2009 类比推理的认知过程与计算模型

类比推理的认知过程与计算模型Ξ罗　蓉　胡竹菁(江西师范大学心理学院,南昌330022)摘　要:该文主要论述了类比推理的认知过程及其计算模型。

文章对类比推理的概念进行了分析,论述了类比推理的主要成分和认知过程,并进一步围绕类比推理的重要成分介绍了当前类比推理的主要实证研究及研究成果,在此基础上文章进一步概括了类比推理的主要计算模型。

关键词:类比;类比推理;认知过程;计算模型中图分类号:B842.5 文献标识码:A 文章编号:1003-5184(2009)06-0042-091　类比和类比推理的概念类比推理亦称类比或类推。

“类”是中国古代逻辑思想中一个重要概念,有“本质”、“规律”等意义,具有相同本质、规律的事物为同类,反之为异类。

类推,在中国古代,是逻辑推理的统称,指依据类的同异关系所进行的推理[1]。

在逻辑学中,类比就是类比推理,或者可以把类比理解为类比推理的简称。

在许多逻辑学著作中,类比推理被看成是一种特殊的归纳推理。

类比推理在逻辑学中,通常被定义为:“它是根据两个(或两类)对象在一系列属性上是相同(相似)的,而且已知其中的一个对象还具有其他特定属性,由此推出另一个对象也具有同样的其他特定属性的结论”[2]。

这一定义流传较广,但仔细分析,该定义侧重于物体表面属性的比较,强调属性的推移。

有心理学者认为,逻辑学一般对类比的意义估计不足,对类比推理描述肤浅,一般认为自然科学比较重视类比推理的重要意义。

在认知心理学领域,类比既可以被看作是推理的一种类型,也被认为是知觉的一种。

把它看成是推理的一种类型的观点认为,类比存在于知识从一种情境(称为源或基础物)迁移至另一情境(称之为目标),迁移的依据是在两个情境间有着某种相似性,如关于手头任务的判断两种情境在本质上是同样的。

这是当前关于类比的主导观点[3-5]。

G entner认为,类比就是关系结构从一个领域到另一个领域的复制[3]。

她进一步阐述,类比即是1)在不同的领域或系统中相同的关系中存在相似;2)由此推论如果两物体在某些方面有着一致性,那么它们在其他方面也可能一致[6]。

H oly oak指出,类比是一种特殊的相似。

记忆中已有的问题、概念或情境称为“源”,当前的问题、概念或情境称为“目标”。

两个情境如果它们在其构成要素中享有关系的共同模式,它们就是类似的,尽管这些要素跨越了两个不同的情境而不同。

典型地,一个类比物(“源”或“基础物”)比第二个类比物(“目标”或”靶”)更熟悉或更好理解。

最初知识中的这种不对称性提供了类比迁移的基础,用源产生关于目标的推论[7]。

类比也被认为是一种高水平知觉,在这种情况下,一种情境被知觉为另一个[8]。

K okinov认为,这两方面的观点是相关的并且也是重要的,因而类比可以被认为是推理和知觉间的桥梁,在人类认知的核心中扮演着一个特殊的角色[9]。

G oswami认为,类比推理是人类认知发展的中心能力之一,它不仅在分类和学习中涉及到,而且为人类思维和解析提供了一种方法,它对科学发现和创造性思维都有十分重要的作用。

在认知心理学中类比推理的基础地位已被广泛接受,在概念结构的本质、创造性问题的解决,以及人工智能等领域都成为研究的焦点[10]。

G enter指出[6,11],类比在认知科学中既普遍又重要。

她认为:首先,在学习研究中,类比使得迁移跨越不同的概念、情境或领域,并被用来解释新主题。

(先前知识)一旦被习得,它们就能被作为心智模型(mental m odels)以理解一个新的领域。

比如,人们通常使用水流的类比来理解电流。

第二,类比通常被用在问题解决和归纳推理中,因为它们能跨越第29卷总第114期心理学探新PSY CH O LOGIC A L EXP LORATI ON2009年第6期Ξ基金项目:2008江西省高校人文社会科学研究一类项目《类比推理的发展理论研究》。

通讯作者:胡竹菁,E2mail:huzjing@。

不同领域捕捉重要模式。

它被广泛应用于问题解决,在法律推理中,引用过去的相关案例能够帮助人们裁决新案件,这已成为类比推理的一个形式化应用。

第三,类比在创造和科学发现中是一个关键的机制。

科学历史的研究表明,类比是很多伟大的科学家如法拉第,麦克斯韦和开普勒等常用的思维模型。

第四,类比在交流和劝说中也被用到。

类比具有影响人们政治信仰,左右人们的情感的功能。

类比推理已经超越了先前给定的信息,它使用源和目标间的系统性联结以产生一个关于目标的可行的,尽管也可能会犯错的推论。

从上述观点可以看出,认知心理学对类比推理的理解更强调由物体间本质(关系或结构)的相似产生出新的推论,这一点创造性恰恰也是类比的优越性所在。

2　类比推理的认知过程及主要成分在类比推理的心理学研究中,有两位主要代表人物,Dedre G entner和K eith J.H oly oak。

Dedre G entner是美国西北大学心理系教授,其研究领域涉及:学习与思维;类比,相似性和隐喻;概念和概念的结构;语言和认知;语言习得;跨语言研究。

主要著作有:《类比思维》、《思维中的语言》、《心智模型》。

至09年11月,她已在类比,相似性,隐喻和心理模型研究领域已发表论文170余篇。

G entner 于1983年提出结构映射理论(Structure-Mapping Theory),这是她关于类比推理的核心理论,她认为一种关于类比推理的理论应该有两个重要特征:其法则仅依赖于知识表征的句法属性,而不依赖于该领域的特殊内容;该理论框架应将类比与字面相似性、抽象的应用及其他类型的比较清晰地区别开来[3]。

