SEP：心灵的计算理论（七）

6.3 Structuralism

许多哲学讨论都体现了计算的结构主义概念(structuralist conception of computation)：一个计算模型描述的是一个抽象因果结构，而不考虑实例化该结构的具体物理状态。这个概念可以追随到普特南的原始处理上(1967)。Chalmers (1995, 1996a, 2011, 2012)详细地发展了它。他引入了组合状态自动机(combinatorial-state automaton(CSA))形式系统，其涵盖了大多数我们熟知的计算模型(包括图灵机与神经网络)。一个CSA为一个物理系统的因果拓扑(causal topology)提供了一个抽象描述：该物理系统各部分间的因果相互作用的模式；而与这些部分的性质，或者它们相互作用的因果机制无关。计算描述确定了一个因果拓扑。

查尔默斯对结构主义的发展勾画出了一个非常一般性的CTM。他假设了一个功能主义式的观点，其中，心理状态的个体化，是由它们在一个因果关系组织模式中的角色来完成的。心理学描述指定了因果描述，将它们从实现了它们的物理状态中抽象了出来。所以心理学属性是组织上不变的(organizationally invariant)，因为它们随附在因果拓扑上。既然计算描述刻画了一个因果拓扑，那么满足一个适当的计算描述就足以实例化适当的心灵属性。由此也可以推出，心理学描述就是一种计算描述，所以计算描述应该在心理学解释中发挥核心作用。因此，结构主义式计算就为认知科学提供了一个坚实基础。心灵状态建立在了因果模式的基础上，而这正是由计算模型所精确阐明的东西。

结构主义对抽象的计算模型和物理系统之间的实施关系提供了很有吸引力的说明。在何种条件下，一个物理系统才实施了一个计算模型？对此，结构主义者说，一个物理系统实施了一个模型，仅当，该模型的因果结构“同构”于该模型的形式结构。通过勾划出一个反映了某些相关因果拓扑的形式结构，一个计算模型就描述了一个物理系统。查尔默斯详细描述了这个直观的想法，对CSAs的物理实现的充分与必要条件提供了许多的细节。除了查尔默斯，几乎没有其他的计算的替代性概念能够对实施关系提供一个如此实质性的说明。

我们可以将结构主义式计算主义同上面探讨过的其他理论做一些有益的比较：

机器功能主义：结构主义式计算主义赞同了机器功能主义背后的核心观点：心灵状态就是功能状态，其可以通过一个恰当的计算形式系统得到描述。普特南将CTM作为一个经验假设提出，并在此基础上捍卫功能主义。相反，查尔默斯追随的是David Lewis (1972)，他将功能主义建立在对心智主义话语的概念分析上。同时，普特通过捍卫计算主义来捍卫功能主义，而查尔默斯则通过假设功能主义来捍卫计算主义。

经典计算主义、联结主义与计算神经科学：结构主义式计算注意强调组织不变的描述，而这是可多重实现的。在这点上，它同计算神经科学产生了分歧。结构主义可同时兼容于经典的和联结主义式计算主义，但是在精神上不同于后面两种观点。经典主义者与联结主义者都将它们的竞争性立场作为大胆的实质性的假说提出。查尔默斯则只是将结构主义作为一个相对来说不太可能被否定的最小式立场来提出。

意向实在论与取消主义：结构主义式计算主义可同时兼容于这两种立场。CSA描述没有明确提及诸如像指称、真值条件、表征内容，等等的语义属性。结构主义式计算主义者不需要在科学心理学中为表征内容赋予任何重要作用。另一方面，结构主义式计算主义也不需要从中排除表征内容的重要作用。

计算的形式句法概念：宽内容依赖于同外部环境的因果历史指称关系，这种关系超过了因果拓扑。所以，CSA描述将宽内容留作为待定。窄内容大概随附在因果拓扑上，但CSA描述没有明确提及窄内容。那么，总的来说，结构主义式计算主义优先考虑的就是形式的非语义层面的计算描述。在这点上，它类似于FSC。另一方面，结构主义式计算主义不需要说计算是“不敏感”于语义属性的，所以它没有赞同FSC的所有方面。

