16章2节问题解决的信息加工理论（连载系列）洪昆辉
2016-07-08 11:41阅读：
第十六章常规性和创造性统一的问题解决信息加工模型（洪昆辉16.2）
第二节
问题解决的信息加工理论
本节探讨：（一）问题解决的界定、形式化表达及实质1、问题解决的界定2、问题解决的形式化表述3、问题解决的实质4、问题能否解决取决于什么；（二）问题解决的基本类型1、根据面临问题主体的分类2、根据问题解决的途径分类3、根据问题解决难度的分类4、根据问题解决的前提、过程和结果的确定性和不确定的分类5、根据问题解决模式的分类6、人类认识事物的四条路径及问题解决方法分类7、根据不同思维形式实现的问题解决分类8、根据潜意识和显意识谁占主导地位的问题解决分类9、根据问题解决资源内容区分的问题解决10、根据问题解决与人类心理活动的关系分类11、根据问题解决是否涉及创造性活动分类；（三）问题解决的资源1、问题解决资源2、问题解决资源的类型；（四）现有的问题解决信息加工模型1、问题解决的状态转移模型2、心理过程的问题解决四阶段模型3
、问题解决的重点是提出假设与检验假设二个阶段模型
4、
问题解决的七阶段周期循环模型5、创造性思维过程四阶段模型
一、问题解决的界定、形式化表达及实质
1、问题解决的界定
在日常用语中所谓问题解决就是回答了人们提出的题目，解决了疑问、克服了困难、完成了有难度的任务、消除了麻烦、消除了初始态与目标态之间的差距，克服了障碍、通过某些操作和资源的投入和消耗实现了特定的目标。这里的资源投入和消耗可以指心智资源的投入和消耗，也可以指实物资源的投入和消耗或二者兼有的情况。
在信息科学和人工智能研究领域对问题解决有如下的表述“人的各种智能活动过程特别是思维过程，虽然各自有其特殊的规律和特点，但都可以在一定条件下形式地等效成一个
“问题求解”的过程。这里的
“问题”是一个被开拓了的抽象概念，它表示某个给定过程的当前状态与我们所要求的目标状态之间存在某种差异。问题求解就是想消除这个差异。任何一个智能活动过程，只要我们给出了适当的状态描述和过程描述，即建立起正确的形式化描述，它就可以被表示成一个问题求解过程”【7】林定夷先生将问题定义为“某个给定的智能活动过程的当前状态与智能主体所要求的目标状态之间的差距。相应地，可以把“问题求解”定义为：设法消除给定的智能活动过程的当前状态与智能活动所要求的目标状态之间的差距。如果以P表示问题，以St表示智能主体所要求的“目标状态”，以SP表示给定智能活动过程的当前状态，则有公式：
P
=St-SP
【8】信息加工理论认为，问题解决就是在问题空间通过一系列认知操作从而使问题从起始状态到达目标状态的过程。从一种状态到另一种状态的认知操作叫做算子（Operator），“所以问题解决就是在问题空间搜索一系列算子，通过利用算子，使问题从起始状态逐渐转变为目标状态”
状态转换理论描述的问题解决（problem
solving）就是指由一定的问题情境引起，经过一系列具有目标引向性的认知操作，使问题得以解决的心理历程。
本文的问题障碍说认为：“所谓问题解决就是指主体利用自身或社会拥有的资源消除初始态到目标态之间的差距或障碍，顺利达到主体目标态的过程”。问题解决实际是主体通过资源输入改变中间状态的过程，是中间态障碍逐渐变为零障碍的过程，是一个从初始态到目标态的逐渐逼近过程，是从初始态、中间态到目标态的贯通过程。
在问题解决过程中主体和客体及主客体关系发生了什么变化呢？根据问题性质的不同有这样一些变化：主体完成了一定的心智和行为的操作；主体解决了一定的矛盾；主体克服了一定困难；主体完成了一定的任务；主体选择了某种路径和程序，主体消除了实现目标的障碍；主体改变了对象的状态，对象从一种状态转换到一种状态；在问题解决过程中主体消耗了一定的信息的、实体的、信息与实体混合的资源……
2、问题解决的形式化表述
