非线性动力学与语言研究

第18卷第6期庆工学院学报2004年12月Vol 18 No 6Journal of Chongqing Institute of TechnologyDec.2004外国语言】非线性动力学与语言研究张武江(北京电子科技学院基础部,北京100070)摘要:非线性动力学是近年来发展起来的一门新兴学科混沌和复杂性是它的两个重要理论语言系统本身也是一个非线性动力系统。主要从二语习得和语言理解两个方面回顾了近年来非线性动力学对语言研究所取得的成就,并预测非线性动力学研究方法将是未来语言研究的一种重要方关键词:非线性动力学;混沌;复杂性;二语习得;语言研究中图分类号:H0.09文献标识码:A文章编号:1671-0924(2004)06-0146-04Non-linear Dynamics and Language researchZHANG Wu-jiangDepartment of Basic Sciences, Beijing Institute of Electronicd Technology, Beijing 100070. China)Abstract: Non-linear dynamics, which includes two important concepts as chaos and complexityoped science. Chaos and complexity are two important theories of non-linear dynamics and key to the research of language, because language itself is also a dynamic system. This paper reviews briefly language research from the asit indicates that adopting non-linear dynamics analysis is one important method of future language research coverpects of second language acquisition and language understanding in terms of non-linear dynamics method; moreoverKey words: non-linear dynam0引言是非线性动力学过程,而语言就是一个开放的非平衡的、非线性的复杂系统,因此用非线性动力学理论来研究语言系统的非线性特王铭玉指出21世纪将是多学科交叉研究的世纪语言学同征及其混沌行为是语言学发展的自然趋势。社会科学自然科学的外部横向交叉将促进语言学本身的发展,多1非线性动力学与混沌/复杂性学科的交叉已成为语言学发展的普遍趋向。20世纪70年代自然科学领域发展起来的动力学理论在生物学、物理、化学、数学、天文动力学(系统)是非线性科学的一个重要组成部分,它其实是物学等领域引起了人们的高度重视,近年来又在包括语言学在內的人理科学和数学科学两栖的边缘科学。这里的系统指的是非线性动文社会科学方面获得了显著的进展。语言系统不是一个确定的、简力系统通常可以用微分方程、偏微分方程或迭代方程来描述单和谐的模式它常因系统内部的一些微小的不确定性因素或来自 Van gelder·指岀:混沌系统是一种特殊形式弌的动力系统,混沌理系统之外的某些微小干扰,就可以导致大量的、不可预测的波动。论是动力学理论的一个分支。 Keller也对混沌理论下了这样这就需要动力学理论和方法加以把握2。孙慕天认为所谓动个定中国煤化工主要研究确定的非线性动力力学研究是指从动态的观点出发去研究事物和对象即着眼于过系统CNMHG罗久里和陈奎宁提出复程、转化、发展及其动因去研究客观世界。自然界的过程从本质上杂性是动力系统一个不可分割的属性。动力系统的现代理论是由收稿日期:2004-09-17,修回日期:2004-10-08作者简介:张武江(1971-),男,陕西人,讲师,硕士,主要从事外国语言及应用语言研究张武江:非线性动力学与语言研究147数学家彭加莱( Henri poincare)发明的,并曾着意于探索由耦合非词一样,它其实是误导的,因为学习者的习得过程是没有止境的,线性方程所描述的体系可以预期的各类性质。下面我们就从动力而且这个目标也是在不断移动变化的实际上它是一个非线性的概系统在二语习得和语言理解两个方面的应用来进行一个回顾。念。一个学习者的中介语也是一个自我参照系统,在某种程度上说,它可以用规则来说明但并非由之产生的。它是一个经常变化2非线性动力学与二语习得并且会经常对它接收到的回馈做出反应的系统;它是一个开放系统,而且会向奇怪吸引子移动这个吸引子会给它一个动力。