Введение

Аналогическое моделирование (AM) - формальная теория аналогичного рассуждения на основе образцов, предложенная Роялем Скоузеном, профессором лингвистики и английского языка в Университете Бригама Янга в Прово, штат Юта. Он применим к моделированию языка и другим задачам категоризации. Аналогичное моделирование связано с подходами к коннексионизму и ближайшему соседу, поскольку оно основано на данных, а не на абстракции; но оно отличается своей способностью справляться с несовершенными наборами данных (такими, как вызванные имитационными ограничениями краткосрочной памяти) и основывать прогнозы на всех соответствующих сегментах набора данных, будь то близкие или дальние. В моделировании языка, AM успешно предсказал эмпирически действительные формы, для которых не было известно никакого теоретического объяснения (см. обсуждение финской морфологии в Skousen et al. 2002 г.).

Обзор

Модель, основанная на примере, состоит из моделирующего механизма общего назначения и набора данных, связанных с конкретной проблемой. В рамках набора данных каждый образец (случай, на основании которого следует рассуждать, или информативный опыт прошлого) появляется в качестве вектора характеристик: ряд значений для набора параметров, которые определяют проблему. Например, в задаче "От орфографии к звуку" вектор признаков может состоять из букв слова. Каждый экземпляр в наборе данных хранится с результатом, таким как генерируемая фонема или телефон. Когда модель представлена с новой ситуацией (в виде вектора с меньшим количеством функций), движок алгоритмически сортирует набор данных, чтобы найти примеры, которые полезно напоминают его, и выбирает один, результат которого является прогнозом модели. Особенности алгоритма отличают одну систему моделирования на основе образца от другой. В дополнении мы рассматриваем значения признаков как характеризующие контекст, а результат как поведение, которое происходит в этом контексте. Соответственно, новая ситуация известна как данный контекст. Учитывая известные особенности контекста, движок AM систематически генерирует все контексты, которые включают его (все его суперактексты), и извлекает из набора данных примеры, которые принадлежат каждому. Затем движок отбрасывает те супераконтексты, результаты которых несовместимы (эта мера согласованности будет обсуждаться далее ниже), оставляя аналогичный набор супераконтекстов, и вероятностно выбирает образец из аналогичного набора с уклоном к тем, кто находится в больших супераконтекстах. Этот многоуровневый поиск экспоненциально увеличивает вероятность предсказания поведения, поскольку оно надежно происходит в условиях, которые конкретно напоминают данный контекст.

Аналогичное моделирование в деталях

Управляющий менеджер выполняет тот же процесс для каждого случая, который он просит оценить. Данный контекст, состоящий из n переменных, используется в качестве шаблона для создания надконтекстов. Каждый супераконтекст представляет собой набор примеров, в которых одна или несколько переменных имеют те же значения, что и в данном контексте, а другие переменные игнорируются. Фактически, каждый из них представляет собой представление данных, созданное путем фильтрации по некоторым критериям сходства с данным контекстом, а общий набор надконтекстов исчерпывает все такие представления. В качестве альтернативы, каждый супераконтекст является теорией задачи или предлагаемым правилом, прогнозирующую силу которого необходимо оценить. Важно отметить, что суперактекты не являются равными друг другу; они расположены по их расстоянию от данного контекста, образуя иерархию. Если надконтекст определяет все переменные, которые делает другой и больше, это подконтекст этого другого, и он ближе к данному контексту. (Иерархия не является строго разветвленной; каждый надконтекст может сам быть подконтекстом нескольких других и может иметь несколько подконтекстов.) Эта иерархия становится значимой на следующем этапе алгоритма. Теперь движок выбирает аналоговый набор из числа надконтекстов. Супраконтекст может содержать примеры, которые демонстрируют только одно поведение; он детерминированно однородный и включен. Это представление о данных, которые демонстрируют регулярность, или соответствующая теория, которая еще никогда не была опровергнута. Супраконтекст может проявлять несколько видов поведения, но не содержит примеров, которые встречаются в каком-либо более конкретном супраконтексте (то есть в любом из его подконтекстов); в этом случае он не является детерминированно однородным и включен. Здесь нет никаких веских доказательств того, что происходит систематическое поведение, но также нет никаких контраргументов. Наконец, супраконтекст может быть гетерогенным, что означает, что он демонстрирует поведение, которое встречается в подконтексте (более близко к данному контексту), а также поведение, которое не является таковым. Там, где было принято неоднозначное поведение недетерминированно однородного супераконтекста, это отвергается, потому что промежуточный субконтекст демонстрирует, что существует лучшая теория. Поэтому неоднородное супераконтекст исключается. Это гарантирует, что мы видим увеличение значительно последовательного поведения в аналоговом наборе по мере приближения к данному контексту. При выборе аналогового набора, каждому появлению экземпляра (для данного экземпляра может появиться в нескольких из аналоговых супераконтекстов) дается указатель на каждый другой появление экземпляра в его супераконтекстах. Затем один из этих указателей выбирается случайным образом и его следует, и образец, на который он указывает, дает результат. Это придает каждому супераконтексту значение, пропорциональное квадрату его размера, и делает каждый образец вероятным для выбора в прямой пропорции к сумме размеров всех аналогично последовательных супераконтекстов, в которых он появляется. Тогда, конечно, вероятность предсказания конкретного исхода пропорциональна суммированным вероятностям всех примеров, которые его поддерживают. (Skousen 2002, в Skousen et al. 2002, стр. 1125, и Skousen 2003, оба прошли)

Исторический контекст

Аналогия считается полезной для описания языка, по крайней мере, со времен Соссюра. Ноам Хомски и другие недавно критиковали аналогию как слишком расплывчатую, чтобы быть действительно полезной (Bańko 1991), обращаясь к deus ex machina. Предложение Скоузена, по-видимому, отвечает на эту критику, предлагая ясный механизм аналогии, который можно проверить на психологическую обоснованность.

Приложения

Аналогичное моделирование использовалось в экспериментах, начиная от фонологии и морфологии (лингвистики) до орфографии и синтаксиса.

Проблемы

Хотя аналоговое моделирование направлено на создание модели, свободной от правил, которые рассматриваются как выдуманные лингвистами, в ее нынешнем виде она все еще требует от исследователей выбора переменных, которые следует учитывать. Это необходимо из-за так называемого "экспоненциального взрыва" требований к вычислительной мощности компьютерного программного обеспечения, используемого для реализации аналогового моделирования. Недавние исследования показывают, что квантовые вычисления могут обеспечить решение таких узких мест производительности (Skousen et al. 2002, см. стр. 45-47).