思维的信息加工过程

一、心理活动信息加工的总体特征能否对心理和思维活动的总体特征作出科学的判断，关系到思维信息加工模型建立的成败，思维信息加丁数学模型的建立要以揭示思维过程豹总体特征为前提。

1、思维活动的开放复杂巨系统特征

开放复杂巨系统的特征有：①巨型性，即组成系统的元素极多，规模巨大。②内在差异性，元素的“花色品种”很多，元素间关联方式差异显著。③层次性，具有很多中间层次，有哪些层次有时并不清楚。④开放性，与环境有多种多样的强烈的相互作用。⑤动态性，系统的组分、结构、特性以及环境的特性都在不断变化。“规模巨大，组成差异显著，层次众多，对环境开放的系统的动力学特性就是复杂性”。开放复杂巨系统的存在相当普遍，就目前认识水平看主要是六种：宇宙系统，地理系统，生物圈系统，社会系统，人体系统，大脑系统。人脑之所以称为开放复杂巨系统，是由它的元素众多、结构复杂和动态特性决定的。

(l)从组成脑的元素神经细胞数量看，目前发现人脑由亿神经细胞组成，大脑皮层则由亿左右神经细胞构成。

(2)细胞阃联结的方式复杂。据估计，单个神经细胞至少有3万个突触与其他细胞联结，大脑细胞之间的解剖上的突触联结至少可达百万亿千万亿之间，大脑神经细胞依据功能上和解剖的相近结成神经集团，由细胞集团联成大范围的不同皮层区域，由颓叶、顶叶、枕叶和颞叶四大区域组成，各个皮层区域担负不同的功能。此外还有大脑左右半球的分工与合作，两半球之间通过2亿以上神经纤维联结，每秒进行几亿次通信，大脑皮层还与皮层下结构发生广泛的联系，人的心理活动（包括思维J正是在这样一个复杂的物质系统基础上发生的。

(3)大脑活动的开放性动态性。脑从来都不是静止的，它每时每刻进行着各种生理生化活动，神经细胞要进行新陈代谢，进行物质能量信息的交换，神经细胞问的联结也不是静态的，随时间而变化。从信息处理角度看脑的开放性除了物质能量外主要是指对信息的开放，心理活动就是不断的信息输入、加工和输出过程。人脑是开放复杂的物质与信息系统。

(4)大脑思维活动的自组织性。心理插动包括思维是开放复杂巨系统的自组织过程。自组织表示系统的运动主要是自发的，“其自发运动是以系统内部的矛盾为根据，以系统的环境为条件的系统内部以及系统与环境的交叉作用的结果”。系统自组织不仅包含系统自发运动的意思，还包括l活动中的信息关系就变化一次，即完成一次信息的自组织过程。从思维活动信息内容的变化角度看，思维过程是一个系统吸引子不断变化的过程，吸引子和目的性联系在一起。研究复杂系统特别是生命、社会、思维运动及自动机器，目的性概念是不可缺少的。从系统学看，目的性并不神秘，它不过是系统的一种动力学特性，可以用吸引子概念精确刻画。从相空间看，系统演化的目的性体现为一定的点集合，代表演化过程的终极状态，即目的态。它具有如下特征：其一，终极性。处于非目的态的系统不“安于现状”，力求离之远去；处于目的态的系统“安于现状”，自身不再愿意或无力改变这种状态。其二，稳定性。目的态是系统自身质的规定性的体现，这种规定性只有在稳定状态中才能确定并得到保持。其三，吸引性。吸引性是目的性的根本要素，没有吸引力的状态不能成为系统演化所追求的目标，只要系统尚未达到目的态，现实状态与目的态之间必定存在非0的吸引力牵引着系统向目的态运动，这就是所谓吸引子。凡存在吸引子的系统均为有目的系统。从暂态向渐进稳定态的运动过程就是系统寻找目的过程，所谓目的就是在给定的环境中，系统只有在目的点或目的环上才是稳定的，离开了就不穗定，系统自己要拖到点或环上才能罢休。线性系统至多可能有一个吸引子，非线性系统可能同时存在多个吸引子，多个吸引子并存是非线性系统的非常重要的基本特征。并存于同一相空间的几个吸引子之间必须相互竞争，使系统演化具有多种可能性。思维过程就是一个典型的吸引子操纵过程，信息的输入、加工、输出及相互的非线性相互作用，导致思维系统演化出现多种可能性方向。思维的目的性实质上是指在特定时刻针对特定输入和内态给出较优的输出，思维的大部分信息处理都在完成这个目的。一定的时刻，思维系统维持一定的目的态，时间推移目的态发生变化，由一种输出变为另一种输出。所以，思维过程用系统学的观点看是一个吸引子不断变化的过程，不过吸引子变化的时间是很短暂的，几百毫秒而已。思维活动平均毫秒，最多3.5～5秒就变换一种吸引子，吸引子变化也就是心理状态的变化，也就是本文所蜕的心理状态所包含的信息内容及其功能的变化。心理和思维过程就是通过自组织活动不断地更换不同吸引子的过程，是吸引子的序列集合。

