Когнитивная психология тривоас! Москва, 1996 ббк88 C60

расстановки 9 точек в матрице 30x30 (стандартный лист в клеточку, 20 квадратов на дюйм) так, чтобы получились треугольник, буква или случайная фигура. Путем сдвига этих точек с их исходных позиций были получены по четыре искаженных фигуры для каждого оригинала. (На Рис. 3.8 показаны также искаженные треугольные паттерны.) Испытуемым показывали по одному каждый из четырех искаженных паттернов и просили классифицировать их по прототипам. После того как испытуемые классифицировали каждый паттерн (они делали это нажатием соответствующей кнопки), им сообщали, какой из их выборов был верен; прототип не предъявлялся.

гружение и интерпретация сенсорных сигналов

Наши поиски прототипов и наша способность к их абстрагированию, даже когда мы не воспринимаем их непосредственно, была хорошо проил­люстрирована в эксперименте Франкса и Брансфорда (Franks and Bransford, 1971). Они составили серию карточек 5x8, которые содержали пары цвет­ных геометрических фигур, причем на одной карточке был прототип, а на остальных — его "преобразования". Прототипом, или "базой", служил маленький треугольник в большом квадрате слева и маленький ромб в большом круге справа. Испытуемых просили воспроизвести эту фигуру во время тренировочной фазы эксперимента, но им не говорили, что позднее их попросят опознать эту фигуру. Преобразования проводились по прави-

Распознавание nammep

В еще одном примере распознавания, основанном на фигурах из "ре­альной жизни", Рид (Reed, 1972) конструировал "лица" с малозаметными отличиями по нескольким признакам, например — по расположению глаз, длине и положению носа, высоте лба. Каждый признак имел один из трех вариантов (например, глаза и рот имели три положения относительно кон­тура "лица", а нос имел три возможных длины). В типичной задаче испы­туемых просили рассортировать эти схематические лица (Рис.3.10) в пер­вый или второй из двух рядов лиц (Рис.3.11). Рид обнаружил, что испыту-

ояда лиц, к одно­му из которых ис­пытуемый должен был отнести лица, показанные на Рис.3.1Q. Адапти-оовано из: Reed, 1972.

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов 96

емые — студенты из его коллед- жа — абстрагировали прототип из каж­дого ряда как основу для сравнения с образцами (три лица на Рис.3.10). Наиболее часто используемая стратегия заключалась в абстрагировании прототипа и сравнении "расстояния"⁷ между ними и паттернами. Рид зак­лючил, что "преимущественная стратегия заключалась в формировании абстрактного образа или прототипа, представляющего каждую категорию и классификации тестовых паттернов по принципу их сходства с этими двумя прототипами" (Reed, 1972, р.401).

Псевдо-память. В эксперименте с формированием прототипа Солсо и Маккарти (Solso and McCarthy, 1981 а), используя процедуру Франкса и Брансфорда, обнаружили, что испытуемые неверно опознают прототип как ранее виденную фигуру и делают это с большей уверенностью, чем при опознании ранее виденных фигур. Это явление называется псевдо­памятью. Они предположили, что прототип формируется на основе часто встречающихся признаков. Такие признаки, например индивидуальные для данной фигуры контуры или части лица человека, хранятся в памяти. Общий показатель прочности запоминания можно определить по частоте появления признака: как правило, чаще воспринимаемые признаки имеют больше шансов сохраниться в памяти, чем редко воспринимаемые. Более того, возможно, что правила, по которым соотносятся признаки в паттерне, не так хорошо удерживаются в памяти, как сами признаки. Таким образом, можно представить, что процесс приобретения знания о паттерне состоит из двух этапов: получения информации о признаках паттерна и об отношениях между признаками. Пожалуй, наиболее интригующим в загадке формирования прототипов является то, что эти два этапа протекают с разной скоростью в процессе приобретения нами знания о паттерне. Это в чем-то похоже на соревнования, где два атлета бегут с разной скоростью. Тот, что быстрее,— аналог изучения признаков, а более медленный — аналог изучения их взаимосвязей.

В эксперименте Солсо и Маккарти, "лицо-прототип" было составлено при помощи фоторобота — устройства, используемого в полиции; оно состоит из набора пластиковых эталонов, на каждом из которых изобра­жена часть лица — волосы, глаза, нос, подбородок, рот. Для каждого из выбранных лиц-прототипов был произведен набор образцов, имеющих раз­личную степень сходства с прототипом (см. Рис.3.12). Испытуемым пока­зывали образцы, а затем — второй набор, содержащий некоторые из пер­воначальных лиц, некоторые новые лица, ранжированные по их сходству с прототипом, а также сам прототип. Испытуемых просили решить, видят ли они лица, из ранее виденного набора или новые лица и оценить уверен­ность в своем ответе. Как видно из Рис.3.13, испытуемые не только прини­мали прототипы за уже виденные, но выставляли при этом наивысшую оценку уверенности в ответе (пример псевдо-памяти).

