第六章大数据认知学习与计算机实现
第六章 大数据认知学习与计算机实现
本章目录 6.1一个颠覆常识的认知实例 6.2人类认知学习的生理学原理 6.3认知过程的基本规律： “认”出特征，“知”道归属 6.4大数据认知的计算机实现：以人脸识别为例 6.5教育大数据与教育大数据技术的应用定位分析 6.6本章小结
本 章 目 录 6.1 一个颠覆常识的认知实例 6.2 人类认知学习的生理学原理 6.3 认知过程的基本规律： “认”出特征，“知”道归属 6.4 大数据认知的计算机实现：以人脸识别为例 6.5 教育大数据与教育大数据技术的应用定位分析 6.6 本章小结
6.1一个颠覆常识的认知实例 “盲人摸象”的故事 大澜南 长子 解蛇 图6-1盲人摸象的故事场景
6.1 一个颠覆常识的认知实例 “盲人摸象”的故事 图6-1 盲人摸象的故事场景
6.1一个颠覆常识的认知实例 从认知学习的角度来看“盲人摸象”的故事。 摸到大象鼻子的盲人说：“大象像一条蟒蛇。”我们对他的认知过程形式化 表达如下： 象鼻→一条蟒蛇：特征吻合，结论合理。 对于这一认知过程，对盲人而言，其认知对象、推断证据、推理逻 辑和推断结果都是符合其认知逻辑的。如果摸到大象鼻子的盲人说“大象 像一堵墙”，我们同样对他的认知过程形式化表达如下： 象鼻→一堵墙：特征不吻合，结论不合理。 在这一认知形式下，对于摸到大象鼻子的盲人说“大象像一堵墙”，我 们才会觉得他的结论是错误的。因为对应的认知对象、推断证据、推理 逻辑和推断结果，存在逻辑上的不一致。当然，这里的前提条件是，读 者对“墙”的概念，有非常一致的对象共识，对应一个读者共同认可达 成共识的概念本体
6.1 一个颠覆常识的认知实例 从认知学习的角度来看“盲人摸象”的故事。 摸到大象鼻子的盲人说：“大象像一条蟒蛇。”我们对他的认知过程形式化 表达如下： 象鼻→一条蟒蛇：特征吻合，结论合理。 对于这一认知过程，对盲人而言，其认知对象、推断证据、推理逻 辑和推断结果都是符合其认知逻辑的。如果摸到大象鼻子的盲人说“大象 像一堵墙”，我们同样对他的认知过程形式化表达如下： 象鼻→一堵墙：特征不吻合，结论不合理。 在这一认知形式下，对于摸到大象鼻子的盲人说“大象像一堵墙”，我 们才会觉得他的结论是错误的。因为对应的认知对象、推断证据、推理 逻辑和推断结果，存在逻辑上的不一致。当然，这里的前提条件是，读 者对“墙”的概念，有非常一致的对象共识，对应一个读者共同认可达 成共识的概念本体
6.1一个颠覆常识的认知实例 表6-1盲人摸象的推断过程分析 摸到的大象部位 推断结论 正确吗？ 推断错误的例子 第1个盲人 大象鼻子 像一条蟒蛇 √ 像一堵墙 第2个盲人 大象尾巴 像段软软的绳子 像一棵大树 第3个盲人 大象身体 像一堵墙 像一把大蒲扇 第4个盲人 大象的腿 像一棵大树 像一把尖尖的长矛 第5个盲人 大象的耳朵 像一把大蒲扇 像段软软的绳子 第6个盲人 象牙 像一把尖尖的长矛 像一条蟒蛇 这里借用“盲人摸象”的故事引出支持认知行为的上下文环境。我 们引用这个经典的寓言故事，主要是借此强调基于教育大数据资源进行 “教”和“学”具有共同的认知基础：循序渐进
6.1 一个颠覆常识的认知实例 这里借用“盲人摸象”的故事引出支持认知行为的上下文环境。我 们引用这个经典的寓言故事，主要是借此强调基于教育大数据资源进行 “教”和“学”具有共同的认知基础：循序渐进
6.2人类认知学习的生理学原理 生命科学的研究成果已经证实：人脑由大量（约101个）高度互联 的神经元（即神经细胞）组成。神经元是构成神经系统的基本单位，每 个神经元约有104个连接。 神经末梢 细胞核 轴突 细胞体 突触 树突 图6-2神经元的主体结构
6.2 人类认知学习的生理学原理 生命科学的研究成果已经证实：人脑由大量（约1011个）高度互联 的神经元（即神经细胞）组成。神经元是构成神经系统的基本单位，每 个神经元约有104个连接
6.2人类认知学习的生理学原理 基本术语解释如下： (1)树突：树状的神经纤维接受网络，它将电信号传送到细胞体，即负责 信号的输入。 (2)细胞体：对有树突输入的电信号进行整合并进行阈值处理，即负责信 号的处理和反馈。 (3)轴突：单根长纤维，它把细胞体的输出信号传递到其他神经元，即负 责信号的输出。 相关特征： (1)树突短而分枝多，直接由细胞体扩张突出，形成树枝状，其作用是接 收其他神经元轴突传来的脉冲并传给细胞体。 (2)轴突长而分枝少，为粗细均匀的细长突起，常起于轴丘，其作用是接 收细胞体传出的各种信号，并通过突触传递给其他神经元。轴突除分出侧枝 外，其末端形成树枝样的神经末梢。末梢分布于某些组织器官内，形成各种 神经末梢装置。 (3)神经细胞体是神经元最基本的结构和功能单位，由细胞核、细胞膜、 细胞质组成，具有联络和整合输入信息并传出信息的作用