2思维活动的开放性、时变性、非还原性

(1)思维活动的开放性特征。开放性指系统与外界环境有物质、能量、信息交换。一个对象如果与环境有信息输人或输出或既有输入也有输出的关系都可称为信息开放系统，用这个标准衡量思维过程，思维应判定为一个典型的开放系统。思维的功能是指导机体自主、能动、有效地处理与环境的关系，这就不能不涉及环境与机体的输入输出关系。在一般的开放系统中，部分系统的运行强烈地依赖于外部条件的变化，这类系统演化是外部输入信息的函数。思维系统对外部信息的依赖，主要是接收环境的信息，通过记忆积累信息形成知识和经验。脑对外部信息的积累既包括有机体种族在历史上的基因学习（以遗传方式固定在神经结构中），也包括个体后天学习的内容。思维系统对机体的调控就是依靠这两种形式的信息积累实现的。从这个意义上讲，思维对外部输入信息的依耪是绝对的，没有开放，没有信息输入也就没有人的思维。然而，思维系统又不是被动的适应系统，在特定时刻的环境中，思维系统的内部状态即原有的遗传本能、知识和经验对系统的运行有时又是决定性的。从这个角度看，思维运行叉不完全是输入信息的函数，准确地说思维活动是脑内部有组织的活动和外部输入参量共同决定的，若用函数表达应是；Y=f(x，u)．Y-系统输出，x-系统内部状态，u一输入参量。如果用J放和自学习标准来衡量现有的计算机智能模拟，可以判定计算机系统本质上不具备开放性和自学习性a计算机只能人为地输入形式化数据和程痔（程序也是数据），它不能自动地从环境中吸收信息，无自学习能力，也不能自动删除不霈要的“多余”信息，软硬件数据的输入一旦完成，一切关系都是固定不变的。即使表面上看由复杂程序控制的输出也有一定灵活性，其实也是死程序控制下生成的所谓“活”关系，本质上还是“死”的关系。所以，计算机智能模拟需要解决的核心问题之一应是实现由封闭向开放的转化，是由死关系到活关系的转变，即解决机器自学习的信息开放性问题。人工神经网络实现了一部分自学习问题，比传统人工智能前进了一大步。

(2)思维活动的时变性特征。时变性指系统的状态是时间流逝的函数，用这个标准衡量思维活动，它也是一个典型时变系统。整个世界永远处于运动发展变化之中，没有绝对静止的东西。思维既然是自然界的产物之一，也就摆脱不了运动变化的命运。具体讲，思维状态的时变来源于外部环境的变化和机体内自发的变化以及内外关系的交互作用引起的变化。系统状态的时变既有确定性变化也有非确定性的随机时变，既有可逆的变化更有不可逆的变化，在思维信息输出层次上系统的时变是不可逆的。而在神经活动微观层次，构成思维载体的脑内的生理、生化、分子等过程，部分是循环重复的，是可逆的。思维系统的时变既有微观层次的变化，也有宏观层次的变化。脑内神经元突触联系会随外部信息输人发生微观结构、形态的改变，没有这种改变，信息就不会被记录下来。在宏观水平上，人的知识经验会逐渐积累，部分信息将遗忘，大部分信息将改造，这些都是在时间流逝中进行的，人们无法避免也无法控制。所以，对思维系统的表达应引入时间参量ToY=F(X，U，T)，Y输出（或下一时刻系统状态），x=内部状态，U=输入参量，T-时间，表示系统输出是状态变景、控制参量与时间的函数。思维系统的时变还包括连续的和离散的变化，在神经冲动传递层次上，在分子的物理化学变化上，大部分是连续变化过程，也有间隔的过程。而在宏观层次上，特别是心理输出的信息加工层次上，在心理状态之间则是离散变化的，思维过程的表达很近似系统演化离散方程。心理输出层次上或心理状态间的离散性是目前计算机系统得以对人的思维功能进行模拟的原因之一。如果用时变性标准衡量计算机智能，计算机智能本质上也不具备时变性。时变性是智能的特征，有时变性才有系统的进化，也才有体现智能的“活性”。因此，无论是用数字式进行处理，还是用并行模拟的神经网络处理，只要它不是本质上的时变，系统就不可能成为真正的智能系统。具备学习功能的计算机系统是时变系统。

(3)思维活动的非还原性特征。非还原性指不能依靠不断微观化的线性分析去达到认识系统本质及运行规律的目的，而必须从宏观整体上，从非加合性的观点上去把握系统的本质。用这个标准衡量思维过程，也可将思维判定为具有非还原性特征的系统。近年来，入们对脑的分析性研究已经达到了细胞和分子水平。但是，脑是由数量极其巨夫的神经元数量级和广泛的突触联结l01”5数量级的多层次非线性复杂系统，因此，不大可能期望仅仅用细胞层次甚至分子层次的知识就可以解释脑的高级功能。神经生理的研究表明脑的信息加工过程是涉及整个脑皮层包括皮下结梅大量神经元的相互作用的整体活动，这种协同现象完全不同于其构成单元的个别行为，也不是神经元个体行为的简单叠加。因此脑的整体行为不能通过线性方式将它们分解为单个神经元的行为，就是说还原方法不适合于解决思维问题。还原法在思维研究中遇到的难题有三方面：其一，单个神经元的行为难以分析。在整个大脑数量级的突触联系将大脑直接和间接地连成了一个整体，如要研究思维的动态过程，很难将要素分开独立分析。其二，要素间包括具有独立功能的皮层区域阃的相互作用难以明确。用现代核磁共振等神经影像手段拍摄的图像只能大致区分脑各个区域代谢程度的能量分布差别，不可能记录到单个细胞和突触变化，即使将来可以分析，最大的难点还是如何将它们“组装”起来。其三，智能活动是一个动态过程，瞬息万变，就目前的科技水平还不大可能用什么方法，如用数学反演酌方法回溯到思维过程的“初始状态”。因此思维模型的建立宜粗不宜细，只能立足于系统的整体的宏观行为，只能从心理状态层次，从信息加工层次人手。这种非还原法甚至要牺牲单个要素的行为来分析，它注重的是系统运行中的序参量、主要变量及主要关系。笔者认为在特定时刻思维过程中外显的显意识信息加工与内隐的信息加工相比，应是系统运行的序参量。当然，两者关系也是动态变化的。

