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第一章 反 馈 第一节 一个简单游戏引发的思考 如果现在提到“自动化”，几乎每个人都能够举出许多自动化的例子，从家用电器（如冰箱、空调的温度控制），到工业自动化生产线、导弹制导、飞机导航，再到宇宙飞船、人造地球卫星在预定轨道上的运行及准确回收，“自动化”如影形随，渗透到人类社会的各个层面，无时不在，无处不在。可以说，一个国家自动化程度的高低，已经成为衡量其科学技术和经济发展水平的一个重要标志。那么，大家是否想过是什么原因使得电冰箱可以保持温度的恒定、人造地球卫星可以在预定的轨道上运行吗？也就是电冰箱等自动化设备能够不需要人的参与而实现“自动控制”的奥秘是什么呢？为了说明这个问题，我们先来做一个游戏。 让小王和小张两个人分别去拿放在桌子上的一本书，不同的是，小王的双眼被蒙上了，而小张没有，然后，看他们谁能够准确地拿到书。 图1-2 小王不能顺利地拿到书 结果是很明显的，小王可能要试很多次才能拿到书，但是小张却可能会准确地拿到书（如图1-1和图1-2所示）。这是为什么呢？也许有人会说，这太简单了，那是因为小王看不见。但是为什么看不见就无法准确地拿到书呢？ 我们来分析一下拿书这个动作完成的过程。当人试图去拿书时，大脑送出一个信号命令手去执行这个任务。这时，眼睛将不断地观测书和手的位置，并将这个信息送入大脑。然后，由大脑根据手的位置与书的位置间的距离（偏差）大小发出命令，控制手臂向减少这个距离的方向移动（使偏差减小）。只要这个偏差存在，上述过程就要反复进行。一旦手拿到了书，偏差减小为零，大脑就命令手停止运动，人便完成了用手拿书的过程。由于小王被蒙住了双眼，自然他就无法知道自己的手和书之间的距离（偏差）是多少，因而也就无法快速而准确地拿到书了。 由此可以看出，手和书的位置间的“偏差”信息影响着拿书过程的顺利完成。那么，人的大脑是如何获得这个“偏差”信息的呢？ 下面我们再看一个手动控制热水箱温度的实验。如图1-3所示，其中，操作员用手指测量热水箱的温度，当手指感到的温度高于给定的目标温度（设定值）时，操作员就用另一只手关闭阀门，从而使蒸汽量减少；如果手指感到温度低于目标温度，则打开阀门，使蒸汽量增加。在这个实验中，人的大脑根据水箱的实际温度与目标温度间的“偏差”，做出判断并命令手进行相应的操作，关闭或打开阀门，从而使热水箱的温度保持在目标值上（即使“偏差”减小）。 图1-3 手动控制温度的漫画 由此我们也可以看出，水箱的实际温度和目标值间的“偏差”信息影响着“手动控制温度”的顺利完成。那么，操作员的大脑又是如何获得这个“偏差”信息的呢？ 现在，我们把“用手拿书”的过程用图1-4来模拟表示。图1-4清楚地显示出，手拿书的过程是通过眼睛、大脑和手来实现的。其中，书和手的位置是通过眼睛测量到的，这个测量信息经过大脑判断后，发出命令，让手向书的位置移动（即使手的位置和书的位置一致），最终实现拿起书的目的。因此，人的大脑之所以能够获得手和书的位置间的“偏差”信息，是由于“手的位置”信息通过眼睛传给了大脑。 同样，我们将图1-3的“手动控制温度”的操作过程用图1-5的模拟图来表示。由图1-5可以清楚地看出，操作员通过“手指”测量水箱的温度，然后，大脑将“手指”测量到的温度值与目标温度值进行比较、判断，并发出命令，最后，手执行大脑发出的命令（打开或关闭阀门）。因此，操作员之所以能够获得水箱温度与目标温度的“偏差”，是由于“水箱温度”的信息通过操作员的手指传给了大脑。 至此，我们已经知道了在“用手拿书”中，人是通过眼睛和大脑获得“偏差”信息的；在“手动控制温度”中，操作员是通过手指和大脑获得“偏差”信息的。正是由于获得了这些“偏差”信息，才使得“用手拿书”和“控制热水箱的温度”等活动能够顺利进行。 但是，值得我们思考的是，在“用手拿书”和“手动控制温度”这两个过程中，“偏差”信息的产生是否有某种共同之处呢？也就是说，是否存在某个相同的“神秘人物”在操纵着这两个过程中“偏差”的产生呢？如果存在，那么这个“神秘人物”又是谁呢？ 为了看清这个“神秘人物”的庐山真面目，我们首先将图1-5所示的“手动控制温度”的装置进行“改造”，以使其能够不需要人的直接参与而自动工作。 在图1-5中，操作员通过“手指”测量水箱的温度，然后，大脑将“手指”测到的温度值与目标温度值进行比较、判断，并发出命令，最后，手执行大脑发出的命令（打开或关闭阀门）。现在，我们用一些设备模仿和代替人的智能。其中，用某种“检测装置”代替手指测量温度，用能够进行“比较”和“产生控制命令”的装置代替大脑，用能够完成“打开或关闭”阀门的机器装置代替手，这样我们就实现了用机器完成上面的“控制水箱温度”的操作，它的操作过程如图1-6所示。通常，我们把这种没有人的直接参与而是利用机器设备装置完成的