跨任务认知机制激活规则:调研结论与方案(v2 主线修订版)

版本:v2 主线修订版(2026-10-31)|在 v2 讲解版(2026-10-30)基础上改写,并吸收《激活强度:定义、表示与可执行研究方案》(2026-10-31)的结论|对应《调研需求v2-跨任务激活规则》|文中“上轮”指《认知机制按阶段自适应激活-跨领域调研与验证方案》和《补充说明-从三任务案例到大规模机制库》。本修订没有新增文献检索。只想看主线,读《跨任务认知机制激活-研究主线》即可。

本版改了什么

v2 的推荐其实是“借策略算强度”:只有 3 个任务时,规则只用理论项,也就是在模拟器里用基础策略算出最划算的强度;人工任务特征要到 6–10 个任务时才作为修正加进来。但 v2 的写法让人以为主线是“人工给任务打特征 → 套公式算强度”:开头的例子是“时间紧迫度”公式,特征一章写得最长,还把实验设计变量排在可靠性第一。照这样读,策略对强度的影响就被忽略了。

本版把重心摆正:

  1. 主线写明:强度由任务和策略共同决定,规则要借策略来算。 新增 1.3 节;1.4 节的例子换成借策略算的例子。
  2. 第三部分改写。 规则的主干是“每个机制一个价格,加上每个任务自己策略的好处曲线”(资源理性);新增“这和让智能体在训练里自己选强度等价”(3.2)和“跨任务不变的到底是什么”(3.3);混合写法、修正项和残差改为任务多了以后逐级放开(3.5)。
  3. 第四部分大幅压缩。 规则的输入分成“从策略算出的量”(主)和“人工任务特点”(辅)两类。候选清单、四道检查等细节移到附录 G。
  4. 第五部分的对手加入四条“一刀切”规则,主指标改为补齐比例。
  5. 第六部分按《激活强度》方案的研究 A、B、C 更新第一项研究,并新增“分阶段:让智能体自己决定”。
  6. 记号调整。 机制强度在代码里的取值(v2 记作 φ)本版写作 θ,与《激活强度》方案一致;v2 里规则的共享参数 θ,本版叫“规则参数”,主干里就是每个机制一个价格 λ;阶段的下标从 s 改为 p,s 留给“可比强度”。附录的记号也已统一。
  7. 附录基本保留,按新主线改了几处(附录 A.1、A.2、A.6 的判断,附录 B 开头,附录 C 的术语,附录 D 的检索说明,附录 E.1–E.3),并新增附录 G。

怎么读这份报告

第一部分 先把问题讲清楚

1.1 你们现在是怎么做的

你们的用户模型有两层:

  1. 基础策略(也叫虚拟用户)。 每个任务(单词阅读、接管后换道、行人过街)各训练一个强化学习策略。它在 POMDP 框架里,学会在给定约束下尽量把任务做好。
  2. 认知机制。 目前有三个:看不准(感知噪声 P2)、新消息听不进去(新证据抑制 B2)、反应慢半拍(执行延迟 E1)。每个机制有一个强度,记作 θ(论文和 v2 记作 φ):0 表示关闭,数值越大,限制越强。训练策略时,θ 是策略的一个输入,所以同一个策略可以在不同强度下运行,并在每个强度下学会尽量做好。这种策略写作 π(a | o, θ),叫“参数条件化策略”。

论文里,每个任务(以及每个人)的 θ 是拟合出来的:试很多个 θ 值,每个值都让模型跑一遍,看哪个值产生的行为最像这个任务里真人的数据,就取哪个值。

1.2 想做到什么

拟合需要这个任务的人类数据,这带来三个问题:

所以目标是:来了一个新任务,先搭好环境、训练出它的基础策略,然后不用这个任务的人类数据,就能算出每个机制该开多强。 这叫“零样本”预测。零样本省掉的是人类数据,不是训练:新任务的基础策略照样要训,而且后面会看到,它正是算强度要用的工具。

1.3 强度由任务和策略共同决定

这是整份报告的出发点。“强度和策略有关”有两层意思。

第一层:量出来的强度依赖策略。 行为是“机制 × 策略”一起产生的,而策略会适应限制。交通研究里有现成的例子:司机会预判,预判能抵消反应慢和估计不准带来的不稳定(Treiber 等 2006);用真实轨迹校准跟车模型时,显式加上反应时间,拟合几乎没有改善(Kesting & Treiber 2008)。所以同样是 0.3 秒的延迟,在会预判的策略里几乎看不出来,在不会预判的策略里影响很大。反过来,从人的行为反推强度时,换一个策略或换一种建模,反推出的数就会变。这一层对所有机制都成立。

第二层:强度本身可能是“选”出来的。 有些限制不全是硬约束,而是人在“做好”和“省力”之间的分配,比如花多少注意力去看、新消息信几分、动作要多快。这时强度和策略是一起决定的。这一层对部分机制成立。

由此得出三条推论,它们决定了本报告的主线:

  1. 规则不能只看任务描述。 只用人工任务特征(如时间紧迫度)去算强度的公式,看不到策略能补偿多少,也看不到建模的影响。
  2. 规则要借策略来算。 新任务的策略训好后,先看它在不同强度下能拿到多少好处,再决定开多强。
  3. 跨任务共用的,不应该是强度这个数本身,而是更底层的东西。 主线的候选是每个机制一个“价格”:为了减轻这项限制,人愿意付出多少力气。价格是否真的跨任务通用,是要检验的假设(3.3)。

还有一部分建模的影响,借策略也算不出来,就是模拟器和真实实验不一样的地方(3.6)。

1.4 “激活规则”是什么:一个编出来的例子

激活规则就是一个计算方法:输入是新任务的策略和少数几个共享参数,输出是每个机制的强度。报告里把它记作 g。主线的规则只有一句话:在新任务的“好处曲线”上,找“好处 − 价格 × 代价”最大的那个强度。

例子(数字是编的)

只看反应慢半拍。先在每个任务里,让训练好的策略在不同延迟下做任务,记下它能拿到的好处(归一化到 0–1),连起来就是“好处曲线”。再假设一份力气的“价格”对所有任务都一样,价格 × 代价 = 0.02 ÷ 延迟秒数(越快越费劲)。

延迟(秒) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6
接管任务的好处 0.997 0.986 0.965 0.933 0.837
阅读任务的好处 1.000 0.998 0.996 0.992 0.982
价格 × 代价 0.200 0.100 0.067 0.050 0.033
接管:好处 − 价格 × 代价 0.797 0.886 0.898 0.883 0.804
阅读:好处 − 价格 × 代价 0.800 0.898 0.929 0.942 0.949
  • 接管任务时间紧,延迟一大好处掉得快,最划算的点在 0.3 秒左右;
  • 阅读任务延迟几乎不影响读懂,最划算的点在 0.6 秒左右;
  • 来了一个新任务:搭环境、训练策略、画出它的好处曲线,用同一个价格找最划算的点。这一步不需要新任务的人类数据。

价格是规则里唯一的共享参数,用已有任务的人类数据定下来。“越紧迫,延迟越小”这条规律不是人写进公式的,是从两个任务的策略身上算出来的。如果接管任务的策略学会了提前动作,它的好处曲线会更平,算出的延迟也会更大。

0.70 0.80 0.90 1.00 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 好处曲线:策略在不同延迟下拿到的好处 延迟(秒) 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 约 0.29 秒 约 0.58 秒 好处 − 价格 × 代价(两个任务价格相同) 延迟(秒) 接管任务阅读任务
图 1 编造的例子(与表中数字相同)。左:接管任务延迟一大,好处掉得快;阅读任务几乎不受影响。右:用同一个价格扣掉代价后,峰值就是各自最划算的延迟。

对照 v2 开头的例子:v2 写的是“执行延迟强度 = 0.6 − 0.4 × 时间紧迫度”,其中 −0.4 要拿数据拟合,而且公式不知道策略能补偿多少。现在这种写法里,时间紧迫度的作用通过策略的好处曲线体现出来。人工任务特征并没有被丢掉,只是退到修正的位置,任务多了以后才加(3.5)。

围绕这个规则,有三件不同的事要定:

要定的事 意思 在例子里对应什么
规则的形式 跨任务共用的是什么,强度怎么从策略算出来 共用价格;在好处曲线上找“好处 − 价格 × 代价”最大的点
代价的形式 每个机制“减轻限制要花多少力气”怎么写 0.02 ÷ 延迟秒数
参数取值 共享参数各取多少 价格

报告里说的“零样本”,就是这三件事全部只用旧任务的数据来定,新任务的人类数据一点都不用。新任务的人类数据只在最后用来检验:预测得准不准。

1.5 读这份报告需要的几个词

更多术语见附录 C。

1.6 六个核心问题分别在问什么

调研需求里列了六个核心问题。按新的主线,它们的分量不一样:

核心问题 用大白话说 在主线里的分量 答案在
2 规则形式 规则长什么样?跨任务共用的是什么? 主线核心 第三部分
5 验证 怎么证明规则对新任务真的有用?和谁比?至少需要多少任务? 主线核心 第五部分
1 特征 规则的输入用什么? 主线主要用从策略算出的量;人工任务特点是次要的修正 第四部分(细节在附录 G)
4 估计 规则里的数字怎么用多个任务的数据定下来? 先用简单办法(倒算价格),任务和机制多了再升级 6.4
3 机制扩展 机制扩到几十个时,怎么挑出每个任务需要的机制、分清相似的机制? 以后的事 6.3
6 数据 现有数据能检验什么?该采什么新数据? 决定先做模拟还是先采数据 6.5

这一轮在 1、2、5 上检索较充分;3、4、6 主要沿用补充说明里的来源,检索较浅。

第二部分 结论速览

1. 强度由任务和策略共同决定,规则要借策略来算。

同样的强度,在会补偿的策略里影响小,在不会补偿的策略里影响大;有些机制的强度本身还是人在“做好”和“省力”之间选出来的。所以规则的主干是:每个机制一个跨任务共用的“价格”,加上每个任务自己策略的好处曲线,在曲线上找“好处 − 价格 × 代价”最大的点。整个规则里,要用人类数据定的只有价格推断。详见 1.3、3.1。

2. 强度在一个回合内固定时,这和“让智能体在训练里自己选强度”等价,第一步不用新训练。

策略以强度为输入,已经学会了每个强度下怎么做最好;让它自己选强度、奖励里减去价格 × 代价,最后选中的就是好处曲线上的那个点。前提是策略在每个强度下都接近最优,这要检查。强度要随阶段变化时,才需要两层强化学习。详见 3.2、6.2。

3. 跨任务不变的到底是什么,本身是要检验的假设。

四种候选:物理强度(秒、误差比例)、决策错位率、好处损失、价格。每种对应一条“一刀切”规则,每个机制只有一个参数,所以 3 个任务就能比较待实验。详见 3.3。

4. 以理论为主,人工任务特点只做修正,而且要等任务多了再加。

三个领域里“只用理论 / 只用数据 / 两者结合”的直接比较都表明,结合最好,而且数据越少,理论那一项越重要已验证;用到认知机制上是推断。3 个任务时只用价格;6–10 个任务时,再让价格随一两个任务特点变化,或加少量修正和残差。详见 3.4、3.5。

5. 检验用留一任务,规则必须赢过简单对手;3 个任务只能算案例。

对手包括所有机制都关、所有任务用同一个物理强度、照搬最相似的任务。主指标是补齐比例:在“全关”和“用本任务数据单独拟合”之间,规则补上了多少。3 个任务能否定,不能证实;残差通常有多大根本估不出来已验证。详见第五部分。

6. 先用假数据跑通,再用真人数据;建模不像实验的部分,规则算不出来。

先造一批“答案已知”的假任务,检查方法能不能找回答案、判定标准该定多严。另外,模拟器和真实实验不一样的地方会被拟合进强度里,规则算不出,只能靠体检(换一种合理建模,看结论变不变)来处理。详见 3.6、6.1。

整体流程

新任务规格环境与实验条件 搭环境+机制算子全关时=理想观察者 训练策略 π(a|o,θ)强度作输入 · 多种子 好处曲线 · 换算表只用模拟器算 已有任务的真人数据拟合每个任务的群体强度 价格 λm一阶条件倒算 · 跨任务共用 最划算的强度 θ*好处 − 价格 × 代价 最大 一群虚拟用户做任务同一个策略,按 θ* 运行 与留出任务的真人比较只在检验时 · 补齐比例 只用模拟器,不用真人数据 用到真人数据
图 2 主线流程。蓝色框只用模拟器;橙色框用到真人数据。规则里要用真人数据定的只有价格,而且只用已有任务的数据;新任务的真人数据只在最后检验时出现。