Из вышесказанного можно сделать некоторые выводы о формировании и использовании зрительного прототипа. Ранее цитированные исследова­ния показывают, что мы (Сформируем прототипы на основе усредненных характеристик отдельных экземпляров; (2)приобретаем определенные зна­ния о прототипе даже когда имеем дело только с его видоизменениями;

Распознавание паттерн*

75%

25%

бнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

(З)приобретаем некоторую обобщенную информацию об общих признаках прототипов, причем хорошо известные прототипы содержат меньше вклю­чений, чем менее знакомые (или недавно выученные); (4)о модифициро­ванных экземплярах судим по степени их близости к прототипу; и ^фор­мируем прототип путем абстрагирования отдельных образцов и затем оце­ниваем взаимосвязь между прототипическими формами, исходя из степе­ни их отличия от этого прототипа, а также от других отдельных образцов.

Теория прототипов: центральная тенденция и частота признаков. Из вышеописанных экспериментов и многих других иссле­дований возникли две теоретические модели формирования прототипов. В одной из них, называемой моделью центральной тенденции, предполагает­ся, что прототип представляет собой среднее из всех экземпляров. Иссле­дование Познера и др., а также Рида говорят в пользу этой модели. По­знер и Кил (Posner, Keele, 1968), например, считают, что прототип можно представить математически как точку в гипотетическом многомерном про­странстве, в которой пересекаются средние расстояния от всех призна­ков. В экспериментах Познера и Рида можно видеть, как у испытуемых формируется прототип, являющий собой абстракцию некоторой фигуры. Таким образом, прототип — это абстракция, хранящаяся в памяти и отра­жающая центральную тенденцию некоторой категории.

Вторая модель, называемая моделью частоты признаков, предполагает, что прототип отражает моду или наиболее часто встречающееся сочета­ние признаков. Эксперименты Франкса и Брансфорда, Ноймана (Neumann, 1977) и Солсо и Маккарти подтверждают эту модель. В ней прото-тип — это синоним "лучшего экземпляра" из некоторого набора паттернов. Про­тотип — это паттерн, включающий наиболее часто встречающиеся при­знаки, свойственные некоторому набору экземпляров. Хотя прототип за­частую уникален, поскольку состоит из уникальной комбинации призна­ков (вспомните уникальные геометрические фигуры в эксперименте Фран­кса и Маккарти или уникальные лица в эксперименте Солсо и Маккарти), сами по себе признаки уже воспринимались ранее. Такие признаки — например, геометрические элементы частей лица — есть строительные блоки прототипа. Каждый раз, когда человек смотрит на паттерн, он реги­стрирует и признаки паттерна, и взаимосвязь между ними. Однако, со­гласно модели частоты признаков, при освоении прототипа, включающего многие ранее встречавшиеся признаки, у человека возникает уверенность, что он уже видел раньше это изображение, т.к. его признаки сохранились в памяти. Поскольку взаимосвязь между признаками встречалась реже, чем сами признаки — в большинстве экспериментов экземпляры показы­вались только раз — информация о соотношении признаков хуже сохра­нилась в памяти, чем информация о самих признаках.

Было проведено несколько экспериментов с целью выяснить различия между этими моделями. В одном их них (Solso and McCarthy, 1981b) ис­пытуемых просили запомнить ряд трехзначных цифр. Затем им показыва­ли другой набор цифр и просили давать ранговые оценки своим ответам; второй набор состоял из нескольких старых элементов, некоторых новых элементов, арифметического среднего элементов первого набора, а также наиболее часто встречающихся чисел. Как правило, то число, которое с наибольшей уверенностью признавалось числом из первой группы, было числом-прототипом, составленным из часто встречавшихся чисел. Нако-

Распознавание паттерн

нец, при проведении вышеописанного эксперимента практически не было обнаружено свидетельств в пользу модели центральной тенденции, хотя его результаты подтверждают модель частоты признаков. Очевидно, неко­торые эксперименты ясно подтверждают частотную модель, но зато дру­гие подтверждают модель центральной тенденции. Может быть, верны обе модели; тогда расхождения можно было бы отнести на счет различий в стимульном материале или попытаться объяснить их тем, что прототипы основываются на часто встречающихся признаках лишь на стадии заучи­вания, а позднее возникают прототипы, основанные на центральной тен­денции.

