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教育原理及应用3

已有 2997 次阅读 2013-7-7 10:02 |个人分类:教育原理及应用|系统分类:教学心得| 教育原理及应用

基础概念

美国有一个办报纸的人名叫Roman Abbott。他晚年时候写的回忆录说他爸爸是一个写儿童书的作家,他爸爸临死前告诉他说,感觉到人间所有的教会的争执90%都是名词之争。这个小Abbott老了以后,他回忆这段话,他说:“我回忆我爸爸告诉我所有人间宗教的争执90%都是名词之争,我发现我爸爸数学不好,原来最后那10%也是名词之争”。

众所周知,基础性概念很少、也很难有一个统一的定义,是这个世界到处充满名词之争的根本原因。基于此,这里先给出本系列博客讨论所涉及的一些核心概念的定义。

1.信息

信息是众多基础概念中,定义数量繁多的佼佼者。在本系列博客中,信息定义如下:是存在被感知到的反映(“存在”的“镜像”),可以用感知差异度的最小单位来量化表达。借用物理学的术语说,最小差异度(不可再小)就是一种量子,所以信息的本质特征就是量子性。由于感知主体是个相对的概念,有层次化的内涵,所以信息也是一个有层次属性的概念。根据公设三,个体的存在是因为其保持有与其外部不同的东西,所以,个体能够被识别出来,就取决于其保持的差异性能够被外部世界感知到,换句话说,就是外部世界能够获取其信息。信息论奠基人香农(Shannon)的信息定义“信息是用来消除随机不确定性的东西”,与本系列博客的定义是相容的。

从感知者的角度看,个体是否存在取决于其是否具有可以被获取的信息,所以信息与存在是一体两面。感知者分为两种类型,一种是所谓的有生命的智能体,另一种是无生命的物质存在,其对应的信息也分为两种类型:有生命智能体的意识感知的信息(表现为神经编码,在本系列博客中称之为主观信息,简称信息,如果不加特别说明,本系列博客中的信息即是指这种信息)、无生命物质感知的信息(表现为相互吸引的引力,在本系列博客中称之为客观信息)。有生命智能体感知的信息包括了主观、客观两种信息。

2.客观性

一般而言,“客观性”是哲学的一个中心概念,指一个事物不受主观思想或意识影响而独立存在的性质,跟“主观性”相对应。客观的事实,不受人的思想、感觉、工具、计算等主观手段的影响,而能保持其真实性。

本系列博客中,客观性定义如下:是“存在”被其之外的“所有存在”感知到的信息的交集。用数学的术语来说,“客观性”就是“被感知存在”相对其所有感知主体感知到的“信息的最大公共子集”。

在这个定义下,本系列博客所指称的“客观性”是个相对的、动态的概念,具体“某个存在”的客观性相对于“感知群体的变化”而变化,其信息量是以感知群体为自变量的一个函数。一般而言,不存在绝对的客观性,如果说必须有,那就只有一个:“全体存在”的客观性是绝对的。

3.意识

一般而言,意识是一个不完整的、模糊的概念。其实人知道自己在想什么的时候,或者像看到物质一样看到自己所思所想,就是人的意识,只是通过现代语汇很难把这种意识说清楚。一般认为,意识是人对环境及自我的认知能力以及认知的清晰程度。现在,意识概念中最容易进行科学研究的是在觉察方面。例如,某人觉察到了什么、某人觉察到了自我。有时候,“觉察”已经成为了“意识”的同义词,它们甚至可以相互替换。意识问题涉及的学科有认知科学、神经科学、心理学、计算机科学、社会学、哲学等。这些领域在不同的角度对意识进行的研究对于澄清意识问题是非常有帮助的。

意识是生命的神经现象,当生命出生时意识就与生命同在,是一种自我感觉和外部感觉的综合,意识的基础是个体具有了对自身本体认知(自我意识)、对自身认知能力的认可、对自身行使能力的认可的综合。因此产生一个疑问,我认为我的意识存在,我就是有意识,我认为我的意识不存在或未必存在,我就没有意识吗?由于人类意识产生于神经系统的功能,因此不论自身是否感知到,无论自身是否认可,意识均存在。如何界定意识是否存在呢?能够分别了知,具有自我内省能力和行使能力,就是意识存在的标志。意识无形无色,是心非物,所以意识心有时又称觉知心,意识主要功能即是觉知,凡是对内、外尘境从开始的了知、了别及其后之分析、思维、计划、整理、记忆... 都叫意识,都是意识心的功能,故意识涵盖甚广,意识的出现必须要有功能健全的眼、耳、鼻、舌、身等五根去接触相对应的色、声、香、味、触等五尘,以及意根接触法尘(五尘与法尘合称为六尘),也就是说,需借藉根、尘相触的作用才会出生意识。

