“并行思维模式”理论及“思维优化”理论初探——信息加工心理学视角

张 弛

【摘 要】在信息加工心理学领域，计算机模拟人的心理活动是一种代表性的研究方法。受启发于计算机的工作原理、方式，以信息加工心理学为视角，采用类比的方法，将人脑的思维方式与计算机相对照，提出人脑的“并行思维模式”理论及“思维优化”理论。其中，思维优化的途径包括优化思维架构和优化软件系统。

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关键词 信息加工心理学；并行思维模式；思维优化；思维架构；模拟

【中图分类号】G443 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2015）01-0030-04

信息加工心理学认为，人脑是一个信息加工系统，它可以对表征信息的物理符号进行输入、编码、贮存、提取、复制和传递。在该学科领域，计算机模拟是一种代表性的研究方法，即将人的心理过程模拟为计算机运行方式，从而认识人的心理活动过程，对人的内部信息加工过程进行逻辑分析。

理论建构的基础

信息加工心理学将信息加工方式划分为系列加工、平行加工等几种。系列加工是指信息加工按照确定的顺序一步步进行的加工方式，而平行加工则是指多方面刺激信息可以在不同的信息加工单元中同时进行的一种加工方式。

在多数情形下，人脑加工信息的典型工作方式是一项项地完成，各项任务之间存在着先后顺序问题，这相当于“系列加工”方式。就这种工作方式而言，要想提高总体工作效率，基本思路是提高每一子项工作的效率。这类似于计算机不断追求速度方面的提升，以缩短对每一项任务的处理时间，提升总体的性能。

近年来，科研人员在提高计算机芯片运行速度方面遇到了瓶颈，不得不改变思路，探索和开发更多内核的处理器，并不断完善处理器的构架。前者实现了多线程的同时运行，而后者则在同样频率的前提下，提高了工作的效率。

鉴于此，本文从信息加工心理学的角度，重点将计算机的“平行加工”方式及处理器的架构与性能关系等问题与人脑的工作方式相类比，进而演绎出一些新的理论——“并行思维模式”理论、“思维架构”理论等。

并行思维模式

1. 计算机工作原理概貌

在计算机学科，任务、程序、进程、线程是几个基本而重要的概念，它们之间相互联系又存在区别。现代计算机在工作时，一般都可以同时运行多个活跃或者随时可激活的程序，也就是可以同时执行多个任务，从而使得工作效率大为提高。

计算机的某一个程序可以与多个进程对应，而一个进程中又存在着一个或多个线程，一个进程的全局变量由所有的线程共享。在单核处理器的时代，表面看似同时运行的线程，其实是存在着先后次序的，各个线程之间不断切换轮流执行，它们各自占用的时间较短，人们不易或不能察觉到。随着多核处理器的诞生，计算机得以真正满足在同一时间内执行不同线程的需求。

此外，在计算机学科，并行计算技术是一个被普遍使用的技术，它起源于科学计算，但已不再局限于应用在科学计算领域。广义上说，使用并行计算技术可以为多个完全独立的计算任务提供并行处理能力。狭义上，并行计算技术是指使用多个处理器为一个“不可分割的”计算任务提供并行处理能力。

2. 类比及理论建构

根据信息加工心理学，人脑的工作方式与计算机工作方式在一定程度上存在着相似性。由此推断，人脑在工作时应该存在着典型或不典型的“并行思维模式”。

（1）程序与语言

当人要完成一项复杂的思维活动任务时，例如读懂一篇文章的意思，理解一篇文章的内涵并加以记忆，若用计算机来类比，就好比是计算机要执行一项系统任务：完成对某个纸质文本的读取、识别、解读、存档。人脑在执行这个系统任务时，可以为自己设定一个基本“程序”：先阅读，初步理解字面意思，再查阅资料或者寻求他人指点，再深入分析文章的内涵，最后加以记背和练习；计算机也要为自己的工作任务选定程序：利用扫描软件对纸质文本进行扫描，利用OCR软件对扫描件进行识别，利用翻译软件、工具辞典软件及借助互联网支持对文句进行解读，对结果加以存盘等。

当然，上述“程序”都是宏观的、广义的，本质上相当于我们通常所说的过程、流程。然而就其中某一个微观的步骤而言，计算机在执行运算时，还有其特定的微观“程序”（某个局部的、一段指令集），相应地，人在处理某一个思维任务如背诵文章时，也有其内在的微观“程序”。例如就背诵这个局部任务而言，要达到其目的，可以采取全文通读、整体背诵的策略，也可以采取分段记忆、逐个攻破的策略；可以选择朗诵的方式背诵，也可以选择默读的方式背诵。而计算机要完成某个动作时，也可以采取不同的微观方式。例如，要将TXT文件转化为DOC文件，可以选择Word软件也可以采用WPS软件。此外，我们知道，编写计算机程序可以使用不同的计算机语言，语言虽不同，但却可以达到同样的最终效果。人其实也可以。

