AI Lab. CSIE NUTN 表徵的能力

1、2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN第第 四四 章章概概 念念臺南大學臺南大學 孫光天孫光天2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN概念的形成概念的形成 當學生學習在學院或大學中的作法時，他們學到有當學生學習在學院或大學中的作法時，他們學到有關的新法則，但是他們也學到新概念。許多新的行關的新法則，但是他們也學到新概念。許多新的行政概念必須學得，例如政概念必須學得，例如 : 主修、註冊和加退選主修、註冊和加退選 或是或是computer geek計算機狂）、計算機狂）、jock運動員）、運動員）、artsie藝術系學生和藝術系學生和keener熱心的學生）熱心的學

2、生） 。 早期哲學家，例如早期哲學家，例如 : 柏拉圖柏拉圖Plato）、萊布尼茲）、萊布尼茲Leibniz及笛卡爾及笛卡爾Descartes認為認為 概念像是概念像是正義是難以定義的。有些概念的知識是天生具有的，正義是難以定義的。有些概念的知識是天生具有的，像是什麼是正義？和什麼是知識？像是什麼是正義？和什麼是知識？2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN概念的形成概念的形成 其他哲學家像是洛克其他哲學家像是洛克Locke和休姆和休姆Hume主張概念是經由感官經驗學得。例如，你獲得狗主張概念是經由感官經驗學得。例如，你獲得狗的概念的概念 今日多數的認知科學家有興趣於概念是由經驗

3、和今日多數的認知科學家有興趣於概念是由經驗和其他概念學得的過程。其他概念學得的過程。 1970年中期，概念本質相關理論年中期，概念本質相關理論 : 框架框架（frame）、基模（）、基模（schema和劇本和劇本（script興起。興起。 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN概念的形成概念的形成 明斯基明斯基Minsky）（）（1975主張思維應該以框主張思維應該以框架應用來瞭解，而不是邏輯演繹架應用來瞭解，而不是邏輯演繹 斯坎克斯坎克Schank和亞貝生和亞貝生Abelson）（）（1977顯示大多數我們的社會知識如何由劇本組成，顯示大多數我們的社會知識如何由劇本組成，它描

4、述典型的序列事件，例如去餐廳它描述典型的序列事件，例如去餐廳 倫哈特倫哈特David Rumelhart）（）（1980用像概念用像概念的結構，稱作基模來描述知識，用以表徵什麼的結構，稱作基模來描述知識，用以表徵什麼是典型的狗、什麼不是狗的概念之本質是典型的狗、什麼不是狗的概念之本質 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN表徵的能力表徵的能力 經常聽到一些談話中出現經常聽到一些談話中出現 :定義你的用語！定義你的用語！ 柏拉圖發現像是正義的概念，是非常難定義的柏拉圖發現像是正義的概念，是非常難定義的 將智能的概念定義於研究之後，而不是一開始，並且在將智能的概念定義於研究之後，而

5、不是一開始，並且在數學之外我們不應該期盼有定義可得數學之外我們不應該期盼有定義可得 以框架、基模或劇本作為解釋，概念被理解為典型事物以框架、基模或劇本作為解釋，概念被理解為典型事物或情境的表徵，而非嚴格的定義。或情境的表徵，而非嚴格的定義。 例如，學生學得科目的概念。一個科目可總結為一組位例如，學生學得科目的概念。一個科目可總結為一組位置置slot），每個可填入像是教師姓名的預期資訊：），每個可填入像是教師姓名的預期資訊：2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN表徵的能力表徵的能力科目科目一種：程序動作的系統化序列）一種：程序動作的系統化序列）科目種類：講課科目，研討等等。科目種