在心理学上,意识具有四个特性:意向性、统一性、选择性和短暂性。意向性是指你的意识能在某个物体或某件事上集中多长时间。统一性指的是意识很难分开的。例如,当你一边开车一边打电话,你是不可能在两件事上都有意识。选择性是有关你能注意到某些事情,却没有注意到另外的事情。例如,在一个鸡尾酒会,某个人提到你的名字,当时你和那个人都同时跟不同的人群在聊天,但你却注意到了他(她)提到了你的名字。短暂性又叫改变的倾向。

意识,是人的主体,既有存在的本体性,也有客体性,还具有思、想、言、行主动性。

本系列博客中,意识采用比拟的手法定义如下:两块平行放置的双面镜子,称之为意识镜子。如图2所示,其像的来源有两个方向:来自五官和来自意识内部。意识镜子既照外,又自照。

 

图2意识镜子

4.涌现

“涌现”理论的主要奠基人约翰•霍兰德(John Henry Holland)在《涌现:从混沌到秩序》一书中这样描述“涌现”现象,“在复杂的自适应系统中,“涌现”现象俯拾皆是:蚂蚁社群、神经网络、免疫系统、互联网乃至世界经济等。但凡一个过程的整体的行为远比构成它的部分复杂,皆可称为“涌现”。

通常说来,“涌现”指一个系统中个体间预设的简单互动行为所造就的无法预知的复杂样态的现象。系统科学把这种整体才具有,孤立部分及其总合不具有的性质称为整体涌现性(Whole Emergence),涌现性就是组成成分按照系统结构方式相互作用、相互补充、相互制约而激发出来,是一种组分之间的相干效应,即结构效应。不同的结构方式,不同的相互激发产生不同的整体涌现性。整体涌现性的产生不是单一的,是规模效应和结构效应共同的结果。比如分子作用力、氢键以及疏水作用力相对于原子来说就是整体涌现。只有原子形成了分子才可能具有这些特性,原子不形成分子或者大分子,简单的混合是不会具有这种层次的特性。

涌现性又可理解为非还原性或非加和性,但任何整体都具有加和性,比如质量。系统性是加和性与非加和性的统一,都是整体属性;但整体性、系统性并不一定是涌现性。涌现性是系统非加和的属性,“整体大于部分之和”与“整体小于部分之和”这样的整体与部分差值就是涌现。

本系列博客借用系统科学中“涌现”概念,对其进行一点改造,重新定义“涌现”如下:是感官刺激引起神经网络宏观运动呈现的相对稳定的模式,这种模式即是“概念”的载体。

本系列博客中,“涌现”既是已有概念的载体,又是未知概念的起点,而概念是“涌现”的快拍,是标签化的“涌现”静态照片。此外,意识能感知和理解“涌现”,对反复出现的“涌现”,意识用神经网络的某种结构(神经元突触结构)来固化保持,并定期维护(存储刷新)。

关于“涌现”、概念、意识、神经网络四者的关系,用一个比喻来说明:“涌现”比作有生命的活物,概念是其符号化的标签(“涌现”的名字),而意识是提供能量的太阳,神经网络是一个基础支撑系统(类似大地、水等构成的自然生态系统),是“涌现”、概念、意识的物质基础,所有的“涌现”必须定期得到意识太阳照射的能量(存储刷新)才能存活,正如一个良好的生态系统必需是一个生物多样性充分且平衡的系统一样,一个有活力富有创新能力的神经网络系统必须是一个“涌现”多样性充分且平衡的系统。此外,该系统的概念系统必须是一个高效的层次体系结构,类似自然界食物链的金字塔结构,太阳只需给植物提供能量,其他的生物的能量供给则由食物链自动完成,这样意识太阳只需要较少的能量保持已有“涌现”的存在,把更多的能量用来照射新的“涌现”,培养这些新“涌现”成为新的思想概念,不断扩大整个系统的概念空间,进而增长智慧,实现对整个世界的遍知遍觉。