实际乐眉云讨论了二语习得研究学科发展时提出了二语习得上,二语习得中的石化现象的发生也是由于中介语变得封闭转向本身的复杂性。 Larsen-Freeman(199)探讨了解现已广泛应用于了一个固定点的吸引子的缘故所致物理学、生物学等自然科学的混沌/复杂理论应用于二语习得研究2.2二语口语习得研究。Kler5认为音韵(韵律)与口语流利性的前景。在详细讨论了二语习得的各种特性后她认为二语习得是是语言习得中最重要的两个组成部分。任何一种语言的习得过程,个复杂的、动态的、非线性的过程。她说:混沌/复杂理论这门新口语流利度都是最重要的一个组成部分。音韵具有混沌系统所要学科与二语习得之间有许多相似之处。动力学中的混沌复杂理论求的几个特征。这样我们就可以来评估一下囗语行为时间模型的科学家研究复杂的、非线性系统。他们对混乱如何变成有序、复杂可预測性。对于一个确定性系统来说,从理论上来说,如果有足够现象如何在自然中产生。她认为:对动态的复杂的、非线性系统的的输入那么它将来的行为就是可以预測的。言语是一个混沌系研究对于二语习得研究也有意义。非线性动力学主要应用于二语统:1)言语时间表现出序列依赖性( serial dependence);2)言语行习得研究的以下几个方面为表现出复杂性这是由于它受很多因素的影响有些是线性的有2.1中介语研究。 Larsen-Freeman'8有许多相互作用的因素决些是非线性的3)对初始条件的敏感性。 Stevens0关于言语量定过渡语( interlanguage)的发展。语言因素方面她列举了源语子的论述表明,在声道某个区域的发音变化会导致声学参数的巨大( source language)、目的语、一语的标记性、二语的标记性、输入语变化。一些关于发音囗吃和发音困难的研究也表明,在某种情况的数量和种类、应对( Interaction)的数量和种类、学习者接受的反馈下,发音区声带的些微变化会导致以后某些单词的发音产生巨大变的数量和种类、二语习得的语境是课堂内还是课堂外等等。学习者化因素方面她列举了年龄、语言潜能( aptitude))、动机和态度等社会ler的研究表明,相空间被用于代表动力系统的重复性行心理因素、性格因素、认知风格、学习策略、性别、出生次序( birth为。动力系统由两部分组成,在某一时刻的状态以及它们的动力order)、兴趣等等学,也就是它们随时间的变动。他们从法语语料库里面分别选择了Mallows认为复杂系统的研究紧随着混沌理论的研究。在1050个和982个正常语速朗读的法语音节持续时间(波长)。对外语教学中,虽然我们有一个线性的教学大纲以及清晰限定的课堂两种语速进行的一个比较发现,它们的相图是类似的,都向同样的教学,但是学习语言的过程并非一个线性的过程因为学习者并非奇怪吸引子会聚,但是它们的曲线不同。 Hurst分析表明,在较快先掌握了一个语言技能,然后再转到另外一个语言技能。事实上,语速的音节比语速较慢的音节表现出一种更加有序的组织。说话即使是学习某一个单项的语言技能的曲线,这个曲线本身也是非线语速的加快是一个非常复杂的过程,这里面包含着一个非线性转换性的。在决定一个习得者的中介语发展过程中,有许多相互作用的过程。言语的流利性包含一个时间组织的调整机构,言语流利程度因素。在语言学习者的系统里,语言系统之间有一个互动作用。当和预期以及言语速度的调整会加强理解。在第二语言习得里面,口个习得者开始学习一种新的形式时,以前掌握的形式就会变得不语的熟练程度就是每一个习得者追求的目标。尤其重要的是,它们稳定。类似的,学生在新的情景里看到的规则会暂时地改变他对这必须要获取L2系统的时间组织。如果时间系统的初始条件或随新规则的理解。我们也要注意到复杂系统的动态模型会表现出后的任何一个状态没有和前面的同步,那么发音就可能会出现困反馈圈这种反馈圈在生物进化中已经被接受,也可以用于学习。难。因此需要建立一个在音素、音节、词汇和词组层面上更加复杂他们吸收外部影响,并且改变內部结构来适应新环境。在生物学的时间模式,并把它要入到3个和时间相关的言语限制中去(生物上,这种因素是单个的有机体,回馈是自然选择提供的,这种模式的一心理的、社会的和语用的),这样最终将会改善学生二语习得语言稳步改善被称为进化。但是在学习语言的认知过程中,这种过程实的准确性和语言流利程度。际上也是相同的有机体变成了单个的个体反馈则来自于老师和2.3多语动态模式研究。 Herding和esnr提出了-种三语学生自己的直接经验。复杂系统是自我参照系统而秩序产生在这多语中国煤化工多语动态模式( The d些看似混沌的体系,被一种奇怪的吸引子的力量所吸引。由于这些Md∏cNMH了现已广泛用于物理学生系统极端复杂秩序就会从最简单的规则里产生,正是这些规则把物学等自然科学的混沌复杂理论应用于三语/多语习得的前景。