哪些有证据,哪些是推断

结论 依据 证据强度
策略会补偿限制,同一个强度在不同策略下效果不同 交通研究:预判能抵消反应延迟;校准跟车模型时加反应时间几乎无改善 交通领域的文献转引自实施计划,本轮未重新核验;推到所有机制是推断
强度一回合内固定时,在好处曲线上取最优点,等价于让智能体自己选强度 由最优性直接推出;前提是策略在每个强度下都接近最优 推导成立;前提待实验
价格跨任务通用 证据矛盾:一项研究中三种“怕费力”的测量互不相关,另一项研究中两个领域相关 0.34 已验证,结论不一;在你们的机制上待实验
理论和数据结合,比只用其一好 风险选择预测、化工建模、儿童用药三个领域的直接比较 在那些领域已验证;用到认知机制上是推断
数据越少,理论那一项越重要 风险选择预测:题目少时去掉理论项误差翻倍,题目多时几乎没影响 已验证·工作稿
专家打分可能不可靠 15 道题、6 个特征:专家共识预测难度的相关为 0.33,最好的 AI 打分为 0.89 已验证·仅摘要
3 个任务时,误差范围只能靠事先设定 统计学里只有 3 组数据时的经典例子 已验证
3 个机制至少需要 5 个任务 由心理测量的可辨识条件推算 推断

第三部分 核心问题 2:规则写成什么样

这一部分在回答什么:规则长什么样,也就是新任务的每个机制强度怎么算出来,以及跨任务共用的到底是什么。

要点

  • 主干:每个机制一个价格,加上每个任务自己策略的好处曲线,取“好处 − 价格 × 代价”最大的点。
  • 强度一回合内固定时,这和“让智能体在训练里自己选强度”等价,第一步不用新训练。
  • 跨任务不变的是什么,有四种候选假设,3 个任务就能比较。
  • 以理论为主、数据修正,依据是三个领域的直接比较。
  • 人工任务特点、修正项和残差,按任务数逐级放开。

3.1 主干:借策略算强度

计算理性的基本假设是:人在约束下做最优的事。把这个假设再往前推一步:机制强度本身也是人“选”出来的。把限制减轻(看得更准、反应更快、更愿意更新信念)要花力气,人会在“做好”和“省力”之间找最划算的点。这叫“资源理性”(Lieder & Griffiths 2020)。

写成规则,需要三样东西:

部件 是什么 从哪里来 用不用人类数据
好处曲线 Ṽ_k(θ) 任务 k 的策略在强度 θ 下尽量做好,拿到的好处(归一化到 0–1) 用参数条件化策略在不同 θ 下评估,取多个种子 不用
代价 C_m(θ) 把机制 m 的限制减轻到 θ 要花多少力气 每个机制事先定一个主要形式和一个备选形式 不用
价格 λ_m 一份力气值多少好处 用已有任务的人类数据倒算 用,只用已有任务的

规则是:

θ*_{m,k} = argmax_θ [ Ṽ_k(θ) − λ_m · C_m(θ) ]

即在任务 k 的好处曲线上,找“好处减去价格乘以代价”最大的那个强度。1.4 的例子就是这样算的。

代价怎么写。 《激活强度》方案给了三个机制的主要形式,含义都是“限制越轻越费力”:

S_k、Ī_k 都从模拟器算,不用人类数据。

价格怎么定。 先在每个已有任务上拟合出群体强度 θ̂_k,也就是让这群人整体最像的值。在最划算的点上,“再减轻一点限制带来的好处”正好等于“多花的力气乘以价格”,所以价格可以直接倒算:

λ̂_k = Ṽ_k′(θ̂_k) ÷ C_m′(θ̂_k)

几个任务倒算出的价格合起来,用到新任务上。检验价格是否通用,就是看各任务的 λ̂_k 是否一致。

策略在哪里起作用。 好处曲线是策略跑出来的:策略越能补偿某项限制,这条曲线越平,算出的强度越大。所以策略的影响直接进入了规则,而不是被忽略。

好处和问题。 好处是有理论依据,原则上能推到从没见过的任务;要用人类数据定的数很少,每个机制一个。问题是每个机制都要说清代价,代价形式选错,结果就偏;人未必真的最优;价格未必跨任务通用。这些放在 3.6。

3.2 这和“在训练里决定强度”是什么关系

一种更直接的想法是:别在训练之后算强度,让智能体在训练里自己决定开多强,奖励里扣掉价格 × 代价。它和 3.1 是什么关系?

两种做法都依赖建模,因为训练环境本身就是建模的产物。所以“放进训练”不能让强度摆脱建模。它解决的是另一件事:让强度由策略自己权衡出来,而不是事后拟合出的一个旋钮。

3.3 跨任务不变的是什么:四个假设

价格不是唯一的候选。“规则对新任务能用”的前提,是有某样东西在任务之间不变。它可以是:

假设:跨任务不变的是 含义 新任务怎么算 借不借策略
物理强度(R-物理) 人在各任务里受到的物理限制相同,例如运动延迟大体是人的固定属性 取其他任务 θ(秒、韦伯分数等)的平均 不借
决策错位率 f(R-信息) 人在各任务里被机制搅乱的决定所占比例相同 取其他任务 f 的平均,用新任务的换算表变回 θ 借:用无限制策略和机制算子算,不重新训练
好处损失 ℓ(R-代价) 人在各任务里接受同样比例的表现损失 取其他任务 ℓ 的平均,用新任务的换算表变回 θ 借:用适应后的策略算
价格 λ(R-资源理性,主线) 人按同一个价格,在每个任务里自适应地分配力气 取其他任务的价格,在新任务的好处曲线上找最划算的点 借:用好处曲线算

几个词:

f 和 ℓ 放在一起也有意义:f 大而 ℓ 小,说明这个任务允许策略绕开这项限制,补偿的空间大。

四条规则每个机制都只有一个参数,所以 3 个任务就能比:哪种假设下“一刀切”猜新任务最准,就是第一项研究的结果(6.1)。这比“规则赢不赢一刀切”多回答一件事:跨任务不变的到底是什么。 价格那一条是主线,因为它把“强度是选出来的”这层意思也包括了进去,并且能自然地扩展到分阶段(3.2)。但它是假设,不是结论。

物理强度那一条不借策略。它不是主线,而是用来对照的:如果它赢了,说明这个机制更像人的固定属性,和策略关系不大。

3.4 为什么以理论为主:三个领域的直接比较

这一轮在三个领域找到了“只用理论/只用数据/两者结合”在新问题上的直接比较。它们都不是认知机制的研究,但问题的结构和你们很像。

例一:预测人在赌博题上怎么选(行为经济学)。 研究者要预测:面对一道没见过的二选一彩票题,有多少比例的人会选 A。有三种做法:只用一个心理学理论(叫 BEAST)直接预测;只用机器学习从大量题目里学;把理论的预测当作机器学习的一个输入(叫 BEAST-GB)。结果是已验证·工作稿:

“完备度”的意思见 5.3。

例二:化工反应器建模(过程工程)。 反应器遵循已知的物理化学方程,但方程里有些参数(比如反应速率)测不到。做法是:让神经网络只负责估这些测不到的参数,再把估出的参数送进方程,由方程算出结果。和纯神经网络相比,这种“灰箱”模型在训练范围内外都预测得更准,需要的数据也少得多已验证·仅摘要。

它的结构和你们完全一样:方程对应你们的基础策略,测不到的参数对应机制强度 θ,神经网络对应激活规则。

例三:从成人剂量推儿童用药(药物计量)。 常用“体重的 0.75 次方”这个公式,从成人的药物清除率推算儿童的。结果是已验证:

三个例子合起来,对你们意味着三点推断:

  1. 理论单独用,适用面一宽就不行;作为结合中的一项,即使它单独表现差,也仍然有用。 所以即使算出的理论值比较粗糙,也值得保留;任务多了以后,再由数据决定信多少(3.5 的 η)。
  2. 数据越少,理论越重要。 你们只有个位数的任务,正处在最需要理论的阶段。
  3. 在一个任务上学到的修正,换到机制起作用方式不同的任务上,可能就失效了。 所以修正项要少,并尽量用方向明确的特征;任务特有的部分交给残差 v;新任务明显超出已有任务的范围时,只给误差范围,不给单一数值(见附录 G.6)。

还没有回答的是:在你们的问题里,“从资源权衡推出的理论”是否真的优于“按数据画线”。例一的理论是描述人怎么选的行为理论,例三的公式来自生理规律,都不是“收益减代价求最优”。这只能靠你们自己做比较,见 3.3、3.5 和 6.1待实验。

各部分的文献依据汇总在附录 E.2。

3.5 逐级放开:什么时候加任务特点和残差

数据能支撑的参数个数有限。3 个任务、每个任务 3 个阶段,一共只有 9 行数据。所以规则按任务数逐级放开,每一级都要先赢过上一级,才能往上走:

级别 任务数 规则 每个机制定几个数 为什么这样做
R0 一刀切 3 3.3 的四条规则,主线是“同一个价格” 1 个 和对手“所有任务同一个物理强度”一样只有 1 个数,比较最公平。赢了,就说明借策略带来了信息
R1 价格随任务特点变 6–10 λ_{m,k} = exp(α_m + β_m · x_k),每个机制事先只选一个最有理由的任务特点 x 2 个 价格可能不完全通用(3.6),让它随一个特点有规律地变
R2 混合:理论值+修正+残差 6–10 起;15–20 以上再放开 强度 = 压到合理范围(a + η × 理论值 + b × 特点 + v) 2–4 个 理论系统性偏了时,用少量特点修正;残差 v 承认规则说不中的部分

R1 的候选任务特点都优先从模拟器算(更多候选见附录 G):

机制 候选特点 怎么算 理由
反应慢半拍 任务特征时间 无限制策略的决定“过期”所需的时间,即决策错位率到 0.5 时的延迟 延迟长不长,要跟世界变化的快慢比
看不准 决策需要分辨的差别 ÷ 被测量的变化范围 看无限制策略在动作切换点附近的状态差 噪声大不大,要跟需要分辨的差别比
新消息听不进去 环境波动程度 用理想卡尔曼滤波的稳态增益 人在稳定环境里更新得少,在多变环境里更新得多(Behrens 等 2007;Nassar 等 2010)

注意:在信息坐标下一刀切,对反应慢半拍来说,大致相当于在物理坐标下按“任务特征时间”缩放。所以“比较坐标”(3.3)和“加任务特点”其实是同一件事的两种写法,这也是要先做 3.3 那个比较的原因。

R2 就是 v2 推荐的混合写法,各项含义如下:

项 名称 大白话
η × 理论值 理论项 理论值是 3.1 算出的最划算强度;η 表示信多少理论:η=1 完全照理论,η=0 完全不用
b × 特点 修正项 用一两个特点补上理论没考虑到的系统偏差。大多数 b 应为 0
v 任务残差 某个任务特有、规则说不中的部分
压到合理范围 链接函数 保证算出的强度不超出策略训练时见过的范围

三种写法是“套娃”关系:η=1、b=0、不估 v 时,就是 R0 的价格规则;η=0 时,就是纯“按数据画线”。所以“理论到底有没有用”不必事先拍板:任务够多以后,看 η 估出来是否明显大于 0 就行。v2 的公式里还有一项个人偏离 u,表示同一任务里每个人和平均水平的差别;现阶段规则只管群体(每个任务所有人共用一个值),u 暂缓。

遇到下面的情况,要换方案:

