認知計算主義的六個里程碑

符征 李建會

圖靈之前的計算主義者，因為缺少必要的技術(shù)工具，對計算與機器的理解總歸是不清楚的?；舨妓估斫獾挠嬎阒皇呛唵蔚乃阈g(shù)，萊布尼茲的“普遍語言”還只是設(shè)想；而拉美利特的機器還停留在初級機械論時代。圖靈在20世紀 30年代清晰的闡明了“可計算函數(shù)”理論，他的圖靈機這一概念工具，將計算的特征建立在十分簡單的機械步驟上。同時也揭示了計算這一長期被視為心靈的高級功能，竟然具有十分笨拙的機械屬性。從此，心靈與機器聯(lián)系在一起。計算的一端是心靈的高級活動，另一端卻是低層次的機械操作。在這一理解的基礎(chǔ)上，人們對心靈的本質(zhì)與功能開始提出一些大膽的猜測。

一 圖靈測試

1950年，圖靈在《計算機器和智能》一文中，設(shè)計了一個欺騙性游戲，即“圖靈測試（Turing Test）”。圖靈認為“機器能不能思維”的問題應(yīng)當用“機器能否通過測試”來代替——如果機器能通過這個測試，就可以說機器具有思維。圖靈測試的規(guī)則是：有3個游戲者，圖靈強調(diào)其中有一位男性（A），一位女性（B）和一位提問者（C）性別不限。提問者在游戲中的目標是：判斷另外兩個人誰是男性誰是女性（提問者只能通過代碼X和Y來稱呼他們）。A在游戲中的目標是盡量使C做出錯誤的判斷，而B的目標是幫助提問者。為了消除聲音的因素，理想的安排是在兩個房間通過電傳打印機來通信，問題的范圍不限。然后圖靈用一臺機器來代替A繼續(xù)原來的游戲。如果機器在某些現(xiàn)實的條件下，能夠非常好地模仿人回答問題，以至提問者在相當長時間里誤認它不是機器，那么機器就可以被認為是能夠思維的。圖靈相信不久之后機器的表現(xiàn)會十分出色。那時，計算機將會擁有和人類無差別的智能，人們普遍會接受機器能夠思維的結(jié)論，因而“機器”和“思維”兩個詞之間不存在邏輯矛盾。圖靈指出“沒有理由否認計算機能夠像人一樣思維”，因而能夠完美地模擬一個人的無限制談話的機器應(yīng)當是擁有智能。這一主張，為當代認知計算主義埋下第一塊基石。

圖靈指出機器與思維或智能之間一致性的深刻本質(zhì)：“現(xiàn)代數(shù)字計算機上電子的，神經(jīng)系統(tǒng)也是電子的，……使用電這一特點看來只是表面上的相似性。我們與其尋求這樣的相似性，還不如尋求數(shù)學上的功能相似性?！边@句話可看作機器功能主義的一個先聲。從字面上看，圖靈認為神經(jīng)系統(tǒng)與機器之間不存在物質(zhì)上的一致性，其一致性存在于在神經(jīng)系統(tǒng)與機器之上運行的共同的抽象操作。這種抽象操作就是計算，它根本不依賴于具體的物理媒介。反過來，只要計算程序是正確的，那么通過正常的運行，就可獲得同樣的結(jié)果。

命題1：功能強大的計算機將會體現(xiàn)出智能。

圖靈為智能或心智提出了一個充分條件，即恰當編程且功能正確的計算機可以看作擁有（和人一般的）智能。但圖靈沒有說心智就是機器的運行，所以還不是一個必要條件。并且圖靈指出的這一命題純粹是一種設(shè)想——當時的計算機還十分初級。這一設(shè)想開始扭轉(zhuǎn)笛卡爾的無心機器的想法，將心智本身當作是一種特殊的機械過程。自笛卡爾以來的唯物論者不斷地利用技術(shù)工具來解構(gòu)心靈，拉美利特借助于簡單的帶發(fā)條和彈簧的機器，拉什利（Karl Spencer Lashley）借助于電話線網(wǎng)絡(luò)。圖靈的優(yōu)勢在于他創(chuàng)造和掌握的新工具——圖靈機及其物理實現(xiàn)計算機器。

