人类思维的数学模型及系统响应简介

2024-03-13 理论教育版权反馈

【摘要】：最复杂的东西往往能用最简单的理论来予以说明，从动力学的角度回答这个问题并不难，简而言之：人类思维是一个系统，一个巨系统，一个极其复杂的巨系统。

四、人类思维的数学模型和系统响应概述

半个多世纪前，我考入上海交通大学造船系，自此便和大海结下了不解之缘。我的职业决定我常常面对浩瀚的海洋，海洋有种神奇的力量，它能令每个走到它身边的人思绪万千，充满遐想。每当遥望那万顷波涛和波涛中摇摆的船只，我总是想：大海酷似我们生存的这个世界，而我们人类的思维却像那万顷波涛中摇动着的船。

我的大半生都在从事船舶和海洋工程水动力学研究，一个念头常常令我魂牵梦绕：既然我们的思维是一种运动，一种不规则运动，而运动是动力作用的结果，动力学一定可以帮助我解开人类的思维之谜，于是萌生了研究思维动力学的想法。此念一发而不可收，多年来我一直在思索这个初视之似乎荒诞的命题，现决定将我的拙见变成文字，供世人评说。

1.动力学与人类思维

在世界诸多科学领域中，最能描述人类思维的莫过于动力学。遗憾的是多少世纪以来，动力学家在那里潜心钻研力学，心理学家在那里阔谈人类思维。一条人为的长河，把动力学与心理学分隔开来。尚不如牛郎、织女每年尚有一次相逢的机会，动力学与心理学老死不相往来，实属人间憾事。

打开古今中外那些科学巨著，你找不到有关水动力学与心理学相关性的研究。这并非是心理学家们的疏忽，而是他们还没有意识到，或者没有完全意识到这两个学科的相关性。

当然也不尽如此，有一个特例，那就是举世闻名的弗洛伊德先生，霍尔在其所著的《弗洛伊德心理学入门》一书中写道：“由于弗洛伊德的独特天赋能力，他注定要在20年后发现动力学规律不仅适合于人的躯体，同样也适用于他的人格。发现这点后，他就立即着手创建动力心理学（dynamic psychology），研究人格中能量的转换和改变。这就是弗洛伊德的最大功绩，是现代科学最伟大的成就之一。”

仅就将动力学引入心理学而言，弗洛伊德的工作是具有开创性的；然而弗洛伊德的理论涉及的动力学还仅仅限于能量等概念，在浩瀚的动力学海洋中刚刚触及其中的一两个概念。如果为此将弗洛伊德的心理学理论称为动力心理学，我想弗洛伊德是当之有愧的。

2.思维是一个巨系统

人的思维是什么？人格是什么？心理学怎样考虑人的思维过程？在讨论这个命题之前，有必要阐述一下人是什么。显而易见，这是一个极为复杂的问题，我看了许多与此相关的书籍，试图找到问题的答案。可是令我遗憾的是，我一直没有找到问题的答案。有人说：人是高级动物；有人说：人是蛋白质存在的一种形式；有人说：人是天底下最聪明的；也有人说：人是愚蠢的；有人说：人是具有复杂思维的、能直立行走的动物；有人说：人是由类人猿演变而来的；有人说：人是上帝创造的；还有人说：人是一种能统治别人而无法统治自己的动物……众说纷纭，莫衷一是。

最复杂的东西往往能用最简单的理论来予以说明，从动力学的角度回答这个问题并不难，简而言之：人类思维是一个系统，一个巨系统，一个极其复杂的巨系统。只要你承认它是系统，就应该有一个能够描述它的数学模型，随着科学的进步和发展，科学家已为许多系统建立了数学模型，“建模”（modeling）已成为现代科学一个极其重要的领域。

初视之杂乱无章、此起彼伏的海浪，今天人类已经为它建立了数学模型，根据这个数学模型，人们已经可以对海浪进行短期和长期预报。过去人们认为不可思议的气象，今天人类也可以为它建立数学模型，有了气象的数学模型，人类就可以毫不困难地预报天气。在海战中，有一个很重要的问题，那就是如何来指挥飞机在航空母舰上降落，这个课题的技术关键就是如何确定航母下一个时刻的姿态，是俯首还是抬头，如果飞机的降落时间不对，就有可能导致机毁人亡，这就需要十分准确地计算航母在下一个时刻的运动状态。这个看似复杂的课题，实际上就取决于你是否能建立一个准确的航母在波浪中运动的数学模型，如果你能够准确地建立这个数学模型，就可以准确地预知航母在下一个时刻的状态。