建立思维模型的思路可抽象为几步。第一，把环境对人的作用看成广义的输入。第二，把输入与输出之间的环节看成系统内态。第三，把人的思维活动和行为看成一种广义输出。第四，输入输出与内态关系可表示为Y-F(X，U，T)，X是内态，U是输入，T是时间。第五，把每一次输出看成一次随机心理事件。第六，将信息存储单位看成是由输入、加工及输出组成的完整结构的记忆单位，一个记忆单位的提取、输出，就是一次心理事件的发生。就是本文所说的心理状态的发生。大脑记忆集合中存有大量的记忆单位，一种记忆单位也可叫一种记忆模式，它负载于相对应的神经生理网络状态上即动态神经集群活动模式上。网络状态的存储也就是记忆的存储，网络状态的激活也就是记忆的激活，状态的输出就是记忆的提取和输出。第七，在抽象为符号加工的输出水平上，心理过程可以近似看成一个功能离散的串衍的随机过程。这个建模思路暂时避开了心理活动生理生化机制，避开了心理状态内的非线性问题。

3．思维活动的非确定随机性特征

(1)思维过程是非确定的随机过程。随机性是相对于确定性而言的，在逻辑上指事物间确定性因果关系的破缺，数学上表达为变嚣之间的关系，以统计值或概率分布形式给出。从系统论角度看，一个系统在某一时刻的状态和输入一经确定，下一时刻的状态和输出不能明确地唯一决定，就判为随机系统。随机系统不是绝对无规律可循，而是服从统计规律。随机系统的状态和行为输出是在一个概率空间范围内给出，用这样的标准衡量，思维系统也是一个典型的随机系统。思维过程在输出层次在心理状态之间的关系上十分近似一个随机过程，是一个竞争性随机过程。从现象看，人们可以直观地观察和内省到思维活动产生的非确定性、非唯一性。人的心理输出总是随机应变的，什么时候在什么条件下人们会输出什么心理内容，不要说别人就是自己也无法预测。砑究脑电活动的布雷热在20世纪60年代曾这样描述过脑的信息加工，“许多脑研究人员认为，脑与其说是按确定原则工作，不如说可能是按概率原则工作的。用非统计学的描述来分析脑机能的异常错综复杂性这是一个不能想象的庞大的任务，但是按概率论的概念来探索则是现实的又是合理的”。计算机之父冯·诺伊曼在研究计算机时“自己也不相信大脑逻辑会同计算机的形式逻辑相似，他已经感到大脑处理信息的过程可能与统计热力学更加接近”。研究神经网络理论的罗森布拉特认为，“在信息处理系统中统计型系统耍比逻辑型（布尔代数型）系统更应该得到重视。在心理学研究中，埃斯蒂斯的刺激抽样理论，“把学习和操作看做一个或然的（或随机的）过程。一个随机的过程就是一个可以用概率论加以分析的序列”。在对动物和人的学习实验结果的解释中，他指出，“行为是由这么多各不相同叉不可测定的因素决定的，因此我们能作的最好的行为的预测其实是一种或然的预测。我们不说这次尝试中它将向左拐而说有百分之八十的可能它将向左拐”，“我们关于一个受试将出现什么反应的预测就是指出每次试验中几种反应中的每一种反应可能发生的概率是多少”。在学习中“随着试验次数的增多，作出正确反应的概率应该是递增的，直到接近1.00。埃斯蒂斯的论述虽然是针对动物和人的学习问题，但实际上也适用于人的整个心理活动过程。心理学的联想学习理论从另一方面论述了联想的随机性问题，联想学说概括了有机体借以觉察和学习它所在世界中事件间相互关系的机制。它认为A到B的联想可以追踪事件A之后紧跟着出现事件B的相对频率。照此理论，“联想强度是已知A之后对B的预见性或期待的度量。根据这种理论，联想学习为有机体成为直观的统计学家，并为机械而准确地归纳其世界事件的规律性提供了基础。在心理学回忆实验中，人们也发现“自由回忆的作用却不像联想那样明了，因回忆的顺序和出示刺激的顺序并不相对应。就是说心理回忆中没有那种一一对应的确定性关系。在心理语言学研究中也有这方面的理论，例如“从信息论的角度看，语言的输出是一套信息的序列，依次她从一种状态向另一状态转换，前一状念对后一状态起限定的作用。这就是markov过程。

(2)思维过程随机性来源。思维过程的随机性来源于机体内部和外部环境及主客体相互作用的随机性：

其一，来源于有机体对环境的长期适应即生物进化。思维的功能主要是处理机体与环境的关系，而这种处理必须使机体适应环境，环境如何，机体也应相应如何，环境有什么变化，机体也应跟着变化。人类所处的环境基本上是嚼息万变的，机体对环境的输出应答也应是随机应变的，如果没有这种对应关系，机体将不能生存。自然环境中物与物的关系，人与物的关系从总体上看有三大类：有确定性因果关系A--B，表示为如果A则B；也有非确定性关系A—P(B),表示为如果A则可能B，则可能B，B2，Bn；还有共同变化的相关关系（A，B）。显然，机体只具备处理确定性关系的能力是远远不够生存的，思维必须发展一套处理非确定随机关系和相关关系的机能。所以，思维系统的随机性来源于客观环境存在的随机性，源于主体对环境的适应进化。

