联结主义、排除主义与思想的构成性
徐向东
在认知科学中，经典的符号主义模型和新近兴起的联结主义（Connectionism）模型在认知结构上的争论目前愈演愈烈。按照经典主义，认知是在符号表达式（例如语言表达式）上进行的受规则制约的变换，而对这些符号表达式则能提供明确的语义解释。但按照联结主义，根本的认知机制并不是符号的，相反，它们可以在一种类似神经网络的结构上得到说明；对于这个结构的单一的基本要素，则不能提供明确的语义解释。它们之间的区别可以称为符号与亚符号（symbolic-subsymbolic）之别。
在一系列争论中，关于思想的构成性（the compositionality of thought）的争论尤具代表性。所谓思想的构成性，主要是指思想之间由于其内在的语义关联，而系统地相互联系，以及人的思想在合理性原则和逻辑推理原则的支配下，所表现出的一致性和连贯性。经典主义由于假设思想的构成要素具有似语言的结构，因而能比较容易地解释构成性问题。一些经典主义者认为，联结主义模型在根本上不能说明这一问题，所以它们不适合作为认知模型。另一方面，一些联结主义者则论证说，经典认知科学承诺了常识心理学的一些基本原则，但联结主义的探讨表明，这些原则是假的，所以，正是经典主义在人类认知的模拟上误入歧途。联结主义把这个论证称为对经典主义的排除主义（eliminativism）论证。本文将分析一些联结主义者对经典主义的排除主义论证，并表明思想的构成性问题对于这个论证至少是中立的。一、联结主义和排除主义简单地说，排除主义是这样一种主张：科学的发展将表明，在常识或对世界的日常论述（甚至于过去的科学论述）中，所采纳的某个范畴的实体、过程和性质并不存在，这些东西最终应从严密科学中被排除掉（P.Feyerabend 1963， R.Rorty 1970，P.Churchland 1981）。排除论者乐于引证的典型例子是燃素和热质。随着神经科学的兴起，一些当代的排除论者认为，日常谈论的精神状态甚至也是排除的对象，成熟的认知科学不应该授引精神状态这样的概念来说明人的认知活动和认知能力。因而排除主义的关键论证是要表明，设定了某些实体或过程的一个理论应被一个更好的理论拒斥或取代，如果后者比前者提供了更精确的预言和更好的说明。当然，仅仅是新理论的说明的合适性和预言的精确性并不足以表明旧理论所设定的实体或过程不存在。更严格的论证需要表明，旧理论的本体论完全是假的，对于设定来说明现象的那些实体，新理论提供了更精确的说明。如果是这样，从旧理论向新理论的转变可以称为本体论上激烈的转变。于是，对命题态度心理学的排除主义论证大致如下：（p1）命题态度心理学是真的，当且仅当关于心智的最好科学为之提供了基础；
（P2）这门科学并未为命题态度的概念提供基础；因此
（C）命题态度的概念应从关于大脑和认知的成熟科学中被除除掉。联结主义者对经典主义的排除主义论证立足于这一点：常识心理学承诺了命题模块性论点。以下我首先将考察这一论点，接着分析这个排除主义论证的基本思路。在接下来的两节中，通过分析经典主义和联结主义对于思想构成性问题的处理，我表明这个排除主义的论证并不是决定性的，经典模型和联结主义模型的关系仍是一个有待于作进一步的经验探究的问题。１．常识心理学和命题模块性论点常识心理学的捍卫者认为精神状态是语义上可评价的、有因果力的离散状态（J.Fodor 1987）。在提炼排除主义和联结主义的关系时，常识心理学的关键信条是：命题态度是功能上离散的、语义上可解释的状态，这些状态在其他命题态度的产生中，以及根本上在行为的产生中起着因果作用。这里，尤其值得强调的是这一点：常识心理学认为命题态度具有语义性质，因为正是由于一个信念具有特定的语义内容，它才具有特定的原因或效果。语义性质的独特性成为功能离散性的一个必要条件。命题态度的功能离散性是针对它们的组织而言。由于这种组织的离散性，可以合理地说一个人已获得或失去了一个单一的信念，或者，一个
