物理符号系统假设:用符号来思考的理论基础

Posted on 2017-07-27

注:本文摘录自《架设人与计算机的桥梁:西蒙的认知与管理心理学》。此书详细介绍了西蒙的物理符号系统假设,从起源到发展,从概念到推论,从推演到解释,对学习西蒙大师如何用符号来思考有重要参考价值,特将书中对物理符号系统的文字摘录笔记,供学习参考。

人是有智能的有机体。长期以来,人们不断探索智能的本质。信息加工心理学将人脑与计算机进行类比,认为智能的本质就是对信息的加工,人的认知过程就是信息加工过程。由于符号是信息的载体,信息加工的过程也是符号操作的过程,因此,智能的本质也就是对符号的操作。

这种将智能归结为符号操作的思想可以追溯到哲学家怀特海德。1927 年,怀特海德在他的著作《符号主义)一书中指出:「人的心智是以符号的形式进行活动的,即经验的某些成分发出意识、信念和情感,而这些活动又与经验中的其它成分相关联。这里,前一种成分的集合就是符号,后一种成分的集合则构成了符号的意义。这种将符号与它的意义相联结的过程就是符号的指定」。

怀特海德的这种观点不仅为一些人文主义的理论家所接受,而且为计算机科学家所接受。人文主义理论家们将人看成是使用符号的动物,认为「符号化的思维和符号化的行为是人类生活中富于代表性的特征」(卡西尔)。计算机科学家则致力于研究符号在计算机内部是如何被表示和加工的。

物理符号系统假设的诞生

1958 年,西蒙和纽厄尔等用计算机程序 GPS 来模拟人的问题解决行为,证明人的复杂行为可以表示为信息加工的过程。1972年,他们明确提出可以用信息加工的概念来描述人的认知过程,并系统地阐述了「物理符号系统假设」。

在物理符号系统假设中,「符号」一词具有广义的理解,它不局限于语言文字的符号或其它各种形式的符号,而是指人们能够加以区别的任何一种模式。如果一个模式能表示外界客体及其关系,或者能够表示其它的模式,它就是一个符号。符号可以表现为各种不同的形态,它可以是视觉的,也可以是听觉的,只要它能够被人类的感官或思维加以鉴别,并且指代某个其它的物体或模式就可以看成是符号。在计算机科学中,符号往往表现为具有一定结构的表达式,实质上是环境的一种内在的结构模型。

根据物理符号系统假设,一个物理符号系统就是包含一组符号的存在物,它的功能就是操作符号。计算机是典型的物理符号系统。客观世界中的任何事件、过程或操作,只要能用符号的形式费示,并能明确每时每刻的状态,就能用计算机模拟出来。同样,人脑也是一个物理符号系统。人脑中的各种概念、观念也都是符号,人脑中进行的信息加工过程就是对符号的操作。西蒙认为一个完整的物理符号系统应该具有对符号进行输入、输出、储存、复制、创建以及条件性迁移等基本操作的功能。这六种功能的含义如下:

1. 输人( input):把字母打进计算机、眼睛看黑板上的字,都可以认为是一种符号输入 2. 输出( output):计算机从荧光屏上显示出结果、人在纸上写字,都是符号输出。 3. 存储(stoe):计算机中存储信息、人记住某件事,都是存储符号。 4. 复制(copy):计算机复制出一段文字材料、人认出某个字并复制成内部心理表征,都是复制符号。 5. 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。这些都是建立符号结构。 6. 条件性迁移( conditional transfer):计算机依赖已有的符号继续完成某种行为;人利用记忆中已有的符号结构,再加上外界的输入,就可以继续完成一个活动过程。这都可以看成是条件性迁移。

物理符号系统假设的基本内容是:任何系统,如果能表现出智能,它就必须具有上述六种功能;反过来,任何系统,如果具有上述六种功能,它就能表现出智能。也就是说,一个系统具有智能的充分必要条件是它具有处理符号的能力。在这里,西蒙所指的智能就是人类所具有的那种智能,例如人能够认识外界事物、接受智力测验、处理生活中的事情等。

物理符号系统假设三个重要推论

根据物理符号系统假设,可以作出下面三个重要的推论。

第一个推论是,既然人具有智能,它就一定是一个物理符号系统。换句话说,人之所以具有智能,就在于他能进行信息加工。第二个推论是,既然计算机是一个物理符号系统,它就一定能表现出智能,这是人工智能的基本条件。第三个推论是,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。

