《人类的认知》:高阶学习者如何用符号思考?

Posted on 2017-07-19

《人类的认知》:高阶学习者如何用符号思考?

高阶学习者在解决问题时,不用词语思考,而是用抽象的表征,或是图画或图表,但大部分是符号,西蒙正是如此。

西蒙认为:人是使用符号系统的动物,语言是符号、文字是符号、声音是符号、文化是符号……符号系统几乎是最完美的人工事物,人类所有事物都可以符号表征。语言符号系统总是我们用来表征我们所处环境、用来作为思维的最重要工具,是人类区别于其他动物的最本质特征之一。

西蒙《人类的认知》这本书讲述的只有一个议题:如何用符号构建人的思维系统?西蒙在四个层面回答这个问题:一是善用跨学科的思维;二是引用计算科学表征思维;三是将人视作符号系统;四是建立人类认知的模型。

善用跨学科的思维

西蒙一生大问题是「人的决策」,想理解人的决策就必须先理解人脑信息加工的原理,但传统的心理学要么是行为主义,要么是格式塔,两个理论都存在认知局限,于是西蒙开创性地利用计算机科学来解决这个问题。《人类的认知》这本书,实际上就是西蒙结合信息加工心理学与理符号系统学,将人脑视作一个物理符号系统,用符号来模拟人类认知、思维和解决问题的过程。

西蒙在书中建立了认知心理与认知科学的框架,并借助计算机科学的研究方法,构建出人类思维与认知的科学认识。西蒙想做的是——用认知心理与认知科学的知识反哺计算机科学,发展人工智能,试图让计算机具有人的各种的认知能力。

此书完整展示西蒙在跨学科行走的思考路径:用认知心理学与认知科学来解释人脑的运作,用计算机科学和人工智能来复现专家的技能。

你也可以将此书看做是西蒙展现他跨学科知识学习并解决认知问题的过程文档,毕竟过程文档正是理解创作者思维方式的最佳方式呀。

引用计算科学表征思维

认知心理学研究的是人类观念、概念、能力以及认知加工的过程,这个过程抽象而不可捉摸,所以西蒙在踏入认知心理学领域的第一步就是要将人的认知过程表征为可以客观描述和研究的具体过程。

办法是利用计算机科学。西蒙提出「物理符号系统」的假设,该假设认为,任何物理系统的事件、过程或操作,只要能用符号的形式表示,并能明确每时每刻的状态,就能用计算机模拟出来。人类的认知过程与通讯信息处理过程类似,这样的人类思维中的各种抽象概念和符号也可以像物理对象一样可以复制、转换、处理和相互连接。

借助计算机科学与物理符号系统,西蒙建立人的认知模型:接受信息、编码和存入记忆、利用记忆作出决定,指导外部行为。

将人视作符号系统

人的认知模型将人视作有血有肉的机器人,那么,人类的认知活动与计算机的关系该如何表征?

西蒙的答案是:

人类认识活动与计算机对应关系

西蒙提出的「物理符号系统」认为,完善智能的符号系统应该具有这六个基本功能:1)输入符号;2)输出符号;3)存储符号;4)复制符号;5)建立符号结构;6)条件性迁移。而人的认知过程皆能一一对应,可尝试使用计算机程序去模拟人的心理活动,解释人类的复杂行为。

随后他建立一系列的计算机模型,如 EPAM 、GPS、模式识别程序、学习模型来解释人类认知的信息加工程序。

建立人类认知的模型

在理解符号理论之后,人类的认知模型就可以庖丁解牛了,这也正是本书的核心。西蒙将人的认知剖解成 7 大块:

人类如何认知:人通过搜索解决问题,一般并不去寻找最优方法,而是寻找最满意方法,并能调整满意的程度。人类的短时记忆有限,并以组块形式存储。

人类如何解决问题:人类解决问题的有效方法有:1)假设-检验:反复试验,得出结果;2)选择性搜索:利用已知,推导未知;3)爬山法:设定目标,逐步解决;4)手段-目标:分解大问题,缩小目标与当前状态的差异,降低问题复杂度。四种方法综合运用,更有助于解决问题

人类策略如何形成:通过口语记录分析,可以发现人类策略运用有四个阶段:1)盲目尝试;2)找到一个成功策略,解决一个问题;3)遇到新问题依然使用旧策略,旧策略失效;4)改变策略,解决新问题。借此可建立计算机思维逻辑关系。

人类专家如何炼成:不同人对问题表面结构分析得出的意义也不同,专家会先揭露复杂问题的所包含的各种语义,再利用已有的知识,找到简单的方法,求得问题的解决。专家的知识以组块形式存在,数量是 5-20 万个,成为专家大概要 10 年。

人类如何学习:学习过程是对一系列符号的学习、存储以后的提取和应用的过程。实现这一过程除了记忆,还需要利用所得信息进行创造。人类在学习过程中不仅需要养成提取信息、分析、得出结论的能力,对学习情况有正确的判断,还要养成学习迁移的能力,使用学会的知识解决新问题。

人类如何掌握概念:人类掌握概念的过程是:先提出假设,编出模式,检查编出模式是否符合已出现情况,再依据模式去预测,循环往复,最终形成概念。

人类科学如何发现:科学发现的途径一般有两种,一种叫理论驱动归纳:科学家先有理论,然后根据理论预测,看事实是否符合理论,最后由同行和专家评审;另一种是材料驱动归纳:科学家收集大量材料,分析材料,找出规律,解释规律。

认知之桥

如果说人与计算机之间有一座桥梁,那么,西蒙就是设计师,设计图纸就是用符号建立的人类认知模型。 桥梁的名字叫人工智能,高阶学习者正站在桥上看风景。

ChangeLog

  • 2017-07-27 修订
  • 2017-07-19 念起写作完成

六经注我

西蒙借助计算机隐喻来引入物理符号系统,但其实,符号早就存在人类的记忆之中,图腾是符号、文字是符号、图画是符号……学习人类符号学更有可能帮你理解用符号思考的深层意思。