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查爾斯·桑德斯·皮爾斯（Charles Sanders Peirce，1839–1914）在1860年代開始撰寫關於符號學（semiotics）的研究，其意思是對符號的哲學研究，當時他設計了三個範疇的系統。到20世紀，「符號學」一詞的內涵擴展到所有關於符號的研究動向，包括費迪南·德·索緒爾從語言學出發，另行獨自發展起來的符號學（semiology）傳統。
皮爾斯是一位創新性和頗有成就的邏輯學家、數學家兼科學家，創立了哲學實用主義。皮爾斯符號學理論的中心思想集中在邏輯和表徵上。
19世紀，皮爾斯將他所謂的「符號學」（semiotic，他有時將其拼作「semeiotic」）定義為「准必要的或形式的符號學說」，它抽象了「必須是所有符號的特徵」所使用的符號……一種能夠通過經驗學習的智能，」[1]並且這是在符號和符號過程方面追求的哲學邏輯。[2][3]一般認為，皮爾斯的符號學是符號的哲學邏輯研究（符號未必是語言或人工的符號）、符號過程、推理模式和一般探究過程。皮爾斯符號學不僅涉及外部交流機制（類似索緒爾的符號學），還涉及內部表徵機器、探究符號過程、推理模式，以及一般意義的整個探究過程。
與索緒爾的二元傳統（能指、所指）不同，皮爾斯的符號學是三元的，包括符號、對象、解釋項。 皮爾斯符號學進一步將三元中的每一元細分為三個子類型：像似符號、指示符號、規約符號。[4]
皮爾斯學派的學者和編輯Max H. Fisch（1978）稱，符號學的「semeiotic」一詞是皮爾斯個人偏好的對洛克所說的σημιωτική的翻譯。[5]
皮爾士將作為邏輯本身的哲學邏輯與邏輯的數學區分開來。他認為邏輯（本身）是哲學的一部分，是美學和倫理學之後的規範領域，比形上學更基礎[6]，並且是設計研究方法的藝術。[7]他認為，更一般地說，作為推理，「邏輯根植於社會原則」，因為推理取決於立場，而從某種意義上說，立場是無限的。[8]
皮爾士認為邏輯是形式符號學[9]，它是最廣泛意義上的符號的形式研究，符號不僅包括人工的、語言的或符號的符號，還包括表象或指示性的符號，例如反應。他認為「整個宇宙都充滿了符號，甚至是完全由符號組成」[10]，以及它們的表徵和推理關係，可以通過心靈或准心靈（任何功能類似於心靈的東西，儘管實際上可能不是）來解釋[11]；這裡的重點是一般的符號動作，而不是心理學、語言學或社會研究。
他認為，由於所有思想都需要時間，「所有思想都在符號中」[12]和符號過程中（「指號過程」）並且符號過程的三個不可簡化的元素是（1）符號，（2）對象，符號的主題，符號所代表的事物，可以是任何想得到的東西——品質、殘酷的事實，或法律——甚至是虛構的（哈姆雷特王子），以及（3）解釋項，這是符號的意義或衍伸形成的概念或效果，即進一步的符號，例如翻譯。[13]即一個符號的表示是基於相似性或不依賴於解釋的事實，該符號也是一個符號，因為它至少有可被解釋的潛力。一個符號依賴於它的對象的，這種依賴允許（且在某種意義上決定）符號被解釋，形成一個解釋項，而解釋項又依賴於符號和對象，就像符號依賴於對象一樣，因此是解釋項又是一個新符號，允許並決定了進一步、再進一步的解釋。這個三元的過程在邏輯上得到結構化，使之永存，並且定義了符號、對象和解釋項。
一個對象要麼（1）是符號的直接對象，即符號所表現的對象，要麼（2）是一個動態對象，即對象實際的樣子，而這個實際的樣子是直接對象的基礎。通常所討論的一個對象，比如哈姆雷特或海王星，是特殊的或部分的對象。一個符號的完整對象是對象的論域，即客體歸屬的那個世界中事物的總和。解釋項要麼是（1）直接的，例如一個詞的通用義，符號中存在的一種解釋品質或可能性，或者（2）動態的，一個實際的解釋項，例如一種騷動狀態，或（3）終端的或規範的，它是問題的真正解決，如果思考或探究推得足夠遠，就能達到這種結果，它是一種規範或理想的終端，實際的解釋項至多只能與此相吻合。
皮爾士說，為了知道一個符號指涉的是什麼，頭腦需要對符號對象的某種體驗，在給定符號或符號系統之外的體驗，以及與之相伴隨的體驗。因此，他談到了附隨經驗、附隨觀察、附隨熟知，所有這些都使用了幾乎相同的術語。[14]例如，藝術作品既可以利用觀眾體驗的豐富性，也可以利用觀眾體驗的局限性；一位小說家在撰寫影射小說時，會假定一般讀者沒有親身接觸過小說中描繪的真實人物。然後，讀者以慣常的方式將符號和解釋項指向小說所（有意或無意）表現的對象。無論怎樣，對象（無論是性質、事實或規律，甚至是虛構的）都通過人們與對象的附隨經驗來決定符號指向的解釋項，附隨經驗中對象是新發現的或被回憶起來的，即使它是與符號所喚起的想像中的對象的經驗，這種情況不僅在虛構作品中會發生，在理論和數學中也會發生，這一切都可能涉及在特定的規則和約束下對對象進行心理實驗。通過附隨經驗，即使是和某個不在場對象偶然地相似的符號，也會受到該對象的決定。
皮爾士認為邏輯分為三個主要部分：
1.思辨語法（speculative grammar）。皮爾士所說的這個術語的意思是發現符號如何有意義、符號有哪些種類、它們如何組合，以及一些符號如何體現或包含其他符號等問題之間的關係。在這個廣闊的領域內，皮爾士發展了三種相互關聯的普遍符號三分法，分別取決於 (1) 符號本身，(2) 符號如何代表其對象，以及 (3) 符號如何為其解釋項代表其對象。每個三分法都根據所涉及的現象學範疇進行劃分：第一性（感覺的性質，本質上是一元的），第二性（反應或抵抗，本質上是二元的）或第三性（表徵或媒介，本質上是三元的）。[18]
