图模型认知表征与联结主义

闫鼎

【摘要】文章通过对图模型认知表征与联结主义两种认知模型理论的比较分析，阐明了二者之间的共同特征，即二者具有认知统一性、表征性、计算性、学习性，也阐明了二者间生物似真性和表征方式上的不同。二者间的互补学习，有助于探索更完善的认知模型理论。

【关键词】图模型；认知表征；联结主义；认知统一

图模型认知表征与联结主义是认知哲学中解释认知的两种模型。图模型认知表征理论开始于20世纪80年代，直至近年来才受到广泛关注。图模型认知表征理论主张用图模型来对认知进行表征。对认知的联结主义解释同样开始于20世纪80年代，自产生以来便受到广泛关注。联结主义认为，人类的认知结构类似于联结主义网。通过比较，有助于清晰地看到二者之间的异同，发现新问题，并且二者间的互相补充也有利于更完善的认知模型的诞生。

一、图模型认知表征与联结主义

图模型是一种数学计算工具，最近才被用于认知科学的研究[1]。在图模型认知理论中，图模型是共享表征库中因果认知、基于概念、基于决策的认知等不同认知过程的共同运算结构，是认知统一的基础。

图模型是对相关关系的表征。图模型的“图”由“节点”和“边”两部分组成。即，它利用节点和边来对定性关系进行编码。例如，图（a）是一个以DAG为基础的图模型，在这个图模型中，A、B、C是节点，连接在它们之间的线段就是边。从纯数学视角来看，节点代表对象，边代表对象之间的相关关系。这种相关关系有三种类型：一是有向边（A→B）类型，二是无向边（A―B）类型，三是双向边（A→B）类型。边的方向表征了相关关系的不同方向。边所连接的两节点具有相邻关系，也就是说，当且仅当两点之间有一条边时，这两点是相邻的。从语义学的视角来看，图模型中的节点表征个体、变量等。边表征直接的相关性，例如，直接原因、直接交流或社会联系、直接的或或然的相关性或其他类型的直接关联等。

在认知科学中，图模型用来表征认知过程中的相关关系。例如，对“撞击导致受伤，受伤导致感染”这种因果关系的认知，用图模型对这种相关关系的认知表征是：撞击→受伤→感染。目前，在图模型认知表征理论中，大部分因果认知，基于概念和决策的认知是用图模型来表征的。

联结主义的本体论预设是，人类的认知产生于联结主义网络中。联结主义最初始于这种观察：人类的认知和行为特别复杂，而单个的神经元却是受限的、简单的。人类复杂的认知和行为不是产生于单个神经元，而是产生于神经网络中众多神经元相互作用的过程中。联结主义的核心直觉是，通过建构神经网络，可以推进对认知的理解。

联结主义网络由单元和联结组成。单元类似于大脑中的神经元，联结类似于神经元之间的相互作用。在一些基础的联结主义网络中，单元构成层级。一般的联结主义网络有三个层级：输入层、隐藏层和输出层。联结主义的一般工作机制是信息自上而下的流通，即，信息从联结主义网络之外给定输入层的某些神经元，继而导致神经元的激活状态，然后经过隐藏层的加工到达输出层。这其中，输入层是隐藏层的原因，隐藏层是输入层的结果；隐藏层是输出层的原因，输出层是隐藏层的结果。当然，输出层也能将信息回馈到隐藏层，隐藏层将信息回馈到输入层。联结主义网络已经解释了不同的认知现象，包括概念的学习和推理、关系和关系概念、语言习得、语言困难、记忆系统和动力控制等。

二、联结主义与图模型认知表征的比较

联结主义与图模型认知表征有很多相似之处。第一，联结主义和图模型认知表征都有一个共同的理论目标——认知统一。联结主义模型是一种以图式为中心的认知统一径路[3]。以图式为中心的统一旨在用一般性的图式或模型来解释、预测多元的认知活动。联结主义的图式就是联结主义网络。也就是说，在联结主义视域下，多元的认知活动都可以通过联结主义网络得到解释。图模型认知表征则是一种以共享表征为中心的认知统一路径。图模型认知表征假设人类所有的认知过程都发生在一个以图模型为运算结构的共享表征库中，并试图以这个共享表征库解释所有的认知类型。第二，联结主义和图模型认知表征都支持用表征来解释认知。对于联结主义来说，表征是其理论要素的必要构成；对于图模型认知表征，表征更是其理论的中心要素。第三，联结主义和图模型认知表征都具有强大的计算力。联结主义的计算力体现在单元间的激活扩散。当一个单元被激活，与其相关的单元也会被激活，直到目标问题得到解决。图模型认知表征的计算力主要体现在图模型。图模型本身就是强大的计算工具，对一个节点的计算，只需通过对相邻节点的计算就能完成。第四，联结主义和图模型认知表征都具有学习能力。联结主义的学习可以通过层次间的逆向反馈来完成，而图模型认知表征的学习是通过节点的改变来重新构建图模型来实现。

联结主义与图模型认知表征有两个重大的差异。首先，相比图模型认知表征，联结主义网络更具有生物上的似真性。联结主义网络虽然并不承諾本体论上的生物实在性，但其理论构建是受到神经元及其工作机制的激发，因此与真实的大脑有一定的相似性。并且，联结主义网络可以为基于一些认知活动的似真神经元提供制约作用。例如，如果一个特别结构的网络没有能力预测、解释一些真实可观察的经验现象或行为，那么我们可以认为真实的大脑也不会有这种结构。而图模型认知表征并未得到神经科学的证据表明人类的认知结构就是图模型，也就不具有生物上的似真性。第二，联结主义网络和图模型认知表征的表征方式不同，联结主义网络的表征方式是涌现的、分布式的。例如，对狗的概念的表征不是具体到某个个体神经元上，而是在整个联结主义网络中涌现出来的。这也就导致联结主义主张没有长久的、持续的心理客体在表征中起作用。它认为，认知之所以有明显的、持久的结构，是因为世界的结构稳定性，而不是因为认知内部的结构稳定性。而在图模型认知表征中，图模型就是表征的稳定结构，它的认知表征是分离的符号，是长久的、持续的。

表征方式的不同，似乎是联结主义网络和图模型认知表征之间不可调和的冲突。如果大脑的功能是联结主义网络的话，其表征方式是涌现的、分布式的，那么也就表明没有持久的认知表征，也就是说，没有节点、边、图这样的心理客体存在。然而，这并不能真正构成联结主义和图模型认知表征之间的冲突，因为图模型的表征是象征的、隐喻的，它并不承诺大脑真实的表征结构是图模型，而是主张大部分人类的认知最好理解为图模型。这与联结主义非象征的表征并不冲突。并且，图模型认知表征的框架可以合理地理解、预测和解释人类的认知及行为，可以解释联结主义还不能解释的认知现象，与联结主义形成了理论上的互补。总之，联结主义与图模型认知表征并不是冲突的、无法调和的，而是兼容的、互补的。

【参考文献】

[1]Danks，D.Unifying the Mind： Cognitive Representations as Graphical Models[M].Cambridge： The MIT Press， 2014.

[2]魏屹东.认知科学哲学问题研究[M].北京：科学出版社，2008.endprint