二 強人工智能

圖靈之后的計算機專家開始考慮：如何讓計算機具體實現(xiàn)圖靈所設(shè)想的智能？1956年達特茅斯會議（Dartmouth Conference）開辟了“人工智能”（artificial Intelligence，簡稱AI）的新領(lǐng)域。AI的基本任務(wù)完全是圖靈命題的工程化：“將嘗試去發(fā)現(xiàn)如何制造出使用語言、形成抽象與概念、解決目前只有人才能解決的問題并且改善自身的機器。”基于這一任務(wù)的基本猜想是：

“學習以及其他智能特征的任何方面，在原則上均可以被精確描述，從而可以制造一臺機器來模擬它?！?/p>

實現(xiàn)智能的策略是逐漸深化的。最簡單的智能形式從可經(jīng)驗化的行為開始，其目標是“制造能夠完成人的智能所能完成的任務(wù)的機器”（科維，1990）。其次是從具有明顯邏輯特征的思維方式來理解，其目標是“與人的思維、決策、問題求解和學習等有關(guān)活動的自動化”（貝爾曼，1978）。然后是從更復雜的思維來理解，其目標是“研究那些使理解、推理和行為成為可能的計算”（溫森，1992）。還有的從智能行為整體來理解，其目標是“通過計算過程力圖解釋和模仿智能行為”（肖克福，1990）。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，隨著在認知模擬、語義信息加工、控制微世界、知識表達等領(lǐng)域不斷突破，有關(guān)專家對待心靈與機器的關(guān)系越來越強硬，一種較強硬的陳述是：

“將某些信念、知識、自由意志、意向、意識、能力，歸于一臺機器或計算機程序，就像將它歸于人一樣是合法的。這種歸屬有助于幫我們理解機器的結(jié)構(gòu)，它的過去或未來行為，或如何修理或提高它?！?/p>

塞爾將這種觀點稱為“強人工智能”（Strong AI），其基本主張是：

“帶有正確程序的計算機確實可被認為具有理解和其他認知狀態(tài)，在這個意義上，恰當編程的計算機其實就是一個心靈。在強 AI中，由于編程的計算機具有認知狀態(tài)，這些程序不僅是我們可用來檢驗心理解釋的工具，而且本身就是一種解釋?！?/p>

“強 AI”不僅具有推理和解決問題的能力，而且還有知覺，有自我意識。也就是說“強 AI”認為計算機不僅是一種工具，而且本身擁有思維。

命題2：恰當編程的計算機就是一個心靈。

在計算機器中計算規(guī)則用真實物質(zhì)狀態(tài)表征，各項規(guī)則由存在于這個機器的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)狀態(tài)中的一個真實物理過程表征。強AI只是說明計算機可以表現(xiàn)出和人一樣的智能，換句話說，在適當?shù)牟僮飨?，計算機也可以擁有心靈。其研究方向是外在的，即用另外的方式重新建造一個人工體來表現(xiàn)心靈。

三 機器功能主義

對普特南來說，傳統(tǒng)心靈理論的困難，很可能涉及當時的研究方法。當時的哲學家只是在用范疇、邏輯、性質(zhì)、態(tài)度等哲學概念來討論“心靈”，這些概念既是外部的，又是模糊的。這種討論將“心靈”置于黑箱狀態(tài)，內(nèi)部機制無從談起。同時的AI卻在飛速發(fā)展，計算機被看作模擬甚至超越人的智能的有效工具。更重要的是，計算機的內(nèi)部機制是十分清晰的，其機制解釋可劃分為3個層面：物理層面、邏輯層面和功能層面。這為大腦狀態(tài)與心理狀態(tài)的同一性問題提供新的啟發(fā)。

在《精神狀態(tài)的本質(zhì)》（The nature of mental states）中普特南將功能狀態(tài)和個例同一兩個線索合在一起，提出了“處于疼痛狀態(tài)是整個有機體的一種功能狀態(tài)”這一命題。其中“感到疼痛就是擁有一適當種類的功能組織”是這一思想的關(guān)鍵。由于普特南的功能主義是沿著圖靈開辟的思想道路前進的，所以在解釋“功能組織”的時候，普特南特意利用計算機術(shù)語來進行說明：“假設(shè)FO（S1，…，Sn，i1，…，ik，o1，…，ol）是功能組織，即對內(nèi)部狀態(tài)（S1，…，Sn），感覺輸入（i1，…，ik），和動力輸出（o1，…，ol）之間關(guān)系的描述。處于疼痛之中是一個功能組織的狀態(tài)，比如S5，由它跟其他狀態(tài)、輸入、輸出之間的關(guān)系來決定；任何其他的有機體也會處于疼痛之中，只要有機體具有（或同構(gòu)于）FO并處于 S5之中。因此，處于疼痛之中，等價于，處于S5狀態(tài)中，而且它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系滿足FO?！?/p>

