4 认知发展理论-信息加工理论

联结主义认知心理学发展历程
启蒙阶段 开始阶段 萧条阶段 复兴阶段 鼎盛时期
1、1943年，麦克 洛奇和匹茨发表 1、1969年，人 1890年，詹姆 了《神经系统中所 工智能学者明斯 蕴涵思想的逻辑 基和佩帕特出版 斯的《心理学 演算》，提出M 《感知机》，指出 原理》对相关 -P模型（阈值模 感知机处理能力 学习、联想记 型）。 有限。 忆的基本原理 2、赫布提出“联结 2、人工智能领 进行了开创性 主义”概念及赫布 域取得的研究成 学习定律。 果认为不需要考 研究。 3、鲁梅尔哈特制 虑脑功能的网络 造出视知觉的脑模 结构。 型——感知机。

平行结构 和平行处 理机制 抵制噪声 分布式表 征
六大特征 自适应、 自学习、 自组织
很强的容 错性
连续性和 亚符号性
平行结构和平行处理机制

联结主义神经网络是由大量简单加工单元相互联结构 成的高度平行的非线性网络，不仅如此，网络的所有 运算处理也都是同时平行进行的，在同一层次内的所 有加工单元都是同时进行操作的。 由于在隐含单元层中存有大量原型，一旦给网络输入 一个刺激，隐含层中的所有神经单元立即同时被激活， 并在储存的模型中寻找与输入数据相匹配的原型，并 快速做出反应。 同时处理信息，运算速度加快
符号加工取向 联结主义取向
把认知过程类比为计算机运算过 程，“心理活动像计算机”
把认知过程类比为神经网络的 整体活动，“心理活动像大脑”
符号加工取向

最早由奈塞提出，后来由纽厄尔和西蒙等人发展。他 们通过对人类思维的研究创立了人工智能这门新学科， 对认知科学的发展作出了重大的贡献。 《人类问题解决》一书，是这一领域的极为重要的著 作。


从符号加工到联结主义，心灵始终与身体分离。笛卡 尔的身心二元论一直主导着人们对身心关系的认识。 但具身认知的出现打破了这一局面，身心一体论得以 确立。具身认知通过身体的主体性来说明认知对于身 体的依赖。近年来神经科学的发展也为具身思想提供 了生理学的依据。具身认知的出现为重构认知理论提 供了新思路。


信息加工是一个框架而非一个理论

信息加工框架内有许多不同的理论。
创建于20世纪60-70年代的初创体系被称作标准的、早 期的、经典的理论。 新近还有变革。


两种研究取向的由来



20世纪中期，西方主流心理学掀起一场推翻行为主义心理学的革 命，产生了认知心理学。 认知心理学的目的在于研究和揭示人的认知过程的本质，但由于 大脑本身的不可直接研究性，使认知心理学不得不在孕育和诞生 之时就以假设、模拟和类比的方式来进行认知过程的研究。 符号加工和联结主义就是伴随认知心理学诞生而出现的两种研究 认知心理学的理论倾向。

理解三

认知是具身的，而身体又是嵌入环境的。
传统认知理论将认知看做是抽象的内部状态，是外部 世界的内部表征，或一些静态的事实或规则。但具身 认知强调了身体与世界的互动，是大脑、身体与环境 相互作用的结果，是一个动态的过程。环境中的信息 也是我们认知过程中所要操作的对象。 “在解决乘法问题时，铅笔与纸张如此紧密地融合于 认知行为中，并且没有原则性的理由把这些外部物体 同认知系统的其他成分区别开来”。

传统认知主义的基本信条是“认知是可计算的”。依 据这种观点，认知过程类似于计算机的符号加工过程， 都是一种对信息的处理、操纵和加工。
如果把大脑比作计算机的硬件，那么认知就是运行在 这个“硬件”上的“软件”或“程序”。由于程序从 功能上是独立于硬件的，那么从理论上讲，认知独立 于包括大脑在内的身体，于是就出现了所谓的“离身 的”的认知或心智。
建立符号结构(build symbol structure):计算机通过找 到各种符号之间的关系，形成符号结构。老师为了讲 课汇集各种材料、建立它们之间的联系，使之构成一 个完整的系统。
条件性迁移(conditional transfer):计算机依赖已有的符 号继续完成行为，即根据具体情况来改变符号结构。 如智能计算机辅助教学程序就具备这种条件性迁移功 能。人在记忆中已经有了一定的符号系统，再加上外 界的输入，就可以继续完成一个活动过程。

自适应、自学习、自组织

人脑的优越性在于人脑可以根据环境通过“自学”来 认识未学习过的新知识并解决不熟悉的新问题。 联结主义模拟了人脑的这一特点，当网络面对一个全 新的输入模式时，其自身可以通过采取一定的训练策 略来调整神经单元之间的权重并修正自身的特性以达 到某种预期的效果。

抵制噪声

人类通常可以在噪声很大的环境下从事工作而不影响 工作的效果。 联结主义模拟了这一特点，联结主义网络经常可以抵 制噪声，因为假如噪声没有大到混淆网络的思维，输 入与所存储的一切不同模式相类似，网络就可以正确 地提取所存储的记忆。

