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P. Weiser:
"A Pragmatic Communication Model For Way-finding Instructions";
Supervisor, Reviewer: A. Frank, S. Timpf; Institut für Geodäse und Geoinformation, 2014; oral examination: 2014-11-27.

This thesis presents an agent-based pragmatic communication model for way-finding instructions. Pragmatics should be understood as the linguistic theory that views communication as a context-dependent system. The goal of this work is to develop the conceptual and formal foundations for the design of next-generation spatial information systems. Such systems would allow more dynamic forms of interaction and be capable of delivering routing information that is tailored to a user-s specific and individual needs. Way-finding instructions provided by today's information systems are fundamentally different from instructions generated by humans. First, the type of information is different. Humans produce instructions that include mostly qualitative information, e.g., in the form of landmarks. Computer-generated instructions, on the other hand, rely on quantitative (metric) information, such as references to time and distance between decision points. However, for many people this type of information is difficult to process, thus introducing additional cognitive strain in an already demanding way-finding task. Second, the way today's information systems allow users to interact with the presented content seems extremely limited if compared to human forms of interactions. For example, humans can adjust to their dialog partner's expectations by keeping track of a mental model of them ("theory of mind"). This implies that information is generated individually and dynamically, allowing to make changes during information presentation, in case this seems necessary. In addition, humans have the ability to signal whether some piece of presented information has been understood or not. In this work, these two mechanisms, i.e., humans having a "theory of mind" and the ability to use signals to indicate the progress of a conversation, were systematically analyzed and formally specified. The result is an executable and testable computational model, implemented in the functional programming language Haskell. The contribution of this thesis is that it provides the formal and conceptual foundations for the design of future information systems that can mimic human forms of interaction.

Diese Arbeit präsentiert ein pragmatisches Agenten-basiertes Kommunikationsmodell für den Austausch von Wegbeschreibungen. Pragmatik ist in diesem Fall als linguistische Theorie zu verstehen, die Kommunikation als ein kontextabhängiges System ansieht. Das Ziel dieser Arbeit ist die Schaffung von konzeptionellen und formalen Grundlagen für das Design von neuartigen Informationssystemen, die mit Hilfe von dynamischen Interaktionsmethoden individuell anpassbare Routeninformationen bereitstellen. Routenbeschreibungen die von heutigen Informationssystemen zur Verfügung gestellt werden, unterscheiden sich von Instruktionen, die von Menschen generiert werden, in zwei wesentlichen Punkten. Zum einen, ist die Art der Information anders. Menschen produzieren hauptsächlich qualitative Instruktionen, z.B. solche bei denen Orientierungspunkte eine zentrale Rolle spielen. Computer-generierte Instruktionen hingegen basieren auf quantitativen Informationen wie Längen- oder Zeitangaben. Diese Art von Information ist für Menschen nicht intuitiv kognitiv erfassbar. Zum anderen ist die Art wie mit einem Informationssystem interagiert werden kann nicht mit der Interaktionsweise von Menschen mit anderen Menschen vergleichbar. Menschen stellen sich auf ihre Gesprächspartner ein, in dem sie ein mentales Modell (auch "Theory of mind" genannt) von ihnen vorhalten, d.h., Informationen werden dynamisch und individuell generiert und adaptiert falls dies als nötig empfunden wird. Zudem kann, wenn eine übermittelte Information von einem Gesprächspartner als nicht ideal empfunden wird, dieser eine gewünschte Anpassung der vormals übermittelten Informationen signalisieren. Diese zwei Prinzipien der pragmatischen Kommunikation ("Theory of mind" und Signale) wurden in dieser Arbeit konzeptionell und formal erfasst. Das Resultat ist ein ausführbares und testbares Modell, das in der funktionalen Programmiersprache Haskell formalisiert wurde. Der Beitrag dieser Arbeit besteht darin, dass sie formale Grundlagen schafft, damit eine Form der Interaktion wie sie Menschen intuitiv durchführen, in Zukunft auch zwischen Menschen und Computern möglich wird. Das erste Kapitel spezifiziert die Problemstellung und die Hypothese. Ein Vergleich zwischen Routenbeschreibungen, die von Informationssystemen und Menschen generiert wurden, veranschaulicht das Problem. Das zweite und dritte Kapitel arbeitet die bestehende Literatur zu den Bereichen Kommunikation und Routenbeschreibungen auf. Aus dieser Recherche wird eine Theorie entwickelt, die aufzeigt, dass pragmatische Kommunikation sich der "theory of mind" und dem Austausch von Signalen zur Bedeutungsfestlegung von Konzepten bedient. Kapitel 4 definiert zuerst eine einheitliche Taxonomie von Routenbeschreibungen. Anschließend werden aus Sprachdaten Signale extrahiert die Aufschluss über den genauen Verlauf des Gesprächs geben. Diese Signale werden systematisch erfasst und klassifiziert. Zudem findet eine detaillierte Analyse der einzelnen Gesprächsphasen statt, die aufzeigt wann und warum die extrahierten Signale auftreten. Kapitel 5 präsentiert das formale Modell, dass die Konzepte der in Kapitel 2 bis 4 entwickelten Theorie mathematisch beschreibt. Dazu wurde die funktionale Programmiersprache Haskell gewählt, die aufgrund ihrer statischen Typsicherheit und der kompakten Schreibweise eine konsistente und präzise Formulierung des zuvor konzeptuell Aufgearbeiteten ermöglicht. Das Modell ist ausführbar und produziert Resultate, die die aus den Sprachdaten gewonnenen und beobachteten Ergebnisse bestätigten. Kapitel 6 schließt diese Arbeit mit einer Zusammenfassung, einer Diskussion sowie einem Ausblick auf zukünftige Forschungsmöglichkeiten ab. Ein besonderer Augenmerk wird dabei auf die nicht-verbale Kommunikation gelegt, auf der ein Großteil unserer "Gespräche" basieren.

Way-finding Instructions, Pragmatics, Theory of Mind, Signals, Communication, Interaction

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_235859.pdf