推理心理学中的理性观分析
费定舟
一、推理心理学的研究对象与内容
推理心理学(psychology of reasoning)以人类的实际推理过程为研究对象。实际推理过程与正式的书写证明有很大的不同。当数学家在心中构想定理证明时，他也许是利用启发式的合情推理模式，从而与书写证明的推理步骤相反，所以，推理心理学不能以人类的理想的推理模式为研究对象，在这一点上，它与哲学和逻辑学相区别。也许推理心理学是认知心理学的一个子领域，实际上这是对推理心理学的狭义理解。广义的理解是，人类的实际推理过程是横跨神经、认知和行动的整个过程，包括演绎推理，归纳推理判断与决策(Manktelow，2012)。在神经元层次，推理过程是所谓的贝叶斯编码(Bayesian coding)，在认知和行动层次，推理过程是产生式系统的执行步骤(Kowalski，2011)。也就是说，推理心理学与认知心理学的研究目标不同，它追求的是一个统一的理论框架，是研究认知架构(cognitive architecture)。目前的研究趋势是广义的理解占主导地位，这一点从推理百科全书(K.Holyoak，R.Morrison，2011)可以看出。
当推理心理学关注人类日常推理、尤其是演绎推理过程时，就会产生一个重要的关于人类理性的问题:它与逻辑学的形式法则一致吗?如果不一致，该如何解释人类的非理性行为?哲学家把人定义为理性的动物，但心理学作为实验的科学，它的任务是检验这个关于人类行为的基本假定。那么，人类的理性如何定义，这个直接影响到心理学实验的设计和对实验结果的解释。实际上，理性概念是在实验结果解释之后才引起反思的，是随着心理学不断发展而改变自身的内涵。例如，Wason的纸牌选择任务实验表明，人类日常演绎推理过程并不遵守逻辑学的形式法则。本文将对目前推理心理学的代表性理论和模型背后的理性观作一初步的梳理。我们认为，建立在贝叶斯法则上的理性观，即把日常推理过程看做遵守贝叶斯法则上的概率形成过程，也许是目前较为合理的理性观。
二、形式逻辑的重要性
人类的推理过程有狭义和广义之分，即分为演绎推理和归纳推理。推理心理学自Wason开始，以演绎推理为重点，而条件句推理是重中之重。研究的任务是建立人类的推理过程的模型，人类的推理过程是否与形式逻辑规则相符，一直是讨论的焦点。在研究方法上，有两种不同的范式:一是规范的推理心理学，形式逻辑规则是评价标准(normality of psychology of reasoning);二是描述的推理心理学，人类的实际推理过程与形式逻辑规则并不符合(description of psychology of reasoning)。即使人类推理大部分是归纳推理，演绎推理的形式逻辑法则依然是绕不过的概念。主要原因是:一是形式逻辑法则是人类理性的主要内容;二是形式逻辑法则提供实验结果的参考系，三是形式逻辑法则提供实验结果的可能解释。人类理性的主要内容是人类把逻辑规则作为知识和语言的规范和法则。关于条件句的形式法则有很多，这里只列举重要的四个:
其中，MP和MT是有效的推理模式，DA和AC是无效的推理模式。p
q表示如果p，那么q，┐p表示非p，即否定形式的命题。在这里，由于篇幅原因，我们不讨论三段论推理的规则集。有效的推理模式在形式逻辑里是这样界定的:如果前提为真，那么结论就一定为真。遵守有效的推理模式是传统理性观的基本要求。
形式逻辑法则可以看做推理心理学实验结果的参考系。例如，在三段论推理中，当考虑命题的可信度时，被试的表现是很有趣的，它揭示了人类在作推理时更多是从语义维度出发的。下面的图1可以反映这一点。
图1 三段论推理的有效性和其中命题的可信性是以在被试中的比例来测量的(Klauer et al，2000)
形式逻辑法则有时提供实验结果的可能解释。例如，对条件句推理的4个模式的测试表明，有效的模式MP和MT在实验的人群中比例最高，而无效的推理模式DA和AC比例最低，这导致Rips等人假设人类推理在实际中是围绕形式逻辑法则的(Rips，1985)。另一个例子是瑞士心理学家Piaget则认为儿童智力的发展与儿童逻辑推理能力的发展是同步的，儿童智力的发展的最终阶段是儿童正确地进行逻辑和数学思维(Piaget，1957)。但在很多日常思维过程中，我们也观察到许多不遵守逻辑和数学思维的现象。英国心理学家Wason决定用实验来研究日常思维过程中背离逻辑规则的心理过程，这导致了推理心理学的现代开端(Wason，1966)。
三、Wason的纸牌选择任务
与其他认知心理学实验比较，推理心理学的实验设备相当简单，但实验设计不简单，处处设有陷阱。Wason的纸牌选择任务实验是4张正反两面写有英语字母和0～9中的数字加上一条件句规则:如果一张纸牌的一面是元音字母，那么，纸牌的另一面是偶数。实验的材料如图2所示。
图2
实验的问题是:翻哪些牌可以测试上面提到的条件句规则的真假与否?
