人类认知体系和数据加工

■ 文/蔡曙山

人工智能与人类心智具有本质的区别，人工智能的终极理想就是要让机器具备人类心智。

人类心智的5种形态和认知体系

1975年，由于美国著名的斯隆基金的投入，美国学者将哲学、心理学、语言学、人类学、计算机科学和神经科学六大学科整合在一起，研究“在认识过程中信息是如何传递的”。这个研究计划的结果产生了一门新兴学科——认知科学。认知科学的目标是揭开人类心智的奥秘。所谓心智，是指具有脑和神经系统的动物的智能行为，而大脑产生心智的过程被称为认知。

在35亿年漫长的生命进化过程中，逐步产生了从低级到高级的5个层级的心智和认知：神经层级的心智和认知、心理层级的心智和认知、语言层级的心智和认知、思维层级的心智和认知以及文化层级的心智和认知。其中：神经认知和心理认知是人和动物共有的，称为“低阶认知”；语言认知、思维认知和文化认知是人类特有的，称为“高阶认知”。5个层级的心智和认知的关系是：低层级的心智和认知决定高层级的心智和认知，高层级的心智和认知影响低层级的心智和认知。

人类心智进化及5个层级认知

人类出现在距今600万年到400万年前。人类的出现是心智和认知进化到语言层级的产物。或者说，动物心智进化出以抽象概念为标志的符号语言，人类就出现了。在此之前，人类进化的另外两个重要标志事件是直立行走和火的使用，但只有第三个事件的出现，即表意的抽象语言的发明，才使猿最终进化成人。

语言、符号和数据

在5个层级的心智和认知能力中，语言的出现对人类至关重要。第一，抽象的表意符号语言的发明，使猿最终进化为人。第二，抽象的表意符号语言区别了人类的心智和动物的心智，从而区别了人类认知和动物认知。第三，抽象的表意符号语言构成人类认知的基础：在抽象概念语言基础上形成了人类思维，语言和思维共同构建了人类的知识体系甚至整个人类社会，知识的积淀形成文化。

● 语言的产生和发展

语言产生于信息加工和群体交际的需要，因此，不仅人类有语言，动物也有语言。人类语言是一种表意的符号语言，人类语言能够表达抽象概念，这是人类语言与动物语言的根本区别。

语言也有一个从低级到高级的进化历史。语言的进化和发展依次经过肢体语言、声音语言和表意的符号语言3个大的阶段，中间还有一些小的发展阶段。

自然语言是在人类进化过程中自然产生的语言，如汉语、英语、法语、德语、俄语等，汉字是象形文字，其他的都是拼音文字。

人工语言是为着某种目的而人为制定的语言，其中又分为非形式的人工语言如世界语，以及形式的人工语言如数学逻辑使用的一阶语言和高阶语言，它们是计算机智能即人工智能的语言基础，还有形形色色的计算机语言如C语言、foxBase/foxPro语言、汇编语言等，都是形式的人工语言。

● 语言与符号

语言文字最古老的形式是表意的符号，如汉字的“日”“月”“山”“水”等。人是使用符号的动物，这使人类最终从动物界分离出来。20世纪初，瑞士语言学家索绪尔（Ferdinand de Saussure）和美国哲学家皮尔斯（Charles Sanders Peirce）几乎同时在大西洋两岸独立创建了符号学。符号学是研究符号的句法结构、意义解释和交际方法的学科。

符号比语言的概念更广泛，例如，除了语言符号外还有音乐符号、绘画符号。从绘画符号学来看，东方的国画和西方的油画是不同的系统。由于它们的语言不同，所以它们的句法不同。句法研究语言符号的空间关系，语义研究语言的结构和意义。

● 符号与数据

数据（data）是计算机时代对语言符号信息的总称。计算机数据的语言表达是二进制代码。通过编码技术，计算机系统可以将语言文字转换为二进制代码。其中，最著名的是美国信息交换标准代码，即ASCII码。通过ASCII码，所有英文字母和文字符号都可以转化为8位二进制代码，1个二进制数即0或1被称为1个“比特”（bit），8个二进制数被称为1个“字节”（byte）。通过双字节编码技术，我们可以将全部汉字字符进行编码和数字化处理。事实上，所有数字和字符、声音和颜色、图形和图像，甚至我们所能够看到、听到、触摸到和感知到的一切信息，连同计算机指令，都可以变成二进制数据，从而用计算机进行处理。

人工智能的基础是计算机语言和二进制数据的加工，而人类的心智则产生于神经、心理、语言、思维、文化层级的信息加工。因此，人工智能的数据加工应该模仿人类心智的信息加工。