6、類：講課科目，研討等等。教師：教師：教室：教室：時間：時間：要求：考試，論文等等。要求：考試，論文等等。實例：哲學實例：哲學100，數學，數學242等等。等等。2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN表徵的能力表徵的能力 有計算上的理由，為何用一組位置來思維概念是有計算上的理由，為何用一組位置來思維概念是有用的。縱然科目一般說來有一個教師，這不能有用的。縱然科目一般說來有一個教師，這不能作為科目的定義一部分，因為有團隊教導的科目，作為科目的定義一部分，因為有團隊教導的科目，教師多於一個，而函授科目則沒有教師。教師多於一個，而函授科目則沒有教師。 某些概念涉及時間序列，例如考試某些

7、概念涉及時間序列，例如考試 取得一個可當作一整體來用的資訊包裹是有用處取得一個可當作一整體來用的資訊包裹是有用處的，例如的，例如 : 考試考試 (包括包括 :一種：科目要求、考試種一種：科目要求、考試種類、教室、序列、題目、檢查答案、交卷類、教室、序列、題目、檢查答案、交卷 ) 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN表徵的能力表徵的能力 雖然概念中的位置通常可以轉成法則，很重要的雖然概念中的位置通常可以轉成法則，很重要的是要知道位置不表達普遍真理是要知道位置不表達普遍真理 : 而只是一般預期。而只是一般預期。位置的值稱為預設值位置的值稱為預設值defaults），例如），例如

8、: 一科目一科目教師的數目預設值是教師的數目預設值是 1 概念可組織成知識，所用的方式在法則基底系統概念可組織成知識，所用的方式在法則基底系統找不到。例如找不到。例如 : 科目概念包含敘述科目是什麼東西，科目概念包含敘述科目是什麼東西，什麼是科目的位置。這種關係建立一個階層式的什麼是科目的位置。這種關係建立一個階層式的概念網絡，如圖概念網絡，如圖4.1所示所示 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN表徵的能力表徵的能力 - -概念網絡概念網絡2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN計算的能力計算的能力 將資訊包裹成階層組織的概念使得有威力的計算將資訊包裹成階層組織

9、的概念使得有威力的計算成為可能。成為可能。 大型法則基底系統面臨選擇法則應用的問題。除大型法則基底系統面臨選擇法則應用的問題。除非能從記憶中提取來應用，具有相關法則對系統非能從記憶中提取來應用，具有相關法則對系統並沒有好處。並沒有好處。 在一個概念基底系統中，有一個程序可以很有效在一個概念基底系統中，有一個程序可以很有效的應用，那就是繼承的應用，那就是繼承inheritance），其中關於概），其中關於概念的推論可使用類別位置念的推論可使用類別位置kind slot建立的階層建立的階層快速地做到。快速地做到。 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN計算的能力計算的能力當聽到字眼

10、書桌時你想到什麼？運用書桌是當聽到字眼書桌時你想到什麼？運用書桌是一種傢俱的事實並且另一種傢俱是椅子的事實來一種傢俱的事實並且另一種傢俱是椅子的事實來做關聯。這種鬆散的關聯為擴散激活做關聯。這種鬆散的關聯為擴散激活spreading spreading activationactivation的程序。的程序。一個系統中的概念是活化一個系統中的概念是活化activeactive的，並且激活的，並且激活在網絡中，擴散到另一個種類和其他聯結的概念。在網絡中，擴散到另一個種類和其他聯結的概念。擴散激活像是一種電子傳播，一個充電的物體通擴散激活像是一種電子傳播，一個充電的物體通電到相連接的其他物體。例如

11、，如果某物激活你電到相連接的其他物體。例如，如果某物激活你的書桌概念，激活可傳播到你的傢俱概念書桌的書桌概念，激活可傳播到你的傢俱概念書桌是一種傢俱和抽屜抽屜是書桌的一部分）。是一種傢俱和抽屜抽屜是書桌的一部分）。2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN計算的能力計算的能力在程序中有兩個重要步驟，匹配在程序中有兩個重要步驟，匹配matchingmatching和推和推論論inferenceinference）。）。要找出最適當概念用於一個科目，需要將已知關要找出最適當概念用於一個科目，需要將已知關於科目的資訊匹配到相關科目的位置。例如，如於科目的資訊匹配到相關科目的位置。例如，如