（2）进程与线程

其实，当“程序”为静态时方为原始意义上的程序，它只是一组有序的指令集合而已，而当这些指令集处于执行的动态时，这种微观的、有生命的“程序”本质上就不再是程序了，更准确地说，它应该是“进程”。一个程序对应着一个或多个进程，这些进程的关系可以是先后的关系，也可以是并行、相互交错的关系，既可以同时运行又可以交替运行。当然，再微观一些来看，一个进程又可以有多个线程，线程不能单独执行，必须组成进程，通过创建多线程进程，每个线程在一个处理器上运行，从而实现应用程序的并发性，使每个处理器都得到充分运行。

相对应的，人脑在处理问题时其实也是可以多进程、多线程的，且也可以并行，产生“并行思维模式”的效果。例如，人在阅读书本时，可以边阅读，边解读字面意思，边根据其中意境加以想象，边背诵，这些“进程”之间从宏观来看，更像一种交错、并行的关系，而非绝对、死板的先后顺序——人在阅读文本时，也许并未刻意启动理解、背诵程序（进程），却已形成了理解（信息编码）和记忆。

人有能力同时做两件或两件以上毫不相干的事情，这些现象说明了人的多种思维是可以并行的。也许有人会质疑：其中有些活动不是肢体、体力活动吗？要知道这些肢体运动并非是无意识的，需要依赖思维，本质上是并行状态思维的外显。

（3）多线程与多核处理器

由于人脑只有一个，是否可以依托“多核处理器”实现多线程同时并行的效果？这个问题值得探讨。笔者认为，人脑比电脑本质上要复杂得多，它有多个功能区域，有1000亿个神经元，大脑神经细胞间最快的神经冲动传导速度为400多公里/小时，这是“超高速”的。而且在1秒钟内，人脑内可以发生10万种化学反应，这许多的反应在微观来看，类似于许许多多的微处理器都在忙碌地工作着，或者说，有许许多多活跃的线程在同时执行着。神经冲动传导速度正类似于计算机处理器的频率（即运行速度），这样来看，人脑就像一个高频率且超多核的计算机处理器，是当代计算机尚望尘莫及的。

再宏观一些，就处理某些具体任务来看，人脑工作依然可以被比拟为多核、多线程的。例如，观看一幅图画作品，也许人在第一眼“扫描”时就已经初步知道了画的组成概要、大致的颜色布局，而并没有进行“逐行扫描”或者按序“分块扫描”。画中的每一个局部都以光的形式同时进入眼球，传入大脑，被解读了。

（4）多功能问题

以上所述并行思维现象，更多的是把人脑比作计算机的中央处理器（CPU），而计算机的硬件组成除了中央处理器（运算器、控制器）外，还包括输入设备、输出设备、存储器等，这些逻辑部件有着各自不同的功能，各司其职、分工完成整体工作。而人脑本身也就是一个复杂的系统，它显然不单纯是个“处理器”，除了具有计算机处理器那样的控制功能和运算功能外，也同时具有输入、输出、存储等功能。其中，存储也同时包含了外部存储和内部存储。

在计算机的外部存储器中，和大脑功能最相似的应该是硬盘，存量大（但也有限）、速度快，而光盘、优盘、软盘等则类似于人类存储、读取信息的媒介——书籍、报纸（容量在理论上可以无限大）等。计算机的内部存储器包括ROM、RAM、Cache（高速缓冲），这似乎与人脑之间也具有一定的对应关系。ROM是只读存储器，其中数据是事先写好的，工作过程中只能读取，断电后数据也不会消失，这就好比人脑中已经根深蒂固的那些观念、概念、思维方式，它们用来指导、支持人的其他思维活动，可以立即调用，且基本不会再作修改，例如人们清楚地知道物体会自动从上向下掉落，知道热水会自动从热变冷等。RAM是随机存储器，存储单元的内容可随意取出或存入，这就好比人在接触事物时，大脑对这些事物的印象、理解是随着即时传入信息的变化而不断发生着变化的（这不恰恰就是建构主义理论中“同化”和“顺应”的基础吗），这些印象、理解、信息一会儿形成、一会儿删除，速度很快。Cache介于中央处理器和主存储器之间，是一个高速、小容量的缓冲存储器，它与中央处理器之间速度匹配，相当于紧靠工厂生产车间的一个临时仓库，方便生产车间随时、快速取料，这就大大提升了处理器的效能。人脑在处理系统问题时，其实也需要类似的“临时存储体”来快速地提供临时信息，例如，做一道多步骤的数学计算题、推断题，进入第二步分析时，头脑中马上需要第一步的信息、结论来支撑；进入第三步时，又立刻要用到第二步的信息、结论，而此时，再之前一步的信息、结论则可以暂时忽略、删除；如此递进下去。

