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认知心理学的图灵机模型


1936 年,英国数学家 A. M. Turing 提出了一种简单机器的概念,这种机器后 被称为图灵机(Turing Machine)。这里的“机器”指的是一种抽象的数学系统 或一个抽象的过程,用一些基本的操作能够描述该系统的状态或状态的变化。 Turing 指出, 任何可以由人完成的解决逻辑问题的有效程序, 都能够由这种 “机 器”来实现。图灵机的观念,为现代数字计算机的诞生揭开了序幕。计算机科学 是认知心理学产生最重要的外部条件之一。认知心理学的创始人 U. Neisser 曾 经说过,计算机出现后,人们对内部心理过程和状态的分析便突然不再是某种可 疑的或矛盾的事情了。

因此我们可以认为,既然图灵机是整个计算机科学的基础,认知心 理学中的各种模型又可以用计算机的观点进行模拟, 那么图灵机作为抽 象层次更高的模型,也必能为认知心理学的模型进行形式化的描述,从 而能为认知心理学的计算机加工观点提供理论基础, 对认知心理学研究 的范围作出更严密的界定。利用图灵机的各种已证明的性质,可以对认 知心理学所研究的人的认知过程有更准确的认识。 在严密的图灵机的数 学模型的基础之上,可对认知心理学所提出的各种模型进行数学分析, 从而能帮助我们更好地分析、改进认知心理学模型,从而更好地认识人 的认知过程。有了认知心理学模型与图灵机的形式对应,也能促进认知 心理学与计算机的融合, 让这两门学科更好地互相为对方的发展作出贡 献。 认知心理学是以信息加工观点为核心的心理学,又可称为信息加工 心理学。认知心理学运用信息加工观点来研究认知活动。从信息加工的 一般原理来看,信息加工过程是以符号为操纵对象的输入输出过程。而 图灵机也正是以符号串作为输入、输出和存储形式的抽象计算模型。因 此, 用图灵机对认知心理学所研究的信息加工过程进行模拟是非常自然 的。
事实上,图灵机模型早已对认知心理学产生过影响。数量逻辑和图灵机使人 们想到,人类的认知系统也可以视为符号运算系统。人类的某些观念可以用符号 来代表,而且这些符号可以通过确定的符号运算过程加以变换。这些思想不仅在 理论上而且在具体研究上对认知心理学都起过重要的作用。

将认知心理学的模型表达为图灵机的模型,只不过是将一个模型转 化为另一个模型,那么,这种转化的意义何在呢?前面已经提过,图灵 机模型比认知心理学中的任何模型的抽象层次都更高。 我们用图灵机这

种抽象层次很高的模型为认知心理学中的所有认知模型建模, 便为这些 模型提供了一个统一的表述。 在这种图灵机所提供的统一的形式表述之 下,我们可以对认知模型进行一系列形式分析。事实上,在计算机科学 中正是这么做的。 图灵机对计算机科学所要解决的问题的形式表述为计 算机科学叩开了数学的大门, 使计算机科学能尽量利用几千年来人类建 立的庞大优美的数学体系。同样,认知心理学若能吸收图灵机作为其理 论体系的一部分,也可能启发认知心理学步入数学的世界。至少,图灵 机能作为认知心理学理论基础的一部分。从物理学、几何学、计算机科 学等学科的发展来看, 一个学科的坚固的理论基础能使这门学科迅速发 展壮大,从而使这门学科的研究能尽量遵循客观的规律,尽量少受人的 主观思维的影响。 此外,正如前面已经提到过的,图灵机模型能对认知心理学研究的 范围作出更严密的界定,让人们认识到,以信息加工的观点,哪些心理 现象是不能用认知心理学来表述和研究的; 利用图灵机的各种已证明的 性质,可以对认知心理学所研究的人的认知过程有更准确的认识;在严 密的图灵机的数学模型的基础之上, 可对认知心理学所提出的各种模型 进行数学分析,从而能帮助我们更好地分析、改进认知心理学模型,从 而更好地认识人的认知过程;认知心理学模型与图灵机的形式对应,能 促进认知心理学与计算机的融合, 让这两门学科更好地互相为对方的发 展作出贡献。


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