虽然结构主义式计算主义不同于CTM+FSC，但是它提出了一些相似的议题。例如Rescorla (2012)否认了因果拓扑将在认知科学中有着核心解释性作用。他建议说，较之于组织不变性描述，外在论式意向性描述会更有资格享受解释上的首要地位。从另一个方向来看，计算神经科学将建议我们放弃组织不变的描述，并采用一个在神经上更加具体的计算模型。为了回应这种反对，Chalmers (2012)认为组织不变的计算描述产生的解释上的收益是意向性描述与神经生理学描述所无法比拟的：它揭示了认知的基础机制(不像意向性描述)；以及它从神经实现的细节中抽象了出来，而那些细节则是与许多解释性目的无关的东西。

6.4 Mechanistic theories

计算的机械性是逻辑学、哲学与认知科学中反复出现的一个主题。Gualtiero Piccinini (2007, 2012, 2015)与Marcin Milkowski (2013)在一个关于计算系统的机械论(mechanistic theory)中发展了这个主题。一个功能性机制(functional mechanism)就是指，一个相互关联之部分所组成的系统，而其中每个组成部分都在整个系统中执行着某种功能。机械论式解释(mechanistic explanation)则是，通过将系统分解成各个部分，来描述这些部分如何被组织到更大的系统中的，并分离出每个部分所执行的功能。一个计算系统就是一种特定的功能机制。根据Piccinini的说法，一个计算系统是一个特定类型的功能性机制，其组成部分在功能上被组织起来以按照规则来处理媒介。与普特南关于多重可实现性的讨论相呼应，Piccinini也要求这些规则是中等程度独立的，以此，它们将从对媒介的具体物理实现中抽象出来。计算解释将系统分解为了部分，并描述了每个部分如何帮助系统去处理了相关媒介。如果该系统拥有有着离散结构的媒介，那么该系统就是数字的。如果该系统拥有连续的媒介，那么该系统就是模拟的。Milkowski版本的机械论进路与此十分相似。但与Piccinini不同，他追求了一种“信息处理”的解释，使得计算机制是在带有信息的状态上运行的。Milkowski与Piccinini展开了他们各自的机械论来为计算主义进行辩护。

机械论式计算主义者通常认为计算状态的个体化是非语义性的。因此，其也就遭遇了关于表征内容之作用的担忧，其类似于FSC与结构主义者面临的担忧。本着这种精神，Shagrir (2014)抱怨道，机械论式计算主义不能容纳同时具有计算性与表征性的认知科学解释。这种批评的效力取决于人们对涉及内容的计算主义的有着多大的同情。

6.5 Pluralism

我们已经展示了各自各样的，对立的有时也是相互重叠的有关计算的概念：经典计算、联结主义式计算、神经计算、形式句法计算、涉及内容的计算、信息处理计算、函数式计算、结构主义式计算以及机械式计算。每个概念都产生了一种不同形式的计算主义。每个概念都有着它自己的优势与弱点。人们或许会采取一种多元论的姿态以认可不同概念的合法性。多元论者乐于采用任何一种在特定语境下看上去有用的概念，而不是将一个概念抬高到其他所有概念之上。Edelman (2008)走了多元论这条路，Chalmers (2012)在他最近的讨论中也是如此。

多元论路线提出了一些本质性问题。我们可以提供一个，涵盖了几乎所有计算类型的一般性分析吗？是否所有计算都同其他计算共享着某种特征标记？它们是否可以以某种类似于家族相似的东西而结合在一起？对计算更深入的理解需要我们努力解决这些问题。

7 Arguments against computationalism

CTM吸引了大量的反对意见。在许多情况下，这些反驳仅仅适用于特定版本的CTM(例如经典计算主义或者是联结主义式计算主义)。这里是一些重要的反驳。关于John Searle (1980)提出的那个被讨论甚广的对经典计算注意的反驳，则可见词条 the Chinese room argument。