對疼痛狀態(tài)的說明，可擴充至所有的心靈狀態(tài)。這些心靈狀態(tài)之所以能實現(xiàn)，是因為它們具有相應(yīng)的功能組織，而物質(zhì)部分不一定具有相同的構(gòu)造與排列。所以具有心靈就是具有某種正確的功能組織；任何精神性質(zhì)就是某種功能組織實現(xiàn)的結(jié)果。根據(jù)多重實現(xiàn)原則，心理狀態(tài)有可能在機器上實現(xiàn)，只要能夠構(gòu)造出等同的功能組織。普特南認為：“……至少作為合理的理想化，人可以被看作是一臺圖靈機?！彼裕?/p>

命題3：心靈狀態(tài)是功能狀態(tài)；心靈之于大腦正如計算機軟件之于硬件。

這個命題指出了心靈與機器關(guān)系的必要條件，即心靈是在大腦硬件上運行［心靈］軟件的結(jié)果。大腦提供硬件基礎(chǔ)，而心靈是落實在大腦上的功能組織的輸出狀態(tài)。這個命題呼應(yīng)了圖靈所說的“功能相似性”，為心身關(guān)系提出一種新的理解。心靈的實體地位被徹底取消了，心靈的活動依賴于大腦基礎(chǔ)卻又不能直接還原到大腦基礎(chǔ)上——它是功能組織的必然后果，它隨附于功能組織而不是隨附于大腦的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

另一方面，因為心靈是功能狀態(tài)，所以它不依賴于功能組織的物理構(gòu)成。無論什么材料，只要能形成一個同樣完善的功能組織，就可以產(chǎn)生無差別的輸出狀態(tài)，也就是心靈。具體地說，［心靈］軟件在計算機上運行的功能狀態(tài)也就是心靈狀態(tài)；其中［心靈］軟件同構(gòu)于一個人的心靈的真實的流程圖描述，比如具有相應(yīng)狀態(tài)和狀態(tài)之間的關(guān)系，以及與輸入輸出的關(guān)系等等，從而在形式上滿足［心靈］的功能組織，在計算機上呈現(xiàn)出人類的心理特征。所以這個命題也提供了心靈與機器關(guān)系的充分條件：正確的功能狀態(tài)就是心靈。

四 物理符號系統(tǒng)

1976年紐厄爾（Allen Newell）和西蒙（Herbert A. Simon）在綜合了圖靈和普特南設(shè)想的基礎(chǔ)上，提出了“物理符號系統(tǒng)假說（Physical Symbol System Hypothesis，簡稱PSSH）”，嘗試打破功能組織這個黑箱。

根據(jù)定義，所謂的物理符號系統(tǒng)就是能夠操作由符號構(gòu)成的表達式的機器。特別地，“表達式”是由“符號”構(gòu)成的，由一些以某種符合物理定律的方式相聯(lián)系的符號實體組成，也就是說“表達式”也必須有明確的物理對應(yīng)物。對符號的任何操作都必須遵守物理規(guī)律，而不能是思維中設(shè)想的過程。紐厄爾和西蒙特別指出，PSSH可以作為AI的定性結(jié)構(gòu)定律：

“對一般智能行動來說，物理符號系統(tǒng)具有必要的和充分的手段。所謂‘必要的’指：任何展示一般性智能的系統(tǒng)，在分析之下，都會被證明是一個物理符號系統(tǒng)。所謂‘充分的’指：任何足夠大的物理符號系統(tǒng)都可以經(jīng)由進一步組織而表現(xiàn)出一般性的智能。我們用‘一般性智能行為’這個詞是要標明跟人類行為相同范圍的智能：在實際情景里，適合于系統(tǒng)之目的而且適應(yīng)于環(huán)境要求的行為，可以在一定的速度和復雜性限度內(nèi)發(fā)生?！?/p>

PSSH將智能主體（intelligent agent）看作是一個處理物理符號結(jié)構(gòu)的物理機器，當然也包括人。這樣的模型可以用來建構(gòu)機器智能，當然也可以用來理解心靈。PSSH指出了計算機與心靈的關(guān)系：心靈是一個計算系統(tǒng)，大腦事實上是在執(zhí)行計算（計算對智能來說是充分的），它與可能出現(xiàn)在計算機中的計算是完全相同的。人類智能可以通過一組控制著行為和內(nèi)部信息處理的輸入輸出規(guī)則得到解釋。