6.2 人类认知学习的生理学原理 基本术语解释如下： （1）树突：树状的神经纤维接受网络，它将电信号传送到细胞体，即负责 信号的输入。 （2）细胞体：对有树突输入的电信号进行整合并进行阈值处理，即负责信 号的处理和反馈。 （3）轴突：单根长纤维，它把细胞体的输出信号传递到其他神经元，即负 责信号的输出。 相关特征： （1）树突短而分枝多，直接由细胞体扩张突出，形成树枝状，其作用是接 收其他神经元轴突传来的脉冲并传给细胞体。 （2）轴突长而分枝少，为粗细均匀的细长突起，常起于轴丘，其作用是接 收细胞体传出的各种信号，并通过突触传递给其他神经元。轴突除分出侧枝 外，其末端形成树枝样的神经末梢。末梢分布于某些组织器官内，形成各种 神经末梢装置。 （3）神经细胞体是神经元最基本的结构和功能单位，由细胞核、细胞膜、 细胞质组成，具有联络和整合输入信息并传出信息的作用
6.2人类认知学习的生理学原理 图6-2中还有一个基本概念：突触。突触代表了一个神经元的轴突和 另一个树突的结合点，表示的是神经元和神经元之间的连接部位，是神 经元和神经元之间进行信号交互的纽带。神经元之间通过突触进行信号 传导，组成了具有特定功能的神经网络。 突触 树突 轴突 树突 轴突 细胞体i 细胞体i 图6-3生物神经元连接原理
6.2 人类认知学习的生理学原理 图6-2中还有一个基本概念：突触。突触代表了一个神经元的轴突和 另一个树突的结合点，表示的是神经元和神经元之间的连接部位，是神 经元和神经元之间进行信号交互的纽带。神经元之间通过突触进行信号 传导，组成了具有特定功能的神经网络。 图6-3 生物神经元连接原理
6.2人类认知学习的生理学原理 如果从认知活动的生理学原理出发，“人”的认知进化，就是基于其 天生的神经系统，通过后天有意或无意的外界刺激，不断强化或构建新的 神经结构的过程，进而实现感知信号的增强和提升信道数量的日的。 智能化应用，本质上是结合“神经元”的生理反应规律，通过强大的 数据采集和分析能力，将人类的各种感觉，包括视觉、听觉、触觉，甚至 大脑的思考过程，利用数字化模拟技术，形式化成人类的各种感觉经验和 思维经验，进而从更高阶段大幅度地强化和提升人类对未知世界的探索感 知和思维能力。当用户建立新的网站或针对某网页内容添加新的内容的时 候，在开放互联的互联网环境下，其他用户可以很容易地发现、访问、浏 览这些层出不穷的互联网新要素，并且通过特定的网络结构，很容易地与 之建立链接互动。随着网络用户间彼此的交互访问，神经突触不断地受到 刺激和强化，进而使得整个神经系统能够感知的空间变得越来越大。我们 认为，网络环境下基于群智协同认知，就是这里基于个体认知生理学原理 在特定群体活动中的应用放大过程
6.2 人类认知学习的生理学原理 如果从认知活动的生理学原理出发，“人”的认知进化，就是基于其 天生的神经系统，通过后天有意或无意的外界刺激，不断强化或构建新的 神经结构的过程，进而实现感知信号的增强和提升信道数量的目的。 智能化应用，本质上是结合“神经元”的生理反应规律，通过强大的 数据采集和分析能力，将人类的各种感觉，包括视觉、听觉、触觉，甚至 大脑的思考过程，利用数字化模拟技术，形式化成人类的各种感觉经验和 思维经验，进而从更高阶段大幅度地强化和提升人类对未知世界的探索感 知和思维能力。当用户建立新的网站或针对某网页内容添加新的内容的时 候，在开放互联的互联网环境下，其他用户可以很容易地发现、访问、浏 览这些层出不穷的互联网新要素，并且通过特定的网络结构，很容易地与 之建立链接互动。随着网络用户间彼此的交互访问，神经突触不断地受到 刺激和强化，进而使得整个神经系统能够感知的空间变得越来越大。我们 认为，网络环境下基于群智协同认知，就是这里基于个体认知生理学原理 在特定群体活动中的应用放大过程
6.3认知过程的基本规律：认”出特征，知”道归属 在6.1节的论述中，我们提到了三个关键词：认知对象、推断逻辑和推 断结果。这分别反映了人类认知的三个阶段。 (1)认知对象代表了物理世界中客观存在的事物，对应我们在第1章 中提到的“数据”的概念内涵。 (2)认知的推断逻辑，引导了人们的认知过程，是认知进化所依赖 的逻辑规则，对应我们在第1章中提到的“知识”的概念内涵。 (3)认知的推断结果，体现了人们的认知结论，对应认知反应的输 出，对应我们在第一章中提到的“信息”的概念内涵，认知者得出了对 自己有用的结论
6.3 认知过程的基本规律：“认”出特征，“知”道归属 在6.1节的论述中，我们提到了三个关键词：认知对象、推断逻辑和推 断结果。这分别反映了人类认知的三个阶段。 （1）认知对象代表了物理世界中客观存在的事物，对应我们在第1章 中提到的“数据”的概念内涵。 （2）认知的推断逻辑，引导了人们的认知过程，是认知进化所依赖 的逻辑规则，对应我们在第1章中提到的“知识”的概念内涵。 （3）认知的推断结果，体现了人们的认知结论，对应认知反应的输 出，对应我们在第一章中提到的“信息”的概念内涵，认知者得出了对 自己有用的结论