所有这些类似计算机的输入、输出、存储、运算、控制等功能，为人脑的多任务并行提供了另一种现实可能，当然，这种并行方式是宏观功能层面的。

3. 利弊分析

计算机科学发展的方向之一就是不断开发更多核的处理器，为多任务同时执行提供支持。从这个角度看，似乎同时运行的任务越多，计算机的效率就越高。受此启发，我们也许都希望自己能有更强的多任务处理能力，依托“并行思维”提高工作效率。

既然计算机可以升级换代，人脑可不可以呢？当然可以。只不过，计算机靠的是更换功能更优良的硬件，而人脑依靠的则是进行训练，通过一定的训练，人在同时处理几件事情时，可以从不协调、手忙脚乱到渐渐娴熟、自在起来。然而，我们在实际操作计算机时还会有这样的感受，计算机开启的程序（进程）并非越多越好。即便是使用的是多核处理器，如果开启的程序（进程）太多，则可能会出现“卡壳”“死机”的现象，这受制于存储器的性能与容量、软件的支持性等多种因素。多任务同时运行，有时高效有时反而低效。所以，我们在工作、学习中，也应该客观、冷静地对待并行思维问题，分析其利弊。

有的情况下，多任务并行可以促进思维、提高效率。如在阅读过程中，遇到了一些富有深意的话语，可以随即在大脑中调用和浮现出某些相关的场景、现象典故等，这些同步进行的形象化思维可以帮助人对复杂、抽象的知识进行深入理解。这也类似于教师在讲解知识时，可以同时借助投影仪来展示形象化的视频、图像，以帮助学生更好地理解所要揭示的含义。

有的情况下，多思维并行却是有害的。例如，一边读书，一边又玩着电脑游戏或者想着游戏中的攻略、电视中的剧情等。此时，学习的效果一定是大打折扣了，结果是得不偿失的。所以，对于学习、工作而言，多数情况下还是要强调用心、专注、定神。只是在具体某个学习环节中才更适合启用“并行思维模式”（相当于一个进程中的若干线程并行模式）。

此外，人脑不同于计算机的一点还在于，其持续工作或者大负荷工作时是会疲劳的，从而导致效率降低乃至几乎罢工，而计算机只要处于通电状态且硬件未损坏、环境状况良好，其效能就是基本不变的，当然，这不包括软件系统的问题。所以，人脑刻意追求多“线程”、多“进程”，并不科学。

启示——“思维优化”的途径

1. 思维架构优化

我们在使用计算机时常常会有这样的疑惑，为什么同样的工作主频、核芯数量，处理器的实际性能却相差许多呢？这是因为这些处理器采用了不同的架构！架构是处理器的基础，对于处理器的整体性能起到决定性作用。当前，处理器架构的更新包括了指令集的更新，对多核芯的支持，各个核芯间数据交换的优化，内存/缓存访问机制的改善，总线带宽的提升等，优良的架构不仅能提升性能，还可降低能耗。

类似的，人脑是否也有架构问题呢？应该有。我们知道，人在疲劳、头脑不清晰时，遇到事情往往理不出个头绪来，眉毛胡子一把抓，工作效率低下，因为他的思维架构此时是混乱的。如果把人脑的反应速度比作计算机处理器的频率，一个反应很快的人，思考问题、处理问题的速度是否一定也就快呢？显然不一定。也就是说，人脑的“思维架构”直接影响着其实际工作效能。优良的思维架构可以让人的思维、工作更高效，能耗也更低，让人面对复杂问题时不感到困惑、繁杂、费神。

由此可见，所谓“思维架构”，其实就是人脑思考问题、解决问题的范式、流程、路径，是人脑接受信息、分析及加工信息、传递信息的方式。这些方式的不同，影响着信息传递和处理的流畅、通畅程度，最终影响到思维的质量与结果。人无需总是抱怨自己的头脑不聪明、不敏捷。如果能够注意训练自己思考、分析问题的方式，优化思维的“架构”，是可以在现有智商条件下，大大提升工作效率的。这对学习后进生、学困生、不自信的学生而言，是自信的“源泉”，是其取得进步的重要支撑！

2. 软件系统优化

当计算机的硬件系统被限制，其工作效能是否就没有提升的空间了呢？答案也是否定的。我们知道，电脑的操作系统不同，使用的感受和实际工作效率也是不同的。具体到处理某一项具体任务时，如果使用不同的软件，最终效率和效果也不同。例如，进行视频的剪切、转化等任务，可以采用格式工厂、魔影工厂、QQ影音等多种软件，采用不同的软件，消耗的时间不同，编辑后的视频文件在质量（清晰度）上可能也存在差异。由此再来分析人的思维优化、能力提升问题，首先要回答什么是人头脑中运行的“软件”？应该说，这大致对应的就是人头脑中储存、运用的知识体系及处理问题的技巧。举例来说：数学中的证明题往往是可以一题多解的，采用某些方法也许非常便利，而采取另一些方法也许就变得非常烦琐，虽然最终结果相同，但过程不同。看来，头脑中存储和运行的“软件”也是非常重要的！

（作者单位：江苏南通市第三中学）