Познер и др. утверждали, что ин-
формация о прототипах была очень эффективно абстрагирована из со-
храненной информации (основанной на искаженных паттернах). Имело
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
94
место не только абстрагирование прототипов из искаженных паттернов; в
самом процессе заучивания паттернов содержалось также знание об их
изменчивости. Возможность того, что верная классификация прототипов
основана на их знакомости (треугольник, буквы F и М) для большинства
людей, была исследована в эксперименте Петерсона, Мегера, Чейта и
Джилли (Peterson, Meagher, Chait, and Gillie, 1973). Их результаты пока-
зали, что прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны наибо-
лее значащих конфигураций легче идентифицируются, чем бессмыслен-
ные прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны. Однако,
там, где степень искажения была велика, оказалось верным противопо-
ложное, т.е. наиболее значимые прототипы опознавались реже, чем мало-
значащие. Такие результаты не противоречат Познеру, но бросают вызов
идее Беркли о взаимодействии между "универсальным треугольником" и
его искаженным паттерном. Видимо, мы абстрагируем прототипы на осно-
ве сохраненной в памяти информации. Очевидно, хорошо знакомые фор-
мы будут подходить к менее широкому диапазону искаженных форм, чем
формы относительно малознакомые. Поиски епископом Беркли "совер-
шенного треугольника" привели к выводу, что все треугольники равны, но
некоторые равнее!
Наши поиски прототипов и наша способность к их абстрагированию,
даже когда мы не воспринимаем их непосредственно, была хорошо проил-
люстрирована в эксперименте Франкса и Брансфорда (Franks and Bransford,
1971). Они составили серию карточек 5х8, которые содержали пары цвет-
ных 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-
Рис. 3.9. Уверенность испы-
туемого в верности опо-
знания базовой фигуры и ее
преобразований. Адап-
тировано из: Franks and
Bransford (] 971 ].
Распознавание паттернов
95
лам, содержащимся в самом рисунке: большая перестановка включала
смену левой и правой фигур; при малой перестановке менялись внешний
и внутренний элементы и т.д. После того, как испытуемым показывали
только преобразованные фигуры, различающиеся по их расхождению с
прототипом, им давали задачу на опознание; при этом испытуемые сами
оценивали степень своей уверенности в ответе. Задача на опознание вклю-
чала предъявление прототипа (не виденного ранее) и преобразованных
фигур. Результаты (Рис.3.9) показали, что испытуемые опознавали прото-
тип с, большей вероятностью, чем его преобразования (хотя они их уже
видели), и с большей уверенностью. Было также обнаружено, что оценка
уверенности опознания связана со степенью преобразования, с наиболее
часто опознаваемым прототипом, с преобразованиями, включающими одну
перестановку и т.д.
В еще одном примере распознавания, основанном на фигурах из "ре-
альной 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 кон-
тура "лица", а нос имел три возможных длины). В типичной задаче испы-
туемых просили рассортировать эти схематические лица (Рис.3.10) в пер-
вый или второй из двух рядов лиц (Рис.3.11). Рид обнаружил, что испыту-
Рис. З.П. Два
ряда лиц, к. одно-
му из которых ис-
пытуемый должен
был отнести лица,
показанные на
Рис.3.10. Адапти-
ровано из: Reed,
1972.
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
96
емые - студенты из его коллед- жа - абстрагировали прототип из каж-
дого 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 зак-
лючил, 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, 198 la), 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 псевдо-
памятью. 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 изобра-
жена часть лица - волосы, глаза, нос, подбородок, рот. Для каждого из
выбранных лиц-прототипов был произведен набор образцов, имеющих раз-
личную степень сходства с прототипом (см. Рис.3.12). Испытуемым пока-
зывали образцы, а затем - второй набор, содержащий некоторые из пер-
воначальных 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 уверен-
ность в своем ответе. Как видно из Рис.3.13, испытуемые не только прини-
мали 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 исследова-
ния показывают, что мы (Сформируем прототипы на основе усредненных
характеристик отдельных экземпляров; (2)приобретаем определенные зна-
ния о прототипе даже когда имеем дело только с его видоизменениями;
Т.е. степени различия.- Прим.ред.
Распознавание паттернов
97
Рис. 3.12. Лицо-прототип (Pj
и образцы лиц, имеющих раз-
личную степень (75, 50, 25 и
0Ї/о] сходство с прототипом.
Sofso, McCorfy (1981 а].
Рис. 3.13. Показатели уве-
ренности в ответе для прото-
типа, /же виденных (старых)
элементов, и новых элементов.
Solso, McCarthy (1981 а].