3.6 前提和风险

  1. “关闭”必须等于“强度为 0”。 所有机制取 0 时,策略必须是没有认知限制的理想观察者:看得准,按贝叶斯规则理想地更新,下令后立即执行。现在的代码还不满足:新消息听不进去的滤波器假设的观测噪声是写死的,结果它和看不准会互相顶替;过街里开关还会改变模型结构(《激活强度》方案第 2 节)。不先修好,3.3 的比较没有意义。
  2. 每个机制都要说清代价。 3.1 给了主要形式,还各有备选形式。代价形式选错,算出的强度就偏。比较主要形式和备选形式,本身也是要做的检验。
  3. 价格未必跨任务通用。 现有证据是矛盾的。一项研究(6 个研究、663 人)发现,三种测“认知努力”的任务彼此几乎不相关;另一项研究(104 人)发现,同一批人在工作记忆任务和噪声中听句子任务里的“怕累程度”中等相关(r=0.34)已验证。所以任务多了以后,价格要允许随任务变化(R1)。
  4. 策略要在每个强度下都接近最优。 否则好处曲线偏,算出的强度也偏(3.2 的检查)。
  5. 人未必真的最优。 人可能系统地偏离“最划算的点”。这部分交给 R2 的修正项和残差。
  6. 只按任务成绩选强度,会把限制全关掉。 如果奖励里只有任务成绩,最优解很可能是所有限制都为 0,模型就不像人了。代价项写进来,就是为了把“限制省了力气”算进去推断。
  7. 建模不像实验的部分,规则算不出来。 如果模拟器和真实实验不一样,比如模拟器给的信息比真实驾驶模拟器更全,拟合时就会把“看不准”调大来补。这种补丁不在好处曲线里。借策略来算,能让结论明确地以这套建模为条件,并且前后一致:新任务用哪个策略算强度,就用同一个策略去模拟。但它不能让结论摆脱建模。这部分只能靠体检(换一种合理建模,看结论变不变)和成功标准的第二层来处理(《跨任务激活规则-分阶段实施计划》1.5、1.6 节和第 0 步)。

第四部分 核心问题 1:规则的输入

这一部分在回答什么:规则的输入用什么、怎么得到,以及怎么保证在新任务上也能得到。

要点

  • 输入分两类:从策略算出的量(主),人工任务特点(辅)。
  • 从策略算出的量带着“策略能补偿多少”和“建模是什么样”的信息,人工任务特点不带,所以前者是主干。
  • 人工任务特点只在任务多了以后(R1、R2)才用,每个机制最多一两个,方向事先写好。
  • 两类输入都绝不能包含人在新任务上的表现。

4.1 两类输入

类别 例子 怎么得到 在规则里的位置
从策略算出的量(主) 好处曲线;决策错位率 f 和好处损失 ℓ 的换算表;机制敏感度(只开一个机制时行为变化多大);用无限制策略或理想观察者算出的任务特点,如任务特征时间、需要分辨的差别、环境波动程度 新任务的策略训好后,在模拟器里跑;不用人类数据 规则的主干(3.1、3.3),以及 R1 里价格随之变化的那个特点
人工任务特点(辅) 实验设计变量(接管时间预算、车距车速、词长词频、有无次任务);仪器和日志记录(事件时间戳、碰撞时间) 由设计者给出,或从记录中读出 只在 R2 作少量修正

为什么前者是主干:同一个人工任务特点(比如“时间预算 5 秒”),在会预判的策略和不会预判的策略里,对强度的意义不一样;从策略算出的量直接反映了这一点。别的领域也有把“模型算出的量”当输入的成熟做法:算法选择里用便宜程序跑一小会儿得到的“探针特征”,任务嵌入里用固定网络的敏感模式作任务的“指纹”,风险选择预测里把理论的预测值本身当特征,题目少时去掉它,误差翻倍已验证;用到机制上是推断。

要注意两点:

4.2 人工任务特点:什么时候用、怎么用

候选清单、四道检查的做法、数量上限和外推规则的细节见附录 G。

4.3 不能偷看答案:防泄漏清单

“泄漏”指规则的输入里,不知不觉混进了预测时本来拿不到、或者带着答案信息的东西。数据挖掘领域对此有专门的讨论(Kaufman 等 2012,只核了题录)。具体到你们,要注意六点:

  1. 时间上不能超前。 某一时刻的特征,只能用这一时刻之前已经发生的信息。像“这个阶段一共持续了多久”这种事后才知道的量,不能用。
  2. 不能用新任务的人类表现。 反应时、成功率、轨迹统计都不行,间接用法也不行(比如用成功率去校准“难度”)。
  3. 标注的人不能看结果。 给特征打分的人不能先看到人类数据;标注规则和取值在拟合前定死。
  4. 挑特征也算拟合。 如果要从多个特征里挑,挑选只能用训练任务,被留出的任务不能参与。
  5. 模拟器算出的量只用策略和任务规格。 价格 λ 要用人类数据定,也只能用训练任务的数据。赌博题预测研究里,理论的参数沿用以前竞赛的估计,没有在新数据上重新调已验证·工作稿。
  6. 留一份记录。 如果某个特征和人类结果的相关高得不正常,回头查是不是泄漏了。

第五部分 核心问题 5:怎么证明规则对新任务有效

这一部分在回答什么:怎样才算证明了“规则对没见过的任务也能用”,包括怎么考、和谁比、怎么打分、至少要多少任务。

要点

  • 考法是“留一任务”:用其余任务定规则,用留出的任务检验,轮流做。
  • 3 个任务时,主要比较四条“一刀切”规则,并且都要赢过“所有机制都关”和“照搬最相似的任务”。
  • 主指标是补齐比例;另外给“预测分布”整体打分。
  • 任务很少时,单次的胜负可能是运气,判定标准要事先用模拟数据定好。
  • 3 个任务只能算案例;6–10 个任务能做小规模的正式检验。

5.1 检验方法:留一任务

做法就是 1.5 说的考试:3 个任务里拿 2 个定规则,预测第 3 个;轮流做 3 次,每次都把预测和第 3 个任务的真人数据比较。

认知建模里,这个做法有一个正式名字,叫“泛化准则”:在一组实验设计上定参数,在一个新的设计上检验。它和常见的交叉验证不同:交叉验证的测试数据来自同一个实验,泛化准则的测试数据来自没用过的实验。研究指出,数据多时交叉验证容易偏向复杂的模型,而泛化准则能挑出更简单、推广得更好的模型已验证·仅摘要。有研究就用它比较了 8 个决策学习模型:用每个人在一个赌博任务上估出的参数,去预测这个人在另一个赌博任务上的表现已验证·仅摘要。

具体要求:

  1. 除了留出整个任务,也可以留出阶段、留出条件。 这种检验更弱,但次数更多,可以作为补充。
  2. 调参的设置事先定死,不要用留一任务的结果来挑。 机器学习的“跨领域泛化”评测发现,用“留一领域”来挑模型设置,反而比用训练数据挑更差(平均准确率 63.8 对 67.0);而且在那个评测里,最朴素的方法几乎没有被任何新方法明显超过已验证。启示是:任务少时,要认真对待简单对手。
  3. 每一轮单独报告,不要合成一个 p 值。 原因见 5.5。
  4. 先判断新任务在不在已有范围内,见附录 G.6。
  5. 检查误差范围是否诚实。 如果说“有 80% 的把握落在这个范围内”,那实际上大约 80% 的时候应该落在范围内。研究很少时,常规方法算出的误差范围往往偏窄,见 5.5。

5.2 要赢过哪些对手

一个规则“预测得还不错”说明不了什么,要看它是否比更简单的做法好。对手分两组。

3 个任务时(R0):

对手或候选 怎么做 用了新任务的人类数据吗 说明什么
B0 所有机制都关 θ=0 没用 补齐比例的起点;说明机制本身是必要的
B1 同一个物理强度(R-物理) 每个机制一个常数(秒、韦伯分数等),用训练任务定 没用 不借策略的一刀切。价格规则赢了它,才说明借策略带来了信息
R-信息、R-代价 3.3 的另外两条一刀切规则 没用 和价格规则互为对手,看哪种“不变”最站得住
R-资源理性(主线) 3.1 的价格规则 没用 被检验的规则
B8 照搬最相似的任务 找最接近的训练任务,直接用它拟合出的强度 没用 规则是否比“找个像的照搬”更好。风险选择预测研究中,53 个心理学模型都没赢过这类对手
B9 完全不拟合的理论 价格也不用数据定,取事先设定的值 没用 理论本身离真人有多远
B3 用新任务的数据单独拟合 留出任务用自己的人类数据拟合 用了 这是上限,不是对手:零样本最多能做到多好;也是补齐比例的终点
B7 人和人之间的差距 把同一任务的真人随机分成两半,比较两半的差距 — “噪声底”:任何模型都不可能比这更接近真人

任务多了以后(R1、R2)再加:

对手 怎么做 说明什么
B4 打乱特点 把任务特点在任务之间随机调换,其他不变 参数一样多,只是特点错了。如果它和规则一样好,说明特点没起作用
B5 换用别的任务的特点 给留出任务套上另一个任务的特点 检验特点是否真的携带了这个任务的信息
B2 同一个强度+误差范围 同 B1,但承认任务之间有差异 规则除了知道“任务之间有差异”,是否还说出了差在哪里
B6 只用理论/只用修正 η=1 且不加修正;或者 η=0 分别看理论和修正各贡献了多少

5.3 用什么指标打分

先确定比较哪些行为:事先登记一组分阶段的行为统计量(比如每个阶段的反应时、轨迹特征、事件发生的时间),拟合前定死。然后用下面几个指标:

补齐比例(主指标之一)。 它衡量:在“所有机制都关”和“用本任务数据单独拟合”之间,规则补上了多少。

例子(数字是编的)

所有机制都关(B0)时,模拟和真人的差距是 10;用本任务数据单独拟合(B3)时是 4;规则预测的强度下是 6。

补齐比例 = (10 − 6) ÷ (10 − 4) ≈ 67%

1 表示和单独拟合一样好,0 表示和不开机制一样,负数表示比不开还差。

它和经济学的“完备度”(Fudenberg 等 2022)是同一类指标,只是两端换了。完备度以“最笨的对手”(这里取 B1)为起点、以噪声底为终点,适合任务多了以后回答“规则比一刀切好多少”;风险选择预测研究也用它报告结果已验证·仅摘要。3 个任务时比较的是四条一刀切规则,B1 本身就是候选之一,所以用补齐比例作主指标。

给“预测分布”打分(主指标之二)。 规则给出的不是一个数,而是一群模拟人的行为分布。统计上有一类专门给分布打分的方法,叫“适当评分规则”(如能量得分、CRPS)。它保证“如实报告自己的预测分布”时得分最高,不会鼓励模型故意说得更自信或更保守(Gneiting & Raftery 2007,本轮只核了题录)。

逐个统计量算“像不像”。 自动驾驶仿真竞赛 WOSAC 的做法是:每个场景模拟 32 次,对每个行为统计量,用模拟结果画出直方图,看真实数据落在这个直方图里的概率高不高,再按事先定好的权重汇总。它在 44,920 个没参与训练的场景上评估已验证。你们可以照搬这个思路。

分布距离(辅助)。 比较两组样本差多远,例如 MMD已验证。它只比较两组样本,不直接给“预测分布”打分,所以作辅助指标。

误差范围是否诚实。 名义上 80% 的范围,实际是否大约 80% 的时候包含真值。

策略本身有没有问题。 报告每个任务的基础策略完成任务的表现,防止把“策略没训好”误当成“规则不行”。

5.4 3 个任务能证明什么,需要多少任务

3 个任务只能算案例。 留一任务只有 3 轮,每轮一个结果。它能“证伪”(规则在某个任务上明显不行),但不能“证实”(3 次都好也可能是运气)。几个参照:

参照 来源 说的是什么 对你们意味着什么
分层模型只有 3 组 Gelman 2006 只有 3 组时,“组和组之间差多少”几乎估不出来,结果很依赖事先设定;在常用的平坦设定下,少于 3 组时完全估不出 3 个任务时,误差范围基本由事先设定决定
元分析的经验法则 Cochrane 手册等 每个特征至少约 10 项研究(没有严格依据) 特征要非常少
元强化学习 Meta-World 在 10 个训练任务上成功率约 87%,在新任务上只有约 32%–36% 靠“学”出来的映射,任务只有个位数时泛化很差,所以规则要有很强的结构
赌博题预测 Plonsky 等 2025 留一情境检验用了 16 个情境 想说“能推广到新情境”,参照规模是十几个
区分机制 心理测量的可辨识条件(见 6.3) 每个机制要有一个只需要它的任务,并至少出现在 3 个任务里 3 个机制至少需要 5 个任务

建议的节奏推断:

5.5 任务少时的统计陷阱

对策是用模拟数据事先定判定标准推断:造一批假任务,一半按“规则成立”生成数据(比如各任务价格相同),一半按“规则不成立”生成数据(比如各任务价格不同,或者其实是物理强度相同),对它们跑完全相同的留一任务流程,看两种情况下“规则比对手好多少”各是什么样的分布。据此事先写下:在真实数据上要好多少,才算数。

