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        圖模型認(rèn)知表征與聯(lián)結(jié)主義

        2018-01-18 21:41:10閆鼎
        教育界·上旬 2017年11期

        閆鼎

        【摘要】文章通過對圖模型認(rèn)知表征與聯(lián)結(jié)主義兩種認(rèn)知模型理論的比較分析,闡明了二者之間的共同特征,即二者具有認(rèn)知統(tǒng)一性、表征性、計算性、學(xué)習(xí)性,也闡明了二者間生物似真性和表征方式上的不同。二者間的互補(bǔ)學(xué)習(xí),有助于探索更完善的認(rèn)知模型理論。

        【關(guān)鍵詞】圖模型;認(rèn)知表征;聯(lián)結(jié)主義;認(rèn)知統(tǒng)一

        圖模型認(rèn)知表征與聯(lián)結(jié)主義是認(rèn)知哲學(xué)中解釋認(rèn)知的兩種模型。圖模型認(rèn)知表征理論開始于20世紀(jì)80年代,直至近年來才受到廣泛關(guān)注。圖模型認(rèn)知表征理論主張用圖模型來對認(rèn)知進(jìn)行表征。對認(rèn)知的聯(lián)結(jié)主義解釋同樣開始于20世紀(jì)80年代,自產(chǎn)生以來便受到廣泛關(guān)注。聯(lián)結(jié)主義認(rèn)為,人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)類似于聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)。通過比較,有助于清晰地看到二者之間的異同,發(fā)現(xiàn)新問題,并且二者間的互相補(bǔ)充也有利于更完善的認(rèn)知模型的誕生。

        一、圖模型認(rèn)知表征與聯(lián)結(jié)主義

        圖模型是一種數(shù)學(xué)計算工具,最近才被用于認(rèn)知科學(xué)的研究[1]。在圖模型認(rèn)知理論中,圖模型是共享表征庫中因果認(rèn)知、基于概念、基于決策的認(rèn)知等不同認(rèn)知過程的共同運算結(jié)構(gòu),是認(rèn)知統(tǒng)一的基礎(chǔ)。

        圖模型是對相關(guān)關(guān)系的表征。圖模型的“圖”由“節(jié)點”和“邊”兩部分組成。即,它利用節(jié)點和邊來對定性關(guān)系進(jìn)行編碼。例如,圖(a)是一個以DAG為基礎(chǔ)的圖模型,在這個圖模型中,A、B、C是節(jié)點,連接在它們之間的線段就是邊。從純數(shù)學(xué)視角來看,節(jié)點代表對象,邊代表對象之間的相關(guān)關(guān)系。這種相關(guān)關(guān)系有三種類型:一是有向邊(A→B)類型,二是無向邊(A―B)類型,三是雙向邊(A→B)類型。邊的方向表征了相關(guān)關(guān)系的不同方向。邊所連接的兩節(jié)點具有相鄰關(guān)系,也就是說,當(dāng)且僅當(dāng)兩點之間有一條邊時,這兩點是相鄰的。從語義學(xué)的視角來看,圖模型中的節(jié)點表征個體、變量等。邊表征直接的相關(guān)性,例如,直接原因、直接交流或社會聯(lián)系、直接的或或然的相關(guān)性或其他類型的直接關(guān)聯(lián)等。

        在認(rèn)知科學(xué)中,圖模型用來表征認(rèn)知過程中的相關(guān)關(guān)系。例如,對“撞擊導(dǎo)致受傷,受傷導(dǎo)致感染”這種因果關(guān)系的認(rèn)知,用圖模型對這種相關(guān)關(guān)系的認(rèn)知表征是:撞擊→受傷→感染。目前,在圖模型認(rèn)知表征理論中,大部分因果認(rèn)知,基于概念和決策的認(rèn)知是用圖模型來表征的。

        聯(lián)結(jié)主義的本體論預(yù)設(shè)是,人類的認(rèn)知產(chǎn)生于聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)中。聯(lián)結(jié)主義最初始于這種觀察:人類的認(rèn)知和行為特別復(fù)雜,而單個的神經(jīng)元卻是受限的、簡單的。人類復(fù)雜的認(rèn)知和行為不是產(chǎn)生于單個神經(jīng)元,而是產(chǎn)生于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中眾多神經(jīng)元相互作用的過程中。聯(lián)結(jié)主義的核心直覺是,通過建構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),可以推進(jìn)對認(rèn)知的理解。

        聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)由單元和聯(lián)結(jié)組成。單元類似于大腦中的神經(jīng)元,聯(lián)結(jié)類似于神經(jīng)元之間的相互作用。在一些基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)中,單元構(gòu)成層級。一般的聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)有三個層級:輸入層、隱藏層和輸出層。聯(lián)結(jié)主義的一般工作機(jī)制是信息自上而下的流通,即,信息從聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)之外給定輸入層的某些神經(jīng)元,繼而導(dǎo)致神經(jīng)元的激活狀態(tài),然后經(jīng)過隱藏層的加工到達(dá)輸出層。這其中,輸入層是隱藏層的原因,隱藏層是輸入層的結(jié)果;隱藏層是輸出層的原因,輸出層是隱藏層的結(jié)果。當(dāng)然,輸出層也能將信息回饋到隱藏層,隱藏層將信息回饋到輸入層。聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)解釋了不同的認(rèn)知現(xiàn)象,包括概念的學(xué)習(xí)和推理、關(guān)系和關(guān)系概念、語言習(xí)得、語言困難、記憶系統(tǒng)和動力控制等。