人可以一次把一个信念增添到他的资源库中去。
在心理学文献中不乏有采纳命题模块性论点的信念或记忆模型。在传统认知心理学中，一个著名的模型是由A.Collins和M.Quillian（1972）发展起来的记忆的语义网络模型。这种记忆组织模型为每个记忆设置了一个不同的语句或准语句结构。按照这些模型，记忆可以被看作一系列准语句结构，每个结构对应着一个分离的信念。如果信念或记忆贮存是以这种方式被组织的，那么确定导致言语行为的一个信念状态就很容易，它不过是结构化的记忆网络中的一个分离的语句或公式。这种模型明确解释了记忆修改和从语义记忆中回收信息的方法。
然而近年来，一些理论家对这种高度模块化的模型产生了怀疑。一个主要的理由是，语义网络模型不能说明我们迅速有效地在记忆中确定相关信息的能力，与此相关的是对非归纳推理模型的日益关注。因为越来越清楚的是，语言使用和语言理解要求大量的非归纳推理（R.Schank,1987；T.Winograd,1981）。在达到对一个单一的日常话语的解释时，必须同时运用与话语的题材、说话者的意图、交流的场景等等有关的信息，所需要的大量信息并不是从听话者的信念内容中推出来的。为了说明我们解释一个话语的能力，相关的认识模型必须假设一种在非归纳推理中促动记忆之有效使用的记忆结构。M.Minsky则充分表明，把专门知识和一般推理规则完全分离开来的策略太极端，我们需要把专门的知识片断与如何使用它们的特定规则联系起来。进一步，思想的机制要被分解为许多相互作用的单元；但是，这些单元没有一个本身“具有意义”，因而没有一个能被等同于个别的命题态度；意义或内容只能从“巨大的结构网络”中突现出来（M.Minsky 1981a,1981b）。这自然得出了一个与模块性论点不相符合的结论：认知系统中没有哪个自然的部分能与“明确的”或言语上可表达的信念相联系。
相比较，使用分布式表达的联结主义模型能够很好地说明这些认知事实，尤其是说明不受明确的“硬规则”支配的认知现象。这为排除主义者提供了一个思想契机。他们的逻辑思路是：常识心理学承诺了命题模块性论点，如果联结主义模型表明模块性论点是假的，而且对一些认知现象提供了更合适的说明，那么也就表明了常识心理学是假的。2. 对排除主义的联结主义论证联结主义是在最近十年突现出来的一种新的认识模拟型式。受神经结构的启发，联结主义模型由大量格外简单的相互作用单元组成的网络构成。网络的单元之间能够相互发送激活或抑制信号，激活值受动力学方程支配。通过改变网络之间的联结权，可以改变网络联结的学习规则。一般来说，有两种类型的联结主义网络。局域式网络(localist networks)把每项信息存贮在网络的一个单一单元中，而在分布式网络(distributed networks)中，每项信息则在许多不同的单元上同时得
到表达，信息被迭加存贮。
这种结构支持着一种与经典认知模型所采纳的表达和计算截然不同的表达和计算。经典模型的操作最好被描述为“符号处理”。在这种模型中，信息一般是被存贮在与执行计算操作的结构相分离的不同位置。因此经典模型的信息处理是由离散的符号标志构成的；按照易为该模型识别的方式被编码的规则或指令，那些符号被重新定位、复制和改组。在经典模型中，可以为每个符号表达式提供一个语义解释。然而，相比较，联结主义模型一般并不使用离散的符号实体。在这种模型中，表达是用迭加的、分布的方式进行的。“每个实体由分布在许多计算元素上的一个激活模式来表达，而每个计算元素在表达许多不同的实体时又都被涉及到”(Rumelhart and Mcclelland,1986,p.77)。这样便产生了联结主义模型和经典模型的一个显著差别：在联结主义模型中，存贮信息的结构和处理信息的结构的区分实际上并不存在；信息就存贮在个别单元之间的联结权中，而在处理中，这些联结权也充当了中心的要素。因此，制约着计算过程的自主的控制结构的概念在联结主义结构中似乎没有地位。