第十章認(rèn)知心理學(xué)的兩大范式

1、第十章認(rèn)知心理學(xué)的兩大“范式”第一節(jié)認(rèn)知心理學(xué)的起源一、計(jì)算機(jī)的發(fā)明和“人工智能”的產(chǎn)生1、“圖靈機(jī)”的概念：圖靈所說的“機(jī)器”并不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的物理對(duì)象，而是一臺(tái)數(shù)學(xué)上理想化的機(jī)器，它可以通過不同的物理形式實(shí)現(xiàn)自己。“圖靈機(jī)”是一種抽象的計(jì)算機(jī)模型。（1）圖靈機(jī)的構(gòu)成：一條一維的帶子（“磁帶”），它被分為許多方格；一個(gè)掃描器/打印器，它在任何時(shí)候總是指向一個(gè)方格；一有限的內(nèi)在狀態(tài)：q0q一有限的字母表。（2）圖靈機(jī)構(gòu)成的“前提條件”：一個(gè)并且只有一個(gè)符號(hào)出現(xiàn)在每個(gè)方格中。（3）圖靈機(jī)的運(yùn)作機(jī)制：（A）、在每一時(shí)刻，機(jī)器一定處于某一內(nèi)在狀態(tài)q；它的掃描器/打印器同時(shí)掃描帶子上的某一方格。（B）、

2、在一給定時(shí)間t,機(jī)器所做的事情完全由它在t的內(nèi)在狀態(tài)和它的掃描器/打印器正在掃描的那個(gè)符號(hào)所決定。（C）、在內(nèi)在狀態(tài)和被掃描的符號(hào)的決定作用下，機(jī)器做三件事情：它的掃描器/打印器用字母表中的一個(gè)符號(hào)取代另一個(gè)符號(hào)。這兩個(gè)符號(hào)也可能是相同的（即意味著：它擦去了正被掃描的那個(gè)符號(hào)并打印一個(gè)新符號(hào)，這個(gè)新符號(hào)可以和被擦去的符號(hào)相同）；機(jī)器的掃描器/打印器逐格地移向左邊或右邊；機(jī)器進(jìn)入一個(gè)新的內(nèi)在狀態(tài)。見下圖表:機(jī)器的內(nèi)在狀態(tài):qOq1q2機(jī)器字母表符號(hào):11RqO2Rq1+Halt+1Lq11Lq2例如，輸入指令1RqO，意思是：如果掃描器掃描到符號(hào)1并且在狀態(tài)qO的話，用1取代1（實(shí)際上保持不變）

3、；向右移動(dòng)一格;進(jìn)入狀態(tài)qO（實(shí)際上保持不變）。其特點(diǎn)：對(duì)圖靈機(jī)工作的描述是一種抽象的描述，它涉及的只是計(jì)算機(jī)的邏輯狀態(tài)（或功能狀態(tài)）這種抽象的邏輯狀態(tài)可以由幾乎無數(shù)不同的具體方式來實(shí)現(xiàn)，即可以與幾乎無數(shù)不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（“硬件”）相對(duì)應(yīng)。2、“人工智能”的產(chǎn)生：1956年的達(dá)特茅斯(Dartmouth)夏季人工智能研究計(jì)劃”，是計(jì)算機(jī)科學(xué)史上的一個(gè)里程碑。目標(biāo)是思維的形式模型，最終是要制造和編程一種智能的、思維的機(jī)器。二、“功能主義”的心理哲學(xué)1、“機(jī)器思維”問題的提出：1950年，圖靈在MIND上發(fā)表計(jì)算的機(jī)器與智能，提出“模仿游戲”的思維實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)今成為眾所周知的“圖靈測(cè)驗(yàn)”(TuringT

4、est)2、“功能主義”的基本觀點(diǎn)：Putnam:“人類心理狀態(tài)就是大腦的計(jì)算狀態(tài)。要理解它們，就必須對(duì)神經(jīng)學(xué)的具體內(nèi)容進(jìn)行抽象，就像我們?cè)诰幊绦蚧蚴褂糜?jì)算機(jī)時(shí)通常要對(duì)硬件進(jìn)行抽象一樣，并且完全以所涉及到的那些計(jì)算的術(shù)語來描述心理狀態(tài)。因此，心理狀態(tài)就像是軟件?！焙?jiǎn)言之，心理之于大腦如同計(jì)算機(jī)軟件之于硬件。三、心理學(xué)和語言學(xué)：反叛行為主義的“認(rèn)知革命”1、皮亞杰的“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”：“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”是認(rèn)知心理學(xué)經(jīng)典研究范式“符號(hào)加工模型”的最早表達(dá)。2、喬姆斯基的“普遍語法”理論：(1)語言的模塊性：Chomsy我們可以把心理想象成一個(gè)心理器官的系統(tǒng)，而語言能力是其中之一。這些器官中每一個(gè)都有它的特