3 个任务时的判定规则(参照《激活强度》方案 3.4 节,具体门槛以假任务上的定标为准):

第六部分 路线图(含核心问题 3、4、6)

这一部分在回答什么:接下来按什么顺序做;分阶段怎么做;机制扩到几十个时怎么办(核心问题 3);规则里的数字怎么估(核心问题 4);数据和实验怎么设计(核心问题 6)。

要点

  • 第一项研究(约三周):统一实现、算好处曲线和换算表、用留一任务比较四种“不变”假设。
  • 分阶段时,让智能体自己决定每个阶段开多强;前提是价格能跨任务通用。
  • 机制扩到几十个时:先筛掉不相关的机制,效果相似的按“环节”归组,每个机制配一个“探针任务”。任务数下限:3 个机制至少 5 个任务,20 个机制至少 34 个。
  • 现有数据(各任务的参与者不同)只能检验任务层面的规则。

6.1 第一项研究:用三个任务比较四种“不变”假设

这一项就是《激活强度》方案第 7 节的研究 A、B、C,再加上 v2 原有的假数据检查。全程只用开发和验证数据,不碰锁住的测试数据。

步骤 做什么 用到真人数据吗 怎样算通过(事先写好)
S0 事先登记 写下四条规则、每个机制的代价形式(主要和备选)、对手、行为统计量、打分方法、留一方案、判定标准 否 文档定稿后不再改
A 统一实现 基础模型改成理想观察者;修好新消息听不进去的零点;加三项共享测试:零强度测试(θ=0 与直接关闭逐步输出相同)、等价测试、校准测试;重训受影响的模型(并入多种子训练) 否 三项测试全部通过
B 好处曲线和换算表 每个任务 × 机制:θ 取 11 个点,算决策错位率 f 和好处损失 ℓ(多种子),以及物理坐标和任务特点;检查策略在各 θ 下是否接近最优(3.2) 否 f、ℓ 随 θ 单调;种子间差异小于相邻网格点之差;固定 θ 策略与条件化策略的回报差在种子误差以内
S1 假数据检查 造“答案已知”的假任务(在现有任务上改条件),检查方法能否找回已知的价格、能否认出数据是按哪种“不变”假设生成的,并定下判定门槛 否 认对的比例达到事先定的门槛;写下“算赢”的门槛
C 留一任务比较 估出每个任务的群体强度 θ̂_k,换算成 f、ℓ、λ;用四条规则分别预测留出任务,算补齐比例;看三个任务倒算出的价格是否一致 是 按 5.5 的判定规则
可选:任务内条件 用实验内部的条件(车距车速、词长词频、场景)把一行拆成多行,做留一条件检验 是 同上

遇到这些情况,先停下来: S1 认不出不同的假设;C 里价格规则最多只有 1 轮赢过 B1;赢不了照搬最相似任务(B8);三个任务倒算出的价格差别远大于种子误差。这时先回头检查代价形式和实现,不要急着往规则里加参数。

6.2 分阶段:让智能体自己决定

同一个任务里,不同阶段可能需要不同强度。比如接管任务以事件为界分成几段:接管提示 → 第一次操作 → 开始换道 → 换道完成。

主路线:让智能体自己决定每个阶段开多强(3.2 的两层结构)。

前提和岔路口(与《跨任务激活规则-分阶段实施计划》第 5 步之后的岔路口一致):如果 6.1 和之后的检验表明价格基本能跨任务通用,走上面的主路线;如果不通用,就退回人为划分阶段、按阶段用规则算强度的做法。

要防一个强零假设。 即使强度固定不变,一个知道自己处在哪个阶段的最优策略,本身也会在不同阶段做出不同的行为。Jokinen 等的驾驶多任务模型几乎没有拟合参数,阶段依赖的行为来自固定的限制加上信念的变化已验证。所以“行为随阶段变化”推不出“强度随阶段变化”,必须赢过“强度固定、策略感知阶段”这个对照,以及打乱阶段标签、随机切换点等伪对照(见上轮报告)。

6.3 核心问题 3:机制扩到几十个时怎么办

这个问题在问三件事:机制从 3 个变成几十个以后,(1)每个任务真正需要哪些机制,怎么挑出来;(2)两个机制作用在同一个环节、效果相似时,怎么分清是谁在起作用;(3)需要准备什么样的任务、准备多少个。本轮在这个问题上检索较浅,下面主要沿用补充说明里的来源。

  1. 先筛选。 用“定义筛选设计”:m 个机制只需要 2m+1 次模拟,就能大致看出每个机制对每个任务有没有影响已验证·仅摘要。20 个机制只需要 41 次群体模拟。没有影响的“机制×任务”组合直接剪掉。算法配置的研究发现,95%–99% 的改进往往来自 1–4 个参数;如果机制库也是这样,每个任务真正起作用的机制会很少(推断)。
  2. 让规则自动挑。 用一种统计设定(叫“正则化马蹄先验”),事先说明“预计每个任务只有 1–4 个机制起作用”,让数据决定是哪几个推断。也可以用上轮提到的 SBMI,同时推断“开不开”和“开多强”。
  3. 效果相似的机制按环节归组。 比如几个机制都作用在“知觉证据形成”这个环节,它们可能互相替代,数据分不出来。对策有三个:按环节(知觉、信念更新、动作执行)报告“这个环节有没有机制在起作用”;规定同一个环节最多只有一个机制起作用;专门设计一个能把它们区分开的测试条件推断。
  4. 为每个机制准备“探针任务”。 心理测量有一个成熟做法:每种要测的能力,用三个表面上不同的任务去测,只取它们共同的部分,避免某个任务的特殊性混进来已验证。对应到机制库:每个机制至少有一个(近似)只需要它的任务,并且至少出现在三个不同的任务里。

需要多少任务。 按心理测量的可辨识条件推算:每个机制至少要有一个只需要它的任务,并且至少出现在 3 个任务中。这样算出的任务总数至少是 M+⌈2M/r⌉,其中 M 是机制数,r 是一个普通任务平均用到的机制数推断。

表 6a 按 r=3 计算的任务数下限

机制数 M 3 5 10 20 30
任务数下限 5 9 17 34 50

这是针对“开或关”这种二值情况的推算;你们要估的是强度,所需的任务只会更多。所以现有 3 个任务,连 3 个机制的严格区分都不够。一个缓冲的办法是在任务内部做多个条件,但它只能帮助估计任务内部的变化,任务之间的推广仍然取决于任务数。

6.4 核心问题 4:怎么估计规则里的数字

这个问题在问:你们的模型算不出似然,只能通过模拟来比较行为;各任务的参与者又不同。在这种情况下,怎么把多个任务的数据合在一起,定下规则里的共享数字。

主线上的做法很简单。 R0 每个机制只有一个价格,可以分两步定:先在每个训练任务上估出群体强度 θ̂_k(沿 θ 网格找“这群人整体差距最小”的点,用抛物线插值求最小值,按被试做自助法给出区间);再用一阶条件倒算 λ̂_k,取平均。参数这么少时,两步走够用。

训练范围。 策略训练时强度的取值范围(论文里的 b)只负责覆盖,不再当结果报告。按《激活强度》方案 5.2 节,覆盖到好处损失约 0.6,或覆盖到估计区间上界的 1.5 倍,取较大者。

任务和机制多了以后再升级。 两步走会把个体差异估偏(药物计量的老结论,见上轮),残差大小也只能靠先验。到 R1、R2 时,可以换成下面的做法(本轮在这个问题上检索较浅):

做法 大白话 优点 缺点
E2 一次全估 用“规则 → 强度 → 策略 → 行为”整条链造模拟数据,训练一个网络,直接估规则的参数 训练一次,之后很快;能同时估出残差大小 要模拟很多不同的任务组合,成本高
E3 按任务拆开再相加 每个任务学一个“给定强度时,这些行为出现的可能性有多大”的近似,再把各任务的结果加起来 增减任务很方便,做留一任务检验时只要去掉一项 残差和个人偏离需要额外处理
E4 让策略覆盖足够的强度范围 训练策略时,随机关掉一些机制,每个任务只开筛选后的少数几个机制,并让规则的输出不超出训练范围 防止规则给出策略没见过的强度 机制很多时能否覆盖得了,目前没有证据

以后还可以试“边训练边校准”(训练和推断交替进行),它只适用于已有真人数据的任务,见《跨任务激活规则-分阶段实施计划》第 3 步。技术细节见附录 E.4。

6.5 核心问题 6:数据与实验设计

这个问题在问:在“不同任务的参与者不同”的现状下,能检验哪些结论;如果采集新数据,该怎么设计;有没有公开数据能增加任务数。

现有数据能检验的:任务层面的规则(规则本身、任务残差),以及任务内的个人差异。不能检验的:一个人在不同任务中是否一致,也就是个人特质。因为每个人只做了一个任务,人的影响和任务的影响混在一起,分不开(上轮结论不变)。

如果采集新数据:

  1. “探针任务组+应用任务”。 先用一组探针任务定下每个机制的强度尺度,再在应用任务上检验零样本预测。
  2. 部分重叠。 每人做 2–3 个任务,安排成“任意两个任务之间都有共同的参与者”,这样能估出个人特质占多大比例。但要有心理准备:很多认知任务的个体差异,重测信度很低,许多低于 .25;一项 522 人、37 个任务的研究发现,任务指标和问卷指标几乎不相关,任务也大体预测不了现实中的结果。所以先用模拟算好样本量已验证。
  3. 任务内多做条件。 用定义筛选设计,在每个任务内操控 3–4 个特征,给规则提供更多数据行。

公开数据:

表 6b 可用于检验方法的公开数据

数据 规模 可以用来做什么 限制
Psych-101(Binz 等 2025) 160 个实验、60,092 名参与者、10,681,650 次选择 检验“价格是否跨任务共用”“规则形式”等问题 数据是逐试次的文字转写,要变成你们的任务需要逐个重写;实验以选择、记忆、探索类为主(据媒体对论文的转述),和连续的感知—动作任务差别大。页面标注 Apache-2.0 许可、可直接下载;页面显示的实验数(76)与 160 不一致,原因未查明
choices13k(Peterson 等 2021) 13,006 道风险选择题的人类选择比例 作为外部练习场,比较“题目特征 → 参数”的不同写法 不含你们的机制
自我调节任务集(Eisenberg 等 2019) 522 人 × 37 个任务(另有 23 个问卷) 估计同一批人跨任务的相关和重测信度,判断个人特质大概占多少 不是序贯决策任务
接管荟萃分析(Zhang 等 2019,上轮) 129 项研究的汇总结果 检验规则在汇总层面的方向和量级(比如时间越紧,接管是否越快) 只有汇总数据,没有个人轨迹

这些数据都不能直接变成你们机制库里的新任务:把一个公开实验改成你们的任务,要重写成 POMDP 并训练基础策略,成本不低。更现实的用法是检验方法流程推断。

个人层面暂缓。 同一任务里每个人和平均水平的差别(v2 公式里的 u),以及同一个人在不同任务里是否一致,现阶段都不做:规则先只管群体,每个任务所有人共用一个值。

第七部分 需要你补充或拍板的事

需要拍板(来自《激活强度》方案,决定第一项研究能否开始):

  1. 基础模型是否改成理想观察者(推荐改)。代价是看不准、新消息听不进去相关的模型要重训,论文里新消息听不进去的数值不能再直接比较。不改的话,这个机制就不能参加跨任务比较。
  2. 任务固有噪声取多少。 推荐取 0,即看不准关闭时看得完全准;另一个选择是保留现在隐含的 5%,算进基础模型。
  3. 要不要给策略真实加速度。 推荐一律不给,让它从信念里估计,这样强度从 0 开始变化时,模型结构不会突然跳变。
  4. 每个机制的代价形式(3.1 的主要形式和备选形式)是否接受。

需要补充(按对方法选择的影响排序):

  1. 现有三个任务里,人为操控了哪些条件? 比如接管时间预算有几档、词长有几种、车距和车速有几种组合,以及是否逐试次记录。这决定能不能用“任务内多做条件”增加检验力(6.1、6.5)。
  2. 一次群体模拟要跑多久? 这决定好处曲线能不能临时算,还是要事先算好存表。
  3. 未来一年计划增加多少任务和机制?能否让同一批人做多个任务? 这决定按 5.4 的哪一档来规划,以及要不要采用重叠设计。

