Компьютерные подходы к распознаванию конфигураций

Компьютерные подходы содержат в себе элементы модели сравнения с прототипом и модели сопоставления по отличительным признакам (Matlin, 1998). Согласно одному из таких подходов – «теории геонов» (Geon theory), человеческая система обработки информации содержит ограниченное количество простых геометрических конфигураций, которые можно обнаружить в любых сложных формах (Biederman, 1987). Геоны (или геометрические йоны) представляют собой простые трехмерные формы (например, цилиндры, сферы, кубики), общее число которых составляет 24. Аналогично буквам алфавита, они являются элементами некоторой системы, из которых образуется огромное количество более сложных форм (Solso, 1995). Геоны отличаются друг от друга комбинациями пяти инвариантных свойств граней: прямых, сходящихся, параллельных, симметричных и изогнутых. Дифференциация геонов осуществляется путем анализа формы вогнутых частей контура. Соответственно, процесс распознавания некоторой конфигурации осуществляется путем сравнения обнаруженной в ней комбинации геонов с репрезентацией объектов в памяти (Hill, 2001).

Сравнение и категоризация

Существует две основные позиции относительно роли сравнения в процессах категоризации и формирования понятий.

Первая позиция выражается в том, что в основе этих процессов лежит установление сходства. Согласно принятой точке зрения, понятия можно определить через набор признаков, соответственно, в основе категоризации лежит установление сходства по признакам. Предполагается, что все объекты, объединенные в одну категорию, имеют набор общих характеристик. При этом сходство определяется с помощью четырех основных утверждений: (1) сходство между двумя объектами увеличивается с увеличением количества их общих признаков; (2) эти признаки интерпретируются как независимые и аддитивные; (3) признаки, определяющие сходство, имеют одинаковый уровень абстрактности; (4) эти принципы сходства являются достаточными для описания структуры понятия; предполагается, что понятие эквивалентно списку определяющих его признаков (Medin, 2004).

Однако эта точка зрения подверглась критике со стороны представителей так называемого вероятностного подхода к определению структуры категорий, который тем не менее также опирается на понимание роли установления сходства как основы категоризации и формирования понятий. Основные контраргументы сводились к тому, что в ряде случаев оказывается невозможно точно идентифицировать именно те признаки, которые являются определяющими для той или иной категории (Medin, 2004).

Согласно так называемой вероятностной точке зрения, категории имеют размытый характер и организованы вокруг кластеров коррелирующих атрибутов, которые являются типичными для категории. Размытые категории организуются в соответствии с принципом так называемого сходства семейства (Medin, 2004). Предполагается, что отнесение объекта к какой-либо категории основывается на его сходстве с резюмирующей репрезентацией этой категории (Goldstone, 1994b).

Согласно теории Рош, такой репрезентацией является прототип (Rosch, Mervis, 1975c). Соответственно, именно с ним сравнивается объект при оценивании его категориальной принадлежности: если объект обладает достаточной степенью сходства с прототипом определенной категории, то он считается принадлежащим к ней. По мнению Э. Рош, естественные категории организованы вокруг нескольких прототипов и образуют иерархии включения классов, состоящие не менее чем из трех уровней абстрактности: понятия низкого, среднего (базового) и высокого уровня; именно на базовом уровне наиболее естественно разделять мир на систему естественных семантических категорий. На этом уровне выделяется перцептивное сходство между членами одной категории и различия между разными категориями (Rosch et al., 1976). При сравнении слов и картинок первыми обрабатываются понятия базового уровня (Величковский, 2006).

В рамках так называемой экземплярной теории (или теории образцов) объект относится к определенной категории, если он похож на некоторые ее конкретные примеры (Nosofsky, 1986). Предполагается, что в процессе научения люди накапливают в памяти примеры, а новые примеры классифицируются как относящиеся к определенной категории путем «вычисления» прототипов и определения сходства между новым примером и вновь сконструированными прототипами (Medin, 2004).

Вторая позиция заключается в том, что установление сходства между объектами не может играть важной роли в процессах категоризации по нескольким причинам. Во-первых, установление сходства объектов рассматривается как слишком подвижный, интуитивный и неструктурированный процесс, его сложно считать основополагающим объяснением категоризации. Оценка степени сходства, как и различия объектов, зависит от того контекста, в котором они находятся. Сходство и различие рассматриваются как относительные процессы. По мнению Р. Арнхейма, вопрос, насколько похожи два объекта, является «бессмысленным до тех пор, пока ничего не говорится о контексте, в котором находятся эти объекты» (Арнхейм, 1974, р. 87). Во-вторых, установление сходства связывается, прежде всего, с перцептивными процессами, а не с процессом формирования абстрактных понятий.