采用分布式表达的联结主义系统的个别单元的活动无须是语义上可评价的。相反，得到一个语义解释的是某个单元子集的组合活动。结果是，一项特定的信息被认为在网络中得到明确表达，当且仅当在某个特定的单元子集上，一个特定的激活模式在回答这些单元的输入时被产生。但明确表达只是采用分布式表达的联结主义系统的暂时特点。如果网络的输入发生变化，那么构成它的处理单元的激活值也发生变化，结果被明确表达的信息也随之而变。因此，这种系统不能以在构成单元上产生的激活模式的形式长期编码信息，长期的信息编码是由隐含表达实现的。分布式表达决定了联结主义系统的信息处理的整体论。
正是这种信息整体论成为排除主义者论证的起点。W.Ramsey等人构造了一个联结主义的记忆模型，此模型能够从事更传统的认知模型所从事的一些任务，但却显示了分布式编码的特点(W.Ramsey,et,al.,1990)。这个模型的基本特点是：由于信息是以高度分布的方式进行编码，每个联结权体现了对于许多命题来说突出的信息，而关于任何特定命题的信息又分布在整个网络中，因此，系统缺乏那种可以在语义上解释为个别命题之表达的功能上离散的、可鉴定的子结构。从模型建造者的观点来看，可以认为这种网络模拟了具有某些信念的人的认知行为。然而，在这个网络中，被常识心理学处理为自然种类的东西并没有被看作自然种类。由此他们推断说:一些联结主义模型并不具有在某些认知情节、而不是在其他认知情节中起着因果作用的离散的、语义上可解释的状态，在这些模型中，不能合理地鉴定出与常识心理学的命题态度相等同的东西。如果能够证明这些模型对人的记忆和信念提供了最好的说明，那么我们就面临着一个本体论上激烈的理论变化。这种变化将维护这一结论：命题态度像燃素和热量一样，并不存在。(W.Ramsey,et.al.,p.37)这个排除主义的论证最终是否成功在一定程度上取决于经验研究。然而，一个直觉是值得维护的，那就是，常识心理学的理论构造在某种意义上不同燃素说或热素说设定的理论概念。当后者由于近代化学的兴起而被排除掉时，前者并不由于神经科学或联结主义的兴起而被轻易排除掉。根本的理由在于，首先，常识心理学的概念框架本身具有强大的说明和预言能力；其次，采纳了这一概念框架的经典认知科学获得了一定的成功。以下我将表明，常识心理学并没有像排除论者所设想的那样承诺命题模块性论点，完全可以使联结主义与常识心理学相调和。3. 常识心理学与层次－１的描述经典认知理论几乎完全接受了常识心理学对如下原理的所谓“承诺”：（１）按照命题态度来分析心理状态；（２）命题模块性论点：（３）命题态度是因果地产生的内在状态。如果常识心理学承诺了这三个原则，那么它的确成为承诺了另一组相当不同的原则的联结主义的排除对象。因为不像经典符号主义，联结主义并不把认知过程处理为受形式规则支配的符号操作。因而它提出了符号探讨是否是对认知模拟的正确探讨的问题。联结主义模型似乎能够执行认知任务，而不利用明确的对符号串进行操作的规则。在认知结构问题上，符号主义和联结主义因而成为一对竞争的学说。这样，如果经典认知科学对常识心理学的辩护要求它认为常识心理学承诺了上述原理，如果联结主义能够表明那些原理根本上是错的，那么常识心理学便面临着被排除的潜在危机。但事实果真如此吗？
排除主义者热衷于把常识心理学处理成一个关于内在过程的理论。这大概是因为意向实在论者认为常识心理学状态是因果相联的状态，而排除主义者惯于按照基本的物理机制来设想因果相互作用。然而，不是作为一个内部处理理论、更合适地说，常识心理学是一个高层次的理论，它表征有机体对环境的知识和它们在环境中的行为方式。一个真的信念可以向我们传达关于环境的知识，成为环境状况的一个可靠的指示者(H.Field,1978)。一个真的信念和一个合适愿望的组合可以导致成功的行为。常识心理学的这一本质特征使它处于Marr所说的任务分析层次（层次－１）上(D.Marr,1982)。