G entner的结构映射理论其后由K en F orbus发展为结构映射引擎(S ME)。

K eith H oly oak博士是美国洛杉矶加利福尼亚大学心理系的著名教授,他对人类思维的科学理解做出了许多重要贡献,他的研究通过认知的计算模拟把行为研究和神经研究联合在一起。

H oly oak已发表170多篇科学论文,合著和编著过数本著作,包括《归纳:推论的过程,学习和发现》,《心智飞跃:创造思维中的类比》,《类比思维》和《剑桥思维与推理手册》等。

H oly oak于1985年提出类比的实用理论(the Pragmatics of Analogy),他强调类比问题解决中实用主义的地位,即当前目标和上下文如何引导对一个类比的解释[14]。

之后,H oly oak和Paul Thagard于1989年提出多重限制理论(Multiconstraint Theory),多重限制理论是实用理论的进一步延伸。

H oly oak和Thagard用结构一致性的假说合并了这一实用中心,并开发了一种类比的多重限制方法,它对类比中的相似性、结构对应性和实用因素相互作用提供一个解释[15]。

G entner认为[6,11,12],类比应用主要涉及的认知过程有1)检索(retrieval):在工作记忆中给定一些当前情境,人们从长时记忆中获取一个先前相似的或类似的例子;2)映射(mapping):在工作记忆中给定两个案例,映射由联合它们的表征结构以抽取共同性和从一个到另一个投射推论组成。

映射之后是3)评价(evaluation)类比及其推论然后通常会4)抽取(abstraction)两个类似物结构共同性。

在映射过程中可能会存在一个进一步的加工5)再表征(re-representation):改编一个或两个表征以提高匹配。

类比检索是人们自发地从长时记忆中想起过去的相似或类比的例子的过程。

研究者们关心人们是如何从长时记忆中检索潜在的类比物。

大量的实证表明,相比映射过程,基于相似性的检索更多从表面相似性中而更少从结构相似中得出。

例如,G ick和H oly oak(1980、1983)表明人们经常无法获取潜在有用的类比物。

实验要求被试解决一个靶问题(肿瘤问题),那些在解决此靶问题之前看过一个类似故事的人们成功解决问题是那些没看过类似故事的人们三倍(30%对10%)。

但被试中的大多数却没能从类比中获益。

然而,当对未解决者提示回头思考先前故事,解决的比率再次增加到三倍,即达到80%至90%。

R oss(1987)也发现在问题解决中有这种自发类比迁移相对缺乏和表面回忆占主导地位的现象。

类比研究的核心焦点在于映射过程,通过映射人们根据另外的情境来理解一个情境。

映射即是,联合(alignling)两个案例的表征结构并投射(project2 ing)推论;然后评价类比及其推论。

在类比映射中,一个熟悉的情境(基础域或源类比物)被用来作为一个不熟悉情境(目标类比物)推论产生的模型。

映射过程包括两个表征情境间的结构联合及从一个到另一个推论的投射。

联合应结构上一致,也就是说,在基础物和目标物的映射元素之间必须是一对一的一致(one-to-one correspondence),并且相应的谓项的论据也必须相似连贯性(parallel connectivity)。

G en2 tner的系统性原理(systematicity principle)认为:一个由高阶限制关系联结的关系系统如因果关系在类比34第6期罗　蓉等　类比推理的认知过程与计算模型中比一个同等数量的独立匹配更重要。

这一原理指导一个联合的选择,因此两个可能的联合中更系统的部分将被选择。

系统性原理反映了类比加工中一致性和预测力的一个内隐偏好。

这样,一个有着大量关系的联结系统的基础域,将通过完善目标域中相应的结构产生备选推论。

评价是判断一个类比的可接受性的过程。

评价一个类比至少包括三个标准。

第一个标准是结构完好(structural s oundness ),即联合和投射推论是否结构联贯(structurally consistent )。

第二个标准是目标域的投射推论的真实有效性(factual validity )。

因为类比不是演绎机制,这些候选推论仅仅是假设;它们的真实正确性并不是由其结构一致性能担保的,必须被单独检验。

第三个标准是,在问题解决情境中的目标相关性(g oal -relevance )。

即推理者必须问类比推论是否与当前目标相关。

改编(adaptation )或再表征的目的是改进两个类比物共同结构的匹配和抽象。

通过再表征或改编,一个或两个类比物的表征被修改以提高匹配。

同时,通过图式抽取(schema abstraction ),表征一个类比解释的共同系统被保留以备后用,类比能促进新的关系类别和抽象规则的形成。

如G ick 和H oly oak 问题解决的研究(1983)表明,人们能在样例间抽取出关系一致性,并入一个图式。

比较结构相似的问题导致提高了更深对应问题的成绩并促进了从具体比较到抽象类比的迁移[13]。

H oly oak 在《剑桥思维和推理手册》一书中,总结前人研究,归纳类比推理的主要成分有类比源(s ource )、靶问题(或目标)(target )、检索(retrieval )、映射(mapping )、学习(learning )、图式(schema )、迁移(trans fer )和推论(in ferences ),如图1所示[7]。