и интерпретация сенсорных сигналов
Обнаружение
98
(З)приобретаем некоторую обобщенную информацию об общих признаках
прототипов, причем хорошо известные прототипы содержат меньше вклю-
чений, чем менее знакомые (или недавно выученные); (4)о модифициро-
ванных экземплярах судим по степени их близости к прототипу; и (5)фор-
мируем прототип путем абстрагирования отдельных образцов и затем оце-
ниваем взаимосвязь между прототипическими формами, исходя из степе-
ни их отличия от этого прототипа, а также от других отдельных образцов.
Теория прототипов: центральная тенденция и частота
Признаков. Из вышеописанных экспериментов и многих других иссле-
дований возникли две теоретические модели формирования прототипов. В
одной из них, называемой моделью центральной тенденции, предполагает-
ся, что прототип представляет собой среднее из всех экземпляров. Иссле-
дование Познера и др., а также Рида говорят в пользу этой модели. По-
знер и Кил (Posner, Keele, 1968), например, считают, что прототип можно
представить математически как точку в гипотетическом многомерном про-
странстве, в которой пересекаются средние расстояния от всех призна-
ков. 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 отра-
жающая центральную тенденцию некоторой категории.
Вторая модель, называемая моделью частоты признаков, предполагает,
что прототип отражает моду или наиболее часто встречающееся сочета-
ние 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. Про-
тотип - это паттерн, включающий наиболее часто встречающиеся при-
знаки, свойственные некоторому набору экземпляров. Хотя прототип за-
частую уникален, поскольку состоит из уникальной комбинации призна-
ков (вспомните уникальные геометрические фигуры в эксперименте Фран-
ков 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 реги-
стрирует и признаки паттерна, и взаимосвязь между ними. Однако, со-
гласно 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 показы-
вались только раз - информация о соотношении признаков хуже сохра-
нилась 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, 1981 b) ис-
пытуемых просили запомнить ряд трехзначных цифр. Затем им показыва-
ли 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 паттернов
99
нец, при проведении вышеописанного эксперимента практически не было
обнаружено свидетельств в пользу модели центральной тенденции, хотя
его результаты подтверждают модель частоты признаков. Очевидно, неко-
торые эксперименты ясно подтверждают частотную модель, но зато дру-
гие 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 заучи-
вания, а позднее возникают прототипы, основанные на центральной тен-
денции.
Распознавание образов в шахматах. До сих пор мы имели дело
только с простыми изображениями; даже лица в эксперименте Рида невы-
разительны 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 выяс-
нить, 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 фи-
гур 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 шах-
матных 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 воспроизве-
сти положение фигур с другой. В другом эксперименте испытуемые рас-
сматривали шахматную позицию в течение 5 с и затем воспроизводили ее
по памяти. Чейз и Саймон обнаружили, что у мастера время сканирова-
ния позиции было ненамного больше, чем у игрока класса "А" или у начи-
нающего, но на воспроизведение позиции мастер затрачивал гораздо мень-
ше времени, чем они (Рис.3.15); на Рис.3.16 показано количество пра-
вильно размещенных фигур. Дальнейший анализ результатов показал, что
Обнаружение и интерпретация сенсорных, сигналов
100
Миттельшпиль Эндшпиль
Черные
Белые
"Случайный" миттельшпиль "Случайный эндшпиль
Черные
Белые
Рис. 3.14. При-
мер миттельшпиля
(середины) и энд-
шпиля (окончания!
шахматной пар-
тии и их дублика-
ты, образован-
ные по случайно-
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 пат-
тернов. 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 объеди-
нить их в значимые структуры - в поэму, архитектурное сооружение,
мелодию или элегантную шахматную защиту,- то они обретают значе-
ние, поскольку их теперь легко абстрагировать на языке обычной грамма-
тики. В современной теории информации были развиты первичные модели
разума, основанные на идее структурных уровней. Мы также были свиде-
телями бурного развития структурной грамматики языка (она рассматри-
вается далее, в Главе 11), музыки, телесных реакций, графических задач и
Распознавание паттернов
101
Рис. 3.15. Время сканирова-
ния и воспроизведения шахмат-
ной позиции игроками трех
различных уровней мастерства.
Адаптировано из: Chase and
Simon (1973).
Рис. 3.16. Зависимость пра-
вильно размещенных фигур от
уровня мастерства. Оригиналь-
ные позиции предъявлялись иг-
рокам в течение 5сек. Адапти-
ровано из: Chase and Simon
(1973).
