“并行思維模式”理論及“思維優化”理論初探

張弛

【摘 要】在信息加工心理學領域，計算機模擬人的心理活動是一種代表性的研究方法。受啟發于計算機的工作原理、方式，以信息加工心理學為視角，采用類比的方法，將人腦的思維方式與計算機相對照，提出人腦的“并行思維模式”理論及“思維優化”理論。其中，思維優化的途徑包括優化思維架構和優化軟件系統。

【關鍵詞】信息加工心理學；并行思維模式；思維優化；思維架構；模擬

【中圖分類號】G443 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2015）01-0030-04

信息加工心理學認為，人腦是一個信息加工系統，它可以對表征信息的物理符號進行輸入、編碼、貯存、提取、復制和傳遞。在該學科領域，計算機模擬是一種代表性的研究方法，即將人的心理過程模擬為計算機運行方式，從而認識人的心理活動過程，對人的內部信息加工過程進行邏輯分析。

理論建構的基礎

信息加工心理學將信息加工方式劃分為系列加工、平行加工等幾種。系列加工是指信息加工按照確定的順序一步步進行的加工方式，而平行加工則是指多方面刺激信息可以在不同的信息加工單元中同時進行的一種加工方式。

在多數情形下，人腦加工信息的典型工作方式是一項項地完成，各項任務之間存在著先后順序問題，這相當于“系列加工”方式。就這種工作方式而言，要想提高總體工作效率，基本思路是提高每一子項工作的效率。這類似于計算機不斷追求速度方面的提升，以縮短對每一項任務的處理時間，提升總體的性能。

近年來，科研人員在提高計算機芯片運行速度方面遇到了瓶頸，不得不改變思路，探索和開發更多內核的處理器，并不斷完善處理器的構架。前者實現了多線程的同時運行，而后者則在同樣頻率的前提下，提高了工作的效率。

鑒于此，本文從信息加工心理學的角度，重點將計算機的“平行加工”方式及處理器的架構與性能關系等問題與人腦的工作方式相類比，進而演繹出一些新的理論——“并行思維模式”理論、“思維架構”理論等。

并行思維模式

1. 計算機工作原理概貌

在計算機學科，任務、程序、進程、線程是幾個基本而重要的概念，它們之間相互聯系又存在區別?，F代計算機在工作時，一般都可以同時運行多個活躍或者隨時可激活的程序，也就是可以同時執行多個任務，從而使得工作效率大為提高。

計算機的某一個程序可以與多個進程對應，而一個進程中又存在著一個或多個線程，一個進程的全局變量由所有的線程共享。在單核處理器的時代，表面看似同時運行的線程，其實是存在著先后次序的，各個線程之間不斷切換輪流執行，它們各自占用的時間較短，人們不易或不能察覺到。隨著多核處理器的誕生，計算機得以真正滿足在同一時間內執行不同線程的需求。

此外，在計算機學科，并行計算技術是一個被普遍使用的技術，它起源于科學計算，但已不再局限于應用在科學計算領域。廣義上說，使用并行計算技術可以為多個完全獨立的計算任務提供并行處理能力。狹義上，并行計算技術是指使用多個處理器為一個“不可分割的”計算任務提供并行處理能力。

2. 類比及理論建構

根據信息加工心理學，人腦的工作方式與計算機工作方式在一定程度上存在著相似性。由此推斷，人腦在工作時應該存在著典型或不典型的“并行思維模式”。

（1）程序與語言

當人要完成一項復雜的思維活動任務時，例如讀懂一篇文章的意思，理解一篇文章的內涵并加以記憶，若用計算機來類比，就好比是計算機要執行一項系統任務：完成對某個紙質文本的讀取、識別、解讀、存檔。人腦在執行這個系統任務時，可以為自己設定一個基本“程序”：先閱讀，初步理解字面意思，再查閱資料或者尋求他人指點，再深入分析文章的內涵，最后加以記背和練習；計算機也要為自己的工作任務選定程序：利用掃描軟件對紙質文本進行掃描，利用OCR軟件對掃描件進行識別，利用翻譯軟件、工具辭典軟件及借助互聯網支持對文句進行解讀，對結果加以存盤等。

當然，上述“程序”都是宏觀的、廣義的，本質上相當于我們通常所說的過程、流程。然而就其中某一個微觀的步驟而言，計算機在執行運算時，還有其特定的微觀“程序”（某個局部的、一段指令集），相應地，人在處理某一個思維任務如背誦文章時，也有其內在的微觀“程序”。例如就背誦這個局部任務而言，要達到其目的，可以采取全文通讀、整體背誦的策略，也可以采取分段記憶、逐個攻破的策略；可以選擇朗誦的方式背誦，也可以選擇默讀的方式背誦。而計算機要完成某個動作時，也可以采取不同的微觀方式。例如，要將TXT文件轉化為DOC文件，可以選擇Word軟件也可以采用WPS軟件。此外，我們知道，編寫計算機程序可以使用不同的計算機語言，語言雖不同，但卻可以達到同樣的最終效果。人其實也可以。