12、果只有十個學生註冊這個科目，這資訊將符合課果只有十個學生註冊這個科目，這資訊將符合課堂人數比較少的研討課概念的位置。一旦，一個堂人數比較少的研討課概念的位置。一旦，一個概念匹配一個情境，藉助概念所產生的全套預期，概念匹配一個情境，藉助概念所產生的全套預期，學生可以作關於情境的推論學生可以作關於情境的推論 。 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN計算的能力計算的能力要明瞭概念的計算角色，思維處理系統的要明瞭概念的計算角色，思維處理系統的步驟：步驟：一、系統有表徵一個情境的活化概念。一、系統有表徵一個情境的活化概念。二、這些概念擴散激活到其他潛在的相關二、這些概念擴散激活到其他潛

13、在的相關概概 念。念。三、一些符合目前情境的概念被選取。三、一些符合目前情境的概念被選取。四、使用從選取的概念所繼承的，系統對四、使用從選取的概念所繼承的，系統對情情 境作推論。境作推論。 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN問題解決問題解決 - - 計畫計畫 第一次你遇到計畫的情境，例如註冊一個科目，你第一次你遇到計畫的情境，例如註冊一個科目，你可能需要用普遍法則來搜尋解答。但是成功的註冊可能需要用普遍法則來搜尋解答。但是成功的註冊將使你下一次比較容易，因為你只要依循同樣的操將使你下一次比較容易，因為你只要依循同樣的操作順序。你已經獲取一個註冊的劇本或是概念。於作順序。你已

14、經獲取一個註冊的劇本或是概念。於是計畫不是搜尋或是邏輯演繹，而是概念的應用是計畫不是搜尋或是邏輯演繹，而是概念的應用 。 給一個目前情境表徵，以及要完成的目標給一個目前情境表徵，以及要完成的目標 (例如選修例如選修你要的科目你要的科目)，你從記憶提取符合情境和目標的概念，你從記憶提取符合情境和目標的概念 當你有一個匹配目前情境的資訊組織包裹時，概念當你有一個匹配目前情境的資訊組織包裹時，概念應用才有用應用才有用 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN問題解決問題解決 - - 計畫計畫 在能夠應用於常發生的情境之時，劇本很有用，在能夠應用於常發生的情境之時，劇本很有用，但是在不符

15、合的新情境之時，則會妨礙計畫。但是在不符合的新情境之時，則會妨礙計畫。回想諺語：對某些人僅有的工具是榔頭時，任回想諺語：對某些人僅有的工具是榔頭時，任何東西看來都像是釘子。這個教訓是，你不應何東西看來都像是釘子。這個教訓是，你不應該試圖將錘打的概念應用於不相關的情境。該試圖將錘打的概念應用於不相關的情境。 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN問題解決問題解決 - - 決策決策 在某些情況，用熟悉的劇本作決策將會發在某些情況，用熟悉的劇本作決策將會發生問題，例如生問題，例如 :作僱人決策，哪個人選最符作僱人決策，哪個人選最符合組織聘僱的需求常常不是基於合理判斷，合組織聘僱的需求

16、常常不是基於合理判斷，而是某個特殊人選符合老闆的正確用人概而是某個特殊人選符合老闆的正確用人概念。那個概念或許有適當位置念。那個概念或許有適當位置slot），描），描述理想人選的智能和勤勉，但也可能包含述理想人選的智能和勤勉，但也可能包含無關的要求，如種族和性別無關的要求，如種族和性別 概念應用是一個快速和容易作決策的方法概念應用是一個快速和容易作決策的方法 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN問題解決問題解決 - - 解釋解釋 如同計畫，解釋有時以概要的包裹呈現如同計畫，解釋有時以概要的包裹呈現社會概念常用於解釋，認為它們是所應當的。例社會概念常用於解釋，認為它們是所應當的