附录 A 跨领域类比

本附录回答两个问题:你们的问题在其他领域对应什么,以及各领域哪些做法能搬过来。正文的依据大多从这里来。

A.1 本问题可以表述为哪些已有问题

表 A1 十种已有问题表述及其成立条件

# 已有问题 与本问题的对应 成立条件 本问题中是否满足 判断
F1 解释性 IRT/LLTM 条件=题,任务=题组,特征→机制强度 特征可编码;响应参数可估;题数足够(常为几十至数百);加性线性 前两项部分满足(强度是潜变量,经昂贵模拟器才连到数据);题数不足;加性未知 修正项与残差的统计写法(v2 曾作主骨架)
F2 元回归与随机效应预测 任务=研究,θ 后验=研究效应估计 每个研究有效应估计及其不确定性;研究数充足;新研究与旧研究“足够相似”(可交换) 估计不确定性可由摊销推断给出;研究数=任务数,目前 K=3 决定预测区间的写法
F3 药物计量的协变量模型与外推 任务=人群或药物,特征=协变量 有理论骨架;有外部验证数据;个体间/场合间变异可分 理论骨架缺失,需自己定义;外部验证数据尚无 最强的外推模板,骨架需自建
F4 算法选择与经验性能模型 任务=实例,机制开关=配置 特征便宜;性能可大量测量;目标是择优而非复现分布 特征部分可得;人类数据稀缺;目标是分布保真度 借特征设计与评估,不借选择器
F5 上下文 MDP 的零样本泛化 x=上下文,θ 作为上下文的一部分输入策略 上下文显式;训练上下文足够多样 上下文显式;训练任务只有个位数 借训练覆盖与评估协议
F6 函数型与外推校准 θ(x),x=任务特征 确定性模拟器;每个 x 有重复观测;差异项可建模 输出是群体行为分布,不是点预测 借“插值与外推要区分”的思路
F7 可迁移性(transportability) 任务=群体,“选择图”声明任务间差异来源 能事先声明哪些机制或函数在任务间不同 可以声明,但需要领域知识 借“事先声明差异”的做法
F8 资源理性/有界最优的跨任务预测 θ* 由收益与认知代价决定 代价可声明且跨任务稳定 代价未声明;稳定性证据混杂 规则主干(本版)
F9 行为预测竞赛与“理论+机器学习” 问题=任务/条件;理论模型的预测作为特征,数据驱动的学习器做校正 有数百至上万个问题;结果是群体选择率等汇总量;理论模型可廉价计算 结果层面相近(都是群体分布);问题数远远不足;理论项(规范预测 ψ)需自建 唯一找到的“理论/数据/混合”在新问题上的直接对比;借评估协议
F10 序列式灰箱(混合)建模 网络估计机理模型中不可测的参数,参数再送入机理模型 有部分已知的机理模型;不可测参数随输入变化;能经机理模型把误差传回网络 结构完全对应(g 估 θ,θ 送入 π);但你们经昂贵模拟器连接、没有梯度,只能做模拟推断 结构模板

推断表中判断是对各问题条件的逐条比对,不是原文献的结论。

A.2 结论:最小公共结构

没有任何一个已有问题同时具备“参数由理论借机理模型算出、参数经昂贵无似然模拟器连到群体数据、样本是少数几个任务”这三点。按本版主线,最小公共结构是:

  1. 主干来自 F8:资源理性。强度是在本任务好处曲线上的最优取舍点,跨任务共享的是价格。F10 提供结构依据:规则只负责不能直接测量的参数,行为仍由机理模型(这里是策略)产生。
  2. “理论值加校正”的写法来自 F3、F9:理论作为固定骨架,只做少量校正,而且校正不能随便跨对象迁移。F9 提供了这种做法在新问题上有效的直接证据,但对象是选择率,不是机制强度。
  3. 统计写法来自 F1、F2:任务多了以后,用任务特点预测价格或修正项,加任务层残差,预测分布含异质性。
  4. 推断机器来自上轮:参数条件化策略作摊销模拟器,做模拟推断。

A.3 它不是什么

它不是普通的多任务学习或元学习,也不是门控网络(上轮已排除)。原因是任务太少。两个参照:

这些是强化学习里的泛化,不能直接换算成你们的任务数,但它们提示:靠学习得到的跨任务映射需要远多于个位数的任务,所以 g 必须强约束(低维、结构化)才有希望。

A.4 Centaur 说明了什么,没说明什么

Centaur 在 Psych-101 上微调(160 个实验、60,000 多名参与者、1,000 多万次选择),能预测留出参与者,也能泛化到新的 cover story、任务结构改动和新领域已验证。它证明“跨很多实验的统一预测”可以做到,但它是数据驱动的黑箱,没有机制库,也不给出机制强度。对你们有两点用处:可作为公开数据来源(见 6.4),以及说明跨任务预测的数据规模量级。它不是 g 的候选形式推断。

A.5 各领域与本问题的逐项映射

共考察 11 个领域或问题族。表 A2 给出每个领域里与“机制、强度、任务/阶段特征、激活规则、人类数据、对新任务的预测”对应的概念,表 A3 给出可迁移之处和不成立的假设。

表 A2 各领域中与“机制/强度/任务阶段特征/激活规则/人类数据/对新任务的预测”对应的概念

领域 机制 强度 任务/阶段特征 激活规则 人类数据 对新任务的预测
教育测量:LLTM、解释性 IRT、题目难度预测 认知操作(Q 矩阵的列) 操作对难度的贡献权重 η_f 题目特征 q_i(设计变量或专家编码) b_i = q_iᵀη + 随机残差 人×题二值作答矩阵 新题难度 q_newᵀη,带残差不确定性
算法选择与配置 候选算法或配置选项 配置参数值 实例特征(含探针特征、计时特征) 选择器;经验性能模型(随机森林、GP) 算法在实例上的运行时或得分(廉价、大量) 新实例上的最优算法或运行时
药物计量 生理过程(清除、分布、成熟) 结构参数(CL、V) 协变量:体重、年龄、器官功能 体重^0.75 × 成熟函数 × 其他协变量,加个体间/场合间随机效应 稀疏的群体血药浓度 新人群或新药的参数与预测区间
模拟器校准(函数型、外推、多输出) 模拟器组件 校准参数 θ(可随 x 变) 控制输入/设计变量 x θ(x) 的函数先验加差异项 δ(x) 物理观测(少) 未观测的 x 或输出上的预测
上下文 MDP、多目标 RL 环境上下文维度;目标 上下文值 c;偏好向量 w 上下文 c(设计者已知,作策略输入) 策略对 c 或 w 的条件化 无(环境回报) 新上下文上的零样本表现
认知科学:资源理性、有界最优 约束或策略 认知代价权重、约束参数 任务结构、收益、时间 θ* = argmax[V − Σλ·c] 行为数据 由原理预测新任务行为
认知科学:统一建模、任务本体 无显式机制库(Centaur 为黑箱);多资源理论有资源维度 — 自然语言任务描述;Cognitive Atlas 的任务参数;多资源需求向量 微调的语言模型;冲突矩阵 160 个实验、60,000 多名参与者 新 cover story、新结构、新领域的选择预测
统计:元回归、随机效应预测、transportability 效应修饰因素 研究效应量 θ_k 研究级协变量 x_k θ_k = βᵀx_k + u_k 研究汇总估计 新研究的预测分布;可迁移性判定
行为预测竞赛(风险选择) 行为理论 BEAST 的成分(悲观、等权偏向、对收益符号敏感、减少即时后悔等) 理论参数(沿用先前竞赛的估计,不在新数据上重拟合) 问题的客观特征、朴素特征、心理特征(抽样倾向) 梯度提升树,以理论预测(foresight)和心理特征为输入 每道题的群体选择率(数百至上万道题) 新题、新实验情境上的选择率
过程工程:序列式灰箱建模 机理模型中的物理、化学过程 不可测的过程参数(如反应速率) 过程状态与操作条件 神经网络:状态 → 参数,再送入机理模型 过程输出的测量 训练范围内外的过程轨迹
交通与 HCI(上轮已覆盖) 反应延迟、估计误差、预判 反应时、误差方差 场景、界面 手工设定或按场景拟合 轨迹、行为数据集 少量先例(如 Jokinen 2021 零拟合参数)

A.6 可迁移之处、不成立的假设与判断

表 A3 迁移判断(证据等级见各行)