Распознавание образов в шахматах. До сих пор мы имели дело только с простыми изображениями; даже лица в эксперименте Рида невы­разительны и сильно упрощены. А как видятся более сложные паттерны? Чейз и Саймон (Chase and Simon, 1973a, 1973b) изучали эту проблему, анализируя сложный паттерн фигур на шахматной доске и пытаясь выяс­нить, чем мастера шахмат отличаются от обычных игроков. Интуиция может подсказывать нам, что когнитивные различия между ними заключаются в том, насколько ходов вперед мастер может предвидеть игру. Интуиция ошибается — по крайней мере, это следует из исследований де Грота (de Groot, 1966), обнаружившего, что мастер и обычный игрок просчитывают вперед примерно одинаковое количество ходов, рассматривают примерно одинаковое количество ходов и ищут схемы ходов примерно одинаковым образом. Возможно даже, что мастер анализирует меньшее количество альтернативных ходов, тогда как обычный игрок тратит время на заведомо неподходящие варианты. В чем же между ними разница? А вот в чем: в способности, посмотрев на доску всего несколько секунд, воспроизвести расположение фигур; слабому игроку очень трудно это сделать. Ключ к этому наблюдению лежит в природе такого паттерна: расположение фи­гур должно иметь смысл. Если фигуры расположены в случайном порядке или нелогично, то и у новичка, и у мастера результаты будут одинаково неважные. Возможно, мастер объединяет по несколько фигур в группы — так же как мы с вами объединяем буквы в слова, а затем складывает эти группы в более крупный значащий паттерн — так же как мы объединяем слова в предложения. Если так, то опытный мастер действительно имеет больше возможностей к воспроизведению таких паттернов, поскольку он может закодировать фигуры и группы в некоторую шахматную схему.

Чейз и Саймон проверили эту гипотезу на трех типах испытуемых — мастере, игроке класса А (очень сильном) и начинающем игроке. В своем эксперименте они просили испытуемых воспроизвести полностью 20 шах­матных позиций, взятых из специальных шахматных журналов и книг,— половина позиций изображала середину партий, а другая половина — их окончания (Рис.3.14). В этом эксперименте две шахматные доски были поставлены рядом, и испытуемый должен был на одной доске воспроизве­сти положение фигур с другой. В другом эксперименте испытуемые рас­сматривали шахматную позицию в течение 5 с и затем воспроизводили ее по памяти. Чейз и Саймон обнаружили, что у мастера время сканирова­ния позиции было ненамного больше, чем у игрока класса "А" или у начи­нающего, но на воспроизведение позиции мастер затрачивал гораздо мень­ше времени, чем они (Рис.3.15); на Рис.3.16 показано количество пра­вильно размещенных фигур. Дальнейший анализ результатов показал, что

Миттельшпиль

Черные

Белые

"Случайный " миттельшпиль

Черные

"Случайный" эндшпиль

Белые

мер митгельшпиг. (середины) и э/ч шпиля (окончань шахматной псц тии и их дубли/с« ты, образова, ные по случайн* му принципу.

умение видеть значимые группы фигур позволяло более сильным игрокам собрать больше информации за данное время.

Эксперимент Чейза и Саймона имел важное теоретическое значение. Информационные группы или единицы, соединенные вместе более или менее абстрактными отношениями, могут стать основой синтаксиса пат­тернов. Информационные единицы, не имеющие какого-либо значащего контекста и не объединяемые в группы, трудно кодировать, будь то буквы, геометрические фигуры, ноты или шахматные фигуры; но если объеди­нить их в значимые структуры — в поэму, архитектурное сооружение, мелодию или элегантную шахматную защиту,— то они обретают значе­ние, поскольку их теперь легко абстрагировать на языке обычной грамма­тики. В современной теории информации были развиты первичные модели разума, основанные на идее структурных уровней. Мы также были свиде­телями бурного развития структурной грамматики языка (она рассматри­вается далее, в Главе 11), музыки, телесных реакций, графических задач и

Распознавание паттерна 10

Рис. 3.15. Время сканирова­ния и воспроизведения шахмат­ной позиции игроками трех различных уровней мастерства. Адаптировано из: Chase and Simon (1973).



Рис. 3.16. Зависимость пра­вильно размещенных фигур от уровня мастерства. Оригиналь­ные позиции предъявлялись иг­рокам в течение 5сек. Адапти­ровано из: Chase and Simon (1973).



шахмат. Одной из наиболее распространенных способностей человека, применимой ко всем чувственным формам, является, по-видимому, тен­денция кодирования информации о реальности на языке абстракций высо­кого уровня, в которые может встраиваться новая информация. Вышепри­веденные эксперименты с восприятием шахматных позиций и абстрагиро­ванием непосредственных стимулов подтверждают это положение.

Специалисты U абстракции. Из вышеприведенного исследования следует, что эксперты (например, мастера шахмат) способны воспроизве­сти больше информации, связанной с их специальностью, чем новички. Этот любопытный результат открыл целое направление исследований, связанное со способностями кодирования и воспроизведения у специали­стов⁸. В работе Адельсон (Adelson, 1981, 1984) изучалось формирование

бнаружение и интерпретация сенсорных сигналов )2

Распознавание nammef

В главе, посвященной языку, мы обсудим в контексте информацион­ного подхода, как люди воспринимают и анализируют буквы и слова. В ней, как и в этой главе, мы убедимся, что от нашего прошлого опыта и способа его представления в памяти решающим образом зависит, что и как мы видим.