В соответствии с этой позицией предлагается точка зрения на категории как организованные не на основе установления сходства между объектами, а на основе формирующегося теоретического знания о мире (Murphy, Medin, 1985) или же в связи с определенными целями (Barsalou, 1983). Теоретические знания, даже нечетко сформулированные, включают организованные системы знания. Соответственно, процесс классификации объекта заключается не в простом сопоставлении его признаков и признаков понятия, а в том, что объект имеет правильную объяснительную связь с имеющимися у человека теоретическими представлениями, касающимися понятия. Существует точка зрения, что возможно создание любых категорий в зависимости от тех текущих целей, которые преследуют люди. Таким образом, основная суть данной позиции заключается в том, что между суждениями о сходстве и принятием решения о категориальной принадлежности существует эмпирически подтверждаемая диссоциация (Goldstone, 1994b).

Третья, наиболее современная позиция является своего рода компромиссом между двумя первыми. Она базируется на несколько новом понимании самого процесса сходства, основные особенности которого отражены в так называемой модели контрастного сходства (contrasting similarity model). В этой модели делается акцент на следующих моментах: а) установление сходства подразумевает обращение к атрибутам и отношениям разного уровня; б) признаки не являются независимыми, они связаны разнообразными взаимоотношениями; в) признаки могут быть разного уровня абстрактности; г) понятие представляет собой нечто большее, чем список признаков (Medin, 2004). Подобное понимание сходства соотносимо с представлением о категоризации как организованной на основе теоретического знания. Кроме того, в рамках данной позиции вводится такое понятие как «психологическая сущность» (psychological essentialism) объектов. Речь идет о том, что объекты воспринимаются людьми как изначально имеющие некоторые характеристики: похожие друг на друга предметы оцениваются людьми как обладающие общими глубинными сходными признаками. Непосредственно воспринимаемые поверхностные характеристики не обязательно являются ключевыми характеристиками понятия, но как бы указывают на них. Классифицирование на основе сходства оказывается относительно эффективным для того, чтобы затем вскрыть более глубинные принципы. Именно в этом и содержится идея интеграции двух описанных выше подходов к оценке роли установления сходства в процессах категоризации.

В рамках данной позиции существует также точка зрения, что люди формируют категории еще до того, как они формулируют их теоретическую основу, т. е. сначала на основе сходства объекты объединяются в категории, а затем формулируют теоретические принципы этого объединения (Goldstone, 1994b). Кроме того, в рамках данной позиции выдвигается идея о разных типах категорий, для одних из которых сходство объектов может служить объяснительной основой, а для других – нет. Так, например, в качестве разновидностей категорий выделяются естественные категории или виды (например, собака), созданные человеком артефакты (например, самолет), ad hoc категории (например, вещи, которые надо в первую очередь выносить из горящего дома), абстрактные схемы (например, события, при которых добрый поступок вознаграждается жестоким). Целостная оценка сходства объектов, опирающаяся на перцептивный уровень обработки информации и процесс интегрирования нескольких типов информации, может явиться основой для формирования некоторых типов категорий. Так, параметр сходства является адекватным для формирования естественных категорий и некоторых артефактов, но бесполезным для абстрактных схем (Goldstone, 1994b).

Таким образом, если говорить о наиболее современной позиции относительно места сравнения в процессах категоризации, то она заключается в том, что информация о сходстве несомненно играет в них важную роль, но не является достаточным основанием для создания любых категорий. Более общие представления о том, каковы механизмы идентификации и субъективного оценивания человеком величины сходства объектов окружающего мира, сформулированы в ряде когнитивных моделей сравнения, представленных ниже.

Когнитивные модели и концепции сравнения

Изучение соотношения когнитивных операций выделения человеком сходства и различия объектов реализуется в основном через создание отражающих это соотношение логических моделей и последующую проверку их в психологическом эксперименте.

Существует два основных когнитивных направления анализа воспринимаемого человеком сходства и различия объектов. Одно из них представлено так называемыми геометрическими моделями, которые строятся в рамках многомерного шкалирования. В этих моделях объекты представляются точками в некотором координатном пространстве таким образом, что воспринимаемому различию между объектами соответствует метрическое расстояние между соответствующими точками (см., например: Shepard, 1974). Согласно А. Тверскому, геометрическая репрезентация близости объектов выполняет две функции: а) обеспечивает метод описания, суммирования и демонстрирования результатов, касающихся близости объектов; б) является психологической моделью, отражающей умственные представления и перцептивное сходство (Tversky, Gati, 1982).

