近年來，隨著以信息高速公路建設為導向的信息技術的發展，使得人們對聯結主義的認識日益加深，聯結主義因而受到重視，研究地位上升。筆者認為，在計算機技術飛速變革和社會生產力的提高對計算機信息管理能力提出日益增長之需求的今天，這兩大理論學說將沿著各自的理論軌跡進一步發展并且相互交叉、相互滲透，萌發新的內容，對計算機信息技術的發展作出新的貢獻。

　　《計算機應用研究》系中國計算機學會會刊之一，創刊于1984年，由國家科技部所屬四川省計算機研究院主辦，北京、天津、山東、吉林、云南、貴州、安徽、河南、廣西、甘肅、內蒙古等十余省市計算中心協辦的計算技術類學術刊物。

　　在認知科學領域，存在著兩大理論學說：以符號表征理論為核心的認知主義和以網絡理論為核心的聯結主義。相對于計算機信息管理技術的發展而言，認知主義和聯結主義分別興起于計算機(馮諾依曼式)的單處理機時代和計算機的互聯網絡時代，二者對認知過程有著不同的解釋，并都對計算機信息技術的發展有著不同的貢獻。　　一、認知科學的發生、發展及內涵

　　馬克思主義哲學認為，世界是物質的，任何事物都是可被人類認知的。但是更深層次的研究，即人類究竟是怎樣通過思維來達到認知目的的問題則一直困擾著許多專家學者。圍繞這一問題建立起來的認知科學經歷了兩個重要的發展階段：⑴60年代，以符號表征理論為核心的認知主義獨占鰲頭;⑵80年代，以網絡理論為核心的聯結主義東山再起。至此，人類的認知科學似乎完成了一種轉歸，盡管這種轉歸可能還遠遠未能正確解釋人類的認知過程與本質，但我們卻可以從其中得到許多有益的啟示，尤其是對于高速發展的現代信息技術的理解，更是有著不同尋常的意義。

　　認知主義作為認知科學史上的一個發展階段，源起于本世紀60年代，并在70年代取得壓倒性勝利，作為認知主義中心內容的符號表征理論，也被廣大學者所接受和認同。該理論認為人類認知的過程就是信息加工，處理同化的過程，是一種符號的運算。基于此，認知主義將對象世界看成是符號的組合，通過對符號的存儲、加工(推理反應、編碼等)、提取和變換而完成人類的認知。當然，這種運算是要受特定的規則協助與制約的。

　　認知主義的興起是有其物質基礎的，其指導性啟示和核心工具是數字計算機(馮諾依曼式)。計算機作為一種物理裝置，其特定的物理改變可以被解釋為運算，運算是對符號的操作，而符號則表征著一定的意義內容〔1〕。 認知主義的信息加工模式與數學計算機構成的相似性提示我們，從認知過程去理解和改進計算機，以進一步推動信息技術的發展是極有可能的。

　　但是不能忽視，人類認知世界最主要的物質基礎是人腦，隨著對人腦(主要是神經網絡)研究的深入，人們日益發現，認知主義的符號表征理論是有著較大缺陷的，還不能將其與認知科學本身等同。

　　首先，認知主義遠未達到立足于對人類大腦思維的精確描述之上這一要求，它只是對產生認知現象起因的一種猜想，是一種受啟示于數字計算機的結構和運算方式，進而根據輸入輸出進行系統識別的方法理論，實際上仍沒有脫離簡單系統的范疇。面對復雜巨系統問題，它只能束手無策〔2〕。

　　其次，由于認知主義對符號的運算要依賴于規則，這就必然產生過多的硬性限制，規則具有確定性和強制性，活動的發生與停止直接受控于規則的啟動與否，而符號系統的任何改變都需要規則的相應改變，這是有悖于人類的認知活動的。

　　再次，認知主義認為認知過程是一種序列加工，即人腦是單線地或串行地處理問題。這一觀點顯然是片面的，神經網絡的深入研究表明：并行計算在神經系統中是廣泛存在的，對外界表現的串行現象只不過是在并行處理基礎上表現出來的串行，而非表象的本質。

　　正是由于上述原因，1986年，魯梅爾哈特和麥克萊蘭德在其巨著《并行分布與加工》一書中向認知主義提出了挑戰，并經典地闡述了曾一度沒落的網絡理論，我們將這一東山再起的研究定向稱為聯結主義。它認為人類的認知不是簡單的符號運算，而是網絡整體結構活動的結果。網絡是時間動態系統，由類似于神經元(節點)的大量處理元素(單元)相互聯結在一起，每個單元都有其不同的活性，即可以興奮和抑制其它單元，也可以受其它單元的興奮和抑制。認知過程就在于網絡從初始狀態到最后完成的穩定狀態，而這個動態過程就可以被看做是認知能力。

　　聯結主義的指導性理論源泉是大腦(神經網絡)，而且從根本上講，聯結主義的網絡定向就是一個完整的神經網絡模型，關于這方面的研究已比較深入，現列出聯結主義網絡的有關特點如下：