领域 可直接迁移 在本问题中不成立的假设 本轮证据 判断
教育测量 ①特征→参数的加性规则加随机残差;②“题组”对应任务;③人×题交叉随机效应;④用新题预测准确度评价特征;⑤设计变量优先于事后编码;⑥“先标定特征权重、再预测新生成题目”的认知设计系统流程;⑦特征必须做效标验证,不能只报一致性 ①响应直接观测难度,你们的强度是潜变量;②题数几十到几百;③特征由专家逐项编码;④同一批人做所有题 理论驱动的特征可解释大部分难度方差(上轮已引 De Boeck 2008:87.5%)。认知设计系统用 LLTM 由刺激特征预测新生成题目的难度(经综述转述);模拟研究显示,计算机化自适应测验中用预测难度代替标定难度,只需多做几道题就能达到相近精度,特征解释率越高,需要多做的越少已验证·仅摘要。表面文本特征预测新题几乎无增益:最佳 RMSE 0.299 对基线 0.311;ITEC 队伍报告 Lasso、随机森林优于复杂模型,其随机森林在 43 个提交中排第 4已验证。专家评分:4 名专家、6 个 LLM 对 15 道五年级数学题的 6 个特征评分,专家间 Fleiss κ 在 3 个特征上不高于随机;以专家共识作 LLTM 设计矩阵,恢复难度的相关为 0.33,最好的 LLM 为 0.89已验证·仅摘要 保留,作修正项与残差的写法(v2 曾作主骨架)
算法选择与配置 ①“探针特征”:运行廉价程序得到的实例特征;②“最佳单一算法到逐实例最优”的闭合比例作评价;③特征空间覆盖诊断(实例空间分析) ①性能可廉价大量测量;②目标是择优,不是复现行为分布;③实例成百上千;④训练信号是确定性的运行时 Hutter 等 2014:11 个算法、35 个实例分布上,预测能泛化到新实例、新配置及二者同时;新引入探针特征和计时特征,SAT、MIP、TSP 分别有 138、121、64 个特征。2014 年 SAT 竞赛:最佳单一求解器解 300 题中的 77%,逐实例择优可达 92%(ASlib)。实例空间依赖于所选测试实例,因此覆盖度要诊断(Smith-Miles & Bowly 2015)已验证 保留特征与评估;降级选择器
药物计量 ①理论固定骨架+估计的校正项+随机效应;②标准化参数化便于跨研究汇总;③外部数据评估;④按适用域建立“决策表” ①骨架来自生理比例定律,你们没有等价的“定律”;②稠密的生理机制模型可做内推;③协变量连续(体重) 儿科清除率的推荐标准模型是“体重^0.75+sigmoid 成熟函数”,标准化便于跨研究比较和模型荟萃(Germovsek 2017)。对 12,620 个假想药物做 PBPK 模拟,没有证据支持单一的异速指数;5 岁以上用 0.75 次方预测准确,年龄越小越差(Calvier 等 2017);据此提出按年龄、消除途径、游离分数选方法的决策表(van Rongen 等 2022);对 ≤5 岁儿童六种模型的外部评估中,除固定 0.75 外,多数年龄组平均预测误差在 50% 以内,个体预测不稳定(Mahmood 等 2014)。机理与经验的直接对比:把酪氨酸激酶抑制剂从成人外推到 ≥2 岁儿童,经验异速缩放的谷浓度预测全部落在 2 倍范围内,PBPK 有 3/5 超出(Centanni 等 2024);2 岁以下需要经验的成熟校正,而这些校正不能跨药物迁移(Malik & Edginton 2019 引言)已验证 保留,作混合形式的模板
模拟器校准 ①区分插值预测与外推预测;②差异项不可识别时,不推断它也可校准参数(Gibbs 后验);③多输出“转置”场景用分层先验加联合模型误差 ①模拟器确定且每个 x 有重复观测;②目标是点参数,不是规则;③输出是行为分布 外推预测要求校准后的模型用于没有数据的设置,传统 GP 差异项常不可识别且计算不稳定(Woody 等,arXiv:1909.05428);转置场景需引入跨输出联合误差(arXiv:2410.00116)已验证·仅摘要 保留作外推可信度工具;不作主方法
上下文 RL/多目标 RL ①最优行为需要显式上下文,因此 x 必须包含决定最优策略的变量;②单一网络覆盖整个偏好空间;③显式设计训练/测试上下文分布 ①目标是回报最优,不是像人;②上下文维度低;③训练上下文足够多 上下文 MDP 的最优行为需要显式上下文信息,朴素方案难以泛化到复杂上下文空间(Benjamins 等 2023);MORL 用广义 Bellman 方程学一个覆盖全部线性偏好的网络,在 4 个领域验证(Yang 等 2019)已验证 保留训练覆盖与评估协议;不保留规则部分
资源理性与有界最优 ①规范先验缩小预测空间;②每个机制声明“节省什么、花费什么” ①代价参数跨任务稳定;②人会把 θ 设到最优 Howes 等 2009:通过分析各策略的收益而非拟合参数来缩小预测空间;Lieder & Griffiths 2020 给出统一框架。代价跨任务稳定性:三种认知努力测量互不相关(Mækelæ 等 2023,六个研究、N=663,相关系数的绝对值均小于 .1);N-back 与噪声中言语理解的努力折扣正相关,r=0.29,控制任务负荷、表现、工作记忆容量与奖励敏感性后 r=0.34(Crawford 等 2022,N=104)已验证 保留,作规则主干;λ 须允许任务层随机效应
统一建模与任务本体 ①任务的客观参数化(Cognitive Atlas 锚定在测量层);②多资源需求向量加冲突矩阵;③表示共享导致多任务约束;④VACP 式逐阶段需求评分 ①需要数百实验的数据;②需求编码有公认难点;③VACP 为军用航空开发,用到其他工作需另行论证 Wickens 2002:四维模型(阶段、通道、编码、视觉通道),计算版含需求向量和冲突矩阵,文中把“任务需求编码”列为三个挑战之一;Wickens 2008:多资源模型预测与数据高相关;Musslick & Cohen 2021:表示共享与多任务约束的权衡已验证·仅摘要。VACP 把任务按视觉、听觉、认知、心理运动四个通道逐项评分来预测工作负荷;一项驾驶模拟研究按阶段建模 VACP 负荷,发现与瞳孔直径变化对应已验证·仅摘要。其效度证据多为与生理或主观负荷的会聚,未见用于预测行为模型参数 保留作特征维度来源;不作规则形式
统计 ①预测分布含研究间方差;②先验对少组数据敏感;③预注册协变量;④“选择图”事先声明差异 ①效应估计已知;②研究数充足 随机效应预测要求新研究与旧研究足够相似(可交换),贝叶斯法适合预测但对先验敏感(Higgins 等 2009);组数少时顶层标准差建议用半 t/半 Cauchy 先验(Gelman 2006;Polson & Scott 2012);3 组时均匀先验下组间标准差的后验有极长右尾(Gelman 2006 的三组例子);Cochrane 的“每协变量至少 10 项研究”无实证来源(Viechtbauer 的评论);可迁移性可在观测数据之前由选择图判定(Pearl & Bareinboim 2014)已验证 保留,作预测写法与预注册规则
行为预测竞赛 ①理论预测作为特征,由灵活学习器校正;②以“完备度”和“不可约误差”评价;③留一情境检验,并与“直接经验泛化”比较;④特征分组消融 ①题目数数百至上万,能训练梯度提升;②理论(BEAST)是描述性的,不是规范式;③目标是汇总选择率,不是序贯行为 CPC18 冠军 BEAST-GB 完备度 92.6%;只用 BEAST 为 88.9%,在 choices13k 上降到 65.7%,混合为 96.2%。去掉理论特征在 CPC18 上使 MSE 翻倍,在约 9,000 道题的 choices13k 上差异不显著(p=.22);只用客观特征 MSE 0.0153,全模型 0.0084;用 176 道题训练即优于全数据训练的神经网络(0.0110 对 0.0113)。16 个情境留一,平均完备度 87.2%;在 828 个可比实例上比直接经验泛化好 13%,而 53 个行为模型都不如直接经验泛化已验证·工作稿 保留:问题 2 的直接证据、问题 5 的协议
过程工程灰箱建模 网络只估不可测参数,输出由机理模型生成;所需样本少、外推好 训练时能把输出误差经机理模型回传;你们的“机理模型”是 RL 策略,只能经模拟推断连接 序列式混合模型比标准黑箱网络内插、外推都准得多,更易解释,所需训练样本显著更少(补料分批生物反应器案例)已验证·仅摘要 保留,作结构依据
交通与 HCI ①固定一套机制默认值做跨条件预测;②分布匹配式评估:逐特征用仿真展开估计似然,在留出场景上评估 驾驶员模型的机制库规模小;WOSAC 评估的是数据驱动的交通体,不是认知模型 上轮:Jokinen 等 2021 几乎不拟合参数,在 2×2 条件、12 名被试上 R² 0.49–0.95。Salvucci 2006 的 ACT-R 驾驶模型在一个架构内同时解释车道保持、弯道与换道中的转向、横向位置和注视分布已验证·仅摘要;WOSAC 在 44,920 个留出场景上,用每场景 32 次展开拟合 9 个特征的直方图,计算真实轨迹的似然并加权汇总;基于规则的 IDM 交通体过于礼让,日志回放则过于激进已验证 保留,作“零拟合”基线的先例和分布层面指标的来源

A.7 排除与降级及理由

附录 B 规则候选方法对比

规则的候选形式分 M1–M8 八类(估计层的 E1–E4 见 6.4)。按本版主线:M4(规范式、资源理性)是规则主干,即 3.1 的价格规则;M5(混合)是任务多了以后的扩展,即 3.5 的 R2;M1–M3 是 R1、R2 里修正项和残差的写法;M6、M7 因任务数太少不推荐;M8 要等“任务×条件”达到数百个才可行。

B.1 来源、预测对象与训练信号

表 B1 规则层方法的来源、预测对象、输入输出与训练信号

编号 方法 来源领域 预测对象 输入→输出 训练信号
M1 LLTM 式加性规则加任务残差 教育测量 机制强度的链接后取值 特征向量 → 强度均值+残差方差 人类行为的模拟保真度(经摊销推断得到 θ 后验)
M2 稀疏分层元回归(正则化马蹄先验) 统计 同上,但系数稀疏 特征向量 → 稀疏线性预测+预测区间 同上
M3 固定理论骨架加估计的校正项 药物计量 同上 特征 → 骨架函数(形式固定)× 估计的校正函数 同上
M4 规范式:资源理性/有界最优 认知科学 θ* 任务模型、收益、代价权重 λ → θ* λ 的拟合依赖人类数据;骨架本身不需要
M5 混合:规范偏移项+稀疏描述校正+任务残差 综合:药物计量、模拟器校准的差异项、理论约束的机器学习 同上 规范预测 ψ_m、特征 z → 强度均值+残差 同上
M6 经验性能模型(随机森林、GP)+实例特征 算法选择 同上,黑箱 特征 → 强度 同上,但需要较多任务
M7 神经基础模型/元学习 认知科学(Centaur)、元 RL 行为选择,不直接给强度 自然语言任务描述 → 行为 大规模人类行为数据
M8 理论预测作特征+梯度提升(BEAST-GB 式) 行为预测竞赛 行为统计量(不经 θ) 任务特征+理论模型的预测 → 群体行为统计量 数百个以上“任务×条件”的人类汇总数据

B.2 接入要求、计算代价、外推能力与局限

表 B2 规则层方法的接入要求、计算代价、外推能力、局限与代表文献

编号 接入 π(a|o,θ) 的要求 计算代价 外推能力 局限 代表文献
M1 无额外要求,g 嵌入模拟器 低:只增加规则参数的维度 在特征取值范围内可预测;范围外靠线性假设,不可靠。要求特征捕捉难度的成因 加性线性是假设;需要行数足够;理论特征与表面特征效果差异大 De Boeck & Wilson 2004;Janssen 等 2004;De Boeck 2008(上轮);Yaneva 等 2024
M2 同上 低到中:后验抽样 系数稀疏降低过拟合;预测区间需含 τ² 少组时 τ 靠先验;正则化马蹄的全局尺度要按预期非零数设定 Piironen & Vehtari 2017;Gelman 2006;Higgins 等 2009
M3 同上;骨架须由你们给出 低 在骨架适用的“内部”较好;在过程发生变化的边界(如新生儿的成熟)失效,需要校正,而经验校正不能跨对象迁移 需要“定律”级的骨架,认知机制缺乏现成骨架 Germovsek 等 2017;Calvier 等 2017;van Rongen 等 2022;Malik & Edginton 2019
M4 需要对每个任务评估 J_k(θ)(可用基础策略模拟);需要代价函数 c_m(θ_m) 中:每个任务扫描 θ 网格并模拟 若代价跨任务稳定,则可对全新任务外推;否则无保证。旁证:纯理论在问题空间变宽时明显退化(BEAST 完备度 88.9%→65.7%),尽管 BEAST 不是规范式 代价需要为每个机制声明;跨任务稳定性证据混杂;人未必最优 Howes 等 2009;Lieder & Griffiths 2020;Callaway 等 2022(上轮);Mækelæ 等 2023;Crawford 等 2022
M5 M4 与 M2 的要求之和 中 规范项提供“远处”的锚;描述项提供“近处”的校正;任务残差给出诚实的不确定性。跨领域直接证据:理论+数据的混合在新问题、新情境上优于纯理论和纯数据(Plonsky 等 2025);灰箱的外推优于黑箱(Psichogios & Ungar 1992) 参数更多;规范项系数 η 在少任务时难估;需要嵌套比较来检验规范项是否有用 Plonsky 等 2025;Psichogios & Ungar 1992;Germovsek 等 2017;Kennedy & O'Hagan 2001(上轮);Peterson 等 2021;Bourgin 等 2019
M6 同 M1 低到中 训练分布内强;特征空间外无保证。Hutter 等 2014 评估的是新实例、新配置及二者同时,本轮未见对全新实例分布的外推评估(第 6–9 节结果未读到)推断 需要数百个实例级别的样本;难以给出机制层解释 Hutter 等 2014;Bischl 等 2016(ASlib)
M7 不接入机制库 高:大模型微调 在其训练分布附近的新任务有效 数据规模远超你们;不给机制强度 Binz 等 2025
M8 不经 θ,直接预测行为统计量;可把 θ=0 策略或规范 θ* 下的模拟行为当作“理论预测”特征 中 有数百道题时,在新题、新情境上优于纯理论和纯数据 不给机制强度,与“机制库”目标不符;需要数百个以上单位,你们的任务数远远不够 Plonsky 等 2025;Erev 等 2017

读表要点:

附录 C 术语表

符号

符号 含义
θ 机制强度:代码里机制算子上的参数(论文和 v2 记作 φ)。0 表示关闭,越大表示限制越强
θ̂_k 用任务 k 的人类数据拟合出的群体强度
θ* 规则算出的最划算强度
s 可比强度:能在任务之间比较的强度
f 决策错位率:机制改变了无限制策略多大比例的决定
ℓ 好处损失:适应之后少得的好处所占比例
Ṽ_k(θ) 任务 k 的好处曲线(归一化),Ṽ = 1 − ℓ
C_m(θ) 机制 m 的代价:把限制减轻到 θ 要花多少力气
λ_m 机制 m 的价格:一份力气值多少好处
g 激活规则
x、z 任务或阶段的特点。z 指放进修正项的那几个
α、β R1 里价格随任务特点变化的系数
η 理论项的系数,表示信多少理论(R2)
b 修正项的系数(R2)
v、τ² v 是任务残差;τ² 是残差一般有多大(任务间方差)
u 同一任务内,个人与平均水平的偏离(暂缓)
π_k(a|o,θ) 任务 k 的参数条件化策略:在观测 o 和机制强度 θ 下选动作 a
k、p、m、i 分别指任务、阶段、机制、个人