然而要为人的思维建立数学模型，必然会遭到许多人的反对，他们认为这是不可能的，甚至是十分荒唐的，笔者却对此情有独钟，乐此不疲，思考了许久，甚望在有生之年为人类的思维建立一个数学模型，即便它是不完善的，但不能没有。

有人说，人的思维是随机的，毫无规律可言。此言差矣！殊不知，没有规律本身就是一种规律。写到这里，我想加一段插曲，几千年前赫加斯特绘了一张世界地图，据说这是世界上的第一张地图，在这张地图上只有意大利和外面一望无际的汪洋，在水天之交处，赫加斯特写了一句名言：到此止步，且勿前行。因为在他看来，前面便是地狱，人类世世代代面对浩瀚的大海，认为它是不可知的，那汹涌奔腾的海浪更是不可知的，是无法计算的，后来科学家为海浪建立了数学模型，从此，海浪不仅可以计算，而且还可以预报，人们可以据海浪的数学模型毫不困难地算出明天世界各个海区海浪的高度，这已不再是神话，打开计算机，你每天都可以看到明天的海浪预报结果。不是海浪本身没有规律，而是人类当时还没有找到它的规律。同样，不是思维没有规律，而是时至今日人们还没有弄清它真正的规律。

3.思维的数学模型

根据动力学原理，我们可以认为人类的思维大致可以用下面的数学公式进行表述：

惯性力（t）＋阻尼力（t）＋复原力（t）＝外界扰动力（t）

由于用动力学观点阐述人类思维的动态过程是一个全新的概念，为了进一步说明此概念，有必要以实例予以说明：

在时间1（即t₁），一个男士在一个舞会上看见了一个女孩，只见那女孩亭亭玉立，楚楚动人，男士顿时产生一种爱慕之心，如果人们用生理学来阐述此情此景，那就是此刻男士视觉所获之信息传到大脑，在其脑丘之下产生了一种名为苯乙胺的物质，致使该男士神魂颠倒，这完全是生理学中的一种现象；思维动力学的解释则有所不同，这是因为此男士的思维受到了外界扰动力，爱慕之心乃是这一扰动力作用下的一个响应，此时由于此男士的惯性思维力使其思维离开了原平衡位置，复原力虽有将其拉回平衡位置的作用，由于在此瞬间复原力尚有一些滞后，还没有来得及，而此男士的阻尼力在降低，正因为上述诸思维动力参数所处之状态，此男士才有此难以自持的状态出现。

时间t₂，此男士的复原力力图将其恢复到原来的心态，思维的阻尼力也在加大，男士的响应相应地有所减少，他开始觉得不好意思。

时间t₃，女孩对男士说：“人生苦短，何必考虑明天，无需天长地久，只要一时拥有。”女孩的一席话又是一个强有力的外界扰动力，男士的响应瞬间加大，恰在此时男士的手机响了，电话中传出妻子温柔的声音：“晚饭做好了，我和孩子在等你归来，别忘了，今天是你的生日。”男士猛醒，其思维的阻尼力剧增，复原力在此段时间内一直试图将男士的思维拉回平衡位置，它的作用方向是始终不变的。

时间t₄，男士说：“我家中有些事，我得马上回去。”此时男士想起他那多年相濡以沫、患难与共的妻子，还有那天真无邪的女儿，思维的阻尼力猛增，他的思维响应很快地趋向零。(www.chuimin.cn)

这一实例也许有助于我们理解人类思维运动的动力学过程，它向我们说明：

（1）人类的思维运动是一个动态过程。

（2）人类思维实际上是在外界扰动下的一种动态响应。

（3）动态响应的大小既与外界扰动力大小有关，又与每个个体自身的三种力学参数有关。

（4）人自身的内在力是时间的变量，它不是常数。

4.系统响应

响应这个词在工程上早已为人们所熟知，英语的写法是response。

人生酷似海中的船，大海是船的外界环境条件，人类的外部环境条件便是这个世界。船在外界环境条件的作用下不停地摇荡；而人便在外界的各种扰动力的作用下生存，不管你是否愿意，活着你就必须思考。人们的思考便是人在环境外力作用下的一种响应，其整个作用过程如下：

