地理信息智能化处理_地理空间认知

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1、2.1 认知科学认知科学?认知科学是探索人类的智力如何由物质产生和人脑信 息处理的过程，是研究人类的认知和智力的本质和规 律的前沿科学(史忠植, 2006)。?认知科学研究的范围：包括知觉、注意、记忆、动作、 语言、推理、思考、意识乃至情感动机在内的各个层 面的认知活动。?为了使信息向知识的转变由盲目走向自觉、由经验走 向科学，必须研究和理解人类知识的认知结构及其过 程(史忠植, 2006)。?认知科学的科学目标：?旨在探索智力和智能的本质，建立认知科学和新型 智能系统的计算理论，解决对认知科学和信息科学具 有重要意义的若干基础理论和智能系统实现的关键技 术问题。?以知觉表达、学习和记忆过程中

2、的信息处理、思维、 语言模型和基于环境的认知为突破口，在认知的计算 理论与科学实验方法与策略等方向实现原始创新，探 讨创新学习机制，建立脑功能成像数据库，提出新的 机器学习理论和方法(史忠植, 2006)。? ?认知科学的层次：认知科学的层次：认知科学的层次：认知科学的层次：从4个层次开展认知本质的研究。?认知生理学：研究认知行为的生理过程，主要研究人的 神经系统(神经元、中枢神经系统和大脑)的活动，是认 知科学研究的底层。?认知心理学：研究认知行为的心理活动，主要研究人的 思维策略，是认知科学研究的顶层。?认知信息学：研究人的认知行为在人体内的初级信息处 理，研究人的认知行为如何通过初级信息

3、处理，由生理 活动变为心理活动及其逆过程，是认知活动的中间层， 乘上启下。?认知工程学：认知工程学：研究认知行为的信息加工处理研究认知行为的信息加工处理，研究如何，研究如何 通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种 认知行为认知行为( (如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推 理、识别等理、识别等) )进行信息处理。是研究认知科学和认知行为进行信息处理。是研究认知科学和认知行为 的工具，是现代认知心理学和现代认知生理学的重要研的工具，是现代认知心理学和现代认知生理学的重要研 究手段。究手段。认知科

4、学相关学科关系图认知科学是多学科的交叉：认知科学是多学科的交叉：2.2 2.2 认知心理学认知心理学认知心理学认知心理学?认知心理学是二十世纪50年代中期在西方兴起的一种 心理学思潮，二十世纪70年代成为西方心理学的一个 主要研究方向。?认知心理学研究人的高级心理过程，主要是认知过 程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等。?与行为主义心理学家相反，认知心理学家研究那些不 能观察的内部机制和过程，如记忆的加工、存储、提 取和记忆力的改变。?认知心理学家的研究方法：?认知心理学家关心的是作为人类行为基础的心理机制， 其核心是输入和输出之间发生的内部心理过程。但是不能 直接观察内部心理过程，只能

5、通过观察输入和输出的东西 加以推测。所用的方法就是从可观察到的现象来推测观察 不到的心理过程。这种方法称为会聚性证明法，即把不同 性质的数据会聚到一起，从而得出结论。?现代认知心理学研究通常要实验、认知神经科学、认知 神经心理学和计算机模拟等多方面证据的共同支持，这种 多方位的研究也越来越受到青睐。通过研究脑本身，希望 揭示认知活动的本质过程，而非仅仅推测其过程。最常用 的就是研究脑损伤病人的认知与正常人的区别来证明认知 加工过程的存在及具体模式。?格式塔心理学对认知心理学的影响很明显。它以知 觉和高级心理过程的研究著称，强调格式塔的组织、 结构等原则，反对行为主义心理学把人看成是被动的 刺激

6、反应器。这些观点对认知心理学有重大影响，如 认知心理学把知觉定义为对感觉信息的组织和解释， 强调信息加工的主动性等。?格式塔心理学：格式塔心理学：?格式塔心理学是西方现代心理学的主要流派之一， 也称为完形心理学，完形即整体的意思，格式塔是德 文“整体”的译音。格式塔心理学主张心理学研究现象 的经验。在观察现象的经验时要保持现象的本来面 目，不能将它分析为感觉元素，并认为现象的经验是 整体的或完形的(格式塔)，所以称格式塔心理学。人类信息加工系统? ?认知心理学研究的主要论题：认知心理学研究的主要论题：认知心理学研究的主要论题：认知心理学研究的主要论题： （1 1）注意）注意）注意）注意?人一次