名词

术语 大白话解释
资源理性 假设人在“做好”和“省力”之间找最划算的点,机制强度也是这样选出来的
好处曲线 让策略在不同强度下尽量做好,它拿到的好处连成的曲线。只用模拟器算
代价 把限制减轻到某个强度要花多少力气
价格 一份力气值多少好处。主线假设它跨任务共用
一阶条件 在最划算的点上,“再减轻一点限制带来的好处”等于“多花的力气乘以价格”。据此可以从拟合出的强度倒算价格
可比强度、换算表 可比强度是能在任务之间比较的强度;换算表是每个任务一张“代码里的强度 ↔ 可比强度”的对照表,只用模拟器算
决策错位率 把机制加到无限制策略的输入上、不让它适应,它的决定被改变的比例
好处损失 策略适应限制之后,比没有限制时少得的好处所占比例
理想观察者 没有任何认知限制的智能体:看得准,按贝叶斯规则理想地更新,下令后立即执行。所有机制取 0 时的基础模型应当是它
参数条件化策略 以机制强度为输入的策略,同一个策略能在不同强度下运行
补齐比例 (全关的差距 − 规则的差距) ÷ (全关的差距 − 单独拟合的差距)。1 表示和单独拟合一样好,0 表示和全关一样
特征(任务特点) 描述任务或阶段的数。分两类:从策略算出的量(主),人工给的任务特点(辅)。都必须不看人的表现就能得到
参数、系数 规则里的数字。系数专指乘在某个量前面的数
拟合 反复调整参数,让模型模拟出的行为最接近已有的人类数据
规则的形式 规则长什么样(直线、曲线、有没有理论项),区别于“形式定好后数字取多少”
零样本 预测新任务时,完全不用这个新任务的人类数据
残差(偏差) 规则算出的值,与用该任务人类数据单独拟合出的值之差,即规则没说中的部分
任务间方差 各任务的残差通常有多大,决定对新任务的预测该附带多宽的误差范围
先验 数据不够时,事先给某个数设定的合理范围
似然 给定参数时,观察到这批数据的概率。你们的模型算不出它,所以叫“无似然”
模拟推断(NPE 等) 先用大量模拟数据训练一个网络,之后输入行为数据,就能直接给出参数可能的取值范围
分层模型 同时描述“总体规律”“各任务的偏离”“各人的偏离”的模型,本文的混合规则就是一种
描述式规则 直接按数据画线:强度 = a + b × 特征
规范式规则 从“人会在表现与省力之间找最划算的点”推出强度(本版的主干)
混合规则 以理论算出的值为主,加少量修正和残差(本版的 R2)
链接函数 把规则算出的值压到合理范围内,保证不超出策略训练过的强度
留一任务检验 用其余任务定规则,用留出的任务检验,轮流进行
泛化准则 认知建模中留一任务这类检验的正式名称:在一组设计上定参数,在新设计上检验
交叉验证 把同一个实验的数据分成几份,轮流留出一份检验。测试数据和训练数据来自同一个实验
基线(对手) 拿来比较的更简单的做法,如“所有任务用同一个强度”
噪声底 把同一任务的真人随机分成两半,两半之间的差距。任何模型都不可能比这更接近真人
完备度 (对手误差 − 规则误差) ÷ (对手误差 − 噪声底)。0% 表示不比对手好,100% 表示达到极限
闭合比例 类似完备度,但分母换成“对手与有数据单独拟合的上限之差”
适当评分规则 给“预测分布”打分的方法(如能量得分、CRPS),如实报告自己的预测时得分最高
MMD(最大均值差异) 衡量两组样本分布差多远的一种距离
误差范围(预测区间) 对新任务给出的可能取值范围;“诚实”指名义 80% 的范围,实际约 80% 的时候包含真值
外推 新任务的特征超出了已有任务的范围,这时预测可信度下降
泄漏 规则的输入里混进了预测时拿不到、或带着答案信息的东西
探针特征 运行一个便宜的程序或模型得到的特征
机制敏感度 只把一个机制打开到某个强度时,关键行为变化多少。由模拟器算出
探针任务 只需要一个机制的任务,用来单独确定这个机制的强度
Q 矩阵 “任务 × 机制”的 0/1 表,标出每个任务需要哪些机制
定义筛选设计 一种实验安排:m 个变量只需 2m+1 次试验,就能看出每个变量有没有作用
正则化马蹄先验 一种统计设定:事先假定“大多数系数为 0,只有少数起作用”,让数据决定是哪几个
灰箱模型 神经网络只负责估测不到的参数,结果仍由已知方程算出
解释性 IRT、LLTM 教育测量中“用题目特征预测题目难度”的模型。本文把“任务 × 阶段”当作题,把机制强度当作难度
认知设计系统 教育测量的出题方法:先确定影响解题的特征并标定权重,再预测新生成题目的难度
BEAST、BEAST-GB BEAST 是描述人在风险选择中怎么选的理论;BEAST-GB 把 BEAST 的预测作为机器学习的输入
CPC18、choices13k 风险选择的预测竞赛(题目较少)和大数据集(约 13,000 道题)
PBPK、异速缩放 药物计量里从成人推到儿童的两类方法:PBPK 按生理过程建模;异速缩放用“体重的 0.75 次方”等比例规则
I² 元分析中衡量各研究之间差异大小的指标

附录 D 检索范围与核验说明

本轮分两步:第一步按“问题 1、2、5 优先”检索约 35 次;第二步核验第一步只读了摘要或题录未核的文献,并补查问题 1、2、5,又用了约 50 次。两步都没有耗尽检索额度。

本修订版没有新增检索。 新增的内容来自两处:一是《激活强度》方案对三个任务代码的审计和推导(其中“新消息听不进去”的等价式已在过街代码上做过数值验证);二是交通研究中“预判抵消延迟”的两篇文献(Treiber 等 2006;Kesting & Treiber 2008),转引自《跨任务激活规则-分阶段实施计划》,本轮未重新核验。

附录 E 正文各表的技术版

正文为了好读,省略了下标和部分技术细节。本附录保留完整写法,供实现时查对。

E.1 规则的完整写法

主干(R0,资源理性):
θ*_{m,k,p} = argmax_θ [ Ṽ_{k,p}(θ) − λ_m · C_m(θ) ]
  Ṽ_{k,p}(θ):任务 k(阶段 p)上参数条件化策略在 θ 下的归一化好处,Ṽ = 1 − ℓ,模拟得到
  C_m(θ):机制 m 的代价,限制越轻越大
     P2:C = ½·log₂(1 + S_k/σ²);B2:C = (1−ρ)·Ī_k;E1:C = c/τ
  λ_m:价格。由训练任务的一阶条件倒算:λ̂_k = Ṽ_k′(θ̂_k) / C_m′(θ̂_k),再跨训练任务平均

一刀切的另外三条(对照):
  R-物理:θ_{m,新} = mean_k θ̂_{m,k}
  R-信息:θ_{m,新} = (T^f_{m,新})⁻¹( mean_k f_{m,k}(θ̂_{m,k}) )
  R-代价:θ_{m,新} = (T^ℓ_{m,新})⁻¹( mean_k ℓ_{m,k}(θ̂_{m,k}) )
  T^f、T^ℓ:任务自己的换算表,只用模拟器算

R1:λ_{m,k} = exp(α_m + β_m · x_k)

R2(混合,即 v2 推荐的写法):
θ_{i,m,k,p} = h⁻¹( a_m + η_m·ψ_m(k,p; λ) + Σ_j b_{mj}·z_j(x_{k,p}) + v_{m,k,p} + u_{i,m,k} )
  ψ_m(k,p; λ):R0 算出的最划算强度(v2 称“规范预测”;v2 写作 argmax[J + Σλ·r],r = −C)
  b_mj ~ 正则化马蹄先验(预期非零个数 p0 由先验给定),符号约束来自机制语义
  v_{m,k,p} ~ N(0, τ_m²),τ_m ~ 半 t,尺度由先验预测检查确定
  u:个人偏离,现阶段暂缓

下标:i 个人、m 机制、k 任务、p 阶段。h⁻¹ 是有界链接函数。正则化马蹄先验和半 t 先验的含义见附录 C。

E.2 混合规则各部件的文献依据

表 E1 混合规则各部件的文献依据

部件 依据 等级
特征→参数的加性规则加误差项 LLTM 带误差项(Janssen 等 2004);De Boeck 2008 的 87.5%(上轮) 已验证
理论固定骨架加估计的校正 儿科清除率的标准模型,推荐标准化参数化(Germovsek 2017);没有普适的异速指数,年龄越小固定指数的偏差越大(Calvier 等 2017) 已验证
预测分布含任务间异质性,少组时先验敏感 Higgins 等 2009;Gelman 2006;Polson & Scott 2012 已验证
稀疏系数,按预期非零数设先验 Piironen & Vehtari 2017 已验证
规范先验缩小预测空间 Howes 等 2009 已验证
资源理性:强度是好处与代价的最优取舍,跨任务共享价格 Lieder & Griffiths 2020 给出框架;价格跨任务稳定的证据矛盾(Mækelæ 等 2023;Crawford 等 2022) 框架已验证;用于认知机制强度待实验
理论预测作输入,数据少时价值最大 BEAST-GB:去掉理论特征在 CPC18 上 MSE 翻倍,在 choices13k 上不显著;176 道题训练即优于全数据训练的神经网络(Plonsky 等 2025) 已验证·工作稿
网络只估不可测参数、输出由机理模型产生:外推更好、样本更省 Psichogios & Ungar 1992 已验证·仅摘要
理论骨架在过程稳定处可靠;过程变化处要校正,校正不能跨对象迁移 Calvier 等 2017;Centanni 等 2024;Malik & Edginton 2019 已验证
以上部件合在一起用于认知机制强度 — 推断待实验

E.3 基线与指标

表 E2 基线与对照(技术版)

编号 基线 做法 是否零样本 作用
B0 全部机制关闭 θ=0,基础策略原样 是 下限,说明机制有必要
B1 同一个物理强度(R-物理) 每个机制一个跨任务共享常数(物理单位),在训练任务上拟合 是 不借策略的一刀切;价格规则必须胜过它
R-信息 同一个决策错位率 取训练任务 f 的平均,用留出任务的换算表 T^f 变回 θ 是 与价格规则比较“跨任务不变的是什么”
R-代价 同一个好处损失 取训练任务 ℓ 的平均,用留出任务的换算表 T^ℓ 变回 θ 是 同上
R-资源理性 同一个价格(主线规则) 由训练任务的一阶条件倒算 λ̂,在留出任务的好处曲线上取最优点 是 被检验的规则
B2 常数需求加任务间异质性 同 B1,但预测分布含 τ 是 检验特征是否比“只知道任务间有差异”提供更多信息
B3 逐任务拟合上限 在被留出的任务上用其人类数据拟合(可含阶段变化) 否 上限,闭合比例的分母
B4 打乱特征伪对照 训练与预测时把 x_{k,s} 在 (k,s) 间置换,保持边缘分布和参数个数 是 等灵活度;g 须显著优于
B5 特征互换 给留出任务使用另一个任务的特征 是 检验特征是否真携带任务信息
B6 嵌套对比 纯规范(η=1,b=0);纯描述(η=0) 是 分别评估规范项与描述项的边际贡献
B7 人—人噪声底 同一任务内人类被试随机对半拆分,计算两半之间的分布距离 — 可达到的距离量级;区分“差距”与“抽样噪声”
B8 最近邻任务迁移 用特征空间中最近的训练任务(或若干近邻的加权)在对应阶段拟合得到的 θ 作为预测 是 对应行为预测中的“直接经验泛化”,检验 g 的函数形式是否胜过“找个相似任务照搬”。Plonsky 等的结果中,53 个行为模型都没赢过这条基线
B9 零拟合理论 只用规范项,λ 取先验均值,不用任何人类数据 是 对应 Jokinen 等 2021 式的零拟合预测,衡量“理论本身”离人类多远

表 E3 群体层面的保真度指标(技术版)

