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2025年大学认知科学与技术专业题库——认知模型与动态系统机制的对比分析

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

请简要阐述认知模型的核心哲学立场及其在模拟认知过程时通常采用的基本原理或机制。

二、

动态系统机制（DSMs）理论强调自组织和涌现。请解释这两个核心概念，并说明它们如何应用于认知过程的研究，区别于传统认知模型的处理方式。

三、

比较认知模型与动态系统机制在研究认知学习现象时的不同假设和解释策略。例如，在解释技能学习或概念形成时，两者可能采取何种不同的路径？

四、

认知模型和动态系统机制都试图解释人类认知的复杂性，但它们在方法论上存在显著差异。请列举并比较这两种范式在建模工具、仿真方法和实验设计方面的主要不同。

五、

请讨论认知模型在解释某些认知现象（如意识、抽象思维）时的潜在优势，并分析其在面对现实世界复杂性时可能遇到的局限性。

六、

动态系统机制被一些研究者认为在模拟认知发展方面具有独特优势。请举例说明DSMs如何解释认知发展中的连续变化、路径依赖或个体差异，并指出其可能存在的解释性挑战。

七、

试评价认知模型与动态系统机制对于理解人类智能这一复杂现象的贡献与不足。在您看来，这两种范式是否存在互补的可能性？如果存在，请说明可能的互补方式和领域。

八、

选择一个具体的认知任务（例如，视觉感知、语言理解、决策制定），设想该任务可以通过认知模型进行模拟，也可以通过动态系统机制进行模拟。请分别描述这两种模拟可能采取的思路和关键要素，并比较哪种视角可能提供更深入的洞见（无需深入计算或技术细节，重在思路对比）。

试卷答案

一、

认知模型的核心哲学立场常基于计算主义或符号主义，认为认知可以被视为信息处理过程，可以通过符号操作或计算规则来模拟。其基本原理或机制通常涉及内部表征（信息以符号形式存储）、推理规则（符号按特定规则进行操作）、输入/输出接口（与环境交互）以及学习机制（规则或表征的调整）。目标是精确地模拟认知行为，并解释其背后的计算过程。

二、

自组织是指系统在没有外部指令的情况下，通过内部相互作用自发形成有序结构和模式的过程。涌现是指系统整体表现出其组成部分所不具备的新的、宏观的、通常难以从个体部分预测的性质或行为。在认知研究中，DSMs应用自组织概念来解释认知系统如何通过大量简单交互涌现出复杂的认知功能（如感知模式、行为协调）；应用涌现概念来理解认知行为如何是系统状态（由内部变量和参数决定）的宏观表现，状态变化（如跨越平衡态）驱动认知功能的实现（如学习、决策）。这与认知模型侧重于显式表征和规则操作不同，DSMs更关注系统状态和参数变化驱动的过程。

三、

认知模型在解释学习时，通常假设存在明确的规则或表征格式需要被学习，学习过程是逐步修正这些规则或填充表征的过程（如联结主义模型的权重调整）。DSMs则假设学习是通过系统与环境的交互，调整系统参数或改变系统结构（如吸引子状态）来实现的，学习表现为系统行为模式的改变或对环境刺激的适应性调整，不一定存在显式的“规则”或“表征”被学习。例如，学习骑自行车，认知模型可能难以精确模拟肌肉协调，而DSMs可通过模拟平衡控制系统随实践调整参数来解释技能的获得。

四、

建模工具方面，认知模型常用符号编程语言（如Lisp）、专门的仿真平台（如Soar,ACT-R）或基于矩阵运算的工具；DSMs常用基于微分方程的数学建模、网络分析工具、以及支持复杂交互和环境建模的仿真软件（如NetLogo）。仿真方法上，认知模型侧重于演绎推理和符号轨迹追踪；DSMs侧重于系统状态演化模拟、bifurcation分析和稳定性分析。实验设计上，认知模型常进行controlledexperiment来验证特定规则或表征的有效性；DSMs常进行system-levelexperiment，通过改变系统参数或环境条件观察整体行为模式的变化。

五、

认知模型的优势在于其形式化程度高，易于精确描述和推理，其模拟结果（如符号序列）有时更接近人们直观理解的心理表征，因此在解释需要明确步骤或逻辑推理的认知过程（如数学证明、语言句法分析）时具有优势。其局限性在于可能过度简化生物现实，难以解释认知的灵活性、鲁棒性、连续性以及与环境的动态交互，有时难以模拟主观体验等“软”指标。

六、

DSMs解释认知发展时，认为发展是系统在连续环境中通过交互和内部动力学自我组织的过程。例如，儿童语言习得可以被视为一个DSM，其中词汇和语法规则（系统状态）随着与更广泛语言环境的交互（输入）而逐渐稳定（形成吸引子），解释了语言发展的连续性、个体差异（不同路径）以及对输入的适应性。其挑战在于系统通常具有高维度和复杂性，难以精确预测行为，参数空间的探索也可能非常困难，导致模型解释力有时受限。

七