符号加工和联结主义.doc

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。当把联结主义理论应用到其他学科中时，它在这些学科的发展中表现出巨大的应用价值，在工程、军事、计算科学等领域联结主义的理论和应用研究比心理学领域所取得的成果更为丰硕。我相信，随着越来越多的人投入到联接主义的研究上，联结主义会对哲学，心理学，计算机科学等学科的发展起到越来越大的推动作用。

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