命題4：物理符號系統(tǒng)對智能來說既是充分和必要的。

PSSH普遍被看作是“符號主義”的代表性主張。并且以PSSH為基礎(chǔ)理論的信息加工心理學，以其對思維、問題解決、推理、決策等高級認知功能的強大解釋力和可操作性，一直被看作認知心理學的“經(jīng)典范式”。西蒙認為：“認知心理學所做的，也就是試圖用物理符號系統(tǒng)假設(shè)中的基本規(guī)律來解釋人類復雜的行為現(xiàn)象。物理符號系統(tǒng)假設(shè)提出來已經(jīng)30年了，大量的經(jīng)驗材料都支持這個假設(shè)和它的三個附帶推論。”

五 思想語言假說

根據(jù)PSSH，符號是物理的，從而表達式與其語義對象或者過程之間的關(guān)系則是物理的因果相互作用關(guān)系。指派是指表達式要么能夠影響對象要么為對象所影響；而解釋則指系統(tǒng)根據(jù)指派執(zhí)行表達式的過程。但這樣做只是“……對邏輯符號做指派和解釋，是計算機最基本的機制之一，紐厄爾和西蒙只是在重復計算機的基本運行機制，而并沒有說明智能的產(chǎn)生機制?！倍撵`機制最重要的是說明心理表征是如何與外部世界聯(lián)系起來的，而不僅僅是表征的活動機制。為此，1975年福多提出“思想語言假說”（The Language of Thought Hypothesis）：思想和思考過程在精神語言中產(chǎn)生，這種語言由一套物理上可以在思想者的大腦中實現(xiàn)的表征組成。顯然，福多支持物理符號系統(tǒng)，關(guān)鍵是這個符號系統(tǒng)，也就是精神表征，具有可計算化的語義結(jié)構(gòu)。

福多將思想語言的結(jié)構(gòu)與機器語言的結(jié)構(gòu)進行類比，認為思想語言將具有與計算機語言一致的結(jié)構(gòu)。首先要求心理表征構(gòu)成一個形式化的系統(tǒng)。“這個系統(tǒng)的表征具有一個組合的（combinatorial）語法和語義：結(jié)構(gòu)上復雜（分子）的表征，建立在結(jié)構(gòu)上簡單（原子）的成分的基礎(chǔ)上；并且一個分子表征的語義內(nèi)容是，它的原子成分的語義內(nèi)容及其他的語法／形式結(jié)構(gòu)的函數(shù)?！币簿褪钦f，基礎(chǔ)表征也就是原子表征，是由具有語義性質(zhì)的原始的心理符號組成的。它們都指稱或指示世界上的事物、事件或事態(tài)等。然后通過對原子符號做計算操作來獲得復雜的語詞和語句的表征。顯然心理表征作為思維語言中的語句，不僅具有真值條件，而且還具有邏輯關(guān)系。然而，與自然語言不同的是，思維語言中的原始的心素符號和句法規(guī)則，都是在人腦中物理地得到實現(xiàn)的。這正是心靈的計算理論的核心思想：正是根據(jù)被物理編碼的語法/形式特征，思想既相互引起而且它們的語義性質(zhì)的一致性又據(jù)此被保持。所以在福多看來，句法是在表征的因果作用與它們的內(nèi)容之間起調(diào)節(jié)作用的東西；表征之間的語義關(guān)系可以由它們的句法關(guān)系得以模仿。

命題5：心智就是表征結(jié)構(gòu)上計算操作的結(jié)果。

事實上思想語言并不僅僅是哲學假說，作為一種語言機制，形式語義學強調(diào)句法和語義的對應(yīng)，把通常的語法分析轉(zhuǎn)換成計算過程，而語義則與句法保持一致。但歸根結(jié)底，復雜的語義內(nèi)容都是建立在原子語義的基礎(chǔ)之上。只有在原子語義的問題解決之后，這一觀點才能提供徹底的自然主義解釋。

六 聯(lián)結(jié)主義

通常所說的計算往往指符號計算，其物理架構(gòu)指馮·諾伊曼式計算機器。這與真實神經(jīng)系統(tǒng)處理存在著很大的差別：它要求每條數(shù)據(jù)和每條規(guī)則在大腦和神經(jīng)系統(tǒng)中具有一個特定表征，并在寄存器中物理實現(xiàn)。這樣處理的信息具有序列性、非自組織性和局部表征性等特點，這使得以符號處理為基礎(chǔ)的系統(tǒng)在邏輯推理方面有著十分明顯的優(yōu)勢，但是卻難以處理那些非明確定義的問題，尤其在模糊識別、知識進化和情景認知等方面。

