[论文解读] Analog Computation and Representation

Corey J. Maley|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2020

Philosophy and Theoretical Science被引用 13

一句话总结

本文通過拒絕傳統觀點中模擬計算依賴連續性的看法，重新定義了模擬計算，主張模擬計算的根本基礎在於模擬表徵——無論是連續還是離散的。透過對 Lewis-Maley 表徵理論的精煉，本文提出了一個原則性且機械論的模擬計算解釋，適用於歷史與當代系統，特別是在神經科學與認知科學領域，並為理解非數位計算提供了更廣泛的可能。

ABSTRACT

Relative to digital computation, analog computation has been neglected in the philosophical literature. To the extent that attention has been paid to analog computation, it has been misunderstood. The received view -- that analog computation has to do essentially with continuity -- is simply wrong, as shown by careful attention to historical examples of discontinuous, discrete analog computers. Instead of the received view, I develop an account of analog computation in terms of a particular type of analog representation that allows for discontinuity. This account thus characterizes all types of analog computation, whether continuous or discrete. Furthermore, the structure of this account can be generalized to other types of computation: analog computation essentially involves analog representation, whereas digital computation essentially involves digital representation. Besides being a necessary component of a complete philosophical understanding of computation in general, understanding analog computation is important for computational explanation in contemporary neuroscience and cognitive science.

研究动机与目标

• 糾正哲學界普遍存在的錯誤認知，即認為模擬計算由連續性定義。
• 基於模擬表徵，發展一個統一的模擬計算理論，以涵蓋連續與離散系統。
• 展示模擬計算在神經科學與認知科學中進行計算解釋方面的相關性。
• 為識別非數位、非模擬形式的計算奠定基礎，方法在於區分表徵類型。

提出的方法

• 分析 20 世紀模擬計算機的歷史案例，包括機械式、電子式以及非連續系統，以證明連續性並非模擬計算的必要條件。
• 採用並精煉 Lewis-Maley 的模擬表徵理論，強調表徵狀態與目標系統之間的共變關係。
• 透過聚焦於表徵結構而非連續性或離散性，區分模擬計算與數位計算。
• 將精煉後的理論應用於計算的機械論解釋，展示模擬表徵如何被物理系統操縱。
• 回應反駁意見，區分模擬計算與混合式或數位系統，並捍衛這些系統確實具有計算性的主張。
• 將框架推廣至可能存在的非模擬、非數位計算形式，方法在於識別其他類型的表徵。

实验结果

研究问题

• RQ1 若非連續性，什麼區分了模擬計算與數位計算？
• RQ2 為何非連續系統仍可被視為模擬計算？
• RQ3 模擬表徵在使系統成為計算性模擬的過程中扮演何種角色？
• RQ4 為何儘管具有歷史與科學上的重要性，模擬計算在哲學討論中仍被忽視？
• RQ5 模擬計算能否為解釋認知與神經過程，提供數位計算的可行替代或補充？

主要发现

• 歷史案例顯示，將模擬計算等同於連續性的主流觀點是錯誤的，特別是離散模擬計算機的存在已證明此點。
• 模擬計算最恰當的理解，是對模擬表徵的機械論操弄，無論這些表徵是連續還是離散。
• Lewis-Maley 的模擬表徵理論提供了一個堅固且通用的框架，可用於理解跨多種物理媒介的模擬計算。
• 模擬計算不僅是歷史遺產，更是解釋某些神經與認知過程所不可或缺的，而這些過程無法被數位計算良好捕捉。
• 該框架允許存在非模擬、非數位計算形式，從而擴展了計算理論的範疇。
• 該理論支持腦部可能執行模擬計算的觀點，為認知科學中純粹數位計算主義提供更細膩的替代方案。