（2）進程與線程

其實，當“程序”為靜態時方為原始意義上的程序，它只是一組有序的指令集合而已，而當這些指令集處于執行的動態時，這種微觀的、有生命的“程序”本質上就不再是程序了，更準確地說，它應該是“進程”。一個程序對應著一個或多個進程，這些進程的關系可以是先后的關系，也可以是并行、相互交錯的關系，既可以同時運行又可以交替運行。當然，再微觀一些來看，一個進程又可以有多個線程，線程不能單獨執行，必須組成進程，通過創建多線程進程，每個線程在一個處理器上運行，從而實現應用程序的并發性，使每個處理器都得到充分運行。

相對應的，人腦在處理問題時其實也是可以多進程、多線程的，且也可以并行，產生“并行思維模式”的效果。例如，人在閱讀書本時，可以邊閱讀，邊解讀字面意思，邊根據其中意境加以想象，邊背誦，這些“進程”之間從宏觀來看，更像一種交錯、并行的關系，而非絕對、死板的先后順序——人在閱讀文本時，也許并未刻意啟動理解、背誦程序（進程），卻已形成了理解（信息編碼）和記憶。

人有能力同時做兩件或兩件以上毫不相干的事情，這些現象說明了人的多種思維是可以并行的。也許有人會質疑：其中有些活動不是肢體、體力活動嗎？要知道這些肢體運動并非是無意識的，需要依賴思維，本質上是并行狀態思維的外顯。

（3）多線程與多核處理器

由于人腦只有一個，是否可以依托“多核處理器”實現多線程同時并行的效果？這個問題值得探討。筆者認為，人腦比電腦本質上要復雜得多，它有多個功能區域，有1000億個神經元，大腦神經細胞間最快的神經沖動傳導速度為400多公里/小時，這是“超高速”的。而且在1秒鐘內，人腦內可以發生10萬種化學反應，這許多的反應在微觀來看，類似于許許多多的微處理器都在忙碌地工作著，或者說，有許許多多活躍的線程在同時執行著。神經沖動傳導速度正類似于計算機處理器的頻率（即運行速度），這樣來看，人腦就像一個高頻率且超多核的計算機處理器，是當代計算機尚望塵莫及的。

再宏觀一些，就處理某些具體任務來看，人腦工作依然可以被比擬為多核、多線程的。例如，觀看一幅圖畫作品，也許人在第一眼“掃描”時就已經初步知道了畫的組成概要、大致的顏色布局，而并沒有進行“逐行掃描”或者按序“分塊掃描”。畫中的每一個局部都以光的形式同時進入眼球，傳入大腦，被解讀了。

（4）多功能問題

以上所述并行思維現象，更多的是把人腦比作計算機的中央處理器（CPU），而計算機的硬件組成除了中央處理器（運算器、控制器）外，還包括輸入設備、輸出設備、存儲器等，這些邏輯部件有著各自不同的功能，各司其職、分工完成整體工作。而人腦本身也就是一個復雜的系統，它顯然不單純是個“處理器”，除了具有計算機處理器那樣的控制功能和運算功能外，也同時具有輸入、輸出、存儲等功能。其中，存儲也同時包含了外部存儲和內部存儲。

在計算機的外部存儲器中，和大腦功能最相似的應該是硬盤，存量大（但也有限）、速度快，而光盤、優盤、軟盤等則類似于人類存儲、讀取信息的媒介——書籍、報紙（容量在理論上可以無限大）等。計算機的內部存儲器包括ROM、RAM、Cache（高速緩沖），這似乎與人腦之間也具有一定的對應關系。ROM是只讀存儲器，其中數據是事先寫好的，工作過程中只能讀取，斷電后數據也不會消失，這就好比人腦中已經根深蒂固的那些觀念、概念、思維方式，它們用來指導、支持人的其他思維活動，可以立即調用，且基本不會再作修改，例如人們清楚地知道物體會自動從上向下掉落，知道熱水會自動從熱變冷等。RAM是隨機存儲器，存儲單元的內容可隨意取出或存入，這就好比人在接觸事物時，大腦對這些事物的印象、理解是隨著即時傳入信息的變化而不斷發生著變化的（這不恰恰就是建構主義理論中“同化”和“順應”的基礎嗎），這些印象、理解、信息一會兒形成、一會兒刪除，速度很快。Cache介于中央處理器和主存儲器之間，是一個高速、小容量的緩沖存儲器，它與中央處理器之間速度匹配，相當于緊靠工廠生產車間的一個臨時倉庫，方便生產車間隨時、快速取料，這就大大提升了處理器的效能。人腦在處理系統問題時，其實也需要類似的“臨時存儲體”來快速地提供臨時信息，例如，做一道多步驟的數學計算題、推斷題，進入第二步分析時，頭腦中馬上需要第一步的信息、結論來支撐；進入第三步時，又立刻要用到第二步的信息、結論，而此時，再之前一步的信息、結論則可以暫時忽略、刪除；如此遞進下去。

