解 麗
(南開大學(xué) 哲學(xué)院, 天津 300350)
基于溯因推理的信念修正理論初探
解 麗
(南開大學(xué) 哲學(xué)院, 天津 300350)
溯因推理是發(fā)現(xiàn)或揭示事物規(guī)律的一種重要推理形式,它是從證據(jù)到解釋的思考過程,屬于以多種條件的不完整信息為特征的推理模式?,F(xiàn)代邏輯使用信念修正的概念來刻畫溯因推理的動態(tài)認知過程,而在眾多刻畫信念狀態(tài)的理論中,AGM理論所使用的信念集合論的模型簡單、易操作,但其執(zhí)行力不強,不能更細致地刻畫出認知主體對語句信念度的變化以及知識更新等動態(tài)認知過程。因此,溯因推理的語義樹結(jié)構(gòu)的程序化及其全局策略和局部策略的提出有助于實現(xiàn)信念修正系統(tǒng)形式化,更好地描述其動態(tài)認知過程和處理信念修正問題。
溯因推理;人工智能;信念修正;認識變化;語義樹結(jié)構(gòu)
溯因推理(abduction),又稱“回溯推理”,是人類邏輯思維通過外展性思維去推斷、發(fā)現(xiàn)事物因果聯(lián)系或揭示事物規(guī)律的一種重要推理形式,它屬于一種從觀察數(shù)據(jù)推出可能原因的推理模式,也是科學(xué)假說證明的主要方法之一。溯因推理是當代邏輯哲學(xué)和科技哲學(xué)中的重要推理之一。阿麗色達(Aliseda)開創(chuàng)性地把人工智能領(lǐng)域發(fā)展的溯因推理應(yīng)用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究中。溯因方法的運用直接促進了科學(xué)哲學(xué)中的經(jīng)驗進展與解釋理論的結(jié)合,促進了人工智能中信念變化的計算導(dǎo)向理論的產(chǎn)生,促進了皮爾士實用主義哲學(xué)的誕生。[1]Xii欣迪卡(Hintikka)認為,溯因推理是當代認識論的根本問題[2]503-533,它為認識論、人工智能等領(lǐng)域的相關(guān)問題研究提供了新的推理工具。
本文基于溯因推理的信念修正研究,旨在從溯因邏輯的角度程序化地構(gòu)建信念修正系統(tǒng),從而探討溯因推理的基本步驟,更好地描述其動態(tài)認知變化過程和處理信念修正問題。具體步驟如下:1.從認識論立場來闡釋溯因邏輯和信念變化的心理狀態(tài)之間的認知過程;2.論證人工智能中的溯因推理,表明溯因作為一種邏輯探究的認識過程,產(chǎn)生“明確觀念”,從而給人工智能中的信念提供一種動態(tài)解釋模式;3.闡釋信念修正中的認識變化的三種形式及信念修正的溯因邏輯機制;4.介紹信念修正的一個溯因模式——語義樹結(jié)構(gòu)。
“溯因推理”一詞主要有兩個認識論含義:1.只產(chǎn)生“可信的”假說的溯因(選擇性的或創(chuàng)造性的);2.作為最佳解釋推理的溯因和評價假說的溯因。[3]25
就認識論立場而言,阿麗色達的主要觀點是,溯因認識理論的主要動機是吸收傳入信念及其解釋,即證實它的信念(信念集)。這個事實將溯因置于更接近基礎(chǔ)主義的行列,基礎(chǔ)主義要求信念根據(jù)其基本信念來確證。溯因信念通常被(科學(xué))共同體所使用。因此,前期關(guān)于個人沒有保持他們信念的確證路線的主張是不能應(yīng)用的。另外,溯因推理的一個重要特征是保持理論的一致性,否則,解釋將是無意義的(特別是將如果?解釋為經(jīng)典邏輯推論之時)。因此,溯因也必須遵循一致性原則。[4]151
有很多理論可以刻畫信念狀態(tài),比如貝葉斯模型、可能世界的模型、信念集的模型等。其中,AGM理論所使用的信念集合模型簡單且技術(shù)處理方便。[4]128AGM方法遵循三個合理性原則:一致性原則(Consistency)、最小改變原則(Minimal Change)和新信息優(yōu)先原則(Priority to the incoming information),這個方法把信念狀態(tài)表征為在邏輯后承中閉合的形式,也為描述信念修正操作的特征提供了一個“合理性公設(shè)”( rationality postulates)。