7.1 Triviality arguments

之于CTM，一个反复出现的担忧是认为它是琐碎的，因为我们几乎可以将绝大多数物理系统都描述成执行计算的系统。Searle (1990)声称说，一堵墙可以实现任何计算程序，因为我们能够看出这堵墙中分子的一些运动模式与程序的形式结构是同构的。Putnam (1988: 121–125)以同样的思路为一个不那么极端但仍十分强的琐碎性论题提供了辩护。琐碎性论证在哲学文献中发挥着很大的作用。反计算主义者展开琐碎性论证以反对计算主义，而计算主义者则寻求避免琐碎性。

计算主义者通常通过坚称该论证忽略了在计算实施上的一些限制条件来反驳琐碎性论证，而这些限制使得计算不能被琐碎地实施。这些限制可能是反事实的、因果的、语义的或者其他东西，这取决于人们所倾向于的计算理论版本。例如，David Chalmers (1995, 1996a)与B. Jack Copeland (1996)认为普特南的琐碎性论证忽视了反事实条件，而一个物理系统必须满足该条件才能实施一个计算模型。其他哲学家则说一个物理系统必须拥有表征性属性才能实施一个计算模型(Fodor 1998: 11–12; Ladyman 2009; Sprevak 2010)；或者至少才能是实施了一个涉及内容的计算模型(Rescorla 2013, 2014b)。上述各回应间的细节差距是很大的，计算主义者也在争论到底哪些类型的计算才能避免琐碎性论证。但是绝大多数计算主义者都同意，我们可以通过一个足够健全的理论来避免任何具有破坏性的关于琐碎性的担忧，这种理论描述了在计算模型与物理系统间的实现关系。

泛计算主义(pancomputationalism)认为所有物理系统都实现了一个计算模型。这个论题看起来十分可信，因为任何一个物理系统都可以说是实现了一个足够琐碎的计算模型(例如一个单一状态的有限状态自动机(one-state finite state automaton))。正如Chalmers (2011)指出的那样，对于计算主义来说，泛计算主义看起来并不多么令人担忧。令人担忧的是一个更强的琐碎性论题，其认为任何物理系统都实现了几乎所有计算模型。

关于琐碎性论证以及计算实现的深入讨论，见Sprevak (2019)与词条 computation in physical systems。

7.2 Gödel’s incompleteness theorem

根据一些学者的话来说，哥德尔不完备性定理(Gödel’s incompleteness theorems)表明了人类的数学能力超过了任何图灵机(Nagel and Newman 1958)。J.R. Lucas (1961)在一个关于CCTM的批评中发展了这一立场。罗杰彭罗斯(Roger Penrose)在《皇帝的新脑》(The Emperor’s New Mind ) (1989)及其随后的著作中对这一批评进行了探讨。不同的哲学家与逻辑学家们都回应过这个批评，认为其表述上存在错误、有着存在问题的假设、甚至是直接的数学错误(Bowie 1982; Chalmers 1996b; Feferman 1996; Lewis 1969, 1979; Putnam 1975: 365–366, 1994; Shapiro 2003)。人们普遍认为这种对CCTM的批评没有任何效果。结果可能是人类的心智能力超过了图灵可计算性，但哥德尔不完备性定理没有提供任何理由来预期这种结果。

7.3 Limits of computational modeling

计算机能写出英雄交响曲吗？或者能发现广义相对论吗？或者甚至是复制一个儿童毫不费力地感知到周围环境、系鞋带、以及识别成他人情绪的能力吗？直觉的、创造性的或技巧性的人类活动似乎不能被电脑程序形式化(Dreyfus 1972, 1992)。更一般地，人们或许会担心人类认知的核心方面逃逸了计算建模，特别是经典计算建模。

讽刺的是，福多颁行了这种批评的一个有力版本。即便在他最早关于CCTM的表述中，Fodor (1975: 197–205)也对CCTM是否能够应付所有重要的认知现象表达了相当大的怀疑。这种悲观主义在他的后期著作中变得更为明显，这些著作特别关注了溯因推理(abductive reasoning)，将其作为一个或许潜在地逃逸了计算建模的心灵现象。他的核心论证或许可以总结为如下：

