符号加工和联结主义
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从学术的观点看,人工智能主要分三大学派,分别是符号主义学派、连接主义学派和行为主义学派。
在对人工智能进行研究时,可能会按照某一理论或方法展开探讨分析,但在实地落地的项目或产品可能综合应用了多个学派的知识。
比如,最近我们为某制造企业提供智能客服系统,其中语音识别、语音合成和语义理解技术等属于连接主义的成果,同时,也使用了知识库等属于符号主义的成果。
一、符号主义学派符号主义,又称逻辑主义、心理学派或计算机学派,是一种基于逻辑推理的智能模拟方法,认为人工智能源于数学逻辑,其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。
该学派认为人类认知和思维的基本单元是符号,智能是符号的表征和运算过程,计算机同样也是一个物理符号系统,因此,符号主义主张(由人)将智能形式化为符号、知识、规则和算法,并用计算机实现符号、知识、规则和算法的表征和计算,从而实现用计算机来模拟人的智能行为。
其首个代表性成果是启发式程序LT(逻辑理论家),它证明了38条数学定理,表明了可以应用计算机研究人的思维过程,模拟人类智能活动。
此后,符号主义走过了一条启发式算法——专家系统——知识工程的发展道路。
专家系统是一种程序,能够依据一组从专门知识中推演出的逻辑规则在某一特定领域回答或解决问题。
1980年卡内基梅隆大学为数字设备公司设计了一个名为XCON的专家系统,在1986年之前,它每年为公司省下四千万美元。
专家系统的能力来自于它们存储的专业知识,知识库系统和知识工程成为了上世纪80年代AI研究的主要方向。
专家系统仅限于一个专业细分的知识领域,从而避免了常识问题,其简单的设计又使它能够较为容易地编程实现或修改。
专家系统的成功开发与应用,对人工智能走向实际应用具有特别重要的意义,也是符号主义最辉煌的时候。
但凡事有利有弊,专家系统仅仅局限于某些特定情景,且知识采集难度大、费用高、使用难度大,在其它领域如机器翻译、语音识别等领域基本上未取得成果。
试析认知心理学的三种研究取向及其未来发展作者:钱新宇来源:《科学与财富》2019年第08期摘要:认知心理学作为心理学下属的分支学科,近年来备受人们关注。
现代的认知心理学起源于20世纪50年代,是行为主义衰落后回归于意识的一种体现。
现代认知心理学的发展与计算机科学有着密不可分的联系。
认知心理学的发展过程中,研究者一直通过三种途径对人们的心理发展进行探索。
这三种途径分别是符号加工、联结主义以及生态学。
符号加工是指主要通过计算机进行比拟,通过加工符号来建立心理模型。
联结主义是对人脑的神经中枢进行比拟,通过神经网络对其进行加工与处理,最后建立心理模型。
以上两种方法是广义现代认知心理学的两种常见研究方法,是认知心理学研究的主流方向。
而最后一种研究取向——生态学则主张以现实环境作为研究人们心理的基础。
关键词:认知心理学;研究取向;未来发展趋势认知科学作为一门研究人们认知活动的交叉学科,涉及到我国很多领域。
近年来,认知心理学的研究方向不断做出调整与转变,但是依旧以上述三种方法作为基础。
认知心理学研究取向的转换不断朝着更具有说服力,更好理解人类心理活动的方向发展。
研究取向的不断转换也是人类进步的一种象征,也有利于为该学科添加创新活力。
在本文中,笔者着眼于认知心理学从起源到现在数十年的发展历程,结合相关资料简单阐述认知心理学主要的三种研究取向,并对未来发展趋势进行分析。
以供参考。
一、认知心理学的三种研究取向1.符号加工取向符号加工取向是以人类认知与计算机信息加工为基础所产生的,人们通常把符号加工取向称为“心理活动现象的计算机”。