шахмат. Одной из наиболее распространенных способностей человека,
применимой ко всем. чувственным формам, является, по-видимому, тен-
денция кодирования информации о реальности на языке абстракций высо-
кого уровня, в которые может встраиваться новая информация. Вышепри-
веденные эксперименты с восприятием шахматных позиций и абстрагиро-
ванием непосредственных стимулов подтверждают это положение.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81
формация о прототипах была очень эффективно абстрагирована из со-
храненной информации (основанной на искаженных паттернах). Имело
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
94
место не только абстрагирование прототипов из искаженных паттернов; в
самом процессе заучивания паттернов содержалось также знание об их
изменчивости. Возможность того, что верная классификация прототипов
основана на их знакомости (треугольник, буквы F и М) для большинства
людей, была исследована в эксперименте Петерсона, Мегера, Чейта и
Джилли (Peterson, Meagher, Chait, and Gillie, 1973). Их результаты пока-
зали, что прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны наибо-
лее значащих конфигураций легче идентифицируются, чем бессмыслен-
ные прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны. Однако,
там, где степень искажения была велика, оказалось верным противопо-
ложное, т.е. наиболее значимые прототипы опознавались реже, чем мало-
значащие. Такие результаты не противоречат Познеру, но бросают вызов
идее Беркли о взаимодействии между "универсальным треугольником" и
его искаженным паттерном. Видимо, мы абстрагируем прототипы на осно-
ве сохраненной в памяти информации. Очевидно, хорошо знакомые фор-
мы будут подходить к менее широкому диапазону искаженных форм, чем
формы относительно малознакомые. Поиски епископом Беркли "совер-
шенного треугольника" привели к выводу, что все треугольники равны, но
некоторые равнее!
Наши поиски прототипов и наша способность к их абстрагированию,
даже когда мы не воспринимаем их непосредственно, была хорошо проил-
люстрирована в эксперименте Франкса и Брансфорда (Franks and Bransford,
1971). Они составили серию карточек 5х8, которые содержали пары цвет-
ных 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-
Рис. 3.9. Уверенность испы-
туемого в верности опо-
знания базовой фигуры и ее
преобразований. Адап-
тировано из: Franks and
Bransford (] 971 ].
Распознавание паттернов
95
лам, содержащимся в самом рисунке: большая перестановка включала
смену левой и правой фигур; при малой перестановке менялись внешний
и внутренний элементы и т.д. После того, как испытуемым показывали
только преобразованные фигуры, различающиеся по их расхождению с
прототипом, им давали задачу на опознание; при этом испытуемые сами
оценивали степень своей уверенности в ответе. Задача на опознание вклю-
чала предъявление прототипа (не виденного ранее) и преобразованных
фигур. Результаты (Рис.3.9) показали, что испытуемые опознавали прото-
тип с, большей вероятностью, чем его преобразования (хотя они их уже
видели), и с большей уверенностью. Было также обнаружено, что оценка
уверенности опознания связана со степенью преобразования, с наиболее
часто опознаваемым прототипом, с преобразованиями, включающими одну
перестановку и т.д.
В еще одном примере распознавания, основанном на фигурах из "ре-
альной 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 кон-
тура "лица", а нос имел три возможных длины). В типичной задаче испы-
туемых просили рассортировать эти схематические лица (Рис.3.10) в пер-
вый или второй из двух рядов лиц (Рис.3.11). Рид обнаружил, что испыту-
Рис. З.П. Два
ряда лиц, к. одно-
му из которых ис-
пытуемый должен
был отнести лица,
показанные на
Рис.3.10. Адапти-
ровано из: Reed,
1972.
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
96
емые - студенты из его коллед- жа - абстрагировали прототип из каж-
дого 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 зак-
лючил, 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, 198 la), 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 псевдо-
памятью. 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 изобра-
жена часть лица - волосы, глаза, нос, подбородок, рот. Для каждого из
выбранных лиц-прототипов был произведен набор образцов, имеющих раз-
личную степень сходства с прототипом (см. Рис.3.12). Испытуемым пока-
зывали образцы, а затем - второй набор, содержащий некоторые из пер-
воначальных 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 уверен-
ность в своем ответе. Как видно из Рис.3.13, испытуемые не только прини-
мали 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 исследова-
ния показывают, что мы (Сформируем прототипы на основе усредненных
характеристик отдельных экземпляров; (2)приобретаем определенные зна-
ния о прототипе даже когда имеем дело только с его видоизменениями;
Т.е. степени различия.- Прим.ред.
Распознавание паттернов
97
Рис. 3.12. Лицо-прототип (Pj
и образцы лиц, имеющих раз-
личную степень (75, 50, 25 и
0Ї/о] сходство с прототипом.
Sofso, McCorfy (1981 а].
Рис. 3.13. Показатели уве-
ренности в ответе для прото-
типа, /же виденных (старых)
элементов, и новых элементов.
Solso, McCarthy (1981 а].
