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黑箱、灰箱、白箱 思政1202班 李慧 黑箱方法 概念 黑箱亦称“黑盒”或“黑匣”。它是指内部构造还不清楚，由于条件的限制，只能通过外部观测和试验去认识其功能和特性的系统。例如人的大脑、地球、密封的仪器等，都可以看作是黑箱。我们把外部对黑箱的影响称为黑箱的输入，把黑箱对外部的反应称为黑箱的输出。 黑箱方法，也称“黑箱系统辨识法”。通过观测外部输入黑箱的信息和黑箱输出的信息的变化关系，来探索黑箱的内部构造和机理的方法。“黑箱”指内部构造和机理不能直接观察的事物或系统。黑箱方法注重整体和功能，兼有抽象方法和模型方法的特征。 所谓黑箱方法，就是通过考察系统的输入、输出及其动态过程，而不通过直接考察其内部结构，来定量或定性地认识系统的功能特性、行为方式，以及探索其内部结构和机理的一种控制论认识方法。 黑箱方法，就是在不打开黑箱的情况下，只是通过外部观测、试验，找出输入和输出的关系，并由此来研究黑箱的功能和特性，探索其构造和机理的一种科学方法。 历史溯源 黑箱方法可以说古已有之，例如我国的中医看病，通常是通过“望、闻、问、切”等外部观测来诊断病情，并不进行开刀解剖，这就是典型的黑箱方法。但是，作为一种现代的科学方法，是从本世纪五十年代开始的。1956年，艾什比在他所写的《控制论等论》中对黑箱方法作了比较系统的阐述。首先他明确了什么是黑箱问题。他认为；“黑箱问题是在电机工程中出现的。给电机师一个密封箱，上面有些输入接头、可以随意通上多少电压、电击或任何别的干扰；此外有些输出接头，可以借此作他所能作的观察。” 原则 1，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。 2，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。 3，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。 出发点 编辑“黑箱”的研究方法的出发点在于：自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系，相互作用的，所以，即使我们不清楚“黑箱”的内部结构，仅注意到它对于信息刺激作出如何的反应，注意到它的输入—输出关系，就可对它作出研究。如果我们能设计出一个系统，在同样的输入作用下，它的输出和所模拟的对象的输出相同或相似，就可以确认实现了模拟的目标。在此，信息的输入，就是一个事物对黑箱施加影响；信息的输出，就是黑箱对其他的事物的反作用。事实上人们在对信息进行分析和综合时，很少追求结构上的相似性，而总是把握信息的观点，行为功能的观点。 步骤 运用黑箱方法，主要采取这样几个步骤： 1、界定黑箱，即明确界定黑箱的内涵和外延，把黑箱从它所处的环境中分离出来。 2、考察黑箱，即通过实验来考察环境与黑箱之间在质料、能量、信息诸方面输入、输出的变换情况。 3、阐明黑箱，即根据输入和输出的变换情况，对黑箱的内部结构、特性和状况作出判断或说明。 黑箱方法的意义 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。 ——艾什比：《控制论等论》 应用 计算机领域 在计算机领域，黑箱方法主要应用于程序的测试阶段。测试程序时，负责设计输入和输出时检验程序的对与错，而不负责程序代码具体是怎样运行的。 心理学领域 心理学家对弱智人进行测试，让他来拼搭图案。这种简单的图案，弱知人群拼搭所需要的时间比正常人要长，反应迟钝。这说明他智商有问题。人的大脑生长在脑颅中，医生借助于各种仪器向大脑输入信息，从仪器中输出的信息来判断脑子是不是有病变。这也是黑箱方法。 医学领域 在医学领域，一个病人的语言如果发生了障碍，我们通常可以判定为病人的主管语言的大脑左半球发生了故障。中风病人的左半脑还是右半脑发生了血栓或是发生了脑溢血。医生也不是去打开大脑检查，而是根据病人的左半身或是右半身的感