其二，思维系统的随机性源于思维载体（大脑）的机制。大脑是结构复杂的巨系统，各种生理生化反应，神经网络联结构形变化，人脑的觉醒程度、工作效率，随时都可能发生随机涨落，而这些都会影响思维的正常进行，直至影响输出结果，使输出表现为某种非确定性。

其三·随机性源于大脑记忆和提取机制。有机体一生中存储过的信息是一个天文数字。从记忆单元上讲，记忆总量不会低于10。数量级。所有存储信息单元在内容上既有相同的也有相似和不同的。在特定输入刺激下，思维到底提取哪个记忆应付输出是很难确定的，一般是选择记忆痕迹强的信息，内容上选择更符合输出需要的记忆。但是，这种选择几乎是瞬间0.5秒内发生，很难保证其确定性，可以说每一次输入与输出，记忆集合中各个单元都有输出的可能性，就是说记忆单元的提取输出是在瞬间由几十亿种可能性中选出一个，这神随机选择空间之大令人难以想象。

其四，随机性源于输入加工各个阶段的信息映射和不同捆绑关系及“变形”。例如在感觉阶段，即使是同一对象，不同时刻不同情境下神经冲动编码不会总是一样的；外部输入信息将被大脑内自上而下的信息所改造，主体原有的知识经验参与了对输入信息的觉察与解释。例如，人们可以直观地体会到，在不同情况下、不同心态下面对同一对象其感受是大不一样的。初级加工的知觉尚且如此，高级的思维过程其变动性更是这样。

其五，随机性也源于反馈信息的随机性。人的每一次输出反应都几乎受反馈信息的影响，反馈提供的信息如有变动，输出将发生对应变化。反馈作为影响系统的序参量几经循环，随机性将被放大，更扩大了输出的变异性和不可预测性。

其六，随机性源于人脑对信息输入的选择一注意机制。面对环境中众多的信息输入，大脑不可能全部接纳。在一定时间内人的信息处理能力是一个有限通道，它只能选择对一些信息的“注意”而对另一些信息视而不见，听而不闻。注意的这种“闸门”作用受遗传的反射调控，也有意识的参与，还有下意识的作用。很难说在特定输入下机体将注意指向什么，这要取决于输入信息的客观特征，也取决于当时人的需要、动机、目的等主体状志，这是一个很大的变数，是一个可能性空间。它也是思维过程随机性的重要来源。

其七，思维的随机性源于信息处理中的混沌过程（将在思维的混沌特征中论述）。混沌虽是一种伪随机性，但若取其一个局部与其随机性无太大区别。

其八，思维的随机性更源于大脑中各种信息间的相对独立性、离散性、单位化。如果记忆中的信息是连成一体的，所有的关系都是同定的，那么牵一而动百，信息提取的输出之间就无所谓随机性了。总之，思维过程的随机性根源于主体与客体自身的随机性也根源于主客体关系的非确定性，这三者的变数，总体上决定了思维系统输出和思维过程的随机性。

(3)思维过程随机性的生物学意义。思维系统运行的随机性对有机体具有重要的生物学意义：

其一，可以帮助有机体处理兰类主客体之间的关系。①确定性关系。有确定性必然联系的事件序列在心理上表征在同一记忆结构中，形成iA-.B)的记忆和反应模式，即如果A则B。机体通过反复记忆这种关系就能对确定性关系作出正确的反应。虽然机体是用概率作出反应，但是以概率为1的反应差不多等于必然。统计规律关系。有统计规律关系的事件序列心理表征是(A—P(B)}O≤P(B)≤1。有机体通过记忆这种关系也可以对输入作}H较好的应答反应。客观上两者联系在一起的概率越高，主观上也相应地以较高的概率进行反攻。③偶然事件关系。纯偶睾件在心理上表征为(A，B)，因为是偶然的，客观上两者相随出现的情况较少，反映到主观上大脑记忆时记录的相随关系也就少，有机体将两者关系以概率几乎为零的情况去反应。总之，思维过程对外部输入作出反应时是以概率大小实施的，如果一个智能系统可以处理确定、随机、纯偶然三种关系，就足够生存所用了。

其二，思维过程的随机性还是机体创造性能动性之源。创造性意味着给出没有输入过的信息，意味着对信息的重新组合。变异意味着信息创生。如果思维过程中一切关系都是确定的，事先给出的，也是不会发生变化的，那么不存在所谓创造性问题，没有创造性也就没有智能主体的能动性。用随机性特征和创造性特征对比计算机模拟，可以发现这是二者最大的差距，什么时候计算机具备了随机和创造性特征，表现出以概率方式和信息创生方式作出输出反应，智能模拟才可走出困境，目前人T神经网络中在机器学习方面已经有了一些随机功能，可算迈出了前进的一步。