17、。例如如 : : 為何為何FredFred整夜寫程式？因為他是個計算機狂。整夜寫程式？因為他是個計算機狂。 為何為何SarahSarah總是穿黑色？因為她是個藝術家。總是穿黑色？因為她是個藝術家。 為何為何AliceAlice在那個科目她不用功在那個科目她不用功 卻得到卻得到A A？因為？因為那個是營養學分。那個是營養學分。在所有的這些情況，將概念匹配到似乎符合的情在所有的這些情況，將概念匹配到似乎符合的情境，解釋幾乎自動產生出來。境，解釋幾乎自動產生出來。 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN問題解決問題解決 - - 解釋解釋概念也有比較是思索性質的解釋應用，像概念也有比較

18、是思索性質的解釋應用，像是科學解釋有時具有邏輯基底和法則基底是科學解釋有時具有邏輯基底和法則基底系統給予解釋的演繹味道。例如，物理學系統給予解釋的演繹味道。例如，物理學常有普遍定律，如力常有普遍定律，如力 = = 質量質量 乘以乘以 加速度加速度許多領域中，如進化生物學和社會科學，許多領域中，如進化生物學和社會科學，定律不易產生。於是解釋最好視為基模的定律不易產生。於是解釋最好視為基模的應用應用 包含目標包含目標 - - 要解釋的要解釋的 和提供解釋的模式和提供解釋的模式 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN問題解決問題解決 - - 解釋解釋達爾文的天擇進化理論的基模來解釋物

19、種特徵達爾文的天擇進化理論的基模來解釋物種特徵 解釋標的解釋標的 為何某個指定的物種具有特徵？為何某個指定的物種具有特徵？解釋模式解釋模式 物種具有一組變異特徵。物種具有一組變異特徵。 物種經驗環境的壓力。物種經驗環境的壓力。 壓力偏好具有特徵的物種成員。壓力偏好具有特徵的物種成員。 所以具有那個特徵的物種成員將會存活，並所以具有那個特徵的物種成員將會存活，並且且 繁殖得勝過於缺乏該特徵的物種成員繁殖得勝過於缺乏該特徵的物種成員所以最終大多數物種成員將具有此特徵。所以最終大多數物種成員將具有此特徵。紅色字取代為紅色字取代為 物種物種( (細菌細菌) )、壓力、壓力( (抗生素抗生素) )202

20、1/12/22AI Lab. CSIE NUTN學學 習習 概念來自何處的三種答案：它可能是天生的，概念來自何處的三種答案：它可能是天生的，從例子形成的，或從其他概念形成的。不同從例子形成的，或從其他概念形成的。不同答案適用於不同概念答案適用於不同概念 天生天生 - - 嬰孩從經驗學到這個概念，因為他嬰孩從經驗學到這個概念，因為他們重複遇到人臉的例子。但是已經有實驗的們重複遇到人臉的例子。但是已經有實驗的證據顯示，嬰孩不需學習典型的臉的結構，證據顯示，嬰孩不需學習典型的臉的結構，而是天生期望臉是某個樣子而是天生期望臉是某個樣子 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN學學 習習

21、特殊化特殊化 概念是從例子學到的概念是從例子學到的 - 方式頗似於某些法方式頗似於某些法則是由歸納一般化所形成的。某些概念必則是由歸納一般化所形成的。某些概念必須艱辛地從許多例子得到，例如須艱辛地從許多例子得到，例如 : 當兒童當兒童從其他動物學會區別狗從其他動物學會區別狗 由其他概念組合的由其他概念組合的 - 但是大多數的內容是但是大多數的內容是由概念所提供，它們經由組合而產生新的由概念所提供，它們經由組合而產生新的一個。例如一個。例如: 電子郵件電子郵件2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN學學 習習 外展學習外展學習 有一些概念組合的計算機模型出現有一些概念組合的計算機模

