[论文解读] A rational analysis of curiosity

Rachit Dubey, Thomas L. Griffiths|arXiv (Cornell University)|May 11, 2017

Psychological and Educational Research Studies参考文献 16被引用 4

一句话总结

本文提出了对好奇心的理性分析，主张人们倾向于寻求能最大化未来知识效用的刺激。该模型通过展示当环境结构将置信度与暴露程度关联时，好奇心在中等置信度水平达到峰值，从而统一了基于新奇性的理论与信息缺口理论，其有效性通过行为实验得到验证，实验显示在不同条件下均存在倒U型和随置信度下降的好奇心关系。

ABSTRACT

We present a rational analysis of curiosity, proposing that people's curiosity is driven by seeking stimuli that maximize their ability to make appropriate responses in the future. This perspective offers a way to unify previous theories of curiosity into a single framework. Experimental results confirm our model's predictions, showing how the relationship between curiosity and confidence can change significantly depending on the nature of the environment. Please refer to https://psyarxiv.com/wg5m6/ for a more updated version of this manuscript with a more detailed modeling section with extensive experiments.

研究动机与目标

• 为好奇心提供一种目的性、理性的解释，以统一以往的机制性理论。
• 研究环境结构——特别是置信度与暴露之间的关系——如何影响好奇心。
• 检验当暴露依赖于置信度时，好奇心是否在置信度上呈现倒U型曲线，而当暴露独立于置信度时，好奇心是否呈下降趋势。
• 评估人类的好奇心行为在不同环境条件下是否与模型预测一致。
• 通过识别如何通过操控环境结构来增强好奇心，探讨其在教育设计中的启示。

提出的方法

• 在Marr（1982）和Anderson（1990）的启发下，采用理性分析框架，将好奇心形式化为在不确定性下对最大化未来知识效用的追求。
• 定义一个计算模型，其中好奇心由能最大程度提升当前知识预期效用的刺激所驱动。
• 基于两种环境条件推导预测：（1）暴露概率依赖于置信度（置信条件），（2）暴露独立于置信度（均匀条件）。
• 预测在置信条件下，好奇心应在中等置信度时达到峰值（倒U型）；而在均匀条件下，好奇心应随低置信度而增加（下降趋势）。
• 开展一项包含220名参与者的实验，通过主轮（置信度评估）和附加轮（好奇心测量）中的答案揭示行为来测量好奇心。
• 使用以置信度和不确定性（置信度 × (1 − 置信度)）为预测变量的回归模型分析数据，检验二次项与线性趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 环境结构——特别是暴露对置信度的依赖性——如何影响好奇心与置信度之间的关系？
• RQ2 当暴露依赖于置信度时，好奇心是否如模型预测的那样在置信度上呈现倒U型曲线？
• RQ3 当暴露独立于置信度时，好奇心是否如模型预测的那样随置信度增加而下降？
• RQ4 人类的好奇心行为在不同环境条件下与模型预测的一致程度如何？
• RQ5 所提出的理性模型能否在单一框架下统一以往独立的 curiosity 理论（新奇性、信息缺口、学习进展）？

主要发现

• 在主轮中，置信条件和均匀条件下的好奇心均显著呈现倒U型关系，相关系数 r = 0.2，且不确定性系数显著（p < 0.001）。
• 在附加轮中，置信条件下的好奇心显著呈现倒U型关系（置信度和不确定性系数的 r 值分别为 0.9，p < 0.05），证实了模型的预测。
• 在均匀条件下，好奇心与置信度显著呈下降关系（置信度的 r = 0.91，p < 0.001），而不确定性系数不显著（p = 0.09）。
• 模型预测具有稳健性：当暴露依赖于置信度时，好奇心在中等置信度时最高；当暴露独立于置信度时，好奇心在低置信度时最高。
• 排除揭示少于3个或超过37个答案的参与者（n = 78），最终分析保留220名参与者（置信条件118人，均匀条件102人）。
• 结果支持这一主张：好奇心并非由单一机制驱动，而是对环境结构的理性反应，统一了新奇性与信息缺口理论。