意识是一个串行的通道,而神经网络的活动是并行的,同一时刻,存在多个“涌现”,意识只能对这些“涌现”逐个映照理解;对这些“涌现”的选择性,是由“注意机制”完成的;“注意机制”取决于这些“涌现”的大小、位置以及当前意识的状态。

图3所示为自然界常见的涌现图形之一。叶片竖起来是一颗树, 倒过来是树根。动物体结构、国家结构、工程系统结构以及大至星系结构, 都可与叶脉结构建立对应。

  


亚马逊河流                            叶脉

图3自然界相似涌现图形一

  

星系                         流水漩涡

图4自然界相似涌现图形二

图4所示为自然界常见的另一种涌现图形, 星系漩涡与流水漩涡如此相像,大千世界间何其相似,真是一沙一世界。

5.概念

一般而言,概念也称观念,是抽象的、普遍的想法、观念或充当指明实体、事件或关系的范畴或类的实体。需要注意的是,在日常用语中人们往往将概念与一个词或一个名词(术语)同等对待,此时一个单一的概念可以用任何数目的语言来表达,比如:狗的概念可以表达为英语的dog,德语的 Hund,法语的 chien 和西班牙语的 perro。

本系列博客中,概念定义如下:概念是思维的单位,是对主观信息的层次体系化加工,是用符号化的标签代表“感知到的存在”的客观性信息,其载体是“涌现”。概念是一种“主观信息”的层次结构。由于信息的量子特性,概念不可能无限定义。

在这个定义下,概念是与感官紧密相关的。以人类为例,我们的感官包括“眼耳鼻舌身意”,对应的知觉是“色声香味触法”,其中“眼耳鼻舌身”是具体的、物理的器官,感知的是物理世界的存在,其感知的“色声香味触”有时间和空间的属性,且需要意识来识别,而意识除了能识别五官的信息,还能感知抽象世界的存在(这里“法”表示抽象存在,法只有空间属性,没有时间属性),同时对“法”进行识别。人的大脑是个特殊的器官,其产生的意识,既是一个感知器,又是一个识别器,在身体范围内,还能替换其他器官,产生相同的感知,比如说:我们只需要想象在吃一个酸梅,就能使舌生津。

本系列博客中,概念的意义定义为:是概念的“涌现”对“意识镜子”所成的 “涌现” 像与原“涌现”的归零。概念是意义的载体,而不是意义本身。意义发生在理解的过程中,即“理解归零”的瞬间产生意义。

“概念接地”是指一个具体的概念,意识对该“概念”所成的像的神经编码能够用五官刺激产生的神经编码所表达,这种接地分为直接和间接两种情况。直接接地是指该概念的神经编码是由五官刺激所形成的神经网络静态结构保存,间接接地是指需要由意识模拟五官刺激,动态生成的神经编码来表达。能够实现接地的概念,称之为“接地概念”。

无论是五官直接刺激还是由意识模拟五官的间接刺激产生的神经编码,都不能来表达的概念称之为“悬空概念”,或“非接地概念”,这种概念只能由意识来直接编码。按照本书的公设四,这种概念的理解(归零)是非常困难的,想象一下这种概念的“理解归零”过程:在两块平行放置的镜子(称之为镜子A和B)之间,A镜子突然产生了一个象X1,B镜子为了归零,必需产生一个镜像Y1,而这个像Y1被A镜子感知,为了归零,产生镜像X2,……,如此反复,无以穷尽。从时间的角度看,这个过程是无限长的,所以,“非接地概念”也可视为不可理解的概念。

根据本系列博客的公设五,直接接地的概念比间接接地的概念更容易理解与交流,而间接接地概念根据意识模拟五官刺激的情况,可以分为不同层次,模拟次数越多,层次越深,则越难理解。一种合理的推测是:概念根据其重要性或使用频率的高低,其编码所遵循的方式应该是类似哈夫曼(Huffman)编码方式。

概念的分类:按照概念接地的不同情况,本系列博客把概念分为如下几类:

1)先天概念:包括个体生存必需的知觉概念,如:饥饱、冷暖、明暗等。这些概念的接地性是最强的,故使用效率(存取速度快)是最高的。其“涌现”由生命出生时就形成的静态神经网络结构来产生。