这种研究取向主要是把人们的心理活动当作计算机处理符号的操作,把人们的思维比作计算机的程序,而人们的中枢神经,脑活动等则被当作计算机的硬件,把人脑比作电脑,人们的心理活动就如同计算机的编码、转换等功能。
这种研究取向下,人就成为了一个如计算机一般的符号加工设备。
2.联结主义取向联结主义取向下,主张构建一个比符号加工更为接近人类神经活动的认知模型。
符号主义与联结主义的深度融合
符号主义和联结主义是认知科学领域两种重要的理论框架,它们分别强调了不同的认知过程和信息处理方式。
符号主义强调符号的表示和处理,认为人类的认知过程可以通过符号系统来解释,而联结主义则强调神经网络中节点之间的连接和权重,认为认知过程是由大量的简单单元相互连接而成的。
首先,从认知过程的角度来看,符号主义和联结主义的深度融合意味着我们需要同时考虑符号层面的信息处理和联结层面的信息处理。
这种深度融合可以让我们更好地理解人类认知是如何在符号层面和联结层面相互作用的,从而更全面地解释认知现象。
其次,从神经科学的角度来看,符号主义和联结主义的深度融合意味着我们需要同时考虑神经元的活动和符号表示之间的关系。
这种深度融合可以帮助我们更好地理解神经网络是如何支持符号层面的认知活动的,以及符号层面的认知是如何影响神经网络的活动的。
此外,从人工智能的角度来看,符号主义和联结主义的深度融合意味着我们需要设计更加复杂和全面的认知模型,同时考虑符号
处理和联结学习的机制。
这种深度融合可以帮助我们构建更加强大
和智能的人工智能系统,能够更好地模拟人类的认知能力。
总之,符号主义与联结主义的深度融合将为我们提供更加全面
和深入的认知科学理论框架,帮助我们更好地理解人类认知的本质,推动神经科学和人工智能领域的发展。
人工智能的学科派别从人工智能在1956年正式的成为一门学科算起,这门学科已经经过了60多年的发展。
人工智能在发展中逐渐形成了比较多的学术流派,它们分别从不同的学科背景或者运用不同的研究方法对人工智能进行了探索和发展,目前学界较为认可的,影响力较大的主要为三大学科派别,分别是符号主义学派、联结主义学派和行为主义三大学派。
(一)符号主义:基于逻辑推理的智能模拟方法符号主义(Symbolism)学派,又被称为逻辑主义(logicism)、心理学派(Psychlogism)或者计算机学派(Computerism),是基于物理符号系统的假设和有限合理性原理的人工智能学派。
”符号主义学派是一种早期的人工智能研究方法,该学派崇尚“符号”,因此取名符号主义,他们认为因为数理逻辑是人工智能的起点,所以符号才是我们认识整个客观世界的认知单元。
那么这样一来,人认识客观世界的过程其实就是运算符号和符号表达的过程,人通过不断地输入符号并进行处理,再将处理后的符号进行输出,这才是人认识客观世界的科学过程,从此意义上来说,人必然成为一个符号系统或者符号集成处理系统。
莱布尼茨曾经试图发明一种通用科学语言,想把所有的推理过程都演变成数学公式一样的形式来进行计算,这在当时确实是难以实现的。
直到计算机出现以后,因为数理逻辑和计算机科学具有完全相同的形式化方法,所以符号主义学派又开始寻求在计算机技术的帮助,来用某种符号描述人类的认知过程,并试图将这种符号输入计算机来模拟人类的认知过程,从而达到实现人工智能的目的。
其有代表性的成果为启发式程序,逻辑理论家,西蒙(Herbert A.Simon)、约翰·肖(John Cliff Shaw)和艾纽厄尔(Allen Newell)等几位科学家共同开发了该程序,证明了《数学原理》,其是由英国哲学家伯特兰·罗素(Bertrand Russell)和其老师怀特海(Alfred North Whitehead)合著的一本于1910-1913年出版的关于哲学、数学和数理逻辑的三大卷巨著,该书对逻辑学、数学、集合论、语言学和分析哲学有着巨大影响。