對新進入信念的辯護,基本上采取一種“認識論的立場”,其中有兩種基本的立場:基礎(chǔ)主義和融貫論。信念修正框架有時也被稱為融貫論方法。在這種方法中,重要的是,只要個體持有的信念和其他信念保持一致,個體就要堅持這些信念。不一致的信念不描述任何世界,所以是徒勞的。此外,信念的改變也只能在認識論的基礎(chǔ)上保守地進行,也就是說,為了和新信息保持一致而做自我調(diào)整時,要盡可能地多保留自己的原始信念。這正好和基礎(chǔ)主義方法形成了對比,基礎(chǔ)主義方法要求添加或放棄適當?shù)睦碛梢愿淖冃拍?。[3]34簡言之,“基礎(chǔ)主義”的方法只接受那些發(fā)生變化的信念,而“融貫論”的觀點則只要求變化的信念處于一致狀態(tài),只做不影響一致性的極少的改變。
從溯因邏輯的角度看,溯因推理與懷疑/相信的心理狀態(tài)的認識轉(zhuǎn)變有密切的聯(lián)系。認知過程是:由溯因的邏輯形式規(guī)則的第一個前提條件表明,驚奇(依據(jù)皮爾士的觀點,溯因的解釋是由驚奇現(xiàn)象引發(fā)的)不僅是一個溯因推理的觸發(fā)器,當一個信念習(xí)慣被打破時,驚奇也是一個懷疑狀態(tài)的觸發(fā)器。不同的觸發(fā)因素將決定不同的溯因過程。阿麗色達指出了兩種觸發(fā)因素,即新奇性和異常性。溯因新奇性:E是新奇的,雖然它不能被理論解釋,但它必須與理論保持一致。溯因異常性:E是異常的,其理論能解釋其否定。[1]37一旦上述因素被確定,不同類型的溯因過程就產(chǎn)生了。若新奇性觸發(fā)的溯因推理包含潛在的演繹推論,有待說明的事實與理論是協(xié)調(diào)的,這就演繹地說明了這一事實;若潛在推論是統(tǒng)計性的,理論擴展只能得到較低概然性,就需要對理論進行修正,從理論中消除某些數(shù)據(jù)。
關(guān)于信念修正,熊立文教授是這樣描述的:“一個人在某個時刻具有一定的認知狀態(tài)或信念狀態(tài),理想化的認知狀態(tài)是一種平衡狀態(tài)。當有新的認知信息輸入時,這種平衡狀態(tài)就被破壞,這時就應(yīng)當調(diào)整信念狀態(tài)使它達到一種新的平衡。調(diào)整的過程就是信念修正的過程。信念修正的理論研究如何用邏輯或數(shù)學(xué)的方式刻畫人的認知狀態(tài)或表達知識庫中的信念、信念修正的合理性標準是什么、如何刻畫信念修正的過程等問題?!盵5]46簡言之,任何信念修正都是從一種信念狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種信念狀態(tài)的過程。
現(xiàn)代邏輯使用信念修正的概念來刻畫溯因推理的動態(tài)認知過程。修正信念被看作是處理推理的一個動態(tài)概念。在推理的某一階段,如果它是正確的,可以說,在合理推理的基礎(chǔ)上就確定了一個信念,即使以后某個階段這個信念被放棄。阿麗色達的觀點是,在一種溯因理論框架下,要實現(xiàn)皮爾士的溯因,就需要將信念程序化。列維斯科(Levesque)在1989年就提出了溯因推理的這種信念邏輯,而1990年,杰克遜(Jackson)研究了信念修正在溯因推理中所起的作用。[3]24-25他們的工作為信念修正溯因理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
