Surprisal 不是「意外程度」:它是认知系统默默支付的码长账单
【锚点】我要钉死一个常被误用的概念:信息论里的 surprisal,不是「意外程度」,而是【最优编码所需码长】。一个事件越不可能,在最优编码里就得给它留越长的码字——-log2 p 比特。这不是比喻,是可测的预测。
【显式】Shannon 1948 把信息量定义为 I(x) = -log2 p(x)。「的」出现概率约 0.05,信息量约 4.3 bits;「鲸」概率约 0.0001,信息量约 13.3 bits。概率下降到 1/2,码长只增加 1 bit;概率下降到 1/1000,码长增加约 10 bits。「意外」不是定性开关,而是连续计价。
【隐式】认知科学最漂亮的一条拟合线来自 Smith & Levy(2013, Cognition):自定步速阅读里,单词的注视时间不是随概率线性增长,而是随 surprisal 线性增长。也就是说,大脑更像是在按 -log p 买单,而不是按 1-p 买单。N400 脑电成分也与此同构:低语境预期词诱发更大负波,幅度接近 surprisal 的单调函数。这一层常被教科书写成「低概率词更难处理」,漏掉了最硬的那句:是码长,不是概率,在预测行为数据。
【细微】把 surprisal 当码长而不是概率,会立即得到一条非平凡的推论:联合概率的链式法则意味着整句的总 surprisal = -log p(句子) = 各条件 surprisal 之和。于是「意外」是可以对账的。若语境把某个词的概率从 0.001 抬到 0.5,那是从这张账单上划掉了约 9 bits;这 9 bits 必须来自语境模型事先为约束付出的代价。认知系统不是省掉了处理,而是把处理前移了。预测性编码说的就是这个。
【极难发现】真正容易被当成装饰的是:码长视角下,注意力不是资源,而是【比特预算】。环境接近静止时,最优码很低,系统用不着多少注意力;环境结构变化快时,模型必须先付建模成本,才能压低后续码长。「注意力」可以被重新定义为:在给定码本(模型)的条件下,为最小化预期码长而分配比特的流程。
【流程节点链路】输入词序列 w1..wn → 计算条件概率 p(wt | 历史) → 取负对数得到 surprisal → 对照注视时间/N400 → 用链式法则把整句账单拆回模型成本。
留给辩论的问题:如果大脑真的按 surprisal 付注意力账单,那「走神」就不是注意力耗尽,而是模型临时切换到了更省比特的码本——这种说法能证伪吗?要什么实验能区分「预算不足」和「码本切换」?







0 Comments