5、殊的結(jié)構(gòu)和功能”。像語法的基本成分，就是普遍語法這一模塊系統(tǒng)中的各種子系統(tǒng)的參數(shù)，而普遍語法本身又是人類心理的一個(gè)子系統(tǒng)，是人類所獨(dú)有的。大量語言現(xiàn)象“說明語言官能結(jié)構(gòu)內(nèi)部呈模塊性(modularity),而總的認(rèn)知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也量模塊性。我想，對(duì)后一個(gè)假設(shè)其實(shí)不該有太多分歧。隨著我們對(duì)各個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)的提高，會(huì)越來越顯得有根據(jù)，而且不勉強(qiáng)，很自然?！?2)“普遍語法”：語言知識(shí)可以用生成語法恰如其分地反映出來，生成語法是一個(gè)由規(guī)則和原則組成的系統(tǒng)，可以對(duì)各個(gè)語言單位作結(jié)構(gòu)描寫。人腦都具有某種天賦的、全人類共同的心理狀態(tài)。進(jìn)而可以提出一種標(biāo)志著人腦“初始狀態(tài)”的特征圖式。“我們把這種圖式叫做普遍

6、語法。我們實(shí)際上可以把普遍語法看成遺傳的程序，看成決定可能的人類語言可能實(shí)現(xiàn)的范圍之圖式。每一種這樣的可能的實(shí)現(xiàn)，是一種可能的最終穩(wěn)定狀態(tài)，是某一特殊語言的語法。普遍語法是一種在初始狀態(tài)中遺傳地決定的系統(tǒng)，它在經(jīng)驗(yàn)所樹立的條件下被具體化、提煉、整理、加工，從而產(chǎn)生在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所表達(dá)出來的特殊語法?！钡诙?jié)認(rèn)知心理學(xué)的經(jīng)典范式：“物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)”(PSSH)PSSH也稱“符號(hào)系統(tǒng)范式”，其相關(guān)術(shù)語有：心理學(xué)領(lǐng)域：physicalsymbolicsystemhypothesis;informationprocessing;symbolicprocessingmodels;serialproc

7、essingformalisms;doctrineofsymbolsystems.計(jì)算機(jī)科學(xué)或人工智能領(lǐng)域：symbolicAI;GoodOld-FashionedArtificialIntelligence(GOFAI);心理哲學(xué)領(lǐng)域：cognitivism;computationaltheoryofthemind.PSSH的實(shí)質(zhì)性觀點(diǎn)是：MIND內(nèi)部具有對(duì)世界的“表征”，并根據(jù)“規(guī)則”操作或操縱這些表征。一句話：“認(rèn)知即計(jì)算”。一、“PSSH”及附帶推論：1、“物理符號(hào)系統(tǒng)”：（1）“物理符號(hào)”：西蒙說：所謂符號(hào)就是模式（pattern），任何一個(gè)模式，只要它能與其他模式相區(qū)別，它就是一個(gè)

8、符號(hào)。”如：可以是物理的符號(hào)（如書寫的文字、光波和聲波等）可以是頭腦中的抽象的符號(hào)（如語言、表象等）；可以是計(jì)算機(jī)中的電子運(yùn)動(dòng)模式；可以是頭腦中神經(jīng)元的某種運(yùn)動(dòng)方式。所謂對(duì)符號(hào)進(jìn)行“操作”，就是對(duì)符號(hào)進(jìn)行比較，即找出哪幾個(gè)是相同的符號(hào)，哪幾個(gè)是不同的符號(hào)。換言之，就是按一定的“規(guī)則”對(duì)符號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。正是在符號(hào)能夠進(jìn)行物理操作的意義上，便在“符號(hào)系統(tǒng)”前加上“物理的”這一形容詞。物理符號(hào)系統(tǒng)有兩個(gè)重要特點(diǎn)：它遵從物理規(guī)律，它是可以由任何可能的物理基體（人腦或機(jī)器）來實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)；它不局限于人的符號(hào)系統(tǒng)，任何可以為認(rèn)知器官或認(rèn)知功能所分辨的有意義的模式都可以歸入符號(hào)這一范疇。PSSH是關(guān)于一切可能的