7、只能注意一件事情，但是生活中常常需要我 们同时注意多种事物。?如老师期望学生在课堂上既认真听课也做好笔记。 对此，认知心理学家研究了集中注意和分散注意。?一般来讲，个体能决定进行集中注意还是分散注意。 对于每一项任务，也许只进行集中注意，或分散注 意，也可以两种方式同时运用。?集中注意或分散注意的运用常常由目标驱动，或由 注意控制过程来确定。（2 2）模式识别）模式识别）模式识别）模式识别?我们常常需要正确地辨认模糊的事物。我们的生存依 赖于我们正确地解释较模糊的感觉输入的能力。?认知心理学家研究了模式识别中的两种理论：模板理 论和特征理论。?模板理论的基本观点是在长时记忆中存在一个与知觉 的

8、视觉模式相对应的缩微复本或模板，模式识别成功 的条件就是某一模板与输入刺激进行最为接近的匹配。?特征理论认为一个模式由一组特征或属性组成，模式 识别以从输入视觉刺激中提取特征开始，然后将这组 提取出来的特征整合起来并与记忆中的相关信息进行 比较。（3）记忆）记忆?记忆是人的一种重要认知能力。认知心理学对记忆 的研究体现在以下几个方面：?知识在记忆中的组织方式；?个人经验的记忆如何适应人们对世界的一般了解；?程序性知识和陈述性知识在记忆中的组织是否相 似；?记忆的遗忘过程；?遗忘的记忆是否确实丢失了。记忆理论通常都要考虑记忆系统的结构和结构内部的运作机制或过程。结构是指记忆系统的组织形式，而过程

9、则指记忆系统内所发生的活动。推荐一本书：推荐一本书：推荐一本书：推荐一本书：钟道隆.2005.记忆的窍门:普通人提高记忆力的方法.北京:清华大学出版社他45岁自学英语口语，一年后成为口语翻译；他52岁自学电脑，十几年写作与翻译了60余本书；他57岁学习和研究记忆法，能背出圆周率1000 余位。“何以解忧，唯有学习”是他的座右铭。记忆的多重贮存模型记忆系统的结构（4）知识的组织）知识的组织知识的组织涉及记忆的贮存材料的形式问题。?关于知识的组织涉及如下问题：?人类是如何在大脑中组织和表征外部世界的；?程序性知识和陈述性知识的形式描述之间的区别；?程序性知识与陈述性知识的贮存方法等。（5）语言）语

10、言?认知心理学对语言问题的研究包括：?经验在获得语言中的作用；?正常语言和反常语言是如何发展的；?语言的性质问题；?认知系统是否遵循语言规则；?规则描述行为和规则支配行为问题的差异等。语言阶段语言阶段起始年龄起始年龄 哭哭哭哭出生出生出生出生 咕咕声咕咕声咕咕声咕咕声6 6个星期个星期个星期个星期咿呀语咿呀语咿呀语咿呀语6 6个月个月个月个月语调模式语调模式语调模式语调模式8 8个月个月个月个月单字语句单字语句单字语句单字语句1 1岁岁岁岁双字语句双字语句双字语句双字语句1818个月个月个月个月单词屈折变化单词屈折变化单词屈折变化单词屈折变化2 2岁岁岁岁疑问句、否定句疑问句、否定句疑问句、否

11、定句疑问句、否定句2 2岁岁岁岁3 3个月个月个月个月不常见或复杂结构不常见或复杂结构不常见或复杂结构不常见或复杂结构5 5岁岁岁岁成熟言语成熟言语成熟言语成熟言语1010岁岁岁岁语言发展的里程碑（6）推理）推理?认知心理学家关注的推理问题主要包括：?如何解释人类自然出现的推理；?自然出现的人类推理是否合逻辑；?人类自然出现的推理的性质。（7）问题解决）问题解决?认知心理学家在问题解决方面关注的问题包括：?计划和制定计划的过程；?面临下一个问题时如何使用记忆中的信息和其 它知识形成一个解决问题的目标；?在问题解决过程中，有些人能制定出有效的方 法并达到目标，而有些人却不能，研究导致这 种差别的