问题解决涉及复杂的主体和客体关系。客观上相同的问题（初始态、中间态和目标态）因主体的不同而构成不同的问题。主体不同，主体拥有的资源不同就决定了问题解决的难度或是否能够解决问题。问题解决还涉及主体对问题解决的资源的调动，搜索、输出的方式，主体虽拥有问题解决的资源但如果不能将其搜索到，并输出到中间态中，对问题解决也是无用的。
（1）主体面临特定问题用:
P={（S1）→（S2↛）→（
S3）}表示
(S2↛)表示中间态处于不通的障碍态，即从初始态S1达目标态S3之间存在通达障碍，使主体不能从初始态顺利通达目标态。
（2）问题解决的过程图示:
问题解决就是在主体的控制和驱动下把D集合中的资源不断插入中间态（S2↛）中，将d资源不断转化为有用的消除S2↛障碍的对象
（3）问题解决过程的中间态的状态转移：
(S2a)t+1=
max｛p(d,t)1，P(d,t)2,…,P(d,t)n｝
（S2a）t是指特定时刻或时间期间的中间态状态的变化，
t+1时刻的中间态（S2a）等于从若干t时刻的“问题解决资源对象集合D”中取出主体认为较优（如心理活动中激活程度最高，存在程度最高，能够最大限度缩小初始态与目标态之间差距）的元素p(d,t)i用来改变和替代下一中间状态。
（4）整个问题解决过程：PSP=(S1)
→(S2)
→max｛d1，
d2,…,
d，n｝→(S3)
PSP指问题解决过程，随问题解决资源的不断插入，中间状态逐渐变化，状态推移，障碍态逐渐消失，最终从初始态达到目标态。
（5）问题得到解决（通向目标的中间障碍已经消失）：P→
={（S1）→（S2→）→（S3）}
问题得解决变成非问题，（已经不再是问题了）指从初始态到达目标态的障碍已经消除，障碍（S2↛）转变为（S2→），或表示缺失的中间态已经插入，目标态可在状态转移中顺利实现。需要指出，中间态的变化可以是一个复杂的对象，是由多个状态（或信息对象）组成,用小括号中的对象（S2→）=(S2a，→S2b，→S2c，…,S2n)表示。一般情况下，在问题得到合适表征的情况下，初始态(S1)和目标态(S3)是已知的,明确的或基本明确的，问题解决过程的主要任务是发现和认识中间态，找到中间态的具体内容，让其插入到初始态和目标态中间。寻找中间态，消除中间态中的障碍的过程就是问题解决的过程。需要指出，当主体实现的目标态是一复杂和艰难的对象时，可以分段实施，如将目标分解为若干子目标分别实现，反之，一个大的目标的实现或者只是一个更大目标的子目标而已。
3、问题解决的实质
问题解决的实质就是通过主体拥有的问题解决资源不断的尝试性插入，最终形成一个确定性的，从初始态经中间态到目标态的首尾相连的相互通达的有序的状态链，信息链，行为链，以及由行为导致的实体对象变化链：
PSP={
(S1)→(S2a,→S2b,→S2c,→…，S2n→)→(S3)}。
属于信息层次的思维的问题解决过程是人头脑中发生的信息资源的生成过程，是信息资源不断插入已经转化为心理活动信息内容的中间态的过程，是中间态的不断变化过程，具体说是在人的大脑中由信息资源形成问题的合适表征，形成解的合适表征以及的二者在大脑中的相互遭遇，匹配、贯通的过程，是从初始态经中间态到目标态的一连串首尾相连的信息对象产生式链的形成过程:PSP=
{
(IS1)→(IS2a,→IS2b,→IS2c,→…，IS2n→)→(IS3)}
常规性问题解决是产生式链的形成，创造性问题解决过程也是产生式链的形成，不同的只是常规性问题解决的资源是主体自身或社会拥有的现成的信息资源。创造性思维利用的是自身创造的信息资源，如果利用主体或社会拥有的现成信息资源还不能解决问题时，即常规性方法不能解决问题的情况下，主体需要通过内部的资源创生，内部与外部结合的资源创生，或者获取来自外部的新资源来完成创造性问题解决，这就是创造性思维的问题解决与常规性问题解决的在信息处理上的区别。
