【正文】 認(rèn)知科學(xué)與智能系統(tǒng) 系列講座 4：認(rèn)知與學(xué)習(xí)的科學(xué) 預(yù)定講座內(nèi)容： 認(rèn)知科學(xué)通論、數(shù)據(jù)挖掘與智能系統(tǒng)：（時間 :6月 11日） 《基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的智能化創(chuàng)意生成支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀 與課題》。 學(xué)習(xí)科學(xué)（時間 :6月 18日） 知識科學(xué)（時間 :6月 25日） 教育信息技術(shù)學(xué)院 徐 X東 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 2 認(rèn)知科學(xué)通論 ? 所謂的認(rèn)知科學(xué)： ? 認(rèn)知科學(xué)即心理的科學(xué)（ 1972, , . Weisler,。1987,Cognitive Cience,p1.）。 ? 認(rèn)知 ——認(rèn)識和知識，它包含一種動態(tài)性的加工過程（認(rèn)識），也包含著一種靜態(tài)性的內(nèi)容結(jié)構(gòu)（ 知識 ）。 ? 認(rèn)知科學(xué)者的目的：探明知覺、 思維 、記憶、言語理解、 理解 、 學(xué)習(xí) 等的心理現(xiàn)象。 ? 認(rèn)知科學(xué)的領(lǐng)域： 以下領(lǐng)域重要的區(qū)別：在詮釋心理本質(zhì)時所采用的研究方法不同。 （ 1）心理學(xué)：提供人的心理規(guī)律基本的知見； （ 2）語言學(xué)：根據(jù)符合語法的和不符合語法的文、分析說話者的直覺、觀察兒童會話的錯 誤、驗證有關(guān)語法結(jié)構(gòu)的假說； （ 3）哲學(xué)：認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)、為研究提供方法論； （ 4）人工智能：根據(jù)顯示具有智能的計算機程序的實際運行，調(diào)查在哪些方面與假設(shè)不同， 從而進(jìn)行改進(jìn)修改，最終達(dá)到更接近真實的目的，來驗證自己的理論； （ 4）神經(jīng)科學(xué)：大腦中信息加工的生理學(xué)基磐進(jìn)行研究為我們提供微觀的知見和理論； （ 5）人類文化學(xué)：從人類任何活動都是在一定文化背景下展開這一視角探討認(rèn)知科學(xué)的基 本問題。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 3 認(rèn)知科學(xué)的特征： ? 認(rèn)知科學(xué)者的研究：心理學(xué)、言語學(xué)、計算機科學(xué)、哲學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、文化人類學(xué)等領(lǐng)域的研究者，從觀察學(xué)童、到利用計算機模擬復(fù)雜問題解決，或者對其意義的本質(zhì)進(jìn)行分析。 ? 認(rèn)知科學(xué)者的研究方法：分別從不同領(lǐng)域?qū)θ祟惖男睦硖卣鬟M(jìn)行探究，由此而展開的研究方法、多彩紛呈并相互補充、相互協(xié)調(diào)。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 4 認(rèn)知科學(xué)通論 ? 認(rèn)知科學(xué)的特征： ? 認(rèn)知科學(xué)是研究人類感知和思維信息處理過程的科學(xué)，包括從感覺的輸入到復(fù)雜問題求解，從人類個體到人類社會的智能活動，以及人類智能和機器智能的性質(zhì)。認(rèn)知科學(xué)是心理學(xué)、信息科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、數(shù)學(xué)、科學(xué)語言學(xué)、人類學(xué)乃至自然哲學(xué)等學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。 ? 信息加工的方法：人類的心理是一個復(fù)雜的接收、保存、檢索、變換、傳達(dá)信息的復(fù)雜系統(tǒng)。 ? 對信息加工方法的四個假定： 假設(shè) Ⅰ: 形式化的信息過程：可以把信息和信息過程作為模式和模式操作進(jìn)行研究。 重要性 ： 算法所具有的不可思議的能力；有限的規(guī)則可以定義無限的結(jié)果。即 算法預(yù)示著無限范圍的行動可以通過極少數(shù)有限的系統(tǒng)付諸實施。 算法在不具備高度知識的情況下也可以施行，由此，機器也可以完成 算法運算。這正是計算機以及計算機程序可以智能化的理論根據(jù)所在。 如果我們能夠知道信息加工系統(tǒng)能夠掌握實施的形式化規(guī)則，那么就 能夠理解這個系統(tǒng)。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 5 認(rèn)知科學(xué)通論 假設(shè) Ⅱ: 形式化過程是可表征（ representation） 的：認(rèn)知科學(xué)必須擁有關(guān)于符號意義 的理論，信息過程要想有用必須有意義。