　　1.網絡的加工是并行的和相互作用的，即不同的節點可以按不同規則同時運算，而規則之間體現的是競爭或協作關系。換言之，每個單元在特定的時間均有不同的活性狀態，接受信息后，同時開始運算，并且相互影響和作用，結果是使某單元的活性狀態發生改變，但計算結果只能是整體層次上的。

　　2.網絡的表征(記憶)是分布式的。即是節點只包含了概念的一部分，對整體來說有貢獻，但不能決定整體狀態，存儲的整體內容與存儲的基本單元不在一個層次上。如果將概念歸屬于宏觀層次，那么概念的信息就存儲于大量"微觀"單元狀態中。

　　3.網絡的定向容錯能力強，可塑性(可整合性)程度高。因為所要表達的信息與存儲信息的單元不在同一層次上，所以個別單元的損傷不會引起整體的錯誤。另一方面，網絡又能適時地、恰如其分地衰退。這樣，即使某些聯結遭到破壞，也不會使整個系統停止活動。所以，人腦能用不太高的精確度進行極其復雜的計算。

　　4.聯結主義的網絡定向具有較強的自適應性。對于多次重復的信息，只需改變單元之間的聯結極數就可以實現記憶加工。

　　表1　認知主義與聯結主義的比較 　　　　　　　　　　　　　 認知主義　　　　 聯結主義

　　中心內容　　　　　　　　　 符號定向　　　　 網絡定向

　　處理方式　　　　　　　　　 序列加工　　　　 并行分布加工

　　思維源泉與核心工具　　　　 數字計算機　　　 腦(神經網絡)

　　處理對象　　　　　　"符號"化的外部世界　　客觀外部世界

　　記憶方式　　　　　　　　　 程序式記憶　　　 分布式記憶

　　由此可見，認知主義與聯結主義是有著較大區別的(見表1)。 但是，這并不影響二者與信息技術的內在聯系。如果說，今天認知主義帶給人們的是一種否定的啟示，即數字計算機這種符號定向式的運算在一定程度上將越來越不適應社會發展的需求的話，那么，聯結主義帶給人們的卻是新思維的源泉。人們正著手通過聯結主義理論，確切地說，即通過神經網絡來為信息技術的發展提供借鑒。這是一個劃時代的發展。

　　二、由認知科學到信息高速公路

　　人是主動的信息加工者，人類活動的本質就是認知外部世界，改造外部世界。因此任何生產、通訊系統只有設計得適合人的信息加工特點，才可能獲得理想效率〔3〕。基于這樣一種認識， 人們提出了信息網絡化的設想，并且開始實施、實踐，對此最好的明證就是今日方興未艾的信息高速公路建設。

　　信息高速公路自1993年由美國政府提出以來，很快在世界各國引起了深刻反響。對此，有兩點認識是共同的：⑴信息高速公路將在國民經濟中發揮難以想象的作用。做為未來社會最重要的基礎設施〔4〕， 它的建設成功與否將從根本上影響一個國家在世界各領域的地位及其綜合國力;⑵信息高速公路是一項艱巨的系統工程，其研究與開發必然是多層次、全方位、跨學科的。因此，我們在重視信息高速公路自身建設的同時，還必須從其它學科中尋求盡可能的支持與借鑒。

　　信息高速公路本質上是一種骨干網絡，其基本結構模式可以模擬神經網絡：作為主體的高速信息網平臺，相當于神經纖維;與高速信息網平臺接口的大量信息系統相當于各個分工明確的中樞和外周各級神經元;具體用戶的感測器、顯示器相當于感受器和效應器。這種多層次的組合形成一個大規模的復雜的開放式系統，高速信息網平臺是所有信息系統的公共服務臺，在大容量高速傳輸的光通信系統基礎上，交流各個應用信息系統的資料、信息及反饋要求。各個應用信息系統之間兼有平行、分級交錯的形式，每個應用系統又是一個小型的信息網絡，采用先進的智能網技術，對各種信息及反饋要求進行整合、識別，并進而與不同級別的應用信息系統和具體用戶的控制器、感測器、顯示器接口。

　　當前，依據"生物經濟原則"并模仿聯結主義網絡(神經網絡)的結構特點，所建立的由眾多類似于節點的基元所組成的拓撲式開放神經計算機網絡已成為一種發展趨勢。同時，借助于光纖的超高速特點，就可能實現信息的并行處理。這樣，調控時不必逐級"尋訪"，就既可以保證網絡的可靠性與準確性，又在一定程度上實現了網絡對極高精確度、極高速度的雙重要求。

　　信息網絡化面臨的另一個挑戰是要求其穩定性、協同性和可塑性程度的進一步提高。這個問題的解決有望借鑒于聯結主義網絡定向的某些理論。主要思路是建立分布式的記憶網絡。這樣輸入的信息就可相互作用，相互滲透、補充與完善，從而保證，即使傳遞了誤差較大的信號，經辨識后，其結果與正確結論亦將相差無幾。對于多次重復的信息，系統可以自適應，并指導其對新情況的加工處理。