и интерпретация сенсорных сигналов
Обнаружение
98
(З)приобретаем некоторую обобщенную информацию об общих признаках
прототипов, причем хорошо известные прототипы содержат меньше вклю-
чений, чем менее знакомые (или недавно выученные); (4)о модифициро-
ванных экземплярах судим по степени их близости к прототипу; и (5)фор-
мируем прототип путем абстрагирования отдельных образцов и затем оце-
ниваем взаимосвязь между прототипическими формами, исходя из степе-
ни их отличия от этого прототипа, а также от других отдельных образцов.
Теория прототипов: центральная тенденция и частота
Признаков. Из вышеописанных экспериментов и многих других иссле-
дований возникли две теоретические модели формирования прототипов. В
одной из них, называемой моделью центральной тенденции, предполагает-
ся, что прототип представляет собой среднее из всех экземпляров. Иссле-
дование Познера и др., а также Рида говорят в пользу этой модели. По-
знер и Кил (Posner, Keele, 1968), например, считают, что прототип можно
представить математически как точку в гипотетическом многомерном про-
странстве, в которой пересекаются средние расстояния от всех призна-
ков. 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 отра-
жающая центральную тенденцию некоторой категории.
Вторая модель, называемая моделью частоты признаков, предполагает,
что прототип отражает моду или наиболее часто встречающееся сочета-
ние 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. Про-
тотип - это паттерн, включающий наиболее часто встречающиеся при-
знаки, свойственные некоторому набору экземпляров. Хотя прототип за-
частую уникален, поскольку состоит из уникальной комбинации призна-
ков (вспомните уникальные геометрические фигуры в эксперименте Фран-
ков 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 реги-
стрирует и признаки паттерна, и взаимосвязь между ними. Однако, со-
гласно 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 показы-
вались только раз - информация о соотношении признаков хуже сохра-
нилась 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, 1981 b) ис-
пытуемых просили запомнить ряд трехзначных цифр. Затем им показыва-
ли 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 паттернов
99
нец, при проведении вышеописанного эксперимента практически не было
обнаружено свидетельств в пользу модели центральной тенденции, хотя
его результаты подтверждают модель частоты признаков. Очевидно, неко-
торые эксперименты ясно подтверждают частотную модель, но зато дру-
гие 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 заучи-
вания, а позднее возникают прототипы, основанные на центральной тен-
денции.
Распознавание образов в шахматах. До сих пор мы имели дело
только с простыми изображениями; даже лица в эксперименте Рида невы-
разительны 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 выяс-
нить, 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 фи-
гур 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 шах-
матных 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 воспроизве-
сти положение фигур с другой. В другом эксперименте испытуемые рас-
сматривали шахматную позицию в течение 5 с и затем воспроизводили ее
по памяти. Чейз и Саймон обнаружили, что у мастера время сканирова-
ния позиции было ненамного больше, чем у игрока класса "А" или у начи-
нающего, но на воспроизведение позиции мастер затрачивал гораздо мень-
ше времени, чем они (Рис.3.15); на Рис.3.16 показано количество пра-
вильно размещенных фигур. Дальнейший анализ результатов показал, что
Обнаружение и интерпретация сенсорных, сигналов
100
Миттельшпиль Эндшпиль
Черные
Белые
"Случайный" миттельшпиль "Случайный эндшпиль
Черные
Белые
Рис. 3.14. При-
мер миттельшпиля
(середины) и энд-
шпиля (окончания!
шахматной пар-
тии и их дублика-
ты, образован-
ные по случайно-
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 пат-
тернов. 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 объеди-
нить их в значимые структуры - в поэму, архитектурное сооружение,
мелодию или элегантную шахматную защиту,- то они обретают значе-
ние, поскольку их теперь легко абстрагировать на языке обычной грамма-
тики. В современной теории информации были развиты первичные модели
разума, основанные на идее структурных уровней. Мы также были свиде-
телями бурного развития структурной грамматики языка (она рассматри-
вается далее, в Главе 11), музыки, телесных реакций, графических задач и
Распознавание паттернов
101
Рис. 3.15. Время сканирова-
ния и воспроизведения шахмат-
ной позиции игроками трех
различных уровней мастерства.
Адаптировано из: Chase and
Simon (1973).
Рис. 3.16. Зависимость пра-
вильно размещенных фигур от
уровня мастерства. Оригиналь-
ные позиции предъявлялись иг-
рокам в течение 5сек. Адапти-
ровано из: Chase and Simon
(1973).
шахмат. Одной из наиболее распространенных способностей человека,
применимой ко всем. чувственным формам, является, по-видимому, тен-
денция кодирования информации о реальности на языке абстракций высо-
кого уровня, в которые может встраиваться новая информация. Вышепри-
веденные эксперименты с восприятием шахматных позиций и абстрагиро-
ванием непосредственных стимулов подтверждают это положение.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81