(4)思维过程是一个近似的马尔可夫过程，是竞争性随机过程。思维过程将心理状态抽象为符号后，在符号加工输出层次上是一个近似数学上的马尔可夫过程。所谓马尔可夫过程是指已知系统目前的状态（现在），它未来盼演变（将来）不依赖于它以往的演变（过去），在这种已知现在的情况下，“将来”与过去相互“独立”的特性就是马尔可夫性。也可解释为已知过程的现在，则过程的将来，不依赖于过去，即过程是无后效的。马尔可夫过程比较普遍，例如生育过程。第一胎生男，第二胎生男生女的概率不受生第一胎生育的影响，这两个生育过程相互独立，第二胎生男还是生女取决于第二胎精子和卵子结合时的情况。叉如，荷花池中的青蛙的跳跃轨迹，青蛙依照它瞬间或起的念头从一片荷叶跳到另一片荷叶上，假定青蛙没有“记忆”，当现在所处的位置已知时，它下一步跳往何处和它以往走过的路径无关。如果将荷叶编号并用xo，x,，X，…分别表示青蛙最初处的荷叶号码及第一次，第二次，……跳跃后所处的荷叶号码，那么{Xn，n≥0}就是马尔可夫过程。自然界许多过程都是随机过程，都是无后效的马氏过程，思维过程在一定意义是也是马尔可夫过程，因此我们可以用马尔可夫过程的数学模型来研究它。需要指出，一般情况下人们直观上逻辑上很难理解心理过程的马氏性（无后效。常识告诉人们思维系统绝对是一个记忆系统，不仅记忆个体学习还要记忆种族基因学习，它是一个绝对有后效的系统，但是这个后效是指对信息的记忆，是信息内容发生的后效。而本文这里指出的无后效是指每次心理活动输出信息之间各自发生的概率统计无关，即是心理状态及输出之间关系上的马尔可夫性。思维活动过程大体上是由信息输入一次，针对输入信息内容引起一系列激活加工、提取，然后输出一次（这个过程在瞬间几百毫秒内完成）。现时输入、现时加工、现时输出，形象地说是走一步看一步，思维系统的现在状态与现时输入共同决定下一步系统的状态。而系统已往的状态不影响或很少影响系统将来的状态。这才真正体现r随机应变。当然，也不是说状态之I间绝对无后效，而是说这种后效关系属于从属地位，比较弱小，女Ⅱ果要进行抽象的数学表达，要抓主要参量，这种后效可忽略不计。那么，思维系统的后效性、记忆性又在哪个层次发生作用呢’笔者认为是发生在对各个心理状态内包含的内容的记录上，是记忆信息之间关系的捆绑上。请注意，记忆单元的信息内容及其关系与记忆单元提取概率是两回事，不能混为一谈。思维运行体现了后效性（记忆）与无后效（状态间关系）的统一。可眦预测思维横型的数学表达在输出层次上，在状态之间关系上应与马力{可夫过程吻合。本文在非还原性特征给出的输出表达，体现了这一思想。心理活动过程的随机性主要是指心理状态从一种状态转变到另一状态时，先一状态与后一状态之间关系的不确定性、非唯一性。特定时刻的心理状态是在一个状态可能性空间中即个状态中选择一种状态成为现实心理状态。但是，状态可能性空间的范围界限是确定的，随机性是在这个范围确定的可能性空间中的随机游动，是游动轨迹的不确定性。就像一条鱼在水缸里游动，不同时刻所处的位置不一样，位置的变换游动是随机的，不可预测的，但游动的范围是确定的，只能在水缸里游，不可能游到水缸外。心理活动过程的状态空间有多大，其实就是指记忆单元（等价于状态）集合的空间有多大的问题。记忆集合的范围会随时间而变化，随着时间增加，记忆集合中记忆单元的总数目逐渐增大，但有一个极限，以人的生命持续时间为界限，一般为5种状态，假定无绝对遗忘，到70多岁时就有这么大的记忆集合。另外，特定时刻这个记忆集合的总数目是确定的，即心理过程空间的界限是确定的。

心理和思维过程的实质是在心理状态可能性空间中对应的一群子集，是可能性空间中的一条轨迹而已。状态可能空间等价于记忆单元集合空间。由于记忆集合空间随时间的增大而增大，所以心理过程的状态可能性空间的边界不固定，心理和思维活动中的马氏性程度如何呢？马尔可夫过程讲的是过去对将来无影响无后效的情况，或者说过去的影响具有传递性，过去时的影响在传给现在后过去就消失，不再影响将来；过去对将来来说它不存在直接的影响力。

而非马氏性井的是过去不仅影响现在：而且还和现在起共同影响将来。过程非马氏性：非马氏性讲的是有记忆有后效的过程。在心理和思维活动过程中，心理状态之间也不是绝对的无后效。只是这种后效的作用微乎其微，作用时间极短暂。与现时状态和现时输入对下一状态的生成和影响来说，其过去存在状态的影响力（后效性）太小，可以近似看成无。心理过程状态之间的后效作用体现在任何心理状态的瓦解需要3.5～5秒，在这3.5—5秒内原有的心理状态虽然已退居次要，但它的影响力还存在。而一般情况下，心理状态主信号毫秒左右就变换一次，心理状态内主信号一变，心理状态也随之变化。换句话说，心理过程中心理状态之间的后效性，最多有3.5～5秒的时间长度，很短暂，或者说一个心理状态的存在可影响后边的7土2个左右的心理状态的生成概率，所以精确地讲心理过程应是7士2阶的马尔可夫过程，S(t)一f{S，(t+1)，…，S(t+7))，t以毫秒为单位。心理状态的马尔可夫过程如图示：

即现时的心理状态生成受3.5秒内前面7个左右的心理状态的不同程度的影响。一般情况下，影响力最大的是与现时状态有0.5秒和1秒的时间间距的心理状态。近似看，心理过程可以看成是一阶或二阶的马尔可夫过程，甚至可当做一阶马尔可夫过程处理。

