PDP理論及其在心理學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：并行分布加工理論，即PDP理論，是認(rèn)知心理學(xué)在20世紀(jì)80年代興起的一種新的理論范式和研究取向。從PDP理論的歷史演變?nèi)胧郑榻B了PDP理論中的基本框架結(jié)構(gòu)以及其主要研究領(lǐng)域。同時(shí)，還介紹了PDP在心理語言學(xué)和視知覺方面的應(yīng)用。最后，我們對(duì)PDP的優(yōu)點(diǎn)、局限性以及其未來的走勢(shì)進(jìn)行了相應(yīng)的探討。

關(guān)鍵詞：PDP；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；認(rèn)知

中圖分類號(hào)：B84-0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-2589（2011）27-0037-02

并行分布式加工（PDP， Parallel Distributed Processing），也被稱為聯(lián)結(jié)主義，是以感知覺、言語理解、記憶提取等認(rèn)知現(xiàn)象的微結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過簡(jiǎn)單加工單元之間的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行計(jì)算的一種研究取向。與符號(hào)主義將心理活動(dòng)隱喻為計(jì)算機(jī)不同，聯(lián)結(jié)主義將心理活動(dòng)隱喻為大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（黃成玲、王永慧，2007），通過構(gòu)建一系列更加簡(jiǎn)單并抽象的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解釋各種認(rèn)知現(xiàn)象。

一、PDP的歷史演變

1943年McCulloch和Pitts總結(jié)了生物神經(jīng)元的一些基本特征，提出了形式神經(jīng)元的數(shù)學(xué)推述與結(jié)構(gòu)。之后Rosenblatt的研究在他們形式神經(jīng)元思想的啟發(fā)下于1958年提出了第一個(gè)真正意義上的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型——感知器。

Rosenblat的感知器模型曾經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注和興趣，Minsky和Papert也對(duì)這種感知機(jī)模型甚感興趣并對(duì)其能力進(jìn)行了詳細(xì)研究，于1969年出版了《感知器》一書。該書中Minsky和Papert對(duì)感知器進(jìn)行了批判，其認(rèn)為簡(jiǎn)單的感知器只能解決線性問題，其能力非常有限。在接下來的20年里聯(lián)結(jié)主義的發(fā)展一度處于低迷時(shí)期。

學(xué)術(shù)界公認(rèn)，聯(lián)結(jié)主義模型研究的復(fù)興開始于20世紀(jì)80年代初期。1986年是聯(lián)結(jié)主義事業(yè)發(fā)展的一個(gè)鼎盛時(shí)期，因?yàn)檫@一年，由Rumelhart和McClelland共同編輯出版了聯(lián)結(jié)主義事業(yè)的“圣經(jīng)”——《并行分布加工：認(rèn)知結(jié)構(gòu)的微觀探索》。從此時(shí)起，聯(lián)結(jié)主義開始蓬勃發(fā)展。

二、PDP模型

PDP模型由許多簡(jiǎn)單的、類似神經(jīng)元的加工元素——單元——構(gòu)成，單元之間依靠加權(quán)的聯(lián)結(jié)相互作用，單元和聯(lián)結(jié)組成了PDP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。每個(gè)單元都處于一種“狀態(tài)”或者“興奮水平”，并由該單元所接收到的網(wǎng)絡(luò)中其他單元向其輸入的總和所決定。聯(lián)結(jié)的加權(quán)值可以是正的，也可以是負(fù)的，正值表示興奮，負(fù)值表示抑制。這些加權(quán)值的大小決定著聯(lián)結(jié)的重要性以及對(duì)通過它所聯(lián)結(jié)的單元之間的影響程度。

（一）PDP模型的結(jié)構(gòu)框架

基于PDP理論，研究者們針對(duì)不同的認(rèn)知現(xiàn)象構(gòu)造出不同的模型，這些模型彼此間存在差異，但它們基本的構(gòu)成成分是相同的。PDP模型主要包括以下八個(gè)組成部分：一系列加工單元；興奮狀態(tài)；每個(gè)單元的輸出函數(shù)；單元之間的聯(lián)結(jié)模式；通過網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)結(jié)進(jìn)行興奮模式傳遞的傳遞規(guī)則；用來把輸入值和該單元當(dāng)前興奮狀態(tài)結(jié)合起來從而得到一個(gè)新興奮狀態(tài)的興奮規(guī)則；通過經(jīng)驗(yàn)對(duì)聯(lián)結(jié)模式進(jìn)行修改的學(xué)習(xí)規(guī)則以及系統(tǒng)所處的環(huán)境。