本文问题解决模型所指的主体可以扩展，可以是指“人”，指其他动物或是指机器智能。问题解决对象和问题解决资源也可以扩展，问题和资源可以是指信息，指实体性对象或信息与实体二者皆兼有的对象，是行为资源，心智资源，实体资源，通过心理思维活动实现的问题解决消耗的是心智资源，本质上属于信息资源。本文提出的模型是一个统一的问题解决模型，思维的问题解决模型包括创造性思维问题解决模型从属于这个整体的问题解决模型。
4、问题能否解决取决于什么
（1）问题能否以合适的方式表达出来。包括问题三态的确认，问题的目标态设置是否合适，问题的目标态不是伪命题，不是难得或不可以达到的目标。
（2）问题解决者现实或未来（一段时间内）是否拥有问题解决的资源。资源可以是现成的、外部输入的，主体自我生成的，这些资源可以改变和填补中间态，资源中可以形成问题的合适表征，解的合适表征。
（3）问题解决资源能否被有效的驱动，问题与解能否有相互遭遇、匹配和贯通的可能性。虽然有问题解决资源，但如果不能有效驱动，不参与问题解决过程则是没有用的，问题与解的信息如果不遭遇或遭遇概率近为零，则问题解决的概率也为零。
二、问题解决的基本类型
1、根据面临问题主体的分类
（1）人类所面临的问题解决，包括个人和社会群体面临的问题解决。
（2）人之外的生物（如动物）面临的问题解决。问题解决不仅仅指人类，许多生物经常面对它们需要处理的各种问题，有的问题解决通过生物的本能来处理。有的需要生物后天学会的经验来解决，有的则需要一系列复杂的心理活动才能解决，如动物的行为试错和心理顿悟。
（3）机器（如计算机人工智能系统）面临的问题解决。计算机人工智能的问题解决主要是人赋予机器的能力，是人类智能的延伸，是机器代替人类智能进行信息处理和控制下的问题解决，目前高科技领域中的研究之一就是机器的问题解决。
（4）人机结合系统面临的问题解决。在人机结合的系统中，机器和人各自发挥自己的优势来完成信息处理和控制实现问题解决。
2、根据问题解决的途径分类
（1）用信息处理来解决的问题。此种问题解决需要改变对象的信息内容和信息对象之间的关系，主要是指信息层次的加工过程，如人的思维活动，在人的思维活动中所谓问题解决就是人的大脑处理信息来解决问题的过程。计算机系统实现的问题解决也是一个信息处理过程，不过是计算机实现的信息处理的过程。
（2）用改变物质实体和物质实体之间的关系来实现的问题解决。实体性问题解决主要是指问题解决者通过使物质实体或物质实体之间的关系发生变化，如主体发明特定工具，制造或创造出特定的实物对象，通过自身的力量和利用大自然的力量改变物质实体来解决问题。
（3）用改变物质实体和信息对象俩者来实现的问题解决。有的问题解决只改变实体或只改变信息一个方面是不能解决问题的，它需要既进行信息处理，在信息层次解决问题，同时也要在物质实体层次使对象发生变化在实体层次解决问题。有的问题解决需要分二步走，第一步先信息处理，第二步在信息处理的基础上回到实践中。人的发明创造过程就是属于这种情况，先在思维活动中构造信息层次的对象，后将对象在实践中制造出来。
（4）通过人的遗传的本能如刺激——反应，输出一定的信息或行为来解决问题。这是一种自动完成的相对低级的问题解决途径。
（5）通过人的一般心理活动的信息加工实现的问题解决。此类问题解决有后天的经验及学习的信息参与，但不一定涉及符号的信息处理。除了人之外的高级动物往往也是用此途径来解决问题的。
（6）通过人的与符号信息有关的思维活动实现的问题解决。思维活动是人区别于其他动物的本质特征，在人思维活动中通过操作符号来处理信息，利用人自身和社会已经有的信息资源及相应的问题解决模式来解决问题，如通过思维的逻辑推理解决的问题，许多人类面临的问题可以通过此途径来解决。
（7）通过创造性思维活动实现的问题解决。创造性思维是有信息创生的思维活动，当思维主体自身和社会都没有现成