物理符号系统的假设与推论

假设：任何一个系统，如果他能表现出智能的话，它 就必须执行上述功能。

三推论：1、既然人具有智能，他就一定是一个物理符 号系统；
2、既然计算机是一个物理符号系统，它就能表现出智 能，这是人工智能的基本条件； 3、既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理 符号系统，那么我们就能够用计算机模拟人的活动。


“物理符号系统”假设是纽厄尔和西蒙的最著名理论。
物理符号系统假设

物理符号系统理论的贡献在研究具体事件的计算机科 学和研究抽象事件的心理学之间架起了一座桥梁。 用计算机的已知工作原理建立了人类认知模型。

物理符号系统的六种功能

输入符号(input)：把字母打进计算机，眼睛看黑板上 的字都可认为是一种输入；


具身认知的倡导者对这种离身的认知提出异议。
主张思维和认知在很大程度上是依赖和发端于身体的， 身体的构造、神经的结构、感官和运动系统的活动方 式决定了我们怎样认识世界，决定了我们的思维风格， 塑造了我们看世界的方式。


如果我们拥有蝙蝠的生理结构，我们所感知到的世界 就完全不是现在的样子。
理解一
1、人工智能用 符号逻辑的思维 方式不能解决人 1986年由鲁梅 类思维的本质 尔哈特和麦克 问题。 莱兰德出版了 2、脑科学与神 联结主义认知 经科学获得了 心理学的“圣经” 重大研究成果。 -《平行分布加 3、1982年霍普 工：认知结构 菲尔德提出神经 的微观探索》。 网络模型是复兴 的标志。
输出符号(output)：计算机荧光屏上显示出结果，人在 纸上写字，都是输出； 存储符号(store):计算机中贮存信息，人记住某件事， 都是存储符号的功能； 复制符号(copy):计算机能复制出一段文字材料，人认 出某个字，并复制出来成为表征，存储在脑子的某个 地方，这都是复制符号的功能。





分布式表征

模拟大脑联想或直观能力
联结主义网络模型呈现的是高度分布及维度-转换表征 特征，而且网络是以叠加的方式来贮存知识的。 知识存在于整个神经网络的相互联结权重之中，与此 相应，采用分布式表征的方式来加工知识，分布式表 征可以同时满足多重约束，节约大量单元，而且加工 速度也很快。 以整体论方式来贮存和提取信息
以离散的物理符号来表征较高 表征和处理的是直觉经验以及尚 级的概念，处理的是知识的结 未结晶或升华为用言语表达出来 晶 的概念，即“亚概念”
知识表征
具身认知

自20世纪60年代以来，认知心理学一直是西方心理学 的主流。最初，以计算机模拟为基础的符号加工模式 在认知心理学中居于支配地位，其后，以神经的网状 结构和并行加工原理为基础的联结主义模式进入认知 心理学家的视野。 受认知语言学、文化人类学、哲学、机器人技术、人 工智能等学科的影响，认知心理学正在经历一场“后 认知主义”的变革。在这场变革中，具身认知成为一 个焦点论题，代表了认知心理学研究中的一个新取向。
联结主义模式与基本内涵

基本含义：联结主义模式（平行分布加工、人工神经网络、亚符 号范式）通常是指“通过简单加工单元之间的联结方式进行计算 的一类模型”。（Morris,1989）基本构成单位是单元和联结。
基本内涵：联结主义认为认知是由相互联系的具有活性值的神经 单元构成的网络的动态整体活动，这种网络实现的整体状态与对 象世界的特征基本一致，联结主义网络模型中的神经节中不包含 任何信息，信息是整个交互作用的神经节的激活模式，知识信息 并不存在于特定的地点，而是存在于神经网络的连接中或权重里， 通过调整权重就可以改变网络的联结关系并进而改变网络的功能。


认知心理学的联结主义模式建构了“人工神经网络”， 力图体现大脑神经元的并行分布式加工和非线性特征， 研究目标从计算机模拟转向人工神经网络的建构。试 图找寻认知是如何在复杂的联结和并行分布加工中得 以涌现的。然而，无论联结主义的研究风格与符号加 工模式多么迥然相异，两者在“认知的本质就是计算” 方面是相同的。 认知虽然表现在包括大脑在内的身体上，但是却不依 赖于身体，其功能是独立的。


一.智力理论演变的三阶段模型
圆圈：特定方法中关于智 力的分析单元 外围粗线：强调单元具有 高度的秩序 表示智力理论中单元的不 同组织原则，圆圈的位置 和数量则仅表示描述说明
阶段1

两种竞争理论 1.一元论：分析单元的单一事例决定着对智力的思考 例：智力因素理论的发展，斯皮尔曼的一般智力理论， 只承认一种单一的起控制作用的整体结构即一般因素。 格式塔学派关于智力概念的关键是顿悟 2.二元论：许多独立的具有一定的单元的事例决定着对 智力的思考 例：汤姆森认为智力应包含大量的具有独立结构的纽 带，即反射、习惯、联想学习 桑代克关于智力的S—R 阶段1中，紧张未解决，双方容纳对方关于智力本质的 概念而达到解除，进入阶段2

认知过程进行的方式和步骤实际上是被身体的物理属 性所决定的。