| 1. | 2. | 3. | |||
| I. | 質符 Qualisign |
或 | 單符 Sinsign |
或 | 型符 Legisign |
| 兼 | 
| ||||
| II. | 像似符號 Icon |
或 | 指示符號 Index |
或 | 規約符號 Symbol |
| 兼 |
| ||||
| III. | 呈符 Rheme |
或 | 申符 Dicisign |
或 | 論符 Argument |
不同三分法的一些（但不是全部）符號類別是相互交叉的。例如，質符一定是像似符號，而不會是指示或規約符號。他認為在這三個通用的三分法的邏輯定義下，只存在十類符號。[20]他認為還存在更多這樣的通用的三分法。此外，一些符號需要其他符號才能體現。比如說，一個型符，如英文單詞「the」，需要藉助一個單符才能被表達出來。另一種組合形式是附加或包含：指示符號可以附加到或包含於像似符號或規約符號中。
皮爾士將標籤、圖例或其他附加在像似符號上的指示符號與一般的像似符號分別開來，稱為「亞像似符」（hypoicon），並將亞像似符分為三類：(a)圖像（image），依賴於簡單的性質； (b)圖表（diagram），其內部關係（主要是二元關係或類似二元關係）通過類比表示另一事物之中的關係； (c)隱喻（metaphor），通過表示另一事物的平行關係來表示出某一符號的代表特徵。[21]圖表可以是幾何的，也可以包含在代數表達式的數組中，甚至可以是「所有的___都是___」這樣的日常表達，因為它與其他圖表類似，可以轉換成邏輯或數學形式。
2.邏輯批評（logical critic）或邏輯本身（logic proper）。這是皮爾士所講的日常意義上的邏輯。對於皮爾士來說，其主要目標是對論證（argument）進行分類並確定每種論證的有效性和效力。[16]他看到了三種主要模式：溯因推理（猜測，對假設解釋的推理）、演繹和歸納。一件藝術作品可以體現一個推理過程，可以成為一個論證（argument），而不是一個明確的論辯（argumentation）。例如，這就是《戰爭與和平》的大部分內容及其結尾部分之間的區別。
3.思辨修辭（speculative rhetoric）或方法學（methodeutic）。對皮爾士來說，它是在對真理的調查、闡述和應用中有效使用符號的理論。其中，皮爾斯對該術語的解釋與莫里斯的語用學概念不謀而合。他還稱之為「方法學」，因為它是對調查中使用的方法的分析。[17]
皮爾士得出結論，符號可以通過三種方式來表示對象。這也是皮爾士最著名的符號三分法的基礎：
該術語指藉由相似性來表示的符號，例如肖像和一些繪畫，但這種符號也可以是自然的或數學的。像似性與實際連接無關，哪怕它可能是由實際連接而產生的。一個像似符號，只要它的對象不需要實際存在，就是或者體現了一種可能性。一張照片可以視作像似符號，因為它與其對象相似，但由於它與對象的實際聯繫，也可以認為是一個指示符號（上面附著了像似符號）。同樣，一幅寫生的肖像也是同理。像似符號的相似性是客觀的，獨立於解釋，但與某種理解方式（如視覺）相關。像似符號未必是感官的；任何東西都可以作為像似符號，例如一個簡化的論點（本身是一個複雜的符號）常用作充滿細節的論點（另一個符號）的像似符號。
皮爾士認為，指示符號藉助事實的聯繫來表意，這種聯繫通常是因果關係。例如，如果我們看到煙，我們會推測：它是某個原因——火災——產生的結果。如果聯繫是事實的，無論相似性或解釋如何，都可視作指示符號。皮爾士通常認為人名和指示詞（例如「這個」一詞）也是指示符號，因為儘管作為詞它們依賴於解釋，但它們是依賴於與其指示對象之間必不可少的事實關係的符號。個人姓名與其命名對象具有實際的歷史聯繫，通常記錄在出生證明上；而「這個」這個詞就像手指的指向。
皮爾士認為，規約符號是指稱和意義的習慣或規範。規約符號可以是自然的、文化的，也可以是抽象的和合乎邏輯的。它們作為符號的意義取決於將如何被解釋，並且缺乏或已喪失和它們所表示的對象之間的像似性或指示的聯繫，哪怕它在某次出現時可能是符號接收者對這個符號所代表的對象的體驗的指示。規約符號由專門的指示的單一符號（indexical sinsign）。一個命題，不考慮其在特定語言中的表達，就已經是一個規約符號，但許多規約符號都是從社會上接受和文化上認同的東西中提取出來的。傳統符號，如「馬」和「caballo」，規定了它們實例的聲音或外觀性質（例如，頁面上「馬」一詞的個別用例）基於相當於任意規定的內容。[23]這樣的規約符號利用社會中已知和被認可的東西來賦予意義。它可以是口語，也可以是書面語。
例如，我們可以把有四個輪子、四個門、一個引擎，以及座位的大型金屬物體稱為「汽車」，因為這個詞語在我們的文化中是一致的，它使我們能夠交流溝通。類似地，作為一個對語言和符號有著共同理解的社會，我們也可以在其他使用中文的社會環境中寫下「汽車」一詞，且知道它象徵什麼、代表什麼。[24]
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