相對來說，“濕件”認知不是重構(gòu)大腦功能，而是研究大腦自己究竟是怎樣工作的。大腦的細節(jié)是巨量的神經(jīng)元聯(lián)結(jié)，通過頻繁的電、化學信號傳遞來工作的。根據(jù)這樣的特征，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來模擬大腦的機制，就具有天然的優(yōu)勢。1943年麥克洛齊（W. S.McCulloch）和匹茨（W. Pitts）發(fā)表《神經(jīng)系統(tǒng)中所蘊涵思想的邏輯演算》一文，提出了形式神經(jīng)元的概念和最初的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。1958年羅森布拉特（Rosenblatt）提出模擬視知覺的感知機模型。1986年魯梅哈特（Rumelhart）和麥克萊蘭德（MacClelland）發(fā)表了《平行分布加工：認知結(jié)構(gòu)的微觀探索》一書，提出了多層前饋網(wǎng)絡(luò)的誤差反傳算法模型，奠定了聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡(luò)模型研究的基礎(chǔ)。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由大量的神經(jīng)元相互聯(lián)結(jié)而構(gòu)成具有自適應(yīng)性的動態(tài)系統(tǒng)。每個神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能比較簡單，但大量神經(jīng)元組合產(chǎn)生的系統(tǒng)，卻通過訓練和學習來獲得能解決特殊問題的聯(lián)結(jié)權(quán)重模式。隨著訓練越來越復雜，形成的模式在模糊識別和情景認知中的能力也會大幅提高。重要的是，通過無意識的聯(lián)結(jié)而形成的認知能力，更接近于真實的模式識別，這與有意識的搜索和匹配過程有著巨大的結(jié)構(gòu)和效率的差異。因為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中不存在離散化的、定位式表征。神經(jīng)元是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本單元，但單個甚至部分神經(jīng)元都不形成某一表征。表征只能在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整體的層面才能表現(xiàn)出來，但這種表征又是動態(tài)的，因為只有固定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)權(quán)重之后才能形成表征的某種表明，而在認知過程中，權(quán)重是不斷變化的。也就是說聯(lián)結(jié)主義的表征通常既不能定位也不能儲存，所以是亞符號性的分布式表征。同時人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中也不存在符號化的推理過程，所謂的計算體現(xiàn)在對多個單元的狀態(tài)與復雜的聯(lián)結(jié)權(quán)重模式的變化之上的解釋中。聯(lián)結(jié)主義的基本觀點如下。

1. “認知狀態(tài)是具有內(nèi)容的心理表征的計算關(guān)系。

2. 認知過程（認知狀態(tài)的轉(zhuǎn)換）是心理表征的計算操作。

3. 計算的結(jié)構(gòu)和表征（1和2提及的）必須是聯(lián)結(jié)的。”

顯然，聯(lián)結(jié)主義通常在堅持命題 5的基礎(chǔ)上，對表征和計算做出了不同于命題 4的說明，這種區(qū)別表現(xiàn)在表征的方式和計算的方式上。

命題6：心智是以聯(lián)結(jié)主義方式進行的表征計算。

結(jié)語

當代認知計算主義從圖靈提出的一個簡單設(shè)想，到一個技術(shù)綱領(lǐng)，再到一種心理描述，最后發(fā)展成為一種哲學態(tài)度，前后共提出了多個重要命題。每一個新命題的提出，都是對“心靈與機器”關(guān)系的深化與擴展：人工智能希望用外在的技術(shù)手段重塑智能，認知心理學希望利用計算模型來解釋心智，而哲學理論則為技術(shù)進展做理論試探和目標辯護。無論是建構(gòu)大腦還是剖析心智，都依賴計算這一手段，總之“大腦所做的，可被認為是在某種層面上的一種計算?！边@正是認知計算主義的核心觀點。但是當前的認知計算主義還遠未填滿宏觀心理與微觀神經(jīng)狀態(tài)之間的鴻溝，因此，大腦何以是一臺計算機，還需要更多命題給予更加透徹的闡明?！?/p>

（摘自《科學技術(shù)哲學研究》2015年第3期）