这个描述层次旨在于说明一个有机体或系统处理什么信息和为什么处理这些信息。只有完成了层次－１的分析，才能问它怎样处理这些信息（层次－３的描述）。常识心理学不是直接按照系统的内部结构，而是按照它们与环境相联系的方式来表征这些系统。就科学的发展来说，对这种关系的说明像对内部结构和过程的说明一样重要。当我们能够区分系统和它们所操作的环境，部分地处理这些系统，好像它们不受环境影响时，我们往往对系统的那些旨在满足环境要求的活动更感兴趣。对于智能系统来说尤其如此，因为智能系统的一个本质特征便是对环境的适应性。不理解一个系统与其环境的相互作用，就不清楚要对哪些内部性质给予最充分的注意。所以，一个关于内部认知过程的理论必须补充一个关于系统与环境相互作用的理论，因此，常识心理学不是任何内部处理理论（无论是经典理论还是联结主义理论）的竞争对手。如果经典主义能够合理地处理信念的语义性质，那么联结主义似乎也有潜力这样做。为了明白这一点，让我们转到经典主义和联结主义的一个中心争论上来。二、思想的构成性；经典主义的挑战J.Fodor和Z.Pylyshyn（1988）通过区分对认知理论的表达主义探讨和排除主义的探讨开始他们对联结主义的批评。表达主义者声称认知系统的内在状态是编码世界状态的表达状态或语义状态，排除主义者则试图取消表达这样的语义概念。在提出这一区分后，他们把联结主义置于表达主义的一边。因为联结主义者典型地为个别单元或单元的组合提供语义解释。然而，他们论证说，正是由于联结主义的语义解释的特点，联结主义系统不适合作为表达系统。他们的根本结论是：没有一个符号表达系统的资源，便不可能有模拟认知过程的合适的表达系统；只有一个具有结构化的符号表达的系统能够合适地模拟认在过程。
Fodor和Pylyshyn的论证立足于符号表达的语言特征，立足于Fodor所说的思想语言假说－－认知活动要求一种似语言的表达媒介(J. Fodor,1975)。因为我们需要以此来说明思想的产生性、系统性和推理的连贯性。思想的产生性是指从一个无限的集合中理解和生成命题的能力。由于这个能力是通过使用有限资源获得的，所以便需要递归操作。思想的系统性来自于这个事实；理解或思考一个思想的能力与理解或思考其他思想的能力是内在联系的。例如，能够思想X爱Y的任何人也能思想Y爱X。推理的连贯性涉及到做出句法上和语义上合理的推理的能力。例如，一个人能够从X是一只棕熊推出X是一只熊。这三个特征要求
精神表达必须是语义上结构化的实体，这意味着：（i）表达必须具有构成要素；
（ii）表达必须有一个句法；
（iii）表达的语义性质必须是它的构成要素的语义性质和它的句法的函数；
（iv）对复杂表达的语义性质做出贡献的构成要素的语义性质及其句法必须可以
独立于那些复杂表达来指定。从这几个特点可以看出，一个语义上结构化的表达是一个具有逻辑形式的表达。Fodor和Pylyshyn的主要论证如下。首先让我们考虑具有局域式语义解释的联结主义网络。在这种网络中，每个表达单元是原子的，只有一种方式使单元之间相互联结起来，即通过对偶的因果联系。因此，如果A&B和A是网络中的两个节点，从A&B到A的联结权可以这样确立起来，以致于激活A&B将导致A的激活。这可以看作一种推理，但是A的表达根本不是A&B的表达的一部分。任何两个节点都可以被联结起来以便有同样的推理模式，例如，节点A&B可以激活节点Z。这样一来，这种联结显然本质上不是构成性的。这种推理必须对每个合取实例分离地建构进入，而不是由一个规则来指定，此规则利用变量来指定句法包含关系。因此他们推断说，局域式的联结主义系统缺乏必要的认知资源。
