探索特征关系:解锁概念学习与泛化的新奥秘

【字体: 时间:2025年05月06日 来源:Cognition 2.8

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  在概念学习领域,传统特征学习理论难以解释依赖特征关系(featural relations)的概念学习。研究人员开展了关于特征关系在概念学习和泛化中作用的研究。通过三个实验发现特征关系具有心理有效性,其泛化行为部分符合传统理论,部分与关系认知相关。这为理解概念学习机制提供新视角。

  在认知的奇妙世界里,知识的泛化能力就像一把神奇的钥匙,它关乎着人类和动物在不同情境下的生存与适应。想象一下,一只小动物吃了某种植物后生病,它得凭借着泛化能力,识别出那些可能同样有害的相似植物,避免再次误食。对于人类而言,从学会识别红色交通信号灯,到判断复杂社交情境中的行为准则,泛化能力无处不在。
在概念学习的研究领域,基于特征的概念学习一直是热门话题。以往的研究主要聚焦于如何学习从刺激特征到类别标签的映射。然而,现实世界中存在着许多特殊的概念,它们无法单纯依靠特征值来预测,而是依赖于一种被称为 “特征关系”(featural relations)的神秘因素。例如在约会场景中,情侣之间的年龄差距就是一种特征关系,这种关系代表着两人年龄差值大于特定数值,它对判断一段关系的某些性质起着重要作用。

尽管特征和关系在概念学习中都至关重要,但基于特征和基于关系的概念学习理论却长期 “各自为政”。因为扁平式的特征表示和结构化的关系表示之间似乎存在着一道难以跨越的鸿沟,很少有研究关注到两者之间可能存在的中间地带,也就是具有有限结构的基于特征的表示。为了填补这一研究空白,来自美国宾厄姆顿大学(Binghamton University)的研究人员展开了深入探究,相关研究成果发表在《Cognition》杂志上。

研究人员开展了一系列实验,旨在揭示特征关系在概念学习和泛化中的奥秘。在实验过程中,研究人员采用了多种关键技术方法。实验主要以宾厄姆顿大学的本科生为研究对象,通过在线实验的方式收集数据。在不同的实验中,调整刺激材料的特征空间、训练方式(观察学习或分类学习)等,以此来观察受试者的学习和泛化行为。

实验 1:研究人员想探究受试者能否通过单一类别观察学习来获取基于特征关系的类别知识,并在训练后将目标概念的知识进行泛化。实验招募了 203 名宾厄姆顿大学的本科生,他们在自己选择的地点,使用个人电脑在线参与实验。结果发现,受试者在一定程度上能够学习目标概念。这表明,基于特征关系的信息似乎能够像标准特征一样被泛化,但当特征关系涉及到某些特殊的关系谓词时,情况可能会有所不同。

实验 2:此次实验的目的是测试受试者在连续空间中对特征关系知识的获取和泛化,是否与对标准特征知识的泛化方式相似。135 名本科生参与了实验,实验使用了与实验 1 相同的刺激物、材料和程序,但在训练和测试阶段采用了不同且不重叠的受限特征空间。结果显示,训练和测试空间的差异会影响受试者的泛化情况。同时,实验结果再次表明,特征关系的泛化存在基于相似性和规则性的梯度,除非特征关系引发了概念上连贯且跨情境的关系谓词,此时泛化倾向于全或无。

实验 3:研究人员希望通过分类学习模式,进一步探究基于特征关系的类别学习和泛化,尤其是规则性泛化策略的普遍性。152 名本科生参与实验,他们进行了监督分类训练,并在四种不同的类别结构下接受测试。结果表明,除了被放弃的 “7 - 8” 条件外,其他条件下都有明显的高效学习证据。不同类别结构下,学习的收敛速度有所差异。

综合这三项实验,研究人员得出结论:特征关系在概念学习和泛化中有着独特的表现。一方面,它具有心理有效性,人们能够学习和利用特征关系进行概念判断;另一方面,传统基于特征的分类理论能够解释部分人类在特征关系概念学习和泛化中的行为,但前提是假设特征之间的比较可作为直接学习线索。同时,实验中还发现了一些无法被传统特征理论预测的泛化行为,这些行为与关系认知以及强化学习文献中的先前发现相契合。

这项研究具有重要意义。在特征学习领域,它为基于特征的类别学习理论提供了新的视角,有助于解决以往理论对人类使用基于关系概念解释不足的问题。从更高层次的认知角度来看,它进一步揭示了关系推理在人类高阶认知中的关键作用,为理解认知表征如何编码潜在变量之间的关系提供了实证依据。不过,该研究也存在一定局限性,仅使用了一组刺激材料,未来还需要更多研究来拓展其普遍性。但无论如何,这项研究都为认知科学领域关于概念学习和泛化的研究开辟了新的道路,让我们对人类的认知机制有了更深入的理解。

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