22、型出現Thagard, 1988），但是不是複雜的外展種類。包含因果關係），但是不是複雜的外展種類。包含因果關係的基模可用來執行一種外展推論。例如的基模可用來執行一種外展推論。例如 : 感冒的傳感冒的傳染病之劇本：染病之劇本： 感冒傳染病感冒傳染病 接觸：你接觸某些病菌病毒或細菌）。接觸：你接觸某些病菌病毒或細菌）。 潛伏：病菌增殖。潛伏：病菌增殖。 症狀：病菌使你患了流鼻涕的症狀。症狀：病菌使你患了流鼻涕的症狀。 痊癒：最後，你身體的免疫系統殺死病菌。痊癒：最後，你身體的免疫系統殺死病菌。 如果你有像是流鼻涕的症狀，你可填入這個基模的如果你有像是流鼻涕的症狀，你可填入這個基模的症狀位置，然後

23、填入接觸位置症狀位置，然後填入接觸位置2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN語語 言言 言談和書寫語言中，概念用文字來表徵。不是所有言談和書寫語言中，概念用文字來表徵。不是所有概念都有描述它們的文字，但是我們的文字和許多概念都有描述它們的文字，但是我們的文字和許多概念之間有密切的對應概念之間有密切的對應 字典中的一組文字稱作詞彙字典中的一組文字稱作詞彙lexicon），所以表徵），所以表徵於心中的這組文字或概念稱為心理詞彙於心中的這組文字或概念稱為心理詞彙mental lexicon），例如），例如 : 正義正義 ， 心理如何表示的文字描述心理如何表示的文字描述 密勒密勒Geo

24、rge Miller和其他人主張心理詞彙是階和其他人主張心理詞彙是階層地組成層地組成Miller et al.,1990）。他和合作者已經製）。他和合作者已經製造出巨大的電子詞彙，稱作造出巨大的電子詞彙，稱作WordNet，擁有多過，擁有多過60,000個英文字，例如個英文字，例如 : 狗狗 。2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN語語 言言我們的語言使用依賴於我們對這些名詞、動詞和我們的語言使用依賴於我們對這些名詞、動詞和形容詞作儲存和使用概念的能力，學習語言不只形容詞作儲存和使用概念的能力，學習語言不只是學到語法法則而已；它也涉及發展出整個概念是學到語法法則而已；它也涉及發

25、展出整個概念系統系統 喬姆斯基傳統的語言學家假設一個介於語法和詞喬姆斯基傳統的語言學家假設一個介於語法和詞彙之間的清晰區別，稱為認知語法彙之間的清晰區別，稱為認知語法cognitive cognitive grammargrammar），但是其他語言學家並不認同），但是其他語言學家並不認同2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN語語 言言概念以及它如何對句子概念以及它如何對句子( (語言語言) )的意義有貢獻的意義有貢獻 ? ?一方面，概念的意義似乎源自其他概念的意一方面，概念的意義似乎源自其他概念的意義，就如當一個兒童被告知奔跑是一種快速義，就如當一個兒童被告知奔跑是一種快速的

26、跑步。的跑步。另一方面，概念的意義關聯至世界中事物的另一方面，概念的意義關聯至世界中事物的觀察，就如兒童真正看到某人奔跑觀察，就如兒童真正看到某人奔跑 這兩方面是需要的，以便我們瞭解概念如何這兩方面是需要的，以便我們瞭解概念如何成為我們使用語言能力的基礎成為我們使用語言能力的基礎 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN心理學上的合理性心理學上的合理性 要如何顯示出一個特殊的心理表徵之心理學合理性？要如何顯示出一個特殊的心理表徵之心理學合理性？直接的方法是做心理實驗，產生的結果立即隨著人們直接的方法是做心理實驗，產生的結果立即隨著人們具有所提議的心理表徵之假設而來。具有所提議的心