(5)心理过程的马氏性与心理活动信息内容的不可预测性。由于心理和思维过程是近似的马尔可戋垃程，原则上对思维活动内容转移的预测就很难做到。这种预测要在对思维活动有了充分的了解，建立了相应的数学模型，且有运算结果之后，才能做到（目前这两个条件都不具备）。本文的结论是对于一个稍长的心理和思维过程束说信息内容的转换原则上是不可预测的。心理活动的马氏性决定了不能用确定性的所谓条件转移规则来模拟思维过程，就是说用现有的计算机程序本质上不能模拟人的思维过程，最多只能模拟它的确定性美系A-B这一部分，其他绝大部分不能模拟。如果说要对心理括动进行预言的话t只能预西它必然按本文所说的那些信息加工原理产生相应输入、编码、存储、激活、输出。也只能预言心理活动必然会输出一个适当的较优的信息来指导机体行为活动。而且这种信息指导必然是有效的，但人们却不能准确地回答不同时刻到底有什么内容的信息输出，到底有什么心理状态生成。本文无意贬低传统人工智能研究，只是指出一个与人工智能发展有关的根本性的问题，指出数字计算机智能模关系及由此形成的随机过程。

4．思维现象的混沌性特征

混沌指由确定性、非线性引起的非周期形态。它表现为系统长期行为对初值的敏感依赖性，即初值的微小变化误差被指数式放大，造成系统行为轨道的显著编离以至与随机运动原则上无法区分，通俗地说是简单的确定性系统产生出类似随机性的复杂现象。用这个标准去衡量思维系统，可以判定思维过程在某些更微观层次上具有混沌特征。思维活动的混沌性表现于三个方面。其一，脑电活动的混沌。“几年前神经科学界的一个引人注目的发现就是脑电图可以描述为混沌矿”1。20世纪60年代自发脑电图记录一直被认为是噪声，神经科学家错误地在这些噪声中寻找信号，现在知道这些噪声本身就是真正的信号。美国的皮·拉普(P．Rapp)发现脑电波的混沌可以和大脑活动水平对应起来，当一个人由放松状态进入思考状态，脑电渡的混沌程度就随之增加。其二，混沌是复杂生物系统运行的特征。angton证明一个系统能够在有序与无序之间的边界上执行最复杂的计算。在这种边界上生物的平均适应性增至最大。生物系统要处理自身与环境的关系，大脑中时刻进行着十分复杂的加T过程，如不表现为混沌才是不可理懈的。试想如果大脑陷入一种单调的周期性动态，根本不可能迅速而可靠地处理信息来适应环境，许多科学家认为混沌理论似乎为理解复杂的大脑提供了希望。其三，神经元细胞之间的相互作用。研究表明混沌过程可归结为大量基本单元的简单相互作用，例如由计算机对一个简单变量的平方加上一个常数通过反复迭代可以产生非常复杂的图像。笔者认为思维混沌还可能产生于心理输出不断反馈，形成一种信息循环。输}的结果变成新的输入，反复加入思维的信息加工，类似迭代，最终也可在心理输出的宏观层次制造“伪随机性”。当然，在输出层次思维已从混沌中有序输出。总体上输入是有序的，加工的微观环节是混沌的，输出又是有序的，这就是思维运行过程的基本情况。如果用混沌特征去对比数字计算和计算机软硬件工作原理，可以看出二者的巨大差异。计算机在运行机制上串行处理形式化的信息，既不是随机的更不是混沌的，难怪它只能处理简单的关系，即使要处理复杂关系也是依靠增加软件的复杂度来实现的，但这毕竟是有限的，人工智能研究应该考虑混沌问题。

5．思维的自下而上、自上而下的信息加工与循环性特征

循环根源于事物间的相互作用。如果两事物A和B，A作用于B，而B也作用于A，有B-A，那么从整体上看A和B就构成了一种双向相互作用。A：B，这就是最简单的循环。生命物质的存在需要物质、能量、信息循环。思维过程也和循环不可分割，思维过程中的信息循环源于自下而上和自上而下的信息加工。

其一，知觉形成是信息双向加工的产物。传统的看法认为感觉加工的初级阶段只是对外部进行被动的模写式的反映。一种知觉的特征分析理论认为，视觉形成是一种自下而上的逐级加工过程。如塞尔弗里奇的模式识别鬼域模型。马尔的视觉计算理论等。针对这些模型的缺陷，奈塞提出了“知觉循圈”理论。知觉循环理论的核心概念是“图式”，图式就是人脑中事件、情景或物体的已经组织好的知识单位。人在知觉时，从环境中对信息采样并分析信息，这种对信息的搜寻受内部心理“期望”的指导。内部期望指导感官去搜寻特殊信息，在搜寻中如得不到等合于原先期望的信息时，期望便得到修正，经过修正的新期望再次指导进一步搜寻，并叉得到附加信息……如此下去直到知觉得以实现。那么期望如何产生？奈塞认为被激活的图式是产生期望的基础，当一定的图式接受到适合于它的外部输入时，该图式便被激活由此产生下一步会发生些什么的一系列知觉期望。知觉循环理论较好地解释了知觉的选择性、理解性、整体性、恒常性特征。也在信息加工的初缀阶段提出了信息的自上而下、自下而上的双向流动问题。其二，思维过程的信息双向流动还表现为人的需要、动机、兴趣、情感、目的、意志等因素对整个思维过程及产物的制约。这些过程比知觉涉及的范围更广大，循环关系更复杂。其三，人们自我审视的意识很可能也是由信息输出的反馈形成的，可以说没有信息循环似乎就没有人的思维。笔者认为人体内至少存在三种循环（也许更多）t其一，整体的血液循环，其二，组织和细胞间的微循环，这两个循环处理的是生命体的物质能量代谢，而第三种循环就是信息加工的循环，在神经系统主要是大脑中进行。如果表达这种循环应类似于迭代，循环很可能就是产生脑混沌的基本机制。从思维整体信息加工过程角度看，信息的输入、加工、输出不断循环，正是这种信息循环产生了功能上相对独立的心理状态，即心理过程的最小功能单位。目前，人工智能研究没有解决自上而下的信息加工问题，人T设计系统只是被动地输入什么就处理什么，“处理过程基本上是自低向上的，没有反馈的；处理的目的也总是不变的”。所以人工智能实现的功能很有限。