溯因推理中修正概念的引入,直接導(dǎo)致了人工智能中信念變化理論的產(chǎn)生。在這種信念修正理論中,人們不僅要合并新信念,而且要確證它們。伽登福斯在他的專著《流動中的知識:為認知狀態(tài)的動態(tài)發(fā)展建模》(KnowledgeinFlux:ModelingtheDynamicsofEpistemicStates)中提出了三種信念變化的操作類型:擴展、縮減、修正,用于描述一個數(shù)據(jù)庫、一個科學(xué)理論或者一組常識信念集怎樣接納一個新信息,即“一個理論可以通過增加新準則而擴展,通過刪除現(xiàn)有的準則而縮減,或者是先縮減然后擴展,最后實現(xiàn)修正”[1]33。具體操作如下:
假設(shè)一個一致性理論θ(在邏輯推論下是封閉的),被稱為信念狀態(tài)(beliefstate),句子φ是一個傳入的信念(incomingbelief),對于θ關(guān)于φ有三種認識態(tài)度:
(1)φ被接受(φ∈θ);(2)φ被拒絕(φ∈θ);(3)φ未決(φ?θ,φ?θ)。
對于這些態(tài)度,我們有三種操作來把φ納入θ中。擴展:給θ這個信念狀態(tài)添加φ這個傳入信念,那么通過條件φ和邏輯推論的結(jié)合從而擴展的θ所產(chǎn)生的信念系統(tǒng)可以標記為:θ+φ。修正:系統(tǒng)在保持一致的條件下,給信念狀態(tài)θ添加一個新信息,就得把θ中的舊信息刪除,這種通過φ修正θ的結(jié)果可以標記為:θ*φ??s減:為了確保所產(chǎn)生系統(tǒng)的演繹封閉性,與信念狀態(tài)θ相矛盾的信念就要被拒絕,因此,就要放棄θ中與φ相矛盾的信息,對φ縮減θ的結(jié)果被標記為:θ-φ。
簡單地講,所謂擴展(expansion)是指信念狀態(tài)+新進入信念:θ+φ;修正(revision),即系統(tǒng)在保持一致條件下添加新信息:θ*φ,而縮減(contraction),即信念狀態(tài)-相矛盾信念:θ-φ。[6]495在這三個信念變化操作中,修正相對而言更為復(fù)雜,它是縮減和擴展的組合,但是從可操作性上講,修正和縮減是可以相互定義的,萊維(Levi)根據(jù)縮減定義修正;哈爾彭(Harper)根據(jù)修正定義縮減[7],而且二者都可能因興趣的變化而發(fā)生操作上的變化。但是,即便因為興趣的不同導(dǎo)致操作上的變化,信念系統(tǒng)仍能保持其一致性或適度的封閉性,擴展、修正以及縮減也可以建立在信念系統(tǒng)一致性基礎(chǔ)上。
皮爾士的形式規(guī)則化解釋超越了一種邏輯論證而成為一種認識過程的解釋,使得我們可以這樣來描述溯因推理的認識過程。皮爾士認為,一個新穎的或反常的事實讓位于一個驚奇的現(xiàn)象,打破一個信念習(xí)慣并產(chǎn)生一種懷疑狀態(tài),溯因推理因此被觸發(fā),它的目標是提供一個在新信念中起作用的假設(shè),能精確地解釋那個驚奇的事實。[1]145但是,溯因推理并不是一種形式嚴格的推理,多數(shù)情況下皮爾士僅僅將其看作一種建議。皮爾士認為溯因推理必須滿足兩個條件,即可檢測性和經(jīng)濟性。這種溯因在將自身轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N解釋前必須得到檢驗。因此,這種認識的“懷疑—信念循環(huán)”一直保持著,直到遇到另一個新穎的事實。
人工智能中的信念變化也經(jīng)常出現(xiàn)與解釋相關(guān)的概念。認知科學(xué)家把溯因推理看作信念修正的一個認識過程。在這樣一種設(shè)定的語境框架下,現(xiàn)有的溯因推理方法關(guān)注如何給新添加的句子φ尋求解釋;而在基礎(chǔ)理論邏輯后承閉合的狀況下,這個尋求解釋的信念φ就應(yīng)該被自動添加。