绝密★启用前秘密★启用后5年2023年普通高等学校招生全国统一考试(北京卷)语文答案及评分参考一、(本大题共5小题,共18分)1.(3分)A 2.(3分)B 3.(3分)B 4.(3分)D5.(6分)答案要点:①符号加工(模式)联结主义(模式)②认知功能是相对独立的,不依赖于身体③认知很大程度上依赖于身体④学习只是知识的输入与存储,与身体无关⑤强调在具体情境中调动全身进行体验式学习,通过感受、感悟获得知识【评分参考】①—④每点1分,⑤2分,意思对即可。
二、(本大题共6小题,共28分)6.(3分)A 7.(3分)C 8.(3分)B 9.(3分)C10.(6分)答案要点:为官方面:①任用奸恶②贪腐横行社会方面:①法度废弛②社会混乱③世风败坏④百姓困苦【评分参考】“为官”4分,①②各2分;“社会”2分,答出其中两点即可得2分,意思对即可。
11.(共10分)(1)(2分)参考答案:杨伯峻读chēng,意思是“称述”“称道”;王阳明读chèn,意思是“相称”“符合”。
(2)(2分)参考答案:君子最感遗憾的是,至死自己的名声与实情不相符合,即名声超过了实情。
(3)(6分)参考答案一:杨伯峻解读合理性的证据是材料③,“君子病没世而名不称焉。
吾道不行矣,吾何以自见第1 页(共5 页)于后世哉”。
此处孔子将名与道并提,担心自己身后名不传也就是道不传,表现了孔子对儒家之道的坚守和对弘扬儒家之道的期盼。
杨伯峻的解读揭示了这一点。
参考答案二:王阳明解读合理性的证据在材料中有两项,一是《论语》同篇中有②“君子病无能焉,不病人之不已知也”,意思是君子遗憾的是自己能力小,而不遗憾别人不了解自己;二是王阳明引用了《孟子》的话“声闻过情,君子耻之”,即名声超过实情,君子以为耻。
可见名实相符是儒家的理念所在,王阳明的解读符合这一理念。
【评分参考】(3)6分。
“杨伯峻”中对材料③意思的解读3分,阐释合理3分;“王阳明”中两个证据各3分。
认知心理学知识要点第一章概述认知与认识的区别和联系联系:二者都是主体对客观事物的反映过程,都是信息的获得和使用过程。
区别:认知客观性强,认识主观性强。
“认知”比“认识”更适合用于描述信息加工过程。
认识主要用于哲学领域,认知主要用于心理学领域。
信息加工取向与联结主义取向的要点加工:认知主义/符号加工取向诞生:上个世纪60年代。
假设:以计算机为隐喻。
知识和信息在大脑中以符号语义表征形式存在(如计算机的二进制),认知加工就是符号加工或符号运算。
符号信息按照时间顺序加工——串行加工。
解释水平:心理水平/认知水平,处理的是已经表征的信息。
联接:诞生:上个世纪80年代。
假设:以“神经网络”为隐喻,认为知识和信息在大脑中以神经元联结特性和活动特性来表征(分布式表征),认知加工就是神经网络的并行加工。
很多应用是“人工神经网络”的模拟。
解释水平:介于神经与表征水平之间,处理的是尚未表征的“亚概念”,能解释心理的初始表征。
口语报告法的特点:首先,它采用了现代化的录音技术,对被试的口语报告进行完整的实时记录。
在把录音记录转换成文字以后,研究者就可能根据课题需要,分析心理过程的任何一个部分,同时也可能系统地考察口语报告数据的可靠性程度;其次,认知信息加工模型理论的,,为口语报告数据的采集、加工、编码和分析提供了充分的理论依据;第三,根据口语报告的分析数据,可以进行计算机模拟研究,看其能否再现人类的认知加工过程。
大脑认知过程和计算机处理信息过程有何相似之处:具有输入符号、输出符号、储存符号、复制符号、建立符号结构和依靠已掌握的符号操作系统完成行为的6个功能。