6．思堆的量质转化性、自适应性、竞争性等特征

(1)思维活动的量质转化特征。

事物都是质与量的统一体。质和量的区分又是相对的，在一定的时间、空间和功能尺度下，质和量都可以相互转化。用这个标准衡量，思维系统可判定为一个多层次的质与量转化系统。思维过程的量与质转化表现在六个方面：

其一，思维过程经历了由形象到符号，由具体到抽象，由被动反映到主动构建的过程，使思维功能发生了质的变化。认知心理学的研究证实，思维的初级加工阶段信息编码带有较多的与客体信息对应的特征。随着加T的深A，信息逐渐加入了较多的“主观”成分，而且日益与存储中的语言信息结合，而语言信息从此获得了顶替实物信号的意义，人们对实物的表象思维操作逐渐被言语的符号操作所代替。有了言语符号的中介作用，人们发展-思维的抽象能力，人们对外部信息的加工也经历了从感性到理性，从具体到抽象，从现象到本质的量质转化，从被动反映到主动构建的过程，思维活动的最神奇的功能是用符号构建三个世界，即现实的、可能的和不可能的对象及对象之间的关系及相应世界。

其二，思维加工经历了线性——非线性——线性的循环变化。感官对外部信息的采样是可列可加的串行输入过程。信息进入大脑后引起的将是广泛变化，又是一个并行激活的搜寻过程，这个过程涉及巨量的相互作用，整体上是非加合性的。在经历了若干大脑内“亚符号微推理”后从混沌中输出了有序信息，于是人的思维输出又銮成一个线性的串行输出，心理状态之间类似线性关系。

其三，思维加工经历了精确——模糊——精确的过程。信息输入阶段是精确的，有什么样的刺激信息将激发起大致相同的神经脉冲编码模式，也引起大致相同或相似韵心理感受，这是确定的。然而·输入信息对大脑内存储的信息激活关系又是模糊的，记忆集合中的存储将按照对输入信息的“隶属度”或者相似度获得特定的激活量。加工的最后阶段经选择输出的信息又是精确的，大脑从记忆中提取较合适应答环境输入的信息输出，输出信息一点也不模糊，也不能模糊，否则无法指导机体行为。

其四，思维加工经历了离散—连续——离散的过程。感官和神经中枢对环境输入的采样不是连续的，即使外部信号是连续的，中枢对它的采样也是离散的（离散间隔很小时功能等价于连续采样）。而信息输入大脑后的加工激活又是连续的。神经细胞间突触联结权的变化可能也是连续的。最后到信息输出阶段又变为功能离散的输出，心理状态间功能上是间隔离散的。

其五，思维加工经历了局域分布与整体统一整合的过程。按现有的认知神经科学理论，心理括动的若干机能是独立工作的，是模块化的，似乎没有一个统一的计算机似的控制中心。首先大脑两半球有机能分工，一般情猊下右脑处理形象思维信息，左脑处理逻辑思维信息，皮层额叶处理意志调控加工。皮层下结构则是更多地和情感处理相关，甚至在记忆系统中内隐}己忆与外显记忆都有各自的脑机能部位。当然，目前还没有思维整合机制的具体理论，本文的信息加工模型断定统一整体机制还是应该存在的。本文推测在神经元水平的整合机制，可能由动态神经元集群活动完成，在信息加工和心理水平上则由心理状态统一整合各个信息加工阶段。

其六，思维加工经历了显意识一潜意识——显意识的循环转化过程。当有输入发生时，人能凭知觉清晰地觉察和意识到信息的内容。当输入进一步激活大脑中广大的信息活动时，人们又不能觉察这个涉及面非常广大的信息处理也叫潜意识过程。潜意识过程是显意识得以产生的背景和舞台，当潜意识部分信息成为序参量涌现时，思维将在这些佼佼者中选择出最“优”者输出，输出的信息又被人们清楚地意识到，这样潜意识内隐加工输出了外显意识产物。

其七，思维信息加工使丰富多彩的多性质输入信号变成了单性质的神经脉冲，最底层次变成只有物理性质能量差异的过程，输出时叉恢复成指挥不同效应器活动信息的多质性。自然的逻辑是由单质演化出多质，在微观夸克和场层次所有的事物都没有质的差异而到原子层次质酌差异变成了多号元素差别，到分子层次质的多样性开始丰富起来，到细胞和生物层次质的多样性将近千万（物种）。大脑加工的逻辑与自然演化相反，大脑可将多性质的输入（不同感觉通道）加工成具有特定时空编码的神经脉冲，在信息进入亚符号微推理阶段甚至变成了神经细胞突触联结权的能量差异。当微推理结束后叉变成不同效应器的输出反应。量的差异又转为多质性。思维过程的量质转化性表明自然脑实现了事物质与量的相互转化。这种转化性正是人们建立思维模型数学表达的根据。不同质转化为量、量转化为等价的量，等价量才运算，这是建立思维模型的思路。