認知科學(xué)家薩伽德(Thagard)指出,如果在計算邏輯的系統(tǒng)中對溯因建模,那么搜索就是基本的操作方法,很多基于命題規(guī)則的計算系統(tǒng)就源于“啟發(fā)式搜索”。另外,在人工智能系統(tǒng)的研究過程中,認知科學(xué)家還以語句形式對溯因推理建模,來表明溯因的計算性質(zhì)及其與不同演繹推理形式的關(guān)系。例如,Boutilier,Becher在1995年,G?rdenfors在1992所建立的形式模型,以人體的認知狀態(tài)作為理論基礎(chǔ),研究了溯因的建模。他們的基本思想是:形式模型中的個體的認知狀態(tài)可被模式化為一組一致的信念,這些信念可以通過擴展和收縮的方式進行變化。[3]29-30在此基礎(chǔ)上,阿麗色達正式提出了認識變化的溯因模型。溯因擴充:給定p的一個新奇公式q,q的協(xié)調(diào)一致的說明r被計算然后被添加到p。溯因修正:給定p一個新奇的或異常的公式q,q的協(xié)調(diào)一致的說明r被計算。
這個模型主要涉及背景理論p的修正直至成為某種恰當?shù)男吕碚損’。再有,直覺上看,這里既涉及“縮減”也涉及“擴充”。在這種溯因推理模式中,“新奇現(xiàn)象和異?,F(xiàn)象都涉及初始理論的變化,前者要求理論擴展,后者要求理論修正。這必然涉及理論的縮減和擴充。因此,溯因推理的基本操作就是擴展和縮減,而認知狀態(tài)及其變化在這種溯因模型中都可以得到反映”[6]561。
總之,在一個理論修正模型中,溯因作為一種對新進入的信念的解釋方式,能夠在理論修正的模式中起作用。簡言之,它的原理是,解釋通過擴展操作被同化到理論中,修正操作需要對理論做出修改且合并解釋。溯因推理本身提供了一個認識變化的模式。這可以幫助發(fā)展邏輯和計算機制,把科學(xué)理論、數(shù)據(jù)庫和信念集合并到新信息中去。同時,溯因推理對說明的強調(diào),使得這里的信念修正模型比許多信念修正理論更豐富。
信念修正的溯因模式研究主要指語義樹結(jié)構(gòu)研究,它屬于一種“樹”形的反駁邏輯系統(tǒng),作為一階邏輯的一種樹枝圖理論,它的邏輯框架是由Beth(1955年)、Hintikka(1955年)和Schutte(1956年)分別創(chuàng)立的,后來Smullyan做了發(fā)展,并改進了這個方法。
阿麗色達認為,語義樹結(jié)構(gòu)是一種有良好動機的標準邏輯框架,對于這個信念修正的溯因模式——語義樹結(jié)構(gòu)研究,她的總體思路是:將樹結(jié)構(gòu)的特征延伸到公開的、封閉的和半封閉的結(jié)構(gòu),以便為溯因建立基礎(chǔ);同時,指出溯因作為樹結(jié)構(gòu)擴展的一個過程,每一種溯因版本都對應(yīng)于背景理論某些適當?shù)摹皹浣Y(jié)構(gòu)外延”(tableauextension),[1]78繼而將溯因的形式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為語義樹結(jié)構(gòu)的設(shè)置,并提出兩種溯因產(chǎn)生的策略:全局策略(Globalstrategy)和局部策略(Localstrategy)。
關(guān)于語義樹的普遍觀點是這樣的:驗證φ和θ的關(guān)系,即形式規(guī)則φ是不是遵循前提θ,具體操作方法是給θ∪{φ}的所有的句子建構(gòu)一個由T(θ∪{φ})指示的二分支的樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)分支根據(jù)邏輯關(guān)聯(lián),視句子的初始集使用的邏輯關(guān)聯(lián)規(guī)則而定。一個樹結(jié)構(gòu)封閉,其中各分支都包含原子形式規(guī)則φ及其否定式φ,結(jié)論就是初始集不滿足蘊含關(guān)系θ╞φ成立。相反,如果一個樹結(jié)構(gòu)是開放的,其形式結(jié)構(gòu)φ就不能成為θ的有效結(jié)論。[1]80
總之,語義樹的最大的特點就是能夠控制溯因擴展操作。怎樣通過擴展樹結(jié)構(gòu)來處理修正,即如何使信念修正能夠通過與擴展結(jié)合來實現(xiàn)呢?