混系统内的相互作用等同为一个整体;而这种个体的组成部分的相互沌复杂理论是这门新学科与三语/多语习得之间有许多相似之处作用也会产生出稳定性混沌复杂理论科学家研究复杂的、非线性系统,他们对混乱如何变Larsen-Freeman'8认为就如同“目的语”( target language这个成有序,复杂现象如何在自然中产生,这种动态的复杂的非线性148重庆工学院学报系统的研究对三语/多语习得研究是也有意义。该理论模式运用了所化费的努力程度变量;4)互相独立性,指语言系统之间的相互影整体论和动力系统理论,它把每一个语言习得者的语言能力看作一响;5)复杂性,这个特性可以用图1的两个图来表示,我们可以看个随时间推移和多个习得语言变量之间相互作用的一个动态复杂到语言习得过程中的备个系统处于一个复杂的动态相互作用系统系统。在这样的一个动态系统里面,语言发展表现出六个主要特中;6)质量的变化,指习得者以前习得的语言维持及学习策略方征:1)非线性;2)逆转性3)稳定性,主要指作者为维持新的语言法MLA=multilingual language aptitudeLMA.LAI(多语语言学能)MLALAP=language acquisition processMOT语言习得程序)MOT= motivation(动机)PC= perceived language competenceANX(已掌握的语言能力EST= self-esteem(自尊心)图1语言系统的复杂性ANX= anxiety(焦虑)Herding和 Jessner心理语言学的动力系统角度提出了一个元音在发生机制上的不同,两者的关联维度差别较大,因此关联维多语现象的模型。他们运用了二语习得理论、双语现象研究理论、度算法完全能够区分摩擦音和元音。“阴、阳、上、去”四声是汉语以及动力系统理论并运用了许多微分方程来描述语言习得的过程。语音所特有的现象。用关联维的方法对正常语速汉语语音的非线动力系统的一些性质,比如:非线性、逆转性、稳定性以及质量的变性特征进行分析,发现元音的关联维度数较低,一般在一维和三维化都被认为和语言的习得发展有关。在语言学习中,习得一门新的之间元音发声系统是一个低维系统,系统处于极限环或者准周期语言的过程就像一条正弦曲线而不是一条直线一样,它代表着生物状态。而摩擦音的关联维度较高,摩擦音发声系统是一个复杂的高系统发展的一种理想状态,这个也可以同样用于表示语言系统。首维系统符合元音与摩擦音的不同发声机理。关联维的分析有望为先是经过一段指数增长之后,紧随着一段滞后相位的线性增长最区别四声和清浊提供一些有用信息,当然有关这方面的研究尚需进后又下降步展开。但是关联维分析能够提供汉语语音的非线性动力学特征的信息无疑对语音深层次的研究和应用将是十分有意义的非线性动力学与语言理解3.2词汇语法层。 elman1指出最近几年,许多学者试图从动力学系统的角度来理解口语和语言的不同侧面,其中一些已经用于言张公瑾2认为动力学中的混沌理论应用于语言分析可以适语的运动控制方面这些研究成果对于音韵学的理论发展有重要意用于各个不同的层次比如说:语音层次上的分析和奇异吸引子的义。但大家的注意力又集中在高层次的语言处理方面,其中包括这作用造成的平衡破缺等。下面我们就从语音、词汇和语法、以及句些动力学理论是否能够令人满意地解释嵌套式的语法结构。研究子和语篇这几个不同层次来回顾一下动力系统和语言理解目前的员通过对英语的句型分析发现动力系统的很多网络特征具有和研究现状语言的高层次结构比如嵌套性相一致的特点。每一个单词所指并3.1语音层。非线性动力学中的分形理论为研究复杂的不规则非是一个抽象的象征而是状态空间的区域语法规则就成了嵌套在语言现象的共性和自相似性开辟了新的途径。研究主要集中在证这个语言系统里的动力系统这个动力系统允许这些规则从某一定明各种语言现象维度的測算上;语言研究上的数据是时空中的数区域向另一个区域运动,从而使得其他的语法规则转换变得困难据,对于坐标图上的数据可以视为一定的时间范围内,某种语言现动力学角度来看待规则和词汇那么词汇就是有结构的状态象在三维空间的复杂函数。依其空间序列数据建立相空间,可求出空间而规则可以作为吸引子。一个合乎语法交际规则的句子是要在不同相空间的关联维数依赖于一种关系,这种关系并不能用简单的线性顺序来解释。人的语音发声系统实质上是一个非常复杂的非线性系统造成语音大脑对语言处理的图像和我们传统的方法不相同它不是一个个分发声系统非线性的因素很多,因此对语音进行非线性分析是非常必成不中国煤化工学系统在这个系统里面语要的。在非线性动力学方法中,计算关联维( Correlation)是较为常法结CNMHG的用的和有效的方法之一。胡水清、张宇、华一满杜功焕13用非线3.3句子语篇层。