Quantum Decision: A Survey

人类决策往往体现出非完全理性的特点,这是传统决策科学面临的巨大挑战之一,同时也是量子决策的主要研究对象。量子决策将决策的整个过程描述为认知过程。量子决策认为其背后的数学规律符合量子理论,因此量子决策只是将量子理论作为一种数学工具引入决策科学,其目的在于更好地描述和探索非完全理性这一特性,从而帮助人们更加深刻的认识决策过程,并不是认为大脑的工作过程符合量子理论。同时需要说明的是它并非是一种优化方法。 也就是说,它的初衷并非寻找一个最优策略,而是预测在某种环境下人们最可能做出何种选择。目前量子决策还处于非常稚嫩的阶段,往往用在经济、博弈论和认知科学中,而且应用相对比较简单。

为什么采用量子概率

由于人类决策行为中存在诸多非理性的因素,因此存在大量违背经典概率论和传统决策论的问题,如何理解这些问题并完善决策理论是人们一直探索的方向。长期以来,人们主要采用的方法是在传统决策论的基础上增加更多的约束条件和参数,从而使得理论结果与实际结果更为贴近。然而,这种方式更像是由果到因的数据拼凑,得到的理论往往只适用于当前案例,很难推广并解释其它情况。本文认为更为可靠的解决途径应当跳出不断为传统决策论增加约束的思维局限,根本上来研究非理性决策的原因,并由此寻找一种更为有效的方法来描述产生非理性行为的机制,从而更加自然和直接地理解人类的决策过程。

可以说人类在某一问题上的决策来源于对该问题的认识,做出的行为是对该问题判断的一种外在体现。而人类的认识和判断都是一种源于大脑的认知过程,在这个过程中即使对于相同的事物,也会因为不同的生活、工作背景,而产生彼此迥异的认知结果。更为重要的是这种认知过程往往与用传统的概率论所描绘的过程不符,因为认知过程本身就不是完全理性的过程,它受到各方面的影响和制约,即使强制人们采用一种完全理性的思维步骤进行判断时,也只会在某种程度上显得更加理性和易于理解。量子决策的思想便是采用量子概率的方式描述人类的认知过程,从而更为直接的解释人类决策行为的规律和特点。

那么人类的认知过程是否能够采用量子概率的方式描述呢?近些年来心理学家们对此进行了大量的研究,这些研究可以划分为两种思路,一种是从大脑的物理构成入手,研究人类神经系统中的物理活动是否符合量子机制,当前研究虽然还很稚嫩,但已证明量子态的存在。 Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2005 Jun 29; 360(1458):1309-27.Quantum physics in neuroscience and psychology: a neurophysical model of mind-brain interaction. Schwartz JM, Stapp HP, Beauregard M.;第二种方式是以量子概率作为工具,描述人类认知的结果,当前诸多研究表明量子概率可以很好的描述和解释人类认知过程。量子决策主要是以第二种思路为基础。当然第一种思路还在发展的初期,如果有巨大突破,无疑从根本上证明了量子概率更加适合描述认知过程。

认知和决策行为具有以下几个特点,导致于传统概率论和决策论无法描述:

  1. 人类的认知和对事物的判断并非简单的记忆提取,也并非完全参考过去的经验,整个过程与决策者的生活背景、决策环境相关。 这种特点决定了面对相同的问题,决策者在不同的时期,或是在不同的背景下会做出的不一致决策,而且决策者在认识和判断一个事物的过程中,同时存在多种不同的认识,不同知识背景的决策者对相同事物的看法也不一致。例如当人们判断是否做出一笔投资时,人们会考虑盈利和风险两个方面问题,同时存在是否投资这两种选择。悲观的决策者会更多的考虑到风险,而乐观的决策者会更多的考虑到盈利,从而导致决策结果不同。 这种类似的现象同样会出现在量子力学中。由于传统理论很难描述这类现象,因此量子力学采用量子叠加和混合态(Mixed state)来描述多种状态共存的现象,同时量子力学将观察某一物理量称之为一次测量,不同的测量得到结果不同。

  2. 人类决策过程与问题本身的表达方式、以及决策过程密切相关。 人们做出决策的过程实际上是一种判断、权衡、选择的过程。这一过程本身也在不断影响决策者对该问题的理解和认知。依然以投资为例,当人们决定投资时,有时决策者会更多地联想到曾经投资成功的经历或更多有利的因素,相反有时决策者会在那一时刻考虑更多有关风险的不利因素,此时决策者对于两种选择的倾向度必然发生变化,甚至导致改变主意,而整个决策过程往往是这种反复斟酌,在不同选择间不断游走的过程。也就是说,决策过程本身往往在不断影响决策者的判断。在量子力学中同样存在这种情况,量子力学认为测量将会影响系统的状态,即使对于同一物理量,采用不同的测量,得到的结果也不一致,也就是说测量本身会影响物理量的测量结果。

  3. 影响人类决策的各个因素之间也是彼此相关,相互影响的。 人们的认知结果往往与决策者考虑到的诸多相关因素有关,而人们往往会因为某个因素联想到其他因素,甚至会因为某些原因,使得人们重新审视那些已经忽略的因素,而最后的决策结果正是这些不同因素相互影响的最终体现。例如在投资过程中,人们可能会考虑到市场前景、经济形势等不同因素,而在考虑经济形势的时候,又会修正之前考虑的市场预期。实际上,导致一次决策结果的各种原因,以及不同视角的认知往往相互纠缠,并最终反映在决策结果上,显然这种复杂的过程很难采用传统理论来描述。 同样,电子的双狭缝实验表明由于波粒二相性的存在,穿过狭缝的几率波相互影响,使得最后的结果具有穿过上下两个狭缝电子的特征,而这一现象在量子力学中称为量子叠加态(quantum superpositon)。

  4. 在某些情况下,人类认知过程违背贝尔不等式。 前三点仅仅是通过类比的方式说明了引入量子理论的可行性,然而我们完全可以建立一种新的决策模型囊括以上认知特点。因此我们不禁要问为何偏偏选择量子理论描述决策过程。要回答这个问题,关键在于是否存在确凿的证据来证明人类认知的确存在量子特性,答案是肯定的。众所周知,著名的贝尔不等式是检验量子特性的有效工具。因此如果人类认知违背了贝尔不等式,那么这将无疑是一个强有力的证据。The violation of bell inequalities in the macroworld给出了宏观世界中三个违背贝尔不等式的实验。其中第二个实验表明认知违背贝尔不等式,从而证明了人的认知在一定程度上存在量子特性。并且当引入量子理论之后,我们会发现在某些特殊条件下,量子决策将退化为经典决策论。 除此之外,人类决策和认知中存在大量违背布尔逻辑的现象(例如本文开头的例子),同样在量子力学中也存在这种情况,而量子力学对这些问题的解决无疑启发人们采用相同的方法处理认知和决策过程。

Phone

07318457661

Address

National University of Defense Tecnology
Changsha, Hunan 410073
China