三、PDP模型在心理學(xué)中的應(yīng)用

（一）TRACE模型

Mcclelland和Elman于1986年提出的TRACE模型，是用于口語詞匯識(shí)別的交互激活的PDP模型。TRACE模型模擬了大量實(shí)際中的口語識(shí)別現(xiàn)象。他們希望TRACE模型既能從計(jì)算層面幫助機(jī)器很好地模擬真實(shí)語言的識(shí)別過程，又能從心理層面解釋人類在口語識(shí)別過程中的表現(xiàn)。

TRACE模型包括由特征單元、音素單元和詞匯單元所組成的三個(gè)層面。同一層次的加工單元之間為興奮聯(lián)結(jié)，不同層次的加工單元之間為抑制聯(lián)結(jié)。輸入的刺激和整個(gè)系統(tǒng)的興奮狀態(tài)決定了這些聯(lián)結(jié)是提高還是降低單元的興奮水平。

TRACE模型最重要的特征就在于它的交互性。通過在層與層之間傳導(dǎo)興奮，該模型能夠證實(shí)并對(duì)輸入刺激的特征、音素和詞匯作出相應(yīng)的反應(yīng)。

（二）形狀再認(rèn)模型

為了解決視覺識(shí)別中自上而下和自下而上的加工問題以及Treisman和Schimidt在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的幻想聯(lián)結(jié)問題，即人們?cè)诨貞洉r(shí)將之前呈現(xiàn)的刺激中圖形的位置和形狀進(jìn)行錯(cuò)誤的聯(lián)結(jié)，并相信這就是自己之前所看到的而不是出于猜測(cè)，Hinton提出了形狀再認(rèn)模型。

形狀再認(rèn)模型包括四種不同的單元。處于最高層的每個(gè)單元分別代表特定的對(duì)象，它們和代表對(duì)象特征的單元相聯(lián)（這些特征都與相關(guān)的對(duì)象特征框架有聯(lián)系），對(duì)象特征單元又和對(duì)外界刺激進(jìn)行描述的視網(wǎng)膜特征單元相聯(lián)。而這些聯(lián)結(jié)都由表征著對(duì)象特征框架的選擇的映射單元進(jìn)行門控聯(lián)結(jié)。

四、對(duì)PDP的評(píng)價(jià)

PDP理論是在神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的研究取得一定成果的基礎(chǔ)上提出來的認(rèn)知心理學(xué)的一種研究取向或理論，被認(rèn)為是對(duì)傳統(tǒng)人工智能理論的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。由于它把將心理活動(dòng)隱喻為大腦，因此，它對(duì)大腦的模擬更接近真實(shí)腦的實(shí)際情況，對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的解釋更加具有說服力，被看做是“在認(rèn)知解釋方面的一場(chǎng)哥白尼式的革命”。

作為認(rèn)知心理學(xué)的元理論基礎(chǔ)，PDP理論可以解釋人腦與電腦之間的某些差異和相似性。正是由于吸收了PDP的理論觀點(diǎn)，認(rèn)知心理學(xué)才獲得了新生，有了突破性的進(jìn)展。

但是，學(xué)界對(duì)PDP的評(píng)價(jià)并不盡是譽(yù)美之辭，也有人從根本上否認(rèn)聯(lián)結(jié)主義理論是一種新發(fā)展，認(rèn)為PDP只不過是“披著高科技外衣回到了聯(lián)想主義”、“把皮亞杰所支持的嘈雜的觀點(diǎn)翻新”的心理學(xué)或者僅是“披著計(jì)算機(jī)外衣的行為主義” 。Smolensky認(rèn)為，PDP模型只是經(jīng)典符號(hào)模型與生物腦之間的中間模型，它不可能真正實(shí)現(xiàn)生物腦的功能。

此外，由于PDP理論是在哲學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、控制論、系統(tǒng)論、信息論等眾多學(xué)科的綜合影響下而出現(xiàn)的，因此，它也不可避免地對(duì)這些學(xué)科產(chǎn)生或多或少的影響，當(dāng)把PDP理論應(yīng)用到其他學(xué)科中時(shí)，它在這些學(xué)科的發(fā)展中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值，在工程、軍事、計(jì)算科學(xué)等領(lǐng)域PDP的理論和應(yīng)用研究比心理學(xué)領(lǐng)域所取得的成果更為豐碩，因此在心理學(xué)領(lǐng)域，PDP理論不是要不要研究的問題，而是怎樣研究的問題，不僅僅是要研究PDP的理論問題，而且更要研究PDP在心理學(xué)中的應(yīng)用問題，使其為豐富心理學(xué)特別是認(rèn)知心理學(xué)的研究作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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