(一)樹結(jié)構(gòu)的修正。
樹結(jié)構(gòu)應(yīng)明確而簡單。在這種樹結(jié)構(gòu)中,一個理論θ縮減為一個T(θ)的閉合分支開放,是為摒棄在此之前的推論服務(wù)的。在此重點介紹和考察阿麗色達給出的修正方案。
依據(jù)阿麗色達的處理,修正過程按兩步進行。通過這兩步所要達到的信念修正的目標情形是:從θ,φ開始,對θ,φ而言,T(θ∪φ)是閉合的。第一步目標是溯因推理者阻止φ成為θ的一個推論。對于這個目標,我們只需開啟樹結(jié)構(gòu)T(θ)的一個閉合分支就能達到,此時原樹結(jié)構(gòu)T(θ)就變成了樹結(jié)構(gòu)T(θ’)。在第一步中,就用這種方式處理不一致性問題。通過擴展已被修正的θ’可以做到這一點。在第二步中,我們發(fā)現(xiàn)φ的一個解釋性形式規(guī)則α。這一規(guī)則是為推演φ服務(wù)的。由此,我們看到以樹結(jié)構(gòu)形式修正某個理論實質(zhì)上是兩個相等的自然改變的形式化過程,也就是說,以樹結(jié)構(gòu)形式修正某個理論是樹分支開放與閉合的統(tǒng)一體。于是:
假設(shè)θ,φ,對于它們T(θ∪φ)是封閉的,α是一個溯因解釋,如果
(1)有一組形式規(guī)則β1,…,β1(βi∈θ),以致T(θ∪φ)-(β1,…,β1)是開放的。
同時,我們要求讓θ1=θ-(β1,…,β1)。
(2)T((Cθ1∪φ)∪α)是封閉的。[1]152
現(xiàn)在,我們要考慮的問題是,要實現(xiàn)這個目標,怎樣進行技術(shù)操作?要想開啟一個樹結(jié)構(gòu),就要采取縮減β1,……,β1這幾個形式規(guī)則的方式。嚴格地說,上述形式結(jié)構(gòu)中的第二項屬于溯因擴展的初始階段。因此,阿麗色達集中關(guān)注縮減一個理論以便保持一致性的問題。她還探討了這個研究框架自身的復(fù)雜性問題,以及如何保持一致性的策略等問題。
(二)樹結(jié)構(gòu)的縮減。
以下是需要縮減的一種一般情況:根據(jù)不一致理論,要保留觀察到的反?,F(xiàn)象這種命題,結(jié)合語義樹結(jié)構(gòu)來考察它是如何通過縮減而成為不一致的。
一個縮減操作的操作原理是:要恢復(fù)一致性,從理論θ中去除形式規(guī)則。假定θ={p∧q,p},我們?nèi)コ齪∧q還是p,完全靠“偏好”標準,目的是實現(xiàn)θ的“最小變化”:
令θ={p∧q,p,q}
丨
T(θ)
丨
p∧q
丨
p
丨
q
丨
?
為恢復(fù)θ的一致性而去除p開啟一個封閉分支是不充分的,因為沒有把q并入樹結(jié)構(gòu)。即使從θ中去除了封閉分支p,也得重新計算樹結(jié)構(gòu),從q發(fā)現(xiàn)另一個封閉分支,以便對標準邏輯推論進行檢驗。在構(gòu)造一個樹結(jié)構(gòu)的過程中,如果l可能閉合一個分支(比如,l出現(xiàn)在某個更高的地方;或者相反),此后沒有形式規(guī)則化可被添加。也就是說,一個分支的開啟不能保證表征了所有的樹結(jié)構(gòu),那么,要想確保一個樹結(jié)構(gòu)“真的”被開啟,需要很多的結(jié)構(gòu)變形甚至整體重構(gòu)。而為了恢復(fù)θ的一致性,只需改變樹結(jié)構(gòu)的格式,計算封閉分支“超越不一致性”,明確所有封閉源。
另外值得說明的是,縮減還存在兩種策略:全局策略和局部策略。全局策略是那種追溯應(yīng)當縮減的源頭(往往是語義樹中不一致的源頭)的子形式規(guī)則并將此子形式規(guī)則整個去除的策略。但是,樹結(jié)構(gòu)中還存在一種修正“更微妙的最小變化”的源形式規(guī)則,這一修正是通過用原子真——T去替換子形式規(guī)則中作為不一致根源的源形式規(guī)則(往往是某個命題變元或某個命題變元的否定)。[1]163但是,阿麗色達沒有表現(xiàn)出支持其中任何一種策略的傾向。顯而易見,局部策略趨向于保持更多的初始信念。因此,它有著比全局策略更小的變化。不管采用什么策略,它們有可能得到相似的結(jié)果。