(1) 图灵式计算只敏感于心灵表征的“局部性”属性，而这些属性被表征之组成部分的同一与排列(identity and arrangement)所穷尽。

(2) 许多心灵进程，特别是溯因，其敏感于“非局部”的属性，例如相关性、简单性与保守性。

(3) 因此，我们只能放弃用图灵式模型来建模相关进程。

(4) 不幸的是，我们当前还不知道哪种替代理论可以作为图灵式模型的恰当替换。

一些批评者拒绝(1)，这些人认为适当的图灵式计算能够敏感于“非局部”的属性(Schneider 2011; Wilson 2005)。一些人则挑战了(2)，其认为典型的溯因推理仅仅敏感于“局部性”属性(Carruthers 2003; Ludwig and Schneider 2008; Sperber 2002)。另一些人则承认了(3)但却对(4)持有异议，坚称，对于这些相关进程来说，我们拥有很好的非图灵式模型来建模它们(Pinker 2005)。部分地由于这样一些批评，福多相当详细地阐述了他的论证细节。为了捍卫(2)，他批评了通过部署“局部性”启发式算法来建模溯因的做法(2005: 41–46; 2008: 115–126)；或者是那些通过假设大量特定领域的认知模块来解决问题的做法(2005: 56–100)。为了捍卫(4)，他批评了各种通过诸如联结主义式神经网络的非图灵式模型来处理溯因的理论。

计算建模的范围和限制在哪，仍十分具有争议。可以期待这个话题仍将是同AI一起得到探讨的活跃的研究焦点。

7.4 Temporal arguments

心灵活动是在时间中得到展开的。此外，心灵可以很快地完成复杂任务(例如感知估测)。许多批评者们担心，计算主义，特别是经典计算主义不能够充分容纳认知的时间方面。一个图灵式模型并没有明确提及计算发生的时间尺度。人们可以在一台硅芯片设备中，或者一台真空管装置上，或者甚至是更慢的滑轮与杠杆装置上物理地实施同一个抽象图灵机。批评者们建议我们拒绝CCTM，以某个更直接地考虑了时间的框架来取而代之。van Gelder and Port (1995)使用这个论证推行了一个非计算性的动态系统框架(dynamical systems framework )来建模心灵活动。Eliasmith (2003, 2013: 12–13)则用它来支持自己的神经工程框架。

计算主义者则回应说我们可以用关于时间的考量来补充一个抽象计算模型(Piccinini 2010; Weiskopf 2004)。例如，一个图灵机模型预设了离散的“计算阶段”，而没有描述这些阶段如何关联于物理时间。但我们可以通过描述每一个阶段究竟持续了多长来补充我们的模型，这样，就将我们非时间的图灵机转变为了一个，能够产出详细的时间预测的理论。许多CTM的倡导者都采用了这样的路线来研究认知的时间属性(Newell 1990)。相似的补充在计算机科学中也发挥着重要作用，其从业者们相当关注于搭建具有恰当时间属性的机器。计算主义者们总结道，一个带有适当补充的CTM版本可以充分捕捉到，认知是如何在时间中展开的。

另一个从时间出发的反对强调了离散与连续性时间演变间的对立(van Gelder and Port 1995)。由图灵机执行的计算是在离散阶段上展开的，而心灵活动则是在一个连续的时间中展开的。因此，在图灵机的时间属性与实际心灵活动的时间属性间就存在一个根本上的不匹配。我们需要一个描述了连续时间演变的心理学理论。

计算主义者回应说这种反对假定了它们要表明的东西：认知活动不能被分为具有解释性意义的离散阶段(Weiskopf 2004)。假定物理时间是连续的，那么可以推出心灵活动是在连续的时间上展开的。但这并不能推出认知模型必须有着连续的时间结构。一台个人电脑在连续时间上运行并且它的物理状态演变也是连续的。一个完整的物理理论将会反应所有这些物理变化。但是我们的计算模型并不需要反映该电脑的所有物理变化。我们的计算模型有着离散的时间结构。那么为什么要假定一个好的认知层面的心灵模型必须反映大脑中的所有物理变化呢？即使说存在着连续不断的物理状态演变，为什么一定要假设一个连续不断的认知状态演变呢？连续时间演变的这个单纯事实并不妨碍有着离散时间结构的计算模型。

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