目前,动力系统的语言学应用研究正由定性向性动力学方法对正常语速的汉语语音进行了初步研究并用关联维定量发展表现为:在对语言现象进行细致的研究并建立其内在语度算法对汉语四声现象进行初步研究,发现关联维度算法能够为区言相互作用过程的模型的基础上,应用动力学原理及其相应的数学分四声提供一些有意义的信息。研究中,研究者发现由于摩擦音与工具建立其语言过程的动力学模型。然后对动力学模型进行动力张武江:非线性动力学与语言研究149系统分析或数值求解(计算杋模型),其模型的结果最终用于解决所军外国语学院学报,1999,(5):56关注的语言研究问题[2]张公瑾.走向21世纪的语言科学[J.民族语文,1997周昌乐、丁晓君15在研究中发现语言理解过程中机器所面临(2):28-353]孙慕天,论科学发展的“动力学化”趋势[J.北方论丛的主要困难包括意群分割,歧义消除语言、文化和心理多层次解1991,(3):29读以及言外意义的领悟等。对以机器理解汉语的困难分析来看,-[4]G; elder v i. Dynamics Approaches to Cognition.inR.wis个突出的关键问题就是,不管是作为上下文的小语境,还是作为语n.F. Ken(ed)[A]. The MIT Encyclopedia Cognitive Scie言环境、文化背景和主观心理的大语境所有这些困难在人类语言es[C]. Cambridge MA: MIT Press,1999.244理解中的实现都离不开整体语境的作用。如果把不管来自多尺度[5] Keller e. The Chaotic Nature of Speech Rhyth; Hints forFluencies in the L anguage Acquisition Process[A]. Delcloq语元方面的意义因素,还是来自语言环境、文化、心理等方面的意义ue Holland V M. Integrating Speech Technology in Langu因素,都看作是构成语境整体的意义组成要素,那么语言的理解过g程就可以看做是构成整体语境意义组成要素相互作用的一种意群[6]罗久里陈奎宁.探索复杂性[MJ.成都:四川教育出版社动力过程。而语言理解的结果便是这种意群动力学过程的整体效应。因而要最大限度地实现语言的机器理解,也必须采用这样的71乐眉语习得研究的多学科前景[],外语研究,2001意群动力学机制思想和原理。最后给出了汉语机器理解的一种意[8 Freeman L D On the scope of second language acquisition群动力学的计算策略,即一种基于量子纠缠原理之上的多重松弛计research[I]. Language Learning. 1998.(48):122算逼近的思想和方法[9 David M. Non-linearity and the Observered Lesson[J],ELT4结束语K. On thetal nature of speech[J. Journal of[1]HUlrike. A dynamic model of mul非线性动力学不论对自然科学还是对人文科学中的语言学,都ngualism. Perspectives of change in psycholinguistics M.是极富挑战性的崭新科学。目前国内外对非线性动力学的认识不Clevedon: Multilingual Matters, 2002. 189-216.断提高,它将为语言的研究和发展提供新思路、新途径和新方法和12]张公瑾.混沌学与语言研究[J.语言教学与研究,1997,新应用,只要进一步深入研究,大有发展前景。我们可以看出在上述动力学如何应用于语言研究中,远离平衡条件下的非线性动力学[13]胡水清,张宇,华一满,杜功焕.汉语语音的非线性动力学特征分析].声学学报,2000,(7):229-334,机制是他们的内瘟特征。因此,要真正了解语言就必须阐明语言[14Eman,fey. inguage as a dynamical system[A.Rdb系统的动力学机制。在这一意义上说非线性动力学及其相应的数学学科“动力系统”则是揭示复杂现象的动力学机制的主要方法,它 namics of Cognition[C]. Cambridge mA: MIT Press,1995既是描述非线性系统动态行为的理论基础,也是解释和预测这些行为的钥匙,可以预料研究语言系统的非线性因素特征及其动态15周昌乐,丁晓君,汉语机器理解与对策:一种意群动力学的观点[].现代外语,2000,(2):198-200演化历程,进而建立非线性动力学概念和数理模型,解释语言系统的复杂性、宏观有序性和混沌行为,预測语言系统的未来演化趋势将是语言发展所面临的长期的、富有挑战性的任务责任编辑彭熙,刘舸)参考文献[1]王铭玉.二十一世纪语言学的八大发展趋势(上)J].解放H中国煤化工CNMHG