27、理表徵之假設而來。 間接的方法是用計算機模擬，運用所提議的心理表徵間接的方法是用計算機模擬，運用所提議的心理表徵種類，來解釋關於某些一般種類動作的實驗結果種類，來解釋關於某些一般種類動作的實驗結果 概念的心理現實之大多數證據來自有關概念的實驗，概念的心理現實之大多數證據來自有關概念的實驗，而非來自計算機模擬而非來自計算機模擬 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN心理學上的合理性心理學上的合理性 1950年代之間，概念學習的研究開始，概念的古典觀年代之間，概念學習的研究開始，概念的古典觀點假定是清晰的定義條件點假定是清晰的定義條件Bruner, Goodnow, and Aus

28、tin, 1956）。）。 1970年代間，證據提升至概念應該用典型條件年代間，證據提升至概念應該用典型條件typical condition來理解，而不是定義條件。來理解，而不是定義條件。 定義條件提供嚴格的法則，像是只有恰好三個邊時，定義條件提供嚴格的法則，像是只有恰好三個邊時，我們才說圖形是三角形。我們才說圖形是三角形。 典型條件允許例外，像是我們說狗有四條腿，即使某典型條件允許例外，像是我們說狗有四條腿，即使某些狗只有三條腿些狗只有三條腿 !2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN心理學上的合理性心理學上的合理性心理實驗暗示概念應用符合典型觀點而非古典觀點心理實驗暗示概念

29、應用符合典型觀點而非古典觀點 實驗者發現符合原型的最易於分類，但是對於比較遠實驗者發現符合原型的最易於分類，但是對於比較遠離原型的，他們在分類時花費比較長的時間並且犯下離原型的，他們在分類時花費比較長的時間並且犯下較多的錯誤。較多的錯誤。同樣的，人們可很快證實語句知更鳥是一種鳥的同樣的，人們可很快證實語句知更鳥是一種鳥的真實性，勝過證實鵝是一種鳥，或許因為知更鳥真實性，勝過證實鵝是一種鳥，或許因為知更鳥比鵝接近於鳥的原型比鵝接近於鳥的原型 將概念視為典型有助於解釋概念如何應用的種種特色將概念視為典型有助於解釋概念如何應用的種種特色 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN心理學上

30、的合理性心理學上的合理性 墨非墨非Murphy和米丁和米丁Medin）（）（1985）、克）、克爾爾Keil）（）（1989和其他人主張，概念既不是典和其他人主張，概念既不是典型特徵的集合，也非例子可以掌握概念所具有的。型特徵的集合，也非例子可以掌握概念所具有的。 概念應用有時是比較像特徵匹配般的因果解釋概念應用有時是比較像特徵匹配般的因果解釋 例如例如 : 穿著衣服跳入游泳池的人歸類為喝醉了。穿穿著衣服跳入游泳池的人歸類為喝醉了。穿著衣服跳入游泳池並不是概念喝醉的定義或典型著衣服跳入游泳池並不是概念喝醉的定義或典型特徵，但是它符合不健全判斷的理論，那是概念特徵，但是它符合不健全判斷的理論，那

31、是概念的一部分：喝醉使人做出蠢事的一部分：喝醉使人做出蠢事 概念或許可聯結到法則和例子，以及典型特徵概念或許可聯結到法則和例子，以及典型特徵 2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN神經學上的合理性神經學上的合理性 概念網絡中概念間的擴散激活是相似於神經概念網絡中概念間的擴散激活是相似於神經元用電化學脈衝彼此激活的方式，但是關於元用電化學脈衝彼此激活的方式，但是關於在腦中如何理解概念則知道很少在腦中如何理解概念則知道很少2021/12/22AI Lab. CSIE NUTN實際適用性實際適用性 教育的研究暗示專家具有可用概念或基模描述的教育的研究暗示專家具有可用概念或基模描述的高度組織化知識高度組織化知識Bruer, 1993）。例如，剛開始）。例如，剛開始學習物理學的學生有一個斜面的基模，只包含像學習物理學的學生有一個斜面的基模，只包含像是角度和長度的表面特徵。相對地，專家的基模是角度和長度的表面特徵。相對地，專家的基模立即聯結到應用於它的物理定律之斜面概念立即聯結到應用於它的物理定律之斜面概念 稜生荀稜生荀Nerses