第二章注意过程注意概念中的集中和指向的理解:集中是指内部心理资源的聚集和紧张性,而指向是指心理活动对特定对象的选择性定向。
集中往往是内部的,基于任务的;指向往往是基于外部对象的。
注意的四个品质:注意的广度(范围)注意的稳定性,注意的分配(同时注意)注意的转移(指向转移)证明衰减器模型的实验设计注意的选择反应模型第三章知觉与模式识别经典的知觉理论如何解释知觉过程?人类具有不需学习的整体知觉组织机制,使我们可以将外部刺激以整体而非部分的方式知觉为“完形”。
认知中的符号加工主义和联结主义( 姓名:郑伟学号: 2110912092学院: 计算机学院专业: 计算机应用技术)摘要本文客观系统地介绍和研究联结主义这一认知的新的理论范式,试图阐明联结主义的基本理论,追溯其产生的背景和学术渊源,在此基础上尝试着从神经学的合理性、心理学的合理性及方法论的可行性等方面对对其进行评说联结主义是和符号加工理论一道随着认知心理学的产生而产生的认知心理学的另一研究范式联结主义以“心理活动象大脑”作为其理论启示,以结构和功能模拟、还原的研究策略等为其方法论,通过对大脑的同构型和同型形模型的研究来揭示认知过程的本质之符号加工理论,联结主义对认知过程本质的揭示更符合人认知的真实情况。
在其具体的研究过程中,联结主义特别注重和强调神经网络的整体括动以及联结权重的作用,对感知觉、学习和记忆、语言、认知障碍等问题均有较为深刻的探讨,文章对此进行了较为详细的介绍和分析研究,并认为尽管联结主义对认知过程本质的揭示更为合理,也具有一定的神经学的合理性、心理学的合理性和方法论的可行性,但与真实的认知过程相比仍有一定的局限性。
文章对联结主长来发展进行了预测,认为联结主义不可能代替符号加工理论而成为认知心理学的主流,联结主义与符号加工理论的融合可能才是联结主义未来发展的必然,也可能是认知心理学的必由之路.关键词认知联结主义符号加工神经网络20世纪中期,西方主流心理学掀起了一场推翻行为主义心理学的革命,其结果是产生了认知心理学。
认知心理学的目的在于研究和揭示人的认知过程的本质,但由于大脑本身的不可直接研究性,使其不得不在孕育和诞生之时就以假设、模拟、类比的方式来进行认知过程的研究。
符号加工和联结主义是伴随着认知心理学的诞生而出现的两种研究范式。
符号加工范式把认知过程类比为计算机的运算过程,其隐喻基础是“心理活动象计算机”:联结主义则以,把认知过程类比为神经网络的整体活动。
最初,两种研究范式共同活跃于认知心理学领域且并肩发展各有千秋。
但是1969年,美国著名人工智能学者M.A. Minsky和S.Pa pert在对当时人工神经网络深入研究的荃础上,出版了‘感知机》一书,指出感知机的处理能力有限,从而在理论上给联结主义网络研究以沉重打击,使联结主义的研究进入了潇条期。
而此时,符号加工范式则跃居主导性和支配性地位,成为认知心理学的理论基础和核心。
符号加工范式也被称为认知主义,由于其指导性隐喻和核心工具是计算机,因而它采纳的是功能的或软件的描述水平,把心智看作信息加工系统。
认知主义者认为,无论是有生命的人还是人工的计算机都是通过操纵符号,即通过对符号的接收、编码、储存、提取、变换和传递来加工信息的.在信息加工系统中,符号是模式,其功能是代表、标志和指明外部世界的事物。
符号通过一定的联系而形成符号系统。
符号和符号结构代表着一定的内容和意义,是对外部事物的内部表征。
符号不仅可以代表外部事物,也可以标志信息加工的操作。
信息加工系统得到某个符号就可以得到该符号所代表的事物或进行该符号所标志的操作。
Newell和Simon认为。
