圖模型認(rèn)知表征與聯(lián)結(jié)主義

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(jì)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(jì)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(yùn)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(diǎn)”和“邊”兩部分組成。即，它利用節(jié)點(diǎn)和邊來對定性關(guān)系進(jìn)行編碼。例如，圖（a）是一個(gè)以DAG為基礎(chǔ)的圖模型，在這個(gè)圖模型中，A、B、C是節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)具有相鄰關(guān)系，也就是說，當(dāng)且僅當(dāng)兩點(diǎn)之間有一條邊時(shí)，這兩點(diǎn)是相鄰的。從語義學(xué)的視角來看，圖模型中的節(jié)點(diǎn)表征個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)。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(dòng)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(gè)以圖模型為運(yùn)算結(jié)構(gòu)的共享表征庫中，并試圖以這個(gè)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(jì)算力。聯(lián)結(jié)主義的計(jì)算力體現(xiàn)在單元間的激活擴(kuò)散。當(dāng)一個(gè)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(jì)算力主要體現(xiàn)在圖模型。圖模型本身就是強(qiáng)大的計(jì)算工具，對一個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算，只需通過對相鄰節(jié)點(diǎn)的計(jì)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(diǎn)的改變來重新構(gòu)建圖模型來實(shí)現(xiàn)。

聯(lián)結(jié)主義與圖模型認(rèn)知表征有兩個(gè)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(shí)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(shí)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(dòng)的似真神經(jīng)元提供制約作用。例如，如果一個(gè)特別結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)沒有能力預(yù)測、解釋一些真實(shí)可觀察的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象或行為，那么我們可以認(rèn)為真實(shí)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(gè)個(gè)體神經(jīng)元上，而是在整個(gè)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?yàn)槭澜绲慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而不是因?yàn)檎J(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(diǎn)、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?yàn)閳D模型的表征是象征的、隱喻的，它并不承諾大腦真實(shí)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?，聯(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