9、形式的智能的一個(gè)假設(shè)。（2）、物理符號(hào)系統(tǒng)的6大功能：（A）輸入符號(hào)（input）；（B）輸出符號(hào)（Output）：（C）存儲(chǔ)符號(hào)（Store）：（D）復(fù)制符號(hào)（Copy）：（E）建立符號(hào)結(jié)構(gòu)（Structureofsymbol）：通過找到各種符號(hào)之間的關(guān)系，在符號(hào)系統(tǒng)中形成符號(hào)結(jié)構(gòu)。（F）條件性遷移（Conditionaltransfer）：根據(jù)原來存儲(chǔ)的信息加上當(dāng)前輸入而進(jìn)行一系列活動(dòng)。換言之，就是依賴已掌握的符號(hào)而繼續(xù)完成行為。亦稱“產(chǎn)生式系統(tǒng)”：“是指計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的一組活動(dòng)，它的基本原理是一個(gè)條件能產(chǎn)生一個(gè)活動(dòng)，即CA（condition-act）.2、物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)的三個(gè)“附帶推

10、論”：既然人具有智能，它就一定是個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)。既然計(jì)算機(jī)是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)，它就一定能表現(xiàn)出智能，這是人工智能的基本條件。既然人是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)也是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)，那么我們就能用計(jì)算機(jī)來模擬人的活動(dòng)。、“PSSH”的理論優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景：1、“信息處理”基礎(chǔ)假定的合理性：智能只有通過物理符號(hào)系統(tǒng)才可獲得；計(jì)算機(jī)因編制程序而進(jìn)行思維；人腦（至少）是物理符號(hào)系統(tǒng)；認(rèn)知或思維是根據(jù)“規(guī)則”而進(jìn)行的符號(hào)操作；第五，“硬件的確無關(guān)緊要”（hardwaredidnotmatter）:心理之于大腦，猶如軟件之于硬件。2、符號(hào)系統(tǒng)范式具有很強(qiáng)的解釋力：西蒙：“現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)基本上是串行處理。計(jì)算機(jī)也

11、可以模擬人的并行處理過程。這是用分時(shí)（time-sharing咸時(shí)間切割的方式進(jìn)行的。因此，按串行處理原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)既能模擬人的并行處理過程，也能模擬串行處理過程?！?、PSSH與“聯(lián)結(jié)主義”是根本對(duì)立的嗎？J.Searle的“中文屋論證”（ChineseRoomArgument）對(duì)PSSH或“機(jī)器思維”的挑戰(zhàn)。第三節(jié)認(rèn)知心理學(xué)的新范式:聯(lián)結(jié)主義一、聯(lián)結(jié)主義模型的基本特征：聯(lián)結(jié)主義是探討MIND的一種新科學(xué)方法。其核心概念是“并行分布處理”的概念，即認(rèn)知或智能是從大量單一處理單元的相互作用中產(chǎn)生的。相近或相關(guān)的術(shù)語有：PDP（ParallelDistributedProcessing）、Co

12、nnectionism、ArtificialNeuralNetworks、NeuralComputation、ComputationalNeuroscience。1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡(jiǎn)況：（1）1943年麥卡洛克和皮茲發(fā)表神經(jīng)活動(dòng)中內(nèi)在觀念的邏輯運(yùn)算一文，系最早嘗試。（2）羅森布拉特發(fā)明的“感知器”系開創(chuàng)性網(wǎng)絡(luò)研究。但1969年明斯基和佩伯特發(fā)表感知器計(jì)算幾何學(xué)引論使網(wǎng)絡(luò)研究轉(zhuǎn)入低潮。（3）1982年霍普菲爾德提出“Hopfieldnet，使網(wǎng)絡(luò)研究復(fù)興。其特點(diǎn)是：第一，是一個(gè)自反饋的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)；第二，使用“赫布律”來調(diào)節(jié)聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度（聯(lián)結(jié)權(quán)重）；第三，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“記憶”是分布式的。（4）1986

13、年，拉梅哈特、麥克萊蘭德主編的并行分布處理：認(rèn)知的微觀結(jié)構(gòu)探索，標(biāo)志著認(rèn)知心理學(xué)新范式的形成。2、“聯(lián)結(jié)主義系統(tǒng)”的構(gòu)成和主要特點(diǎn)：（1）聯(lián)結(jié)主義的核心思想：認(rèn)知或智能是從大量單一處理單元的相互作用中產(chǎn)生的。聯(lián)結(jié)主義致力于“認(rèn)知的微觀結(jié)構(gòu)”：神經(jīng)元的單元及其聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了“知識(shí)”，而聯(lián)結(jié)權(quán)重的變化就可以說明身體運(yùn)動(dòng)、感覺及認(rèn)知過程。以馮諾伊曼構(gòu)架為基礎(chǔ)的常規(guī)計(jì)算機(jī)（或“圖靈機(jī)”），具有根本上不同于我們神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。聯(lián)結(jié)主義的目的不再是用“符號(hào)”和“符號(hào)操作”來模擬認(rèn)知過程，而是模擬發(fā)生在神經(jīng)系統(tǒng)中的過程。2）“聯(lián)結(jié)主義系統(tǒng)”的構(gòu)成：!HI組處理單元：或稱為“節(jié)點(diǎn)”(nodes)，它呈現(xiàn)某