信息加工系统均是由感受器、效应器、记忆和加工器组成的且每一组成部分均有其相应的功能,而这些功能的系统必然表现出智能行为,反之,凡表现出智能行为的系统又必然具有这些功能。
因此,以符号操纵为基础的信息加工系统就具有对环境的适应能力,表现出目的性行为,促进了心理学的发展,具体表现在;1.开辟了现代心理学研究人类心智的新方向。
符号加工范式冲破了行为主义心理学的禁锢,使心理学从只研究外部行为转向研究内部的心理机制,从而把研究心智和行为统一起来,开辟了现代心理学研究人类心智的新方向;2.关注高级认知过程的研究。
在传统心理学研究感知觉和表象的基础上,符号加工范式更侧重于研究理解、学习、问题解决、推理及决策等高级认知过程和复杂的认知行为,其目的在于把高层次的认知策略和初级信息加工结合起来,这对于理解人类认知的奥秘具有重要意义;3运用了科学的研究方法和先进的研究工具。
符号加工范式吸收了众多学科的研究成果并采用计算机模拟的方法来综合地研究认知过程的复杂心理活动,体现了符号加工心理学的研究方法和工具的现代最高水平,具有重大的时代意义;4.强调认知主体的能动作用。
符号加工范式克服了行为主义心理学的机械论的弊端,强调认知主体的能动作用以及认知主体既有的经验、知识在信息加工过程中的作用,这对于研究人的心理活动的本质无疑具有重要意义。
联结主义范式试图构建一个更接近于神经活动的认知模型.相对于符号加工范式,联结主义网络具有平行结构和平行处理机制,能够同时平行处理所有的运算、操作所有的加工单元,这样就可以使网络以极快的速度感知一个事物并迅速对其做出判断;在联结主义网络中,知识是以交互激活的模式扩散于整个网络中,与此相应采用了分布表征的方式来加工知识。
这种分布式表征既能同时满足多重约束,又可节约大量的单元,而且加工速度也很快;联结主义网络具有连续性和亚符号性的特点。
这与符号加工范式是不同的,符号加工范式是以离散的物理符号来表征较高级的概念,处理的是知识的结晶,而联结主义网络则强调模拟运算的连续性和亚符号性的特征,它所表征和处理的是直觉经验以及尚未结晶或升华为用语言表达出来的概念,即“亚概念”:联结主义网络具有很强的容错性,这与人的生物大脑十分相似。
人的大脑神经系统本身就具有很强的容错性,大脑细胞的自动死亡并不影响人的认知能力,甚至大脑的局部损伤也不影响其整体功能。
联结主义网络也具有这样的特点,在联结主义神经网络中,某个神经单元的缺失或损伤并不影响整个网络的输出模式,对作业成绩也无实质性的影响。
与人的生物大脑一样,如果神经元损失太多也会导致网络的输出发生偏差。
此外,联结主义神经网络还具有自学习、自适应、自组织等功能,如果网络的输出发生错误,其自身就可以通过采取一定的训练策略来调整神经单元之间的权重,直到输出与期望相符。
联结主义的产生及发展。
此部分主要讨论联结主义的孕育和生成,也即分析联结主义产生的背景。
主要包括哲学背景、心理学背景以及其他相关学科背景。
在哲学背景中简要分析了联想主义、经验主义和唯物主义,它们均为联结主义的产生提供了重要的哲学基础;而在心理学内部早就孕育着联结主义的思想萌芽,斯宾塞、詹姆士、桑代克、巴甫洛夫、华生、斯金纳、赫尔等心理学家在其研究中都涉及到与现代联结主义精神一致的思想,对此文章进行了较为深入的挖掘;联结主义是众多学科共同发展的产物,很多学科都对联结主义的产生起过不可估量的作用,文章主要分析了控制论、信息论、计算机科学以及神经科学对联结主义的产生所起的作用;然后分析了联结主义发展的几个阶段即开始阶段、衰落阶段和复兴阶段,在每一阶段都介绍和分析了一些标志性的研究和事件,最后指出了联结主义研究的主要趋势,一为对联结主义理论的深入研究,另一为研究联结主义的各种类型的软件包,不断开发联结主义的应用价值。
