from PCT.
  140.  
  141. Have I done that to your satisfaction?
  142.  
  143. > If your changes
  144. >improve the predictions by the model, there will be no argument and
  145. >no complaint:  You will have demonstrated that a person who does
  146. >not understand Shannon or information theory does not understand
  147. >PCT.
  148.  
  149. An electricity meter reader does not need to understand the principles
  150. of electromagnetism to get an accurate meter reading.  This challenge
  151. is misdirected.  If there are places where I think the prediction would
  152. be improved, they are likely to be structural, such as in the division
  153. of attention, monitoring behaviour or some such.  What should be improved,
  154. in general, is understanding, not meter reading.
  155.  
  156. I said that if you don't understand Shannon, you won't understand PCT.  I
  157. didn't say you won't be able to use PCT to make predictions.
  158. ================
  159. Having said all that, I might soften a bit, and take the analogy of the
  160. use of the mathematically ideal observer in psychophysics.  The ideal
  161. observer is assumed to take whatever information is in principle available
  162. in the signal, and to use it to determine whether or not some specified
  163. class of even has occurred.  Trained psychoacoustic listeners often perform
  164. rather like an ideal observer who is presented with a signal some 3 or 4 dB
  165. weaker than the actual one.  We say they are within 3 or 4 dB of ideal.
  166.  
  167. Now we take the observer and add or eliminate possibilities for getting
  168. information about the event.  For example, we may let the observer know
  169. what the waveform of the event would be if the event actually occurred,
  170. by presenting it to the other ear.  They now approach the performance of
  171. an ideal observer who knows the waveform.  Can they do this if the "cue"
  172. is delayed?  It depends how much delay, and by looking at the performace
  173. over a variety of delays, we can tell something about what information
  174. the real observers are losing.  Is it phase, frequency, or amplitude?
  175. Change the cue and do some more variation, and determine what the ideal
  176. observer might be capable of doing if it lacked this or that kind of
  177. information.
  178.  
  179. By analogy, it might be possible to make ideal controller predictions,
  180. given different kinds of disturbance or sensory prediction aids.  An
  181. example comes to mind (not of an ideal controller).  A submarine reacts
  182. very slowly to changes in its control surfaces, but in stable water there
  183. are reasonably simple algorithms to determine where it will be if nothing
  184. changes in the control surfaces over the next few minutes (the chaotic world
  185. doesn't provide much information under these circumstances).  So it is
  186. possible to make a display that shows a line indicating where the submarine
  187. will go if the steerer does nothing.  If that's where it should go, fine.
  188. Otherwise the steerer moves the controls until the line goes where the
  189. submarine should go.  But there are currents and so forth (the world provides
  190. information), so the submarine does not go where the line said it would.
  191. However, the line still predicts where it would NOW go if nothing happens,
  192. so the helm can still control that future position to some extent.  How
  193. far should the line go?  That depends on the information rate of the world.
  194. If the currents are swirling and unpredictable, probably it should not go
  195. very far, but if they are steady, they provide little information, and the
  196. line can compensate.
  197.  
  198. Too long.  I must go home.  I hope that this has been helpful.
  199.  
  200. Martin
  201.