        二、聯(lián)結(jié)主義與圖模型認(rèn)知表征的比較

        聯(lián)結(jié)主義與圖模型認(rèn)知表征有很多相似之處。第一,聯(lián)結(jié)主義和圖模型認(rèn)知表征都有一個共同的理論目標(biāo)——認(rèn)知統(tǒng)一。聯(lián)結(jié)主義模型是一種以圖式為中心的認(rèn)知統(tǒng)一徑路[3]。以圖式為中心的統(tǒng)一旨在用一般性的圖式或模型來解釋、預(yù)測多元的認(rèn)知活動。聯(lián)結(jié)主義的圖式就是聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)。也就是說,在聯(lián)結(jié)主義視域下,多元的認(rèn)知活動都可以通過聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)得到解釋。圖模型認(rèn)知表征則是一種以共享表征為中心的認(rèn)知統(tǒng)一路徑。圖模型認(rèn)知表征假設(shè)人類所有的認(rèn)知過程都發(fā)生在一個以圖模型為運算結(jié)構(gòu)的共享表征庫中,并試圖以這個共享表征庫解釋所有的認(rèn)知類型。第二,聯(lián)結(jié)主義和圖模型認(rèn)知表征都支持用表征來解釋認(rèn)知。對于聯(lián)結(jié)主義來說,表征是其理論要素的必要構(gòu)成;對于圖模型認(rèn)知表征,表征更是其理論的中心要素。第三,聯(lián)結(jié)主義和圖模型認(rèn)知表征都具有強(qiáng)大的計算力。聯(lián)結(jié)主義的計算力體現(xiàn)在單元間的激活擴(kuò)散。當(dāng)一個單元被激活,與其相關(guān)的單元也會被激活,直到目標(biāo)問題得到解決。圖模型認(rèn)知表征的計算力主要體現(xiàn)在圖模型。圖模型本身就是強(qiáng)大的計算工具,對一個節(jié)點的計算,只需通過對相鄰節(jié)點的計算就能完成。第四,聯(lián)結(jié)主義和圖模型認(rèn)知表征都具有學(xué)習(xí)能力。聯(lián)結(jié)主義的學(xué)習(xí)可以通過層次間的逆向反饋來完成,而圖模型認(rèn)知表征的學(xué)習(xí)是通過節(jié)點的改變來重新構(gòu)建圖模型來實現(xiàn)。

        聯(lián)結(jié)主義與圖模型認(rèn)知表征有兩個重大的差異。首先,相比圖模型認(rèn)知表征,聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)更具有生物上的似真性。聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)雖然并不承諾本體論上的生物實在性,但其理論構(gòu)建是受到神經(jīng)元及其工作機(jī)制的激發(fā),因此與真實的大腦有一定的相似性。并且,聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)可以為基于一些認(rèn)知活動的似真神經(jīng)元提供制約作用。例如,如果一個特別結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)沒有能力預(yù)測、解釋一些真實可觀察的經(jīng)驗現(xiàn)象或行為,那么我們可以認(rèn)為真實的大腦也不會有這種結(jié)構(gòu)。而圖模型認(rèn)知表征并未得到神經(jīng)科學(xué)的證據(jù)表明人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是圖模型,也就不具有生物上的似真性。第二,聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)和圖模型認(rèn)知表征的表征方式不同,聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)的表征方式是涌現(xiàn)的、分布式的。例如,對狗的概念的表征不是具體到某個個體神經(jīng)元上,而是在整個聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)中涌現(xiàn)出來的。這也就導(dǎo)致聯(lián)結(jié)主義主張沒有長久的、持續(xù)的心理客體在表征中起作用。它認(rèn)為,認(rèn)知之所以有明顯的、持久的結(jié)構(gòu),是因為世界的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,而不是因為認(rèn)知內(nèi)部的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而在圖模型認(rèn)知表征中,圖模型就是表征的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),它的認(rèn)知表征是分離的符號,是長久的、持續(xù)的。

        表征方式的不同,似乎是聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)和圖模型認(rèn)知表征之間不可調(diào)和的沖突。如果大腦的功能是聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)的話,其表征方式是涌現(xiàn)的、分布式的,那么也就表明沒有持久的認(rèn)知表征,也就是說,沒有節(jié)點、邊、圖這樣的心理客體存在。然而,這并不能真正構(gòu)成聯(lián)結(jié)主義和圖模型認(rèn)知表征之間的沖突,因為圖模型的表征是象征的、隱喻的,它并不承諾大腦真實的表征結(jié)構(gòu)是圖模型,而是主張大部分人類的認(rèn)知最好理解為圖模型。這與聯(lián)結(jié)主義非象征的表征并不沖突。并且,圖模型認(rèn)知表征的框架可以合理地理解、預(yù)測和解釋人類的認(rèn)知及行為,可以解釋聯(lián)結(jié)主義還不能解釋的認(rèn)知現(xiàn)象,與聯(lián)結(jié)主義形成了理論上的互補(bǔ)??傊?lián)結(jié)主義與圖模型認(rèn)知表征并不是沖突的、無法調(diào)和的,而是兼容的、互補(bǔ)的。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]Danks,D.Unifying the Mind: Cognitive Representations as Graphical Models[M].Cambridge: The MIT Press, 2014.

        [2]魏屹東.認(rèn)知科學(xué)哲學(xué)問題研究[M].北京:科學(xué)出版社,2008.endprint

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