　　三、認知科學將給人們帶來計算機革命的思維源泉

　　信息網絡化環境的實現必然要求信息技術中的核心工具——計算機，要有相應改進以與之適應。首先，我們知道，以數字計算機為理論源泉的認知主義，在一定程度上偏離了人類對信息加工的正確描述。因此，以它為指導的人機界面必然是一種非良性的界面。比如，數字計算機的工作必須依賴于規則，而規則卻都有例外。世界的復雜性必然決定了有些規則(軟件)的不可通用性。另外數字計算機強調序列加工，必然使運算的速度與精確性受到制約，并最終影響系統處理的效果。到目前為止，我們都過分強調機器效率而忽視人的效率，其結果是，人的效率限制了系統的效率。所以，最終的解決辦法是將系統(計算機)設計得符合人的信息加工特點，也就是說，要完成對人腦功能的"軟件描述"到硬件實現的轉變。

　　最近的資料表明：日本、美國等國的計算機專家已經在著手研制神經元計算機、分子計算機。按照理論上的設想，所有的信息并不是按程序工作的，而是自適應處理的〔4〕～〔7〕。這方面的工作雖然還不是很深入，但第六代電腦的開發與進展已經在一定程度上開始了這一歷程。與傳統計算機相比，第六代電腦的最先進之處在于它采用了生物芯片與神經芯片。生物芯片是一種應用基因工程技術制造的蛋白質分子，由其參與的一系列生化反應最終實現了電腦的計算過程，因而工作方式類似于人腦，具有模擬反應的特點，因而大大區別于普通計算機那種0和1的數字編碼反應，編碼速率可提高100倍。此外， 它以波而不是以電子的形式傳遞信號，色調識別水平也遠遠超過只能辨別黑白分明色調的一般芯片。神經芯片則是一種由諸如非晶硅高效光電子薄膜、電液晶體等光學材料制成的新型部件，通過它們可以產生一個與接收到的光信號強度成正比的電動勢。由于利用光信號傳遞信息，而光信號又十分容易被處理成若干平行光束，所以可以同時快速處理眾多信息，因而功能就十分接近人腦中的神經元。1995年，一種被稱為"終極科學研究"的項目被科學家們提到議事日程上來。其中心內容是將電腦芯片移植于人的神經系統上，實現人類思維與電腦的連接，這樣，微型電腦芯片可將人的思維直接轉換為電腦語言，并通過芯片的接收與發送進行人腦與電腦的信息交流，從而以某種"心想事成"的方式控制各種自動化裝置。已有科學家設想，到那時，通過一粒如胡椒般大小的芯片就可使人腦直接進入信息高速公路。

　　四、聯結主義時代的到來

　　綜上所述，認知科學領域的兩大理論學說認知主義與聯結主義，和計算機信息技術的發展有著密切的聯系。認知主義作為認知科學的重要組成部分，在一定程度上成功地描述了人類的認知過程，為數字計算機的誕生，為人類從繁重的工作中解脫出來起到了積極的作用，翻開了計算機信息管理技術的第一頁，有其歷史性的貢獻。但是由于其自身的若干缺陷，難以適應信息技術發展的新要求。這一歷史階段，我們稱之為馮諾依曼式計算機的單處理機時代;其次，認知主義與聯結主義內容上的差別并不會導致二者根本上的對立，恰恰相反，它們是相互補充、相互配合的，而這種作用的直接結果是開辟了計算機(馮諾依曼式)的互聯網絡時代。事實證明，互聯網絡正在超越，或者更明確地說，是在包容個人計算機技術，成為一種依靠它，就可產生各種新產品、新戰略、新公司、新市場的高效低成本的開放的標準技術平臺，本世紀90年代興起的客戶/服務器(Client/server)模式就是其典型代表〔8〕。最后，我們在充分認識互聯網絡必然趨勢的同時，切不可忽視計算機技術本身的發展。之所以這樣說，是源于數字計算機局限性這一事實。換句話說，計算機的未來將由網絡來定義，但這個層次上的網絡不僅包含聯結方式方面的內容，而且相應要求計算機本身結構性能的改進，即要爭取完成神經元計算機、分子計算機對數字計算機的替代過程。這個過程實際上已經開始，尚處于較低級階段;且存在一定的爭議。它的成熟與完善將有待于廣大專家學者的進一步研究和探索。

　　【參考文獻】

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　　〔2〕石山銘、劉豹、王正歐："思維的潛運算"， 《自然雜志》，1993.3，P6～10

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　　〔6〕Adleman LM. Molecular　computation　of　solutions　tocombinatorial problems. Science, 1994; 266(5187): 1021—3

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　　〔8〕施伯樂："計算機科學技術的研究和發展"， 《電腦技術》，1995.2，P2～3^