(三)樹結(jié)構(gòu)的擴展。
對于樹結(jié)構(gòu)擴展的觀點,我們可作如下解讀:樹結(jié)構(gòu)方法的一個最大特點是,可以用圖示以開放分支形式來表征當φ不是θ的有效推論而導(dǎo)致的所有推論都不成立的情形。如果我們想讓φ成為θ這個擴展理論的一個有效推理,就需要改變修正理論,還要添加更多的前提。由此,通過適當封閉開放分支的形式規(guī)則對一個樹結(jié)構(gòu)進行擴展,也就完成了在這個框架下溯因推理的一個擴展過程。以下是一些增加樹結(jié)構(gòu)的形式規(guī)則,它們會封閉這個分支,形成整個樹結(jié)構(gòu):{b,c,r,s,w,c∧r,r∧w,s∧w,s∧w,c∨w}[1]88,其中(如c∨w)創(chuàng)造了兩個分支,都是封閉的。除了(b和s∧w)外,大多數(shù)形式規(guī)則都是對初始樹結(jié)構(gòu)θ的一個半封閉的擴展。
可以說,樹結(jié)構(gòu)為刻畫溯因推理的動態(tài)過程提供了一個程序方法,作為計算溯因框架中的一種,語義樹結(jié)構(gòu)通過計算封閉初始樹結(jié)構(gòu)中的一個分支,借助形式規(guī)則,說明了溯因解釋是如何產(chǎn)生的,然后進行檢驗,并提供合取式或析取式的解釋,表現(xiàn)出很強的解釋力。樹結(jié)構(gòu)的分析證明,相對于擴展,修正更具復(fù)雜性和多變性,因為在修正的過程中,不同的樹結(jié)構(gòu)程序會輸出不同的解釋。
人的知識或信念是處于動態(tài)發(fā)展中的,為了和新信念保持一致,人要不斷改變已有的知識和信念,以滿足新的認知需求。現(xiàn)代邏輯使用信念修正概念來刻畫溯因推理的這種動態(tài)認知過程,這是一個有意義的嘗試。
對于表征信念狀態(tài),描述認識變化操作的特征有兩個選擇:要么遵循基礎(chǔ)主義,要么遵循融貫論。有研究結(jié)果顯示,與AGM方法的思路保持一致的觀點占主導(dǎo)地位。我國學(xué)者熊立文認為,AGM集合論的結(jié)構(gòu)簡單、表現(xiàn)力不強,所以AGM理論不能更細致地刻畫出認知主體對語句相信程度的變化、知識更新等動態(tài)認知過程。阿麗色達也持相同觀點,認為AGM方法靠自身的能力把擴展、縮減和修正看作是一種認識結(jié)果而非認識過程,它是靜態(tài)的。
筆者基本上贊同阿麗色達的做法,即在一種認識化溯因理論框架下,為了實現(xiàn)皮爾士的溯因,應(yīng)該將其程序化。運用信念修正框架構(gòu)造一個相信和懷疑狀態(tài)之間的認知轉(zhuǎn)換理論,把語義樹結(jié)構(gòu)作為信念基礎(chǔ)的一個邏輯表征,由此產(chǎn)生的理論在信念修正方面將基礎(chǔ)主義與融貫論立場相融合,這樣,將會促進信念修正模型的進一步發(fā)展,并有助于更好地描述其動態(tài)認知變化過程和處理信念修正問題。
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責(zé)任編輯:仇海燕
B80-0
A
1007-8444(2017)03-0260-05
2016-12-30
國家社科基金重大項目“現(xiàn)代歸納邏輯的新發(fā)展、理論前沿與應(yīng)用研究”(15ZDB018)。
解麗,博士研究生,主要從事邏輯學(xué)、語言邏輯和邏輯哲學(xué)研究。