(2)思维活动的自适应特征。

自适应指智能主体（人，动物，机器）自我实现的处理自身与环境关系的能力。思维系统的自适应表现在四个方面：其一对输入信息的自主选择。思维过程的第一个环节是通过“注意”机制对输入信息进行选择（知觉循环圈中已介绍不重述）。

其二，输出信息的自我返回性、自我审视性。例如，一般情况下人可以看到自己的手脚但却不能看到自己的眼睛，因为眼睛就是看的器官，人们只有通过看别人的眼精来推测自己的眼睛情况。发明镜子后通过光的反射，人们终于用自己的眼睛看到了自己在镜子中的眼睛，镜子申的光学信息等价于真实的眼睛的信息。这个例子说明只要有特定的信息反射回路，看的器官看到自身是可能的，进而我们推理，思维要觉察自身也是可能的，从逻辑上讲思维的功能是处理自身与环境的关系，如果思维不能对自己的“状态”有所觉察而只能感知外部信息怎么可以对比二者进行信息处理呢？多少个世纪以来，人们困惑着自我意识的现象，不能解释这种思维的自我审视、自我觉察和自我调控，总以为大脑之上似乎还有一个大脑在观察，上层的脑观察到下边的脑，脑之上还有脑，这种逻辑导致了一种永远找不到自我意识根源的悖论。笔者在思维循环中已经提出思维输出除了调控有关效应器外，它的信息很可能从某种环路中又返回到知觉系统，正是这种自我返回性使思维终于自己觉察了自己。当然，现在（t时）的思维并不能同时立刻觉察自己，只有稍后一点将来（t+l时）的思维才能觉察和把握现在t时发生的思维，只有等现时思维加T输出之后又返回知觉系统时对它的自我意识才会发生。这中间有一个时滞，约05秒，这个时差也就是信息自我返回所经历的时间，也是一次信息循环“迭代”的时差。

其三，思维加工中“控制”信息的自我生成。思维加工如果需要控制的话，那也是由大脑硬件自动生成的，如要进行人机对比，思维活动与机器智能的巨大差别就在于控制信息是自我生成还是它者生成，是自控还是他控。计算机并未找到～种自我控制信息且自动生成的技术。

其四，思维加工的主体性、能动性。对高等动物的人来说生存的主要方式不再是被动地适应环境。机体自身的行为和思维加丁要受制于大脑中原有的知识经验等自上而下信息的调控。人的知、情、意、需要、兴趣、动机、目的、世界观、气质、能力、性格等都要参与思维加工，这是一个庞大的“主观世界”，没有它的作用思维将变成一种单调遗传反射。人将不再成其为人（这里不讲社会制约）。人的主观世界是从哪里来的？是种族基因学习和后天个体学习融合的产物。而这种学习完全是自我实现的。机器如果有自我学习的能力，离智能也就不远f。目前的计算机系统远远达不到这种程度。因为有了主观世界的调控，人与自然界的关系发生了质的变化，由被动适应变成了对环境的积极改造，人成了让环境适应自己的动物。对比机器智能，不难发现它们都不具备选择性、自我审视性、控制自我生成、自我学习以及与此对应的能动性。

(3)思维活动中的竞争性特征。

达尔文创立的生物进化的竞争性原理在当代得到了进一步的普适性阐发。人们发现不但生物现象中普遍存在竞争原则，在非生物中也普遍存在竞争原则。例如，非生命的系统演化过程就是其内部不同吸引子的竞争。系统的序叁量就是从要素之间的协同或竞争关系中产生的。研究发现，在思维活动各个层次中均有达尔文原则在起重要作用。如神经细胞水平的竟争以侧抑制现象为典型。在思维的信息加工宏观水平上，记忆系统内各记忆单元之间相互竞争，记忆单元中谁的存在程度高，谁被提取输出的概率就越高，输出实际上就是从上亿的记忆单元中选择一个信号强度最高的记忆单元输出。在信息输入阶段也存在信息的竞争问题，由感官输入和心理输出反馈传人的信息之间就要发生竞争，在心理活动的信息加工过程中不是所有的信息都进入显意识知觉系统，而只有输入集合中信号强度大的，对机体有重要意义的信息才会经注意机制的max选择，经采样r进A显意识知觉系统中。进入显意识知觉系统的信息是心理状态中的主信号序参量，它的存在及影响将决定下一轮心理状态和输出的内容。心理和思维信息加工过程中的竞争是在很短的时间内（0．5秒）完成的，也叫心理活动中瞬态的达尔文过程。思维过程的竞争性特征可以用竞争性随机过程公式来表达。

思维过程信息加工的总体特征还远不只以上内容，不再一一列举，从各个特征的关系看，它们各自并不可能独立地发挥作用，而是相互作用、相互影响共同组成人的整体的心理状态和心理过程。从思维过程的本质看，思维是区别于物质现象的广义信息现象，是发生于主体之内酌主观现象。从系统角度看思维是一开放复杂巨系统及过程。从微观层次的信息加工看，思维加工是混沌、循环、竞争、协同、并行、串行、精确、模糊、量质转化等一系列信息输入、编码、存储、激活、提取利用的信息处理过程，从组成心理过程的心理状态之间关系看，思维是一个近似的马尔可夫过程，是竞争性随机过程。从思维实现的功能看，它能够能动、自主、抽象、间接、概括地反映主客体关系指导机体的生存和发展。

思维信息处理过程的数学表达见明天的续部分。

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