2)基本概念:能通过五官直接刺激形成的概念,这种刺激包括单个通道,也包括多通道的复合刺激,但不包括由意识模拟五官刺激产生的通道,这些概念接地性也很强,使用效率也较高。其“涌现”由出生后五官反复刺激形成的静态神经网络结构来产生。

3)复杂概念:能通过五官直接或者间接刺激形成的概念,这种刺激包括单个通道,也包括多通道的复合刺激,其中至少有个通道是由意识模拟五官刺激产生的通道(以下简称为“模拟通道”),根据模拟通道的数量和层次,其接地性有强弱变化,故使用效率变化差异巨大。一些抽象层次很高的概念,理解非常耗时,比如量子物理、抽象数学、泛函中的许多概念。其“涌现”有两种情况:一是出生后由五官加意识反复刺激形成的静态神经网络结构来产生;二是由意识主导,相关基本概念参与的动态过程产生,是介于长期存储和瞬时记忆的产物,没有相应的静态神经网络结构来保持。

4)非接地概念:又叫做“悬空概念”,这些概念无法接地,所以本质上无法真正理解。其“涌现”完全靠意识主导下的相关概念强制动态生成,维持其存在,需要消耗大量的能量,是瞬变的、最不稳定的,没有相应的静态神经网络结构来保持,会产生大范围的“干扰噪声”,会使大脑亢奋不安,会被遗忘机制捕获而很快遗忘。

5)“悬空概念循环群”:一些“悬空概念”通过互相解释,形成一个同义词或近义词集合,产生一个相对封闭的稳定的“涌现”,这些“涌现”也呈现出一种自然和谐的特点(不会产生大范围的“干扰噪声”,不会使大脑亢奋不安,所以不会被遗忘机制捕获),通过神经网络反复刺激,也可能会发展成为神经网络结构静态模式,意识也可能会把它们当作接地概念对待,但由于它们本质上是不接地的,所以无法真正理解,无法在创新中做贡献,大量“悬空概念循环群”的存在会使得神经网络资源被浪费,进而破坏创新能力,是扼杀创新能力的主要原因。

概念系统的接地性能是动态的,其变化的终极目标是提高神经编码效率,提高接地性能,降低神经网络资源消耗,其实现的途径是通过“思”,而“思”分为“有意识的思”和“无意识的思(心智游移)”,其中“无意识的思(心智游移)”是人类在自然进化过程中形成的一种自动化的概念优化机制,能实现并行的、高效的概念简约规化。


6.交流

一般而言,交流是人们之间最常见的活动之一,是指人们之间进行信息及思想的传播。交流常常牵涉了几个方面:信息发送者,信息接收者,信息内容,表示信息的方式,传达的渠道。交流的过程主要是信息发送者把思想内的信息内容以可交换或共同认可的表示方式编码,以某个渠道来传递。信息接收者获得信息后,便进行解码,转换成内在的信息。

有效及良好的交流应该是双向交流。一方面,要用对方明白的语言,尽量清晰、简洁、明了地表达自己的观点;另一方面要善于倾听和理解别人的观点。来自不同文化背景的人对同样事物可能有不同的理解。高明的交流大师常常都非常善于让别人表达出自己的观点,也善于理解别人的观点。

交流意义下,概念只是一个符号标签,是交流者能够用“意识镜子照见”的“涌现”,同一语言环境下成长的交流者,对同一个符号标签所对应的概念“涌现”,有着大致相同的结构,其结构的相近程度,取决于他们身体和成长经历的相近性。

本系列博客中,交流的定义如下:是一种活动,其实现的基础,第一是交流双方有同一性,即有相同或相似的神经网络结构;第二是用相同的符号标签作为媒介(可以是视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉的刺激)指向彼此想要传递的“涌现”。

在此定义下,“心有灵犀一点通”就不再是一种神奇莫测的现象,而是交流双方在具体交流领域有着相似的概念系统(所对应的神经网络结构是相似的),所以能够在相同的概念符号标签刺激下,在神经网络中产生相同或相似的“涌现”,极大提高了交流的效率,从而给人以一种神奇的感觉。本系列博客中“拈花一笑”的典故,就是这样一种效果。




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