联结主义的基本理论观点。
介绍了反向传播算法的基本思想及其具体操作、反向传播算法的局限性极其扩展、反向传播算法的实际应用等:然后介绍了△规则,在反向传播中联结权重的改变主要是通过△规则实现的,由于△规则及若干联结主义的学习规则都是Hebb学习规则的变形,因此在介绍△规则之前,文章首先介绍了Hebb学习规则;从并行加工、分布表征、连续性和亚符号性、容错性、自学习自适应自组织、抵制噪音等六个方面分析了联结主义的基本特征。
联结主义对视觉的诊释.视觉是心理学最基本的问题之一,联结主义对视觉也进行了大量的研究.此部分,分别介绍和说明了.arr的视觉理论、Grossberg的视觉神经理论和Hinton的视觉理论。
这三者可分别说明联结主义对低水平视觉的模拟、从低水平视觉向高水平视觉的转换以及联结主义对高水平视觉的模拟。
在此基础上,简单地介绍了对象再认的选择性联结主义观点和特许视界的对象再认观点。
联结主义论学习和记忆。
此部分主要介绍和分析联结主义对学习和记忆的模拟。
在对学习和记忆的一般理论进行回顾和梳理的墓础上分别介绍和分析了联结主义的学习理论和记忆理论。
联结主义的学习理论主要包括联结主义学习技术以及联结主义学习体系,按照联结主义的学习体系可把学习分为监督学习、无监督学习和强化学习;在联结主义的记忆理论中,我们主要以模式联合者为例进行介绍和分析,并对内容寻址记忆作了说明;最后以Hopfield网络和Boltzmann机为例,分别说明了联结主义对记忆和学习的具体模型操作,并对梯度下降法和模拟退火法进行了比较详细的论述,其中还对两种网络模型的局限性进行了简要分析。
此部分开宗明义地说明了联结主义的学习和记忆观点,认为联结主义的学习和记忆其实就是对联结权重的适应性变化。
联结主义对语言现象的说明。
由于语言加工可分为三个层次,分别是语音再认加工、单词再认加工和句子再认加工,因此在此部分我们主要以这种顺序来介绍和评价联结主义对语言现象的说明.首先是以,Baibel及其合作者的棋型为例介绍和评价了联结主义的语音再认观点:其次,介绍和评析了YcClelland和Elman 所提出的口头语言再认的TRACE模型,这是一种自上而下修饰模型。
再次,以YcClelland和Rumelhart的视觉单词再认的相互作用的活性模型(IA模型)为例介绍了单词再认的联结主义观点。
其中涉及词优效应、“日益丰富”效果及“帮群”效果等。
由于句子加工属于比较高级的语言现象,因此文章在此部分并未涉及,而将其留在下一部分再行讨论。
联结主义对高级认知问题的模拟.此部分主要以Hinton和Sejnowski模型以及Hinton和Shallice模型为例介绍了深度诵读困难的联结主义观点,并把受损网络的行为与神经受损病人的行为进行了比较;然后,以,Wood的研究为例,介绍、分析和评价了双重分离方法,这是认知神经心理学的一种重要方法和理论:后以YcClelland和Rumelhart的原型提取模型、Smolensky的观点以及Hinton等人的观点比较详细地论述了作为特征表的分布表征.对联结主义的评价。
此部分主要从联结主义的神经学的合理性、心理学的合理性、方法论的可行性等方面对联结主义加以评论;论述了联结主义理论和符号加工理论的争论;最后对联结主义的未来发展趋势及其在与其它研究范式的融合中对认知心理学发展的影响作出总的评价,认为联结主义不能代替符号加工理论,其未来的发展只能是走与符号加工理论融合之路。
由于联结主义理论是在哲学、神经科学、心理学、控制论、系统论、信息论等众多学科的综合影响下而出现的,因此它也不可避免地对这些学科产生或多或少的影响。
在其自身不断发展的过程中,它也不断地抽象升华而成为一种对众多学科都产生重大影响的方法论。