西蒙指出,第三个推论不一定是前面两个推论推导出来的必然结果。因为人是物理符号系统,具有智能;计算机是物理符号系统,也具有智能。但它们可以用不同的方式、不的原理进行活动。一方面,我们可以在计算机上编制出复杂的程序来进行复杂的运算,而这种运算过程未必就是人类思维的过程。另一方面,我们也可以按照人类的思维过程来编制计算机程序如果我们能做到这一点,我们就可以用计算机在形式上描述人的认知过程,或者建立一个理论来说明人的认知过程。

物理符号系统假设的多层次解释

物理符号系统假设的一个重要特点是:在建立物理符号系统(脑或计算机)时,只限定了该系统的抽象特征。具体说,符号是由物质的任何可操纵的排列来表示的,用以鉴别它们的是这种排列,而不是它们赖以组成的特定物质。例如,称为「托盘」的模式是以任何空心环和圆柱体来表示的,并不管它是铁的、木的、塑料的或是画的。

符号不是物理的实体,而是这一实体所排列的模式。这样,符号便可以与较低水平的物理机构及其物理实现过程区分开来。由于符号的存在形式是一种模式,而不是具体的物体,因此完全不同的物理机构可以表达相同的符号和符号结构。例如,同个概念,不管是抽象的还是具体的,在大脑中可以用一个神经活动的模式来表示,而在 20 世纪 50 年代的计算机中可以用一排真空管的激发模式来表示,在现代计算机中则可用集成片中的二进制模式来表示。

进而,符号可以表达不同水平的抽象,它们可以是外界现实的不确切的复制,如物体的知觉、表象和表征等;它们也可以是更概括化的表达,如物体和事件的概念。与较低水平的抽象相比,产生概念并对它们进行加工需要对记忆中的信息做更为精细的处理。巴甫洛夫把有机体接受的具有生物学意义的感觉刺激符号称为第一信号系统,把更抽象的自然语言称为第二信号系统。第二信号系统是在第一信号系统的基础上,随着人类的进化逐步发展起来的,它们是信号的信号( Pavlov,1951a; ivanov - smolenski,1963)。西蒙指出,在认知心理学中,对类似于巴甫洛夫称为第二信号系统的知识的研究是一个重要的课题。

物理符号系统假设的另一个重要特点是它给思维和逻辑提供了一种解释,表明推理过程与形式逻辑有关,但要比形式逻辑更为灵活和广泛。形式逻辑只考虑句子表达和命题的符号,它排除了我们通常称之为「表象」的那种对现实的表征。在形式逻辑中,对一组句子只有应用推论规则所做出的那种添加或修改才是允许的。因此,形式逻辑排除了表象的某种变化,这些变化相当于被反映客体所受到的物理过程或其它过程的作用。形式逻辑不能模拟个系统随时间的演化。由于思维被限定在推理规则所规定的步子上,形式逻辑也排除了我们通常称为「直觉」或「灵感」的突跃式思维。

物理符号系统不受任何这一类的限制,它既可以用多种形式表征现实(包括表象、直觉和经验规律),也可以引入任意多个算子去改变这些表征,使它符合自然规律对被反映客体所起的作用。由于一个算子便能包含大量的知识,将其应用于某一情景可能会产生思维的直觉跳跃。因此,除了以通常认为是「逻辑的」形式进行推理外,物理符号系统还可以利用表象并根据直觉进行思维活动( larkin& Simon,1987)。

物理符号系统假设与计算机

从科学研究的角度来考虑,物理符号系统假设的贡献是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,从而促进了计算机科学和心理学的发展。计算机是一个人造的装置,它的内部原理是已知的。一般来说,向计算机输入信息,它就对信息进行编码,与内部已存储的符号进行比较,从而对输人的信息进行加工处理,如存储、做出决定、输出符号等。

通过类比,就可以根据计算机的工作原理建立关于人的心理活动机制的认知模型,从而将头脑中的符号加工过程变成可以客观描述和研究的具体过程。根据这一类比,人作为一个信息加工系统,同样也要接收信息、对信息进行编码、把信息存入记忆、做出决定、付诸行动等。

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  • 2017-07-27 摘录编辑完成