14、種水平的激活。有3種單元:輸入單元：外部刺激據(jù)此進(jìn)入該系統(tǒng)；輸出單元：隱單元：不是與環(huán)境而是只與其他單元相互作用的內(nèi)部單元。激活的狀態(tài)：即在每一時(shí)間t,每一單元有某種激活a(t)。（C）聯(lián)結(jié)的模式或“網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架”：它決定一個(gè)單元通過加權(quán)輸入對(duì)其他單元產(chǎn)生的影響（該加權(quán)可以被比作人腦的突觸）。正性加權(quán)”對(duì)單元的激活產(chǎn)生興奮性影響（興奮性聯(lián)結(jié)）；“負(fù)性加權(quán)”則產(chǎn)生抑制性影響（抑制性聯(lián)結(jié)）。（D）節(jié)點(diǎn)的激活規(guī)則：這是指在時(shí)間t+i中計(jì)算新的激活水平的規(guī)則，即a（t+i）。（E）節(jié)點(diǎn)的輸出功能：把激活映射到節(jié)點(diǎn)的輸出上即為“輸出函數(shù)”。（F）學(xué)習(xí)規(guī)則：學(xué)習(xí)規(guī)則是造成聯(lián)結(jié)的模型發(fā)生變化的原因。即是說，通

15、過改變權(quán)重，被表征在該網(wǎng)絡(luò)中的知識(shí)就被改變了?！盁o教師學(xué)習(xí)”：沒有外界輸入的指導(dǎo)信息；對(duì)任何聯(lián)結(jié)的改變只依賴于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的局部狀態(tài)（“赫布規(guī)則”）“有教師學(xué)習(xí)”：從外部向網(wǎng)絡(luò)提供關(guān)于網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行狀況的指導(dǎo)信息。（3）聯(lián)結(jié)主義系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：內(nèi)在并行性：一個(gè)高度并行的非線性系統(tǒng)。其并行性不僅體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上，而且它的處理過程也是并行的和同步的（神經(jīng)計(jì)算是分布在許多處理單元上同時(shí)進(jìn)行的）。分布式信息存儲(chǔ)：信息并非存儲(chǔ)在一個(gè)特定區(qū)域，而是分布式地存儲(chǔ)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的。容錯(cuò)性：當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中部分單元（神經(jīng)元）失效而不能工作時(shí)，不會(huì)在很大程度上影響和改變整個(gè)系統(tǒng)的行為；“腦不是串行機(jī)而是并行機(jī)；不是數(shù)字機(jī)而是模擬

16、機(jī)?！弊赃m應(yīng)性：指整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自我調(diào)節(jié)的能力。表現(xiàn)在自組織、泛化、學(xué)習(xí)和訓(xùn)練方面:自組織”：許多處理單元能按照一定的規(guī)則同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)（如同人積累經(jīng)驗(yàn)）。泛化（或推廣）：是網(wǎng)絡(luò)對(duì)以前未曾遇見過的輸入（如部分的或不完整的信息）作出反應(yīng)的能力。學(xué)習(xí)：根據(jù)與環(huán)境的相互作用而發(fā)生的行為改變，其結(jié)果是對(duì)外界刺激產(chǎn)生反應(yīng)的新模式的建立。:訓(xùn)練：是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)的途徑。需要在供訓(xùn)練用的輸入集合（訓(xùn)練集）。二、聯(lián)結(jié)主義與PSSH的論爭(zhēng)：1、聯(lián)結(jié)主義是通往MIND的“皇家大道”？（1）關(guān)于“表征”和“規(guī)則”的論爭(zhēng)：據(jù)稱在聯(lián)結(jié)主義系統(tǒng)中，不存在顯性的“符號(hào)”和“規(guī)則”，其處理的構(gòu)架是“腦風(fēng)格”的。但是：:聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)于腦的哪一層次的性質(zhì)？聯(lián)結(jié)主義模型也不被認(rèn)為對(duì)應(yīng)于思維的概念水平。所謂“亞概念的”、“亞符號(hào)的”比神經(jīng)元層次更高，但比概念思維更低。:FODOR認(rèn)為，既然聯(lián)結(jié)主義者不是對(duì)“單元”就是對(duì)“激活模型”提供了語義解釋，那么他們都是表征主義者。:（2）關(guān)于“符號(hào)系統(tǒng)”與“聯(lián)結(jié)系統(tǒng)”能否相互模擬：聯(lián)結(jié)主義系統(tǒng)中的表征是否能實(shí)現(xiàn)符號(hào)處理系統(tǒng)中的表征的基本功能？既然馮-諾伊曼機(jī)能模擬聯(lián)結(jié)主義系統(tǒng)，那就說明兩種系統(tǒng)之間