12、原因。（8）分类、概念和组织（8）分类、概念和组织?人们需要把知识组织成类别和概念以便更有效地处 理外界信息。概念性知识包括具体的事物和抽象的 实体。在认知过程中，我们必须对新的信息进行组 织从而提升解决问题的能力。 认知心理学家关注的问题包括：?人类对物体的分类能力；?人是否生来就具备所有概念的基础? 如果不具备所 有基础，那么所形成的概念的数量和性质都是有限 的。?在认知过程中是否由于后天的经验发展了概念，一 些具体经验对形成一般知识产生了作用。Collins和Quillian提出的层次、语义网络示意图2.32.3 认知物理学认知物理学认知物理学的基本思想包括(李德毅,杜鹢,2005; L

13、i and Du, 2007) ：?借鉴物理学中的场描述数据间的相互作用；?借鉴物理学中的原子模型表示概念；?借鉴物理学中的粒度描述知识的层次结构；?借鉴物理学中的状态空间转换思想形成知识发现 的状态空间转换的框架。?借鉴物理学中的原子模型表示概念?语言是思维的载体，概念就是思维的原子。概念是 人类思维活动的基本细胞。?定性的概念和定量的数据之间普遍存在不确定性， 尤其是随机性和模糊性。李德毅提出用云模型来统 一刻画语言值和数据之间的随机性和模糊性，它是 用语言值描述的某个定性概念与其数值表示之间的 不确定型转换模型。“原点附近”?借鉴物理学中的场描述客体的相互作用?客体又称对象，通常通过数据

14、或数据集来描述。将 一个由具有M 维属性的N 条记录构成的逻辑数据 库，即M 维数据空间中的N 个客体表示的数据集， 作为认识问题和发现知识的起点和背景。?每一个客体看作是数据空间的一个点电荷或质点， 位于场内的所有其它客体都将受到该客体的某种作 用力，在整个数据空间就会形成一个场(数据场)。由工资和工龄二维属性反映的3000个人的数据，客体在二维属性构成的平面形成数据场，等势线表明了这3000个客体之间的相互作用形成的抱团特性，很自然地反映出3000个人的聚类情况。?借鉴物理学中的层次结构描述知识发现状态空间?人们能够从极不相同的粒度上观察和分析同一问题。 从较细的粒度世界跃升到较粗的粒度世

15、界，是对信息 或知识的抽象，使问题简化，数据处理量大大减少， 这一过程称为数据简约或归约。用粗粒度观察和分析 信息，忽略了细微的差别，寻找共性。?共性常常比个性更深刻，可以求得宏观的把握。如果 用细粒度观察和分析信息，可发现纷繁复杂的表象， 更精确地区分差别。个性比共性更丰富。通过概念跃 升，可以发现更普遍的知识。?不同信息粒度之间的概念形成层次的结构是不固定的。 层次概念的固定的、离散的、阶跃的划分方式，无法 表示认知和思维过程中抽象层次的不确定性和渐进 性，以及在微观和宏观方向的无限可扩展性。2.4 地理空间认知的概念?地理空间认知(geospatial cognition)是指在日 常生

16、活中，人类如何逐步理解地理空间，进 行地理分析和决策，包括地理信息的知觉、 编码、存储、以及解码等一系列心理过程 (Lloyd R, 1997; 王晓明等,2005)。2.5 地理空间认知的研究内容（1 1）地理知觉）地理知觉）地理知觉）地理知觉地理知觉的研究涉及以下几个方面：地理知觉的研究涉及以下几个方面：地理知觉的研究涉及以下几个方面：地理知觉的研究涉及以下几个方面：1）格式塔心理学(Gestalt Psychology) ?格式塔心理学知觉理论是对知觉组织通用原则的研 究。格式塔心理学又称“完形心理学”，是一种研究 经验现象中的形式与关系的心理学。?格式塔心理学揭示了知觉的4个基本特征：相对性、 整体性、恒常性、组织性。并总结了称为组织律的 系列知觉组织原则，包括图形-背景原则、接近原则、 连续原则、相似性原则、闭合和完整倾向原则、共 向性原则、简单原则等。图格式塔知觉组织原则的一些例子（a）接近律；（b）相似律；（c）连续律；（d）闭合律地理知觉的研究内容：地理知觉的研究内容：地理知觉的研究内容：地理知觉的研究内容：?2）知觉的透镜模