实验结果如图3所示。
在众多选择任务实验中，只有10%左右的被试能够挑选A和7两张牌，按照形式逻辑标准，A和7两张牌是正确的答案。当向被试解释正确答案时，他们仍然难以理解K和2为什么不用翻。有些心理学家认为这些被试不理解形式逻辑的实质蕴涵(material implication)，有些则认为条件句“如果……那么”在日常语境中有很多不同的理解，即条件句“如果……那么”是含糊的命题。特别是，如果这些被试在经过逻辑培训之后，再来回答相似的选择任务时，表现会不会好一些呢?实验表明，成绩并没有显著地提高。早期的心理学家认为纸牌选择实验表明人类在日常语境中不遵守逻辑规则，推理过程是非理性的。但是，他的这个结论遭到了两个不同方向的反驳。一个方向是人们即使在日常语境里，也是潜在地遵守逻辑规则的，不遵守逻辑规则是由于认知的偏离;另一个方向则认为这种对逻辑规则的违反恰恰是人类理性的表现，这个理性是另外一种类型，即社会交换理性(social rationality)，它不同于逻辑理性。mental rule和mentalmodel理论是属于逻辑理性一方，而实用理性理论(pragmatic reasoningmodel)和社会交换理性理论正处于相反的一方。
择任务实验被试选择四张牌的百分比(Marcus＆Rips，1979)
四、mental rule理论的理性观
mental rule理论有点像Fodor的思想语言(language of thought)假设(Fodor，1983)，它认为人类心灵有两个成分，一个是推理模式(inference schemas)，类似于Gentzen的自然逻辑(natural logic)演绎系统(Gentzen，1935)，是句法性质的;另一个是选择和排序这些推理模式并应用于给定前提下的特殊推理形式，它涉及句法到语义表达的过渡，应用哪些推理模式，以及在何时应用等环节。mental rule理论还假设这些推理模式是普遍的，跨文化和民族的(Braine＆O’Brien，1998)。对于条件句推理，MP规则非常容易激活，另一个相关规则是假想规则(suppostion)，即为了导出结论“如果p，那么q”，我先假定p成立，再结合其他收集到的信息，推出q成立。mental rule理论可以解释MP规则有那么高的接受程度，MT规则次之，AC和DA规则相比较要小得多。mental rule理论在这方面有很多实验证据支持。那么它如何解释纸牌选择任务中的这4个规则的接受率的差别呢?为什么答对率(按照形式逻辑规则)如此之低?所以，如果人类推理有理性的潜质，其推理表现却是非理性的，那么我们可以认为有很多干扰机制妨碍理性的发挥，如某些自然演绎规则的提取困难、记忆负担或者其他的认知偏向。因此，mental rule理论的理性观实际上是理想状态下的人类理性，它可以允许实际表现的偏离。
五、mentalmodel理论的理性观
mentalmodel理论的理性观与mental rule理论的理性观一样，都设定人类理性的理想标准，认为人类推理可以是理性的，但在具体的任务表现上却有较大的偏差。但它与mental rule理论不一样，它认为这些推理偏差来自于人类的经济原则:mental model越少越好，这可以节省认知过程(Johnson-larid，1983)。所谓mentalmodel，是指对于存在的推理任务，推理者可以构造若干个可能情形，在这些情形中，推理的前提都是真的，结论可以从这些前提得出。唯一遵守的规则是无矛盾规则。mentalmodel理论明确指出，一个有效的推理必须考虑所有可能的情形。但在经济原则的支配下，推理者往往只考虑部分的情形，这导致推理无效。mentalmodel理论也可以解释4个规则的接受率的差别，它的重点是其差别是与推理任务所涉及的mentalmodel的数量有关，数量越多，推理出错的机会越大。对于Wason纸牌选择任务，它比Mental rule理论更好地解释为什么选择MT答案的人是那么少。另外，mentalmodel理论还预言了推理前提的内容对推理的有效性造成很大的破坏。
六、实用理性和社会交换理性