外界扰动力→人（系统）→系统响应

根据上述，人们不难理解，实际上外界扰动力是思维的输入，而人的响应是对应于这一输入的输出。我们生活在世界上，外界扰动是接连不断的，我们的思维也是不间断的。

我们的祖先为我们创造了许多恰如其分的词用以描绘人类对外界作用的响应，诸如：喜出望外、痛哭流涕、痛不欲生、笑逐颜开、满腔怒火、怒不可遏等等，举不胜举，这些都是人类对自己思维响应的精彩描述。

有的人说他对一些事无动于衷，其实无动于衷也是一种响应，这是一种响应等于0的响应。所以有一天人们也许会重新改写死亡的定义：死亡是人类思维响应永远为零的现象。

事实上，绝大多数人对绝大多数的事都不是无动于衷的，他们一直在外界扰动力的作用下进行着思维活动，表现出喜、怒、悲、欢、同意、反对、支持、困惑、焦虑、恐怖、同情等等响应。

因为每个人内在的动力特性是不同的，所以对同一事物的响应也是不同的，这里我想讲一段真人真事。要讲的主人公和我同住在一个小区，一天，我走过花园内一家摄影店的门前，透过窗口看见一排排照片，那些照片令我大为震惊，在彩色照片比比皆是的今天，这里竟没有一张彩照，全是黑白照片，张张照片引人入胜，别具一格，充满创意，令人拍案叫绝，顿时令我想到这位摄影师定是身手不凡、思维与众不同的人，站在店门前抬头望去，只见上面写了一排大字——夏冰摄影工作室，不久我结识了夏冰，而且与他成了朋友。一个偶然的机会，我看到了夏冰的成名作，那是一张十分简洁的黑白照片，照片拍自茫茫的大草原，草原上有一辆破旧的车，一匹白马，一条破旧的缰线连接骏马和这辆破车，照片的旁边写着两个字——等待。这张照片耐人寻味，意味深长，夏冰和我谈起拍摄这张照片的心情时，更令我久久不能平静：那一天夏冰来到草原，他深深地为眼前的情景所震撼，便拍下了这张照片。在庆祝中华人民共和国建国四十周年之际，中国摄影家学会主办的《摄影报》进行了一次全国最有影响的黑白摄影评选，这张照片在全国评选出的十张最佳黑白摄影中，名列第三。

归来后，我久久地思索这个问题，我确信：世界上有60多亿人口，绝大多数人路见此景没有反应，也就是响应为零，夏冰却为之震撼，为什么？这就是说在同样的外界环境条件下，每个个体内在的动力参数有着极大的差别，正是这种差别导致人们对周围世界的响应千差万别。

1996年冬，我去日本，在那里生活了几个月，在日本的各种媒体上经常可以看到日本企业家因破产而自杀的消息；而在一本美国杂志中，我却看到了另一则新闻，作者记述了一个破产者的心情，那位破产者说：“当债主追赶我时，我可以打破我的短跑纪录，这是一个人锻炼身体的绝妙机会。”同样是破产，不同的人心态竟会有天壤之别。显然这是由于两者内在的思维动力因素有着巨大的区别。

两个犯人因抢劫银行而同时入狱，当夜幕降临时，他们一起站在铁窗下向外眺望，一个说“夜是恐怖的”，一个说“你看天空群星璀璨”，同样的天空，同一个夜晚，同一个牢房中的两个犯人，他们的思维竟有着惊人的差异。

在哲学书中你不难找到这样的理论：外因是重要的，但外因必须通过内因起作用。这就是说对于人的思维而言，外因是重要因素，而响应不单取决于输入，还与每个人内在的各种动力参数密切相关。

我们常常听说提高人的素质，实际上就是提高人的心理动力特性，改变你内在的惯性力、阻尼力和复原力，这对任何人都是十分重要的。

5.结束语

从动力学角度探索人类的思维过程，这是个全新的命题，研究还刚刚起步，但愿这是一个好的开始。本文仅仅阐述了诠释人类动态思维活动的一种新概念。然而笔者确信：未来，我们的后代有能力建立起完善的乃至定量的动态数学模型。那时思维将不再神秘，为了那一天的到来，我们必须从现在开始做一些我们力所能及的工作，这也正是笔者写作本书的初衷。

人类思维的数学模型及系统响应简介

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