指标 定义 说明
预注册统计量向量 T 分阶段的行为统计量(延迟类、轨迹类、事件时序类等),拟合前冻结 沿用上轮的行为指纹
分布距离 对标准化后的 T 用最大均值差异(MMD,Gretton 等 2012);对一维统计量用 Wasserstein-1 距离 MMD 是分布间的积分概率度量,可做两样本检验已验证;Wasserstein-1 为标准量,本轮未专门检索。作辅助指标:它比较两个样本,不直接为“预测分布”打分
适当评分规则 以零样本预测分布为留出人类样本打分:多维统计量用能量得分,一维用 CRPS 或对数得分 严格适当的评分规则保证“报告真实的预测分布”时期望得分最优(Gneiting & Raftery 2007;仅核题录,内容据其通行用法)。建议作主指标
逐统计量近似似然 对每个统计量,用 N 次模拟展开拟合直方图,计算人类观测值的对数似然,再按预注册的权重汇总 WOSAC 的做法:每场景 32 次展开、9 个特征、用直方图而非核密度,在 44,920 个留出场景上评估;日志回放本身也拿不到满分,相当于“噪声底”已验证
预测区间覆盖 零样本预测分布(含 v、u 与有限样本变异)对留出人类样本的 PIT/秩直方图;名义 80%/90% 区间的实际覆盖 对应“新研究的预测区间”概念(Higgins 等 2009);估计器本身的校准用上轮的模拟校准检验
补齐比例(主指标) 补齐 = (D_B0 − D_g) ÷ (D_B0 − D_B3);每个“机制 × 规则 × 留出任务”一个值 用于 3 个任务时比较四条一刀切规则(《激活强度》方案 3.4 节);B1 本身是候选之一,所以起点取 B0
完备度与归一化闭合比例 完备度 = (D_naive − D_g) ÷ (D_naive − D_irr),D_naive 取 B1,D_irr 取噪声底 B7;闭合比例 = (D_B1 − D_g) ÷ (D_B1 − D_B3) 完备度即模型捕获的可预测变异比例(Fudenberg 等 2022);BEAST-GB 以朴素基线和不可约噪声为两端报告完备度已验证。闭合比例类比算法选择的“最佳单一→逐实例最优”(ASlib:77%→92%)。分母不超过噪声底 B7 时不报告
策略质量检查 每个任务报告基础策略的任务表现与人类任务表现之差 防止把策略训练差异误当作规则失效

E.4 估计层方法

表 E4 估计层方法与策略训练覆盖(技术版;本轮检索较浅)

编号 方法 做法 优点 局限 依据
E1 两阶段:逐任务摊销 NPE,再对 θ 后验做元回归 先得到每个任务/阶段的 θ 后验,再以其为“带不确定性的观测”回归到 x 实现简单,可复用上轮的逐任务推断 两阶段法的个体间变异估计有偏(Sheiner & Beal 1980,上轮);先验可能被重复计入推断 上轮
E2 联合分层摊销推断 从完整生成模型(规则参数→v→θ→策略→行为)模拟多任务数据集,训练一个网络直接输出规则参数的后验 一次摊销,推断时毫秒级;能同时给出 τ 训练数据集需包含不同任务数的情形;任务专属策略使模拟昂贵 Habermann 等 2025(上轮);Rodrigues 等 2021:利用共享全局参数的辅助观测消解不确定性,并已用于真实 EEG 数据已验证
E3 神经似然按任务分解、对数似然相加 每个任务学 p(统计量|θ, x),跨任务相加后做 MCMC;任务间条件独立 天然支持任意多个任务与观测;便于逐折重算(留一任务) 需要先对 v、u 做边缘化;似然估计误差累积 Geffner 等 2023:神经后验估计处理多个观测代价大,神经似然可在推断时聚合多个观测,其提出的组合式得分模型兼得二者之长已验证
E4 策略训练覆盖高维 θ 对 θ 随机屏蔽(给 θ=0 留概率质量);每任务只开启筛选后的少数机制;单一网络覆盖整个偏好空间;用有界链接函数把 g 的输出限制在策略训练支持内 防止规则产出策略没见过的 θ 高维 θ 下的训练覆盖没有证据,MORL 的实验只在 4 个领域,未见高维偏好空间的覆盖结果 补充说明(随机屏蔽);Yang 等 2019;有界链接函数为推断

注意:E3 对“留一任务”最方便:去掉某个任务只需去掉它的对数似然项,不必重训网络。E2 需要在训练集中包含不同任务子集,或在推断时遮蔽对应任务。

E.5 “需要多少任务”的参照锚点

表 E5 “需要多少任务”的参照锚点(技术版)

锚点 来源 数字 含义
元回归经验法则 Cochrane Handbook;Viechtbauer 评论;AHRQ(经综述转述) 每协变量 ≥10 项研究;AHRQ:连续 6–10、分类 ≥4 无实证来源;是下限提示
元强化学习 Meta-World ML10 10 个训练任务→5 个留出任务:训练 86.9%,留出 31.6%–35.8% 少任务下学出的映射泛化差
过程化关卡泛化 CoinRun、Procgen 相当大的训练集仍过拟合;泛化协议用 500 关 学习型映射需要远多于个位数的单位
跨实验统一建模 Centaur 160 个实验 黑箱路线的规模量级
Q 矩阵可辨识 Gu & Xu;Chen 等(上轮) 每属性一个纯探针,且 ≥3 次出现 任务数 ≥ M+⌈2M/r⌉(见 6.3)
分层模型的组数 Gelman 2006 3 组时,均匀先验下组间标准差的后验有极长右尾;1–2 组时后验不可积;建议半 Cauchy 等弱信息先验 K=3 时 τ 由先验决定
预测区间覆盖 Partlett & Riley 2017 仅在 I²>30% 且研究规模相近时合格;加研究数不能稳定改善 少任务时必须用模拟检查覆盖
留一情境检验 Plonsky 等 2025 16 个实验情境、828 个可比实例 情境级泛化主张的参照规模

附录 F 参考文献

正文按“作者+年份”引用。只读到摘要或搜索摘录的条目已标注;卷期、DOI 未核实的也已标注。

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本修订版新增

附录 G 人工任务特点的细节(原 v2 第四部分)

这些内容在 v2 里是正文第四部分。按本版主线,人工任务特点只在任务多了以后作少量修正,所以移到这里备查。读的时候注意一点:G.2 表里的“可靠”指客观、不偷看答案,不是指能反映策略。第③类“模拟器算出的量”在本版里是规则的主干,不只是特征之一。

G.1 好特征要满足什么

特征是描述任务或任务阶段的数。比如“剩余时间 ÷ 完成动作最少需要的时间”,可以描述接管任务每个阶段有多紧迫。

好特征要满足三条:

  1. 能跨任务比较,不依赖单位。 阅读的时间以毫秒计,过街的时间以秒计,直接比秒数没有意义。要用比值,比如可用时间 ÷ 最少需要的时间、信号强度 ÷ 噪声、容许误差 ÷ 动作幅度。
  2. 能客观测量。 写成任务规格里的参数(时间预算、距离、概率),不要写成“难不难”这类主观判断。认知科学的任务本体库 Cognitive Atlas 也是这样做的:任务用可操作的参数来描述,而不是用概念来描述已验证·仅摘要。
  3. 不包含人在这个任务上的表现。 如果先用“这个任务的成功率低”来定义“任务难”,再用“任务难”去预测人的表现,等于先偷看了答案。

另外几条做法:

G.2 特征从哪里来:按可靠性排序

排序 来源 你们任务里的例子 可靠程度 说明
① 实验设计变量 接管时间预算、车距与车速、词长、有无次任务 最可靠 由设计者决定,客观、不花额外成本。教育测量里,按理论设计的题目特征能解释大部分难度差异(上轮:87.5%)
② 仪器、日志记录 眼动、位置、碰撞时间(TTC)、事件时间戳 可靠 要确认里面没混进人的表现结果
③ 模拟器算出的量 只打开某个机制时行为变化多少(机制敏感度);理论算出的 ψ;关闭所有机制时完成任务最少要多久 取决于模拟器 不需要人类数据。别的领域有类似做法已验证,用在机制上是推断
④ 专家打分 请专家给每个任务的“视觉负荷”“认知负荷”打分 要先验证 一项研究里,4 位专家在 6 个特征中有 3 个的一致程度不超过随机;以专家共识为输入,预测题目难度的相关只有 0.33,最好的 AI 打分为 0.89已验证·仅摘要
⑤ 程序读任务描述自动生成 用语言模型把任务说明转成一串数 效果有限 医学考试 667 道题的难度预测竞赛中,最好的成绩(误差 0.299)只比直接猜平均值(0.311)好一点已验证
⑥ 由人的表现反推 用成功率、反应时定义“难度” 禁止 等于偷看答案

为什么第③类值得重视。 别的领域有三个类似做法:

对你们来说,对应的做法是:在新任务的模拟器里,把每个机制单独打开到某个强度,看关键行为(反应时、轨迹、事件时间)变化多大,得到每个机制的“敏感度”;再算出理论上最划算的强度 ψ。这些都不需要人类数据,执行前就能得到推断。

要注意:敏感度说明的是“这个机制能改变什么”,不等于“人在这个任务里需要开它”,这一点需要检验待实验。另外,ψ 的单位就是机制强度,在本版里它就是规则的主干;敏感度的单位是行为,更适合作为修正项里的特征推断。

G.3 候选特征清单

下面是候选特征。哪个特征对应哪个机制,大多还是假设,要靠后面的检查和检验来确定。

编号 特征 大白话 怎么得到 执行时拿得到吗 可能影响的机制 证据
D1 相对紧迫度 剩下的时间够不够 剩余可用时间 ÷ 关闭所有机制时完成动作最少需要的时间 能:时间戳实时可得,最少时间可事先模拟 执行延迟、新证据抑制 紧迫度影响接管和制动时机有直接证据(上轮);“用比值”是推断
D2 证据信噪比 看不看得清 由刺激的几何或物理量(距离、大小、对比度)经感知模型换算 需要几何记录 知觉噪声 阅读模型中有支持(上轮)
D3 环境变化快慢 情况会不会变、好不好预测 隐藏状态的转换概率 设计者知道;模型要从经验里推 新证据抑制 直接证据只来自非交通任务(上轮)
D4 动作精度要求 动作要多准、时间窗多窄 容许时间窗 ÷ 动作最短时间;落点容许误差 能 执行延迟 假设
D5 同时做几件事的冲突 有没有次任务,它和主任务抢不抢同一种资源 按感知通道、处理阶段、编码方式,给主次任务的需求打分,算冲突 能 知觉噪声、执行延迟 多资源理论有支持已验证·仅摘要;和机制的关系是假设
D6 出错后果是否严重 犯错代价有多大,各种错的代价是否差别很大 错误代价比,如碰撞对比延误 能 可能调节各个机制 假设
D7 经验 做过几次了 试次序号、第几次接管 能 新证据抑制、执行延迟 有直接证据:重复接管会变快(上轮)
D8 模拟器算出的敏感度与 ψ 这个机制在这个任务里能改变多少行为;理论上最划算的强度 见 G.2 能,事先算好 对应机制本身 别的领域有类似做法已验证;用到机制上是推断
D9 阶段位置 现在处在哪个阶段,离上一个事件多久 离最近事件的时间或距离,按阶段长度归一 能 随阶段变化的机制 上轮

说明:D5 只在同时有主、次任务时才有意义(比如接管时还在做次任务);单纯阅读或过街时,它可能是常数。

G.4 特征进入规则之前的四道检查

“看起来合理”“专家意见一致”都不够。每个特征要过四道检查推断:

检查 做什么 为什么
1 可靠吗 两个人独立标注,看是否一致;模拟器算出的量,换随机种子看会不会变 一致是最起码的要求,但专家意见一致也可能一起错
2 能用吗 看这个特征在已有的任务和阶段之间有没有变化,和别的特征是不是几乎一样 在所有任务里取值都一样,或者和别的特征完全重复,就根本估不出它的作用。这类问题光看专家一致性是查不出来的已验证·仅摘要
3 有没有预测力 在已有任务内部,看这个特征能不能解释各阶段单独拟合出的强度为什么不同 教育测量里就是用“能不能还原出题目难度”来检验特征的
4 去掉会怎样 把一类特征整体去掉,看留一任务检验的成绩变差多少 赌博题预测研究就是这样确认理论特征重要的

只有 3 个任务时,第 3、4 道检查只能在任务内部的阶段之间做;跨任务的检查要等任务多了再做。

G.5 特征不能太多

规则里能放几个特征,取决于有多少行数据。3 个任务各 3 个阶段,只有 9 行。元分析有一条经验法则:每个特征至少要有 10 项研究。按这个标准,9 行连 1 个特征都不够。这条法则没有严格的依据,只能当作下限提示已验证。所以:

G.6 新任务超出范围时怎么办

如果新任务的某个特征取值远远超出已有任务的范围(比如已有任务的紧迫度都在 0.2–0.6,新任务是 0.95),规则就是在“外推”,可信度会下降。建议:

别的领域也这样做。算法选择研究会把已有实例画在特征空间里,标出没覆盖到的区域已验证;儿童用药为每种推算方法规定适用的年龄和药物类型,不适用就换方法已验证·仅摘要。