分布式系统又如何呢？在具有分布式表达的某些网络中，一个特定表达中的活动单元编码被表达的实体的特点或微观特点。P.Smolensky提出了在分布式系统中实行结构化表达的一种方式。就组合结构问题来说，例如，“咖啡杯”的一组特定特点可以分成三个子集：一个集合只应于杯子（如，瓷的弯曲表面），一个集合只应用于咖啡（如，棕色液体），一个集合应用于相互作用时的杯子和咖啡，如，与瓷器相接触的棕色液体。按照Smolensky的观点，咖啡和杯子这两个特点子集包含在咖啡杯的集合中，这就取得了构成性的性质(P.Smolensky 1987)。
然而，Fodor和Pylyshyn认为，Smolensky的解决并不奏效，因为他不能把一个具有语义和句法构成要素的表达和一个按照微观特点来编码的概念区分开来。一个微观特点是对一个对象的表达的一部分。这样，在对［李杨爱这个女孩］的符号表达中，对［这个女孩］的表达与此命题的其余部分处于某一句法关系中，以致于不把此命题与［这个女孩爱李扬］混淆起来。但对分布式表达就不是这样了。例如，对［李扬爱这个女孩］这个命题的一个最小的分布式表达可以由一个网络来实现，该网络的单元对应于［李扬］、［爱］、［这位女孩］这样一些概念；激活这三个单元便对此命题提供了一个分布式表达。然而，这个表达将不可区分于对［这位女孩爱李扬］的表达。继续对关系添加单元将是无助的，因为没有直接了当地的办法抓住这一事实：这个主体正是李扬，而不是这位女孩。这些单元是在共同发生的关系中被约束在一起，但没有句法所提供的结构。所以分布式网络也不能处理构成性问题。这里的关键是，在复杂符号及其构成要素之间的经典区分不能被特点集及其子集之间的联结主义区分所取代。如果这一点是对的，那么联结主义网络丧失了组合句法和组合语义提供的益处。又如果构成性是人类思想的本质特征，那么联结主义似乎没有能力处理那些涉及到思想的高阶认知过程。构成性问题于是提出了这一怀疑论见解：联结主义是否是对认知的正确探讨。三、思想的构成性：联结主义的解决有两种方式回答经典主义的挑战。首先，正如Fodor和Pylyshyn已指出的，没有结构上的原因为什么联结主义不能采纳语义上结构化的表达。联结主义者可以发展其网络来处理表达的构成性问题。然而，在这里，一个更根本的问题产生了：即使联结义网络能够实现语义上结构化的表达，但据说联结主义者“不能既
有一个组合表达系统又有一个在认知层次上的联结主义结构”(J.Fodorand Z.Pylyshyn,1988,P.308) 。Fodor和Pylyshyn认为，允许语义上结构化的表达的联结主义系统只是对经典模型的硬件实现，它们本身并不具有真正的联结主义结构。其次，而且更根本的是，联结主义者可以质问Fodor和Pylyshyn论证的基础，即询问实际的认知活动是否显示了他们所认同的那种构成性。这就是说，联结主义者可以否认在联结主义系统中实现强构成性的必要性。为此，他可以表明要么语言和思想在强的意义上实际上不是构成性的，要么无须假设本身可由强构成性来表征的内在结构便能说明思想和语言的构成性。
强构成性是语义的构成性和构成要素的语境独立性的结合。从人们对日常语言的理解中很容易看出，强构成性与理解的语境敏感性不相容。因此强构成原则本身就值得怀疑。事实上，大量来自概念学习和概念组合理论的经验证据表明这种怀疑是合理的。这里我们需要以一种纯描述的方式来使用“概念”这个术语，即把概念看作是对范畴的主观表达，因此我们感兴趣的是人们用来范畴化范例或进行典型性判断的知识结构。作了这样的规定后，我们可以来评价Fodor和Pylyshyn的这一经验主张：概念组合过程在于从构成要素的独立于语境的意义中计算复杂表达式的意义。