5个层级的数据加工

人工智能与人类心智具有本质的区别。所谓人工智能，其终极的理想就是要让机器具备人类心智。

人类心智从低级到高级的形式只有5种，这就是神经层级的心智、心理层级的心智、语言层级的心智、思维层级的心智和文化层级的心智。机器只有学习了人类心智的5种形式，才有可能具备人类心智和认知。

人工智能的基础是计算机语言和二进制数据的加工，而人类的心智则产生于神经、心理、语言、思维、文化层级的信息加工。因此，人工智能的数据加工应该模仿人类心智的信息加工。

目前，人工智能关注和致力于神经和心理两个层级上模仿人类心智，而在语言、思维和文化层级上，人工智能的研究尚付阙如。下面我们从高阶认知的3个层级看看认知科学的一些重要成果。

● 语言认知与数据加工

从语言加工和语言认知这个层级来看，20世纪中叶以来在自然语言研究上已经形成美国哲学家乔姆斯基（Noam Chomsky）的句法学（syntax）、美国逻辑学家蒙太格（Richard Montague）的形式语义学（semantics）以及英国哲学家奥斯汀（John Langshaw Austin）、美国哲学家塞尔（John Searle）的言语行为理论和语用学（pragmatics）3个层次的语言理论，逐渐深入拓展分析语言的意义。认知科学自诞生以来，更是把这3个层次的语言理论看作是人类头脑中3种语言加工方式，并寻找认知科学的证据。但是，在自然语言加工和语言认知这个层级上，人工智能需要向人类心智学习的东西还很多。

●思维认知与数据加工

在思维层级的心智和认知方面，20世纪中叶以来也取得很多重要的研究成果。1966年，英国心理学家沃森（Peter Cathcart Wason）的选择任务实验证明，人们在做逻辑推理时会受到心理因素的影响，从而产生认知偏差。1994年美国心理学家里普斯（Lance Rips）的三段论心理实验研究、1978年美国心理学家约翰逊-莱尔德（Philip Johnson-Laird）和斯蒂德曼（Mark Steedman）的三段论与心理模型研究，均发现人们在做推理时，存在明显的心理偏好，会产生明显的心理偏差。美国心理学家卡尼曼（Daniel Kahneman）和特沃斯基（Amos Tversky）建立的前景理论（Prospect Theory）推翻了经济学领域中长期占统治地位的理性人假说，从而荣获2002年诺贝尔经济学奖。2011年，卡尼曼出版了《思维：快与慢》一书，书中他用两个代理人的隐喻即系统1和系统2来描述人的思维活动。系统1是心理的、直觉的、自动的和无意识的，它是快的思维系统；系统2是逻辑的、分析的、受控的和意识的，它是慢的思维系统。卡尼曼认为，系统1在判断和决策中的作用比我们所知道的要大，它是判断和决策的幕后主使，而系统2则处于受支配的地位。

● 文化认知与数据加工

在文化层级上，涉及的因素更多。文化因素会影响我们的认知，例如，中华文化会影响中国人的认知。从语言看，汉语（中文）一字一音、一字一义，因此我们有格律诗、对联、汉语成语、书法；从命理上看，中国文化的重要元素是十二生肖，这是日相说，西方的星座却是月相说，两者大相径庭；从服装看，汉装、唐装、清朝的服装（长袍马褂、旗袍等）、中山装是中国人的服装，西服则不是国服；从音乐和歌曲看，民乐、民歌会让中国人精神愉快、心理安详，西方的交响乐并不适合中国人的音乐审美；国画是中国人的绘画，注重的是整体，是天人合一，而西方的油画注重的是细节，是分析；从饮食看，中餐（川菜、粤菜、鲁菜、淮扬菜等）适合中国人的胃口，西餐（比萨、牛排等）并不适合中国人的胃口；从娱乐看，围棋、麻将反映了中国人的智慧，中国人乐此不疲，狩猎、探险、极限运动等西方体育游戏在中国始终难以成为主流文化。中国人过的节日都与农时有关：春节（除夕、元宵）、清明、端午、七夕、中秋、重阳、冬至、腊八，这是因为中国文化的本质是农耕文化，西方的节日复活节、感恩节、圣诞节，大多来源于基督教，由于信仰的原因，也难以被中国人普遍接受。那么，人工智能如何产生这种文化认知？这仅仅是数据加工就能解决的吗？难道人工智能不需要学习人类心智和文化认知？这些问题都值得我们进一步探究。

总之，如何学习人类心智的语言加工方式、思维加工方式和文化加工方式，仍然是需要进行探索和研究而又充满挑战和机遇的新领域。