黑箱方法(黑箱方法是什么意思)

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黑箱方法是指什么?

(艾什比:《控制论等论》第86页)艾什比进一步指出,黑箱问题在各门科学中都是普遍存在的。在神经生理学中,人们通过观察对动物的刺激和反应来推断其内部神经结构;在日常生活中黑箱也普遍的存在。例如一个人在开门,当他打不开门时,不必卸下门锁,即是将门把手上下左右的转动(输入),看门闩开不开(输出)。这就是运用了黑箱方法。

什么是黑箱方法?

黑箱(BlackBox或译作黑盒、暗箱、黑匣等)是从控制论中引出的一个概念。什么是“黑箱”?黑箱就是只知其输入和输出,不知其内部结构的系统。或者说,黑箱是内部结构一时无法直接观测,只能从外部去认识的系统。

黑箱方法是我们认识事物的一种常用的方法。例如挑西瓜时,有经验的人只须用手拍一拍(输入),听听声音(输出)就可以判断是生瓜还是熟瓜。在体检时,医生借助听诊器,有耐还加上轻轻地叩打,就可以初步判断心、肺等内部器官的健康状况。随着科技的进步,许多新型电器进入了家庭,对于多数用户说来,并不需要了解这些电器的构造和工作原理,一般只需要知道怎样输入和输出就可以了。例如,用户并不一定要知道电冰箱的结构和制冷原理,他们做的事情只是打开箱门放人食品(输入)过一段时间再打开箱门取出冷冻或冷藏的食品(输出)就可以了。同样地,用户在使用录音机时,只需知道按哪个键打开带仓,装进磁带(输入),再按哪些键可以放音和调整音量、音高等(输出)就可以了。

现代的电子计算机是硬件和软件结合的复杂系统。它可以由表及里地分为若干个层次。对于一般用户来说,完全可以把电子计算机看作黑箱,也就是说,可以不了解电子计算机的结构和工作原理。一般用户往往是在应用软件的支持下使用电子计算机的,例如使用辅助教学软件、游戏软件、财物管理软件等。用户一般只需要按照软件说明书规定的方法,输入一些命令或数据,电子计算机就会对此做出响应和处理,并把结果通过荧光屏或打印机等外部设备输出给用户。至于电子计算机是怎样理解这些命令和处理这些数据的,用户完全可以不管不问。这就是用黑箱方法来了解和使用电子计算机。明确地认识到这一点,有助于消除对电子计算机的神秘感,帮助我们尽快地使用电子计算机。

但是,如果我们要进一步挖掘电子计算机的功能,让它帮助我们解决某些特殊问题,或者是从事电子计算机专业的某些工作,那当然不能满足于这样的水平,而是应该深入学习电子计算机科学了。

“黑箱”方法是怎么来的?

在国内,20世纪80年代中期以来对复合指标问题有过不少研究。目前采用的方法大致分两类:一是混合危害损失模型法,如,1987年四川省农科院植保所建立的水稻纹枯病和二化螟危害产量损失模型;1988年湖南省农科院植保所建立的褐稻虱和纹枯病的混合危害损失模型等;二是危害损失当量法,目前仅见于褐稻虱和白背稻虱混合种群的研究:有按现有单项经济防治指标推算的,有按吸汁量即按蜜露分泌量的多少确定危害当量的,也有按有害生物造成损失量确定危害当量的。

实践表明,当前国内复合指标的研究与国外一样,与病虫草鼠综合防治的要求还很不一样。目前,我们虽然已进入了多病虫综合防治阶段,事实上,我们并未完全实现从防治单一对象、单一目标,向作物系统的有害生物群落实行总体治理,以取得经济、生态和社会效益多目标综合效果的转变,仍然停留在维纳、艾什比等传统控制论“黑箱认识论”的水平上,未跟上灰色系统理论已打破了“箱”的框框,不但从系统外部特征去研究,更主张着重事物内部结构、参数、总的特征,且尽量发挥已知(白色)信息作用的步伐;仍然把千变万化的诸生态因子的作用看作“黑箱”,把有害生物种群密度看作输入,产量损失率作为“黑箱”的输出,这样,在诸生态因子随机扰动下,有害生物种群密度与产量损失率之间不是确定的函数关系,是一种概率函数,不是灰色系统理论的“灰靶”。因此,得到的有害生物种群的复合防治指标,难以与田间实际情况相符合,往往难以避免。有害生物的综合治理或防治,是多维动态的,欲想在一个大区域制订一个静态的统一的复合指标,显然是不切合实际的。其实,我们可以把有害生物种群与复合防治指标分别看成是事件与对策,它们可组合成灰局势Sij,目标效果m(1)是经济效益,m(2)是生态效益,m(3)是社会效益。通过多目标灰色局势决策,可以得到不同的多病虫草鼠组合的复合指标,它们的经济、生态,社会效益的综合效果最为满意。而我们运用“黑箱”方法,就难以取得满意的结果。运用“黑箱”方法的传统控制论,一般都是一种事后的控制,然而,植保工作方针要求“预防为主,综合防治”,这在大多数的病害上反映得十分突出。

黑箱方法的原则

首先,要求把研究对象看作是一个整体。采取考察输入——输出的方式,对系统作整体上的研究。

其次,当输入输出关系确定后,一般用建立模型的方法来描述黑箱的功能和特性。模型结构有多种形式:有数学的(各种函数、方程式、图象、表格等)、实体的(功能相似于原型的现实系统)、也有概念的。工程技术系统多采用数学模型,生物系统采用实体模型,社会系统则常用概念模型。

再次,黑箱方法要突出联系的原则。把所要研究的系统置于环境之中,从系统与环境之间的相互联系中去研究、认识对象。黑箱方法的应用很广,例如原子物理学中著名的卢瑟福“散射实验”。现在人们在研究基本粒子时,也试图用黑箱方法探索基本粒子深层的结构。在社会领域中,对一些规模庞大、结构复杂的大系统如国民经济计划管理系统、环境监测等也采用黑箱方法从整体上进行研究和分析。黑箱方法有其独特的优点,但也有很大的局限性,它强调研究整体功能,而对内部的精确结构和局部细节不能准确回答,在研究客观对象过程中,必须把黑箱方法和其他科学方法结合起来。

运用黑箱方法,主要采取这样几个步骤:①通过研究输入和输出研究黑箱;②系统分析功能,确定几个可供选择的黑箱模型;③对黑箱模型进行检验和选择;④阐明黑箱的结构和运动规律并加以应用。当然,黑箱方法只研究系统外部行为,有一定的局限性,它需要与其它方法相配合,才能最终把黑箱打开。

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