第一组经验发现涉及到概念结构的不稳定性。由于F.Rosch等人的工作，这一点已得到广泛接受：范畴不是按照必要的和充分的特点来表达的，一个特定范畴的范例可以沿着典型性的一个方面连续变化(E.Rosch.1973)。结果，对概念的新近说明是按照原型、家族相似性或存贮起来的范例来进行的(E.E.Smith and D.Medin,1981)。L.W.Barsalou考察了概念结构不稳定性的大量实例，其中发现，对一个范畴的成员的典型性判断对于不同的受试群体、对于同一群体的不同受试者，甚至对于处于不同时期的同一受试者都是不同的。由此他推断说：“逐级渐变结构并不反映概念的不变性质。……而是，人们使用的概念是从长期记忆的知识中，由一个敏感于语境和新近经验的过程构造出来的”(L.W.Barsalou,1987,p.135)。这些发现有力地表明，对一个特定范畴的表达是随着目前的和过去的语境变化的。概念是根据长期记忆的知识灵活地构造出来的短暂的记忆结构。什么信息被整合进入一个范畴的特定表达中，这取决于能否得到存贮在长期记忆中的信息。语用的、语义的词汇的语境，以及视野、目标和意图都在调整着用来构造一个特定范畴表达的知识。
概念结构的不稳定性对概念组合施加了重要约束，确实，人们往往能够不费力地理解复杂概念或语句的意义，因此某些构成性似乎是必要的。但问题在于强构成性是否确实表征了人们理解复杂概念的过程。早期的概念组合理论把复杂概念的外延处理为简单概念的交叉。现已表明外延理论作为心理学理论是不合适的。大量证据表明，一个复杂概念的实例的典型性通常不能从简单概念的典型性中预测出来的。概念的不同的特点方面是相互独立的传统假定已受到挑战，相反，在组合概念时，人们依赖于属性之间的相对复杂的共变模式，而这些属性是从人们对世界的一般知识中引导出来的(E.E.Smith,et.al.,1988)。不难理解，概念组合的灵活性和语境依赖性也对语句理解施加了必要约束。有充分的理由假设语句意义的构造是几个知识源并行相互作用的产物(W.Marslen-Willison and L.K.Tyler,1987)。
所以，如果我们发展一个心灵的计算理论，该理论公正地对待常识心理学的见识，那么这个计算框架必须既能处理信念内容的构成性（信念是由有内容的要素构成的），又能处理这些构成要素的语境敏感性（信息的构成要素具有部分地由包含它们的语境决定的内容）。经典符号主义在能够实现第一个要求时，似乎不太有能力实现第二个。相比较，具有分布式表达的联结主义网络似乎能在一种弱的意义上调和这两个事实。这里，关键的思想是约束满足网络。在这种网络中，构成要素的意义是以敏感于语境的方式渐变的，以便使最终得到的复杂意义的整体连贯性达到最优。语境的敏感性来自于两个源泉：首先，包含一项特定的语言信息的外部语境输入会改变定义在网络状态上的能量函数，从而调整网络将收敛到的稳定状态；其次，隐藏单元不仅从输入单元接受激活，而且也从网络内得到激活。结果，对一个特定输入的响应将多少随着当前的内部语境输入而变化。另一方面，在联结主义系统中，复杂表达式能够由一些网络或单元集的协作活动产生，每个网络或单元集贡献了一个构成部分。由于每个这样的构成部分本身是网络的整体活动的产物，所以复杂的联结主义表达可分解成为真正具有内容的构成要素。这里应注意的是，在联结主义网络中，语义解释的基本对象是单元集，而不是个别单元。
联结主义的这一解决不丧失语境的敏感性，同时又阐明了这一点：简单表达式的语义内容确实对复杂表达式的语义解释做出了贡献。然而，约束满足网络并不允许这一意义上的真正的句法构成性，即构成性是受纯粹的形式规则支配的。所以严格地说，P.Smolensky所启示的这条解决路线并没有真正地解决语义上结构化的表达的问题(J.Fodor and B.McLaughlin,1990)。另一方面，如果构成性原则是一个经验假说，那么经典主义者所设想的这种构成性似乎不适合作为一个心理过程理论。所以在我看来，经典主义和联结主义在思想的构成性问题上的争论仍是一个有待于进一步解决的经验问题。对这个问题的讨论尤其取决于常识心理学的见识，取决于对人的认知结构本质的探究。
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(本文原来发表在《自然辩证法通讯》1994年第5期)
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