实用理性模式(pragmatic reasoning schemas)与刚才提到的逻辑理性相反，它假定人类日常推理并不遵守逻辑规则，而是遵守另一种规则，这些规则通常是许可(permission)，禁止(prohibition)和因果关系的抽象表达，并在特殊语境中得到激活，条件句的“如果……那么”是这些规则的目标—行动式表述(Cheng，1985)。一个类似的纸牌选择任务是针对下列纸牌的，如图4所示。
图4
现在假设在某个国际机场出入境办公室，旅客们都必须填一张正反两面都有文字的卡片，一面是关于你是入境还是中转，另一面是传染病的名称。机场出入境办公室管理有一条规定:如果旅客要入境，那么他必须在另一面写上Cholera(霍乱)。实验用问题是:需翻哪些牌能够检验该规定的遵守与否?对同一群被试者，有两种情形可对比:开始再无任何背景信息提供，之后是特别情形提示(rationale):这些传染病是旅客近半年接种过的，填写的目的是确保入境的旅客免于Cholera的感染，因为入境的国家Cholera正流行。实验结果是在rationale下，答案正确率由62%大幅提高到92%。实用理性模式中的理性是与特定的社会规范密切相关的，与逻辑规则没有联系，而Wason纸牌选择任务的材料是很难与特定的社会规范联系起来，所以被试的表现当然不佳。
社会交换理论(social contract theory)与此类似。它认为，人类为了进行社会交互，已经进化出内在的心理机制(达尔文算法)来处理社会交互，其核心是标准的社会交换契约:如果你得到好处，那么你必须付出代价，或该契约的变体:如果你付出，那么你就有回报。该契约的一个类型是识别欺骗者的达尔文算法，它是人类自然选择的产物(Cosmides，1989)。
如图5所示欺骗者通常是得了好处但没有付出(P and非q)。在标准的社会交换契约下，要识别欺骗者，只要翻动P和非q这两张牌，在纸牌选择任务的目的是找出欺骗者的实验设计中，被试者几乎100%翻动P和非q这两张牌，非常切合基于逻辑规则的任务选择。所以，按照社会交换理论，逻辑理性只是社会交换理性的特殊情形，而社会交换理性又是进化理性的一部分。与实用理性和社会交换理性类似的理论还有二元成分假设和逻辑程序模型。这些关于人类推理的理论都有其合理性，但是在测量和定量方面还不够深入。下面的贝叶斯理性观在定性和定量方面提供了一个较可行的方案。
图5
七、为什么是贝叶斯理性观
贝叶斯理性观建立在信息论的熵概念和贝叶斯定理的基础上。基于数据选择优化算法(optimal dataselection)，贝叶斯理性观发展出计算选择某张牌的概率方法(Oaksford＆Chater，1994)。熵概念告诉我们，纸牌选择任务是关于不确定性的，每一张牌的选择是根据信息增益(information gain)为依据:翻某张牌带给我们的信息增益越大，那么我们越倾向于选择它。设MD和MI分别表示两个竞争假设:条件句中的前件P和后件q是相关的和独立的。由熵的定义我们可以度量条件句中的前件P和后件q相关性的不确定性I(MD，MI):
贝叶斯定理(Bayesian theorem)给出在实验结果D后，两个假设的后验概率:
翻某张牌可能出现不同的结果，是一个随机事件，例如，翻A这张牌，如出现2，我们把它记为Pq，它的信息增益Ig(Pq)为:
Ig(pq)=I(MD，MI)－I(MD，Mi|pq)
由此，我们可以计算出翻某张牌P的期望信息增益Ig(P)，它可以导出选择某张牌的概率(选择倾向函数)(Hattori，1999)，这样我们就可以把这个函数理论值同实验进行比较，这就是模型的拟合(model fitting)，图6是模型的拟合，可以看出，贝叶斯理性观的解释力是非常好的。
图6 PanelA是mental rule理论与实验的比较，PanelB是基于数据选择优化算法的拟合(Oaksford＆Chater，1994)
贝叶斯理性观与逻辑理性观不同，它把条件句推理看做是信念的更新过程，认为推理是获得新信息的过程，新信息的获得同时是一个优化的程序。更广阔的理论背景是贝叶斯理性观与进化理性是一致的，数据选择优化算法是人类自然选择和适应的反映。
为什么贝叶斯理性观是目前最好的?尽管有很多反对的声音，但是我们都承认，在定量解释方面，贝叶斯理性观的模型拟合是最好的。图6只是其中的一个成功的例子。而且，mental rule理论和mentalmodel理论可以有定性的预测，其定量分析都必须借助于贝叶斯定理。也许应用贝叶斯定理来估计翻牌的概率需要很多中间假设，对数据的优化是很有吸引力的假设。mental rule理论和mentalmodel理论需要一些特设性假设，这些假设常常与实验材料不一致。在涉及解释条件句中的否定现象时，mental rule理论和mentalmodel理论做不到像数据选择优化算法那样的深入。最后的辩护是非常重要的:贝叶斯理性所蕴涵的方法是简洁和统一的，这是正确理论的关键特征。