認(rèn)知科學(xué)根據(jù) “ 表征 ” 研究符號的意義。 記號和形式的過程的表征物必須具備同一性。同一性包含 3層含義： 表征中的記號必須具備所表征對象領(lǐng)域充分定義的寫實。 (如：十進(jìn)制中的數(shù)字列 和數(shù)量之間的表征上的寫實是通過十進(jìn)的位－值的關(guān)系來定義的 ) 形式化的信息過程，必須與被表征的對象領(lǐng)域的過程一樣地動作。 信息過程的重要特征之一是：并非所有的過程都可以表征。比如：心算錯誤過程 即人類視覺心像過程的能力界限。 概括 ： （ 1） 認(rèn)知科學(xué)者對符號的形式操作和，符號和所代表的事物之間的表征進(jìn)行區(qū) 別來研究信息過程。 （ 2）認(rèn)知科學(xué)者認(rèn)為：有機體以及機器正是由于，對具有表征現(xiàn)實世界關(guān)系的 符號結(jié)構(gòu)實施形式化操作，才能夠付諸有意義的行動。 （ 3）算法和計算機程序顯示認(rèn)知科學(xué)的策略的有意性。 （ 4） 人類心理并非像計算機程序以及照片一樣單純。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 6 認(rèn)知科學(xué)通論 假設(shè) Ⅲ ：形式的過程與其物理基磐的分離：信息過程可以在不考慮其執(zhí)行系統(tǒng)的物理學(xué) 或生物學(xué)基磐的情況下開展研究，或者至少部分的可以這樣研究。 即使我們不具備人類腦神經(jīng)、計算器、計算機的集成電路是如何運作的知識，也 可以借助一些方法對類似于乘法運算的這種算法開展研究并進(jìn)行理解。 為了得到 “ 為什么人類和計算機可以實現(xiàn)相同的算法？ ” 這一解釋，必須獨立于物 理的探討定義算法。 認(rèn)知科學(xué)的終極目的是，同時了解形式化的信息過程和，這一形式化過程背后的 腦的構(gòu)造或者機器中的物理操作構(gòu)造的可能性。 有機體和機器的物理特性：對于能夠執(zhí)行什么樣的信息過程這一點以及，其操作 速度和正確性帶來巨大的制約。認(rèn)知科學(xué)與神經(jīng)科學(xué)以及信息技術(shù)等是一種共生 關(guān)系。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 7 認(rèn)知科學(xué)通論 ? 假設(shè) Ⅳ ：認(rèn)知科學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)：信息加工理論可以成為基礎(chǔ)科學(xué)，即認(rèn)知科學(xué)者期望發(fā)現(xiàn)：有關(guān)信息加工的高度的普遍的且解釋性的基礎(chǔ)原理。 這一假設(shè)與人類的思考和行動中看到的高度的多樣性相悖。 很難想像任何的人類信息加工的原理可以超越文化與時代而普遍存在 。 語言的多樣性（發(fā)聲、符號）使得意思傳達(dá)多樣化。 語言學(xué)的普遍性（如：喬姆斯基的生成文法）實際存在，但為什么演繹出大量的 表面的多樣性，這是 假設(shè) Ⅳ 所必須回答的。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 8 認(rèn)知科學(xué)通論 ? 認(rèn)知科學(xué)的魅力： ? 認(rèn)知科學(xué)是現(xiàn)代智能活動研究中最強有力的趨勢之一。 ? 至此，只是將有意義的符號抽象出形式化的模型而已，即由于從生物學(xué)、人類文化、歷史中分離，使得這些模型變得抽象。 ? 由于將人類與計算機聯(lián)系起來，使人感到一種具有智能或可能使之具有智能的機器的存在這樣一種潛在的危險性。 ? 人類文化學(xué)者和哲學(xué)家、理論家對上述四個基本假設(shè)提出質(zhì)疑。 為什么研究者會對這樣一種科學(xué)感到興趣并進(jìn)行不懈的努力呢？ ? 與其他學(xué)問一樣認(rèn)知科學(xué)在考慮到自身局限的情況下，盡量擴展領(lǐng)域范圍，以增強認(rèn)識世界的正確性。 ? 認(rèn)知科學(xué)的知見（盡管是一個方面或一少部分）為我們提供了有關(guān)人類特性和潛能的獨創(chuàng)的、豐富的洞察。 ? Jazz獨奏名曲 “potato head blues” ： Armstrong如何知道演奏什么？如何將必要的音符和樂節(jié)如此迅速地組合成樂曲當(dāng)場即興演奏？ 他們之所以可能即興演奏是由于他們遵循規(guī)定這一行為的符號系列 ——旋律 ? 人類心理具有一種一般的特性：例如，音樂家可以學(xué)習(xí)即興演奏的規(guī)則并非常容易應(yīng)用這些規(guī)則。 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 Cognitive Science AI System 9 認(rèn)知科學(xué)通論 ? 認(rèn)知科學(xué)中的計算機 ? 計算機科學(xué)中重要的概念和分類構(gòu)成認(rèn)知科學(xué)基底假設(shè)的一部分。（計算機科學(xué)發(fā)展加速了認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展） ? 計算機常常被作為所有信息加工的隱喻（ metaphor） 。隱喻有時有效、同時可能導(dǎo)致錯誤。 ? 借助計算機類推人類心理，大致明白人類心理概要