人类的认知——思维的信息加工方式

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如何用符号构建人的思维系统?
如何用符号构建人的思维系统?

“知识分子,就是掌握并运用符号的人,掌握并运用符号的方法,本身就是一种思维框架。”

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,人是善于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达我们所处环境、也是思维的最重要工具,是人类区别于其他动物的最本质特征之一。

如何用符号构建人的思维系统?

认知学大师赫伯特·西蒙在四个维度回答这个问题:

认知学大师赫伯特·西蒙
认知学大师赫伯特·西蒙
一是善用跨学科的思维;
二是引用计算科学表征思维;
三是建立人类认知的科学;
四是将人视作符号系统。

一.善用跨学科的思维模型

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,传统的心理学要么是行为主义,要么是格式塔(知觉的重组对行为的影响),但两个都有认知的局限,实际上只有综合多种学科思维模型,才能够尽可能地认识到复杂事物的本质,于是西蒙开创性地利用计算机科学来解决这个问题。西蒙结合信息加工心理学与物理符号系统学,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。

如何用符号构建人的思维系统?
如何用符号构建人的思维系统?

在此基础上,西蒙建立认知心理学与认知科学的框架,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。

最后,西蒙用认知心理与认知科学的知识反哺计算机科学,发展AI,试图让计算机也具有人的各种的认知能力。

西蒙自如地游走在多学科的领域: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。

二.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,抽象而不可捉摸,拥有数学基础的西蒙在一踏入认知心理学领域就发现了这个问题,所以西蒙研究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。

西蒙采取的办法是利用计算机科学,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,西蒙建立人脑认知模型:

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
将人视作符号系统

三.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。

西蒙随后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,极大推动了AI的发展。

认知心理学主要研究高级层次的思维策略和初级信息加工的关系。我们可以用计算机程序模拟人的策略水平,用计算机语言模拟人的初级信息加工过程
认知心理学主要研究高级层次的思维策略和初级信息加工的关系。我们可以用计算机程序模拟人的策略水平,用计算机语言模拟人的初级信息加工过程

四.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,下面我们详细阐述:

1、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。

2、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)登山法: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。

3、人类如何决策: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。因此可建立计算机思维逻辑关系。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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,找出原理,解释原理。

芒格学院

总结: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AI,高阶学习者正站在桥上看风景。

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