Однако существует и другая позиция, утверждающая, что метрические репрезентации являются подходящими только для ограниченного класса объектов (например, цветов). Более адекватным считается репрезентация сложных объектов (например, человеческих лиц) через набор черт или признаков, а не в терминах нескольких количественных измерений. В рамках данной позиции разработан ряд моделей.

Модель сравнения по сходным признакам

Согласно предложенной А. Тверским (Tversky, 1977; Tversky, Gati, 1978, 1982) логической «модели контраста», сходство объектов понимается как наличие у них общих свойств или признаков. Сходство объекта а (имеющего набор черт А) и объекта б (имеющего набор черт Б) представляет собой функцию У (а, б) от общих и различных черт а и б, т. е. функцию от трех аргументов: А+Б (черты, имеющиеся как у а, так и у б); А-Б (черты а, отсутствующие у б) и Б-А (черты б, отсутствующие у а). Проверка данной логической модели осуществлялась в экспериментах, показывающих многомерную корреляцию между субъективной оценкой сходства объектов, с одной стороны, и количеством общих и различных признаков между ними, с другой (Tversky, 1977). В рамках данной модели анализировалась связь между субъективной оценкой сходства и различия и был выделен так называемый феномен асимметрии сходства.

В противовес представлениям ряда философов и психологов о сходстве как о главном примере симметричности Тверской сформулировал одну из первых когнитивных моделей сравнения по сходным признакам (model of similarity comparison), которая описывает феномен асимметрии сходства (Tversky, 1977). Он рассматривал суждение о сходстве как имеющее форму «а похоже на б», где а – подлежащее (субъект); б – референт. Согласно Тверскому, суждение «а похоже на б» не эквивалентно суждению «б похоже на а». Асимметрия в суждениях, выражающих степень сходства двух объектов, определяется тем, который из этих объектов является субъектом (что сравнивается), а который референтом (с чем сравнивается) сравнения.

Согласно Тверскому, определение степени сходства осуществляется путем наложения признаков субъекта сравнения на признаки референта. В этом случае преобладает обращение к признакам субъекта сравнения, а признаки референта рассматриваются в той степени, в которой они встречаются у субъекта сравнения. Из этого вытекает предположение о том, что если у субъекта сравнения больше специфичных признаков, чем у референта, то данный субъект и референт будут оцениваться как менее сходные, чем в том случае, когда у референта сравнения больше специфичных признаков, чем у субъекта. Таким образом, основной акцент в данной модели делается на проведении структурного различия между субъектом и референтом сравнения. Соответственно сопоставление осуществляется через наложение отдельных признаков. Уникальные признаки субъекта сравнения оказывают преобладающее влияние на исход сравнения. При этом признаки, характеризующие объект, могут быть как конкретными и локальными (например, форма глаз), так и более целостными и абстрактными (например, привлекательность). Соответственно, один и тот же объект может быть охарактеризован через различные наборы признаков. Согласно Тверскому, имеющееся у человека общее представление об определенном объекте (например, стране) в целом очень богато по содержанию и включает не только внешние признаки, но и его функции, отношения с другими объектами и т. д. Имея задачу субъективной оценки сходства, человек выделяет из своего целостного представления об объекте некоторый ограниченный набор признаков, на основе которых он принимает решение.

Феномен асимметрии имеет два аспекта. С одной стороны, при формулировании вербального высказывания о сходстве двух объектов в качестве субъекта и референта выбираются определенные объекты (например, мы говорим «сын похож на отца», а не «отец похож на сына»). С другой стороны, величина субъективно воспринимаемого сходства между двумя объектами зависит от того, какой из них будет занимать место субъекта (что сравнивается), а какой место референта (с чем сравнивается) в высказывании типа «а похоже на б».

Наличие феномена асимметрии сходства продемонстрировано Э. Рош в рамках ее когнитивной теории прототипов. Она показала, что объекты, представляющие собой примеры той или иной категории, оцениваются как более сходные с прототипом этой категории, чем наоборот (Rosch, 1975a, b). Сам Тверской исследовал этот феномен с помощью методических приемов, требующих от испытуемых субъективной оценки сходства пар стимульных объектов (Gati, Tversky, 1982; Glass et al., 1979; Tversky, 1977 и др.), и получил подтверждение разработанной им модели на материале сравнения стран, геометрических фигур и т. д.

В наиболее часто цитируемом исследовании его участникам предлагались пары названий стран, одна из которых, согласно предварительному опросу, была более значимой в мировом плане (например, СССР), чем другая (например, Польша) (Tversky, 1977).

Феномен асимметрии проявился в исследовании в двух аспектах. Во-первых, при наличии инструкции выбрать, какое из двух высказываний более предпочитаемо: «Страна а похожа на страну б» или «Страна б похожа на а