所有這些類似計算機的輸入、輸出、存儲、運算、控制等功能，為人腦的多任務并行提供了另一種現實可能，當然，這種并行方式是宏觀功能層面的。

3. 利弊分析

計算機科學發展的方向之一就是不斷開發更多核的處理器，為多任務同時執行提供支持。從這個角度看，似乎同時運行的任務越多，計算機的效率就越高。受此啟發，我們也許都希望自己能有更強的多任務處理能力，依托“并行思維”提高工作效率。

既然計算機可以升級換代，人腦可不可以呢？當然可以。只不過，計算機靠的是更換功能更優良的硬件，而人腦依靠的則是進行訓練，通過一定的訓練，人在同時處理幾件事情時，可以從不協調、手忙腳亂到漸漸嫻熟、自在起來。然而，我們在實際操作計算機時還會有這樣的感受，計算機開啟的程序（進程）并非越多越好。即便是使用的是多核處理器，如果開啟的程序（進程）太多，則可能會出現“卡殼”“死機”的現象，這受制于存儲器的性能與容量、軟件的支持性等多種因素。多任務同時運行，有時高效有時反而低效。所以，我們在工作、學習中，也應該客觀、冷靜地對待并行思維問題，分析其利弊。

有的情況下，多任務并行可以促進思維、提高效率。如在閱讀過程中，遇到了一些富有深意的話語，可以隨即在大腦中調用和浮現出某些相關的場景、現象典故等，這些同步進行的形象化思維可以幫助人對復雜、抽象的知識進行深入理解。這也類似于教師在講解知識時，可以同時借助投影儀來展示形象化的視頻、圖像，以幫助學生更好地理解所要揭示的含義。

有的情況下，多思維并行卻是有害的。例如，一邊讀書，一邊又玩著電腦游戲或者想著游戲中的攻略、電視中的劇情等。此時，學習的效果一定是大打折扣了，結果是得不償失的。所以，對于學習、工作而言，多數情況下還是要強調用心、專注、定神。只是在具體某個學習環節中才更適合啟用“并行思維模式”（相當于一個進程中的若干線程并行模式）。

此外，人腦不同于計算機的一點還在于，其持續工作或者大負荷工作時是會疲勞的，從而導致效率降低乃至幾乎罷工，而計算機只要處于通電狀態且硬件未損壞、環境狀況良好，其效能就是基本不變的，當然，這不包括軟件系統的問題。所以，人腦刻意追求多“線程”、多“進程”，并不科學。

啟示——“思維優化”的途徑

1. 思維架構優化

我們在使用計算機時常常會有這樣的疑惑，為什么同樣的工作主頻、核芯數量，處理器的實際性能卻相差許多呢？這是因為這些處理器采用了不同的架構！架構是處理器的基礎，對于處理器的整體性能起到決定性作用。當前，處理器架構的更新包括了指令集的更新，對多核芯的支持，各個核芯間數據交換的優化，內存/緩存訪問機制的改善，總線帶寬的提升等，優良的架構不僅能提升性能，還可降低能耗。

類似的，人腦是否也有架構問題呢？應該有。我們知道，人在疲勞、頭腦不清晰時，遇到事情往往理不出個頭緒來，眉毛胡子一把抓，工作效率低下，因為他的思維架構此時是混亂的。如果把人腦的反應速度比作計算機處理器的頻率，一個反應很快的人，思考問題、處理問題的速度是否一定也就快呢？顯然不一定。也就是說，人腦的“思維架構”直接影響著其實際工作效能。優良的思維架構可以讓人的思維、工作更高效，能耗也更低，讓人面對復雜問題時不感到困惑、繁雜、費神。

由此可見，所謂“思維架構”，其實就是人腦思考問題、解決問題的范式、流程、路徑，是人腦接受信息、分析及加工信息、傳遞信息的方式。這些方式的不同，影響著信息傳遞和處理的流暢、通暢程度，最終影響到思維的質量與結果。人無需總是抱怨自己的頭腦不聰明、不敏捷。如果能夠注意訓練自己思考、分析問題的方式，優化思維的“架構”，是可以在現有智商條件下，大大提升工作效率的。這對學習后進生、學困生、不自信的學生而言，是自信的“源泉”，是其取得進步的重要支撐！

2. 軟件系統優化

當計算機的硬件系統被限制，其工作效能是否就沒有提升的空間了呢？答案也是否定的。我們知道，電腦的操作系統不同，使用的感受和實際工作效率也是不同的。具體到處理某一項具體任務時，如果使用不同的軟件，最終效率和效果也不同。例如，進行視頻的剪切、轉化等任務，可以采用格式工廠、魔影工廠、QQ影音等多種軟件，采用不同的軟件，消耗的時間不同，編輯后的視頻文件在質量（清晰度）上可能也存在差異。由此再來分析人的思維優化、能力提升問題，首先要回答什么是人頭腦中運行的“軟件”？應該說，這大致對應的就是人頭腦中儲存、運用的知識體系及處理問題的技巧。舉例來說：數學中的證明題往往是可以一題多解的，采用某些方法也許非常便利，而采取另一些方法也許就變得非常煩瑣，雖然最終結果相同，但過程不同?？磥恚^腦中存儲和運行的“軟件”也是非常重要的！

（作者單位：江蘇南通市第三中學）