◎参考文献
［1］M.Braine＆O'Brien:Mental logic，Erlbaum，1998．
［2］P.Cheng＆J.holyoak:Pragmatic reasoning schemas，Cognitive psychology，17:pp.391-416，1985．
［3］L.Cosmides.The logic of social exchange:has nature selection shaped how human reason?Studis with the Wason selection task，Cognition，31: pp.187-276，1989．
［4］J.Fodor:Modularity ofmind，MIT Press，1983．
［5］G.Gentzen:Untersuchungenüber das logische SchlieβenI，Mathematische Zeitschrift，39(2):pp.176-210:1935．
［6］M.Hattori The effects of probabilistic information in Wason’s selection task，Quarterly journal of experimental psychology 1999，55A，pp.1241-1272．
［7］K.Holyoak，R.Morrison:The Oxford Handbook of Thinking and Reasoning(Oxford Library of Psychology)，2012．
［8］P.Johnson-Larid:Mental models，Cambridge University Press，1983．
［9］K.Klauer，et al:On belief bias in syllogistic reasoning，Psychological review，107:pp.852-854．
［10］B.Kowalski:Computational Logic and Human Thinking:How to be Artificially Intelligent，Cambridge University Press，2011．
［11］K.Manktelow:Thinking and Reasoning:An Introduction to the Psychology of Reason，Judgment and Decision Making，Psychology Press，2012．
［12］S.Marcus，J.Rips:Conditional reasoning，Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior 1979，18，pp.199-223．
［13］M.Oaksford＆N.Chater:The rational analysis of the selection task as optimal data selection，Psychological review，1994，101，4:pp.608-631．
［14］J.Piaget，logic and psychology，Basic books，1957G.Polya，Mathematics and Plausible．
［15］Reasoning，Volume 2:Patterns of Plausible Inference，Princeton University Press，1990．
［16］J.Rips:The psychology of proof，MIT Press，1994．
［17］P.Wason:Reasoning，In Foss B.M.New horizons in psychology，Penguin，1966．