“黑箱”问题

今天，人们在许多科学研究领域，都可以碰到黑箱这一概念，但它并不是指一只真正的黑色箱子，而是控制论中的一个重要概念。作为一种近代科学方法，黑箱方法已越来越受到人们重视，并且与现代科学技术手段联系在一起，广泛应用于社会生活实践中。

1945年，控制论的创始人维纳在一篇文章中写道：所有的科学问题都是作为闭盒问题开始的，若干可供选择的结构被密封在闭盒中，研究它们的唯一途径是利用闭盒的输入和输出。维纳所说的闭盒，也就是我们今天所说的黑箱。

到底什么是黑箱呢?粗略地说，所谓黑箱是指它的内部构造和机理还不清楚，但可以通过外部观测和试验来认识它的功能和特征。在现实生活中，许多客观事物，当人们还不可能，或客观条件不允许深入解剖其内部细节(因而无法详细了解其内部结构和特征)，都可以把它看做是黑箱。为了让读者对黑箱概念有个形象化的认识，我们先从大脑之谜说起。

大脑之谜，也叫做身心问题，在科学研究史上是一个长期以来没有得到圆满解答的难题，无数科学家和哲学家倾注了毕生的心血进行过深入探讨和研究，提出了种种假设和理论。思维究竟是怎样从物质中产生出来的?大脑功能的具体活动机制又是什么?要解答这一系列问题可不是一件容易的事。人们可以用物理上的分割法，研究物质的结构和属性；也可以用化学分解和合成的方法来了解不同物质的成分。但这些方法，对研究大脑的思维功能却是鞭长莫及的，因为即使按这些方法的要求，将大脑打开，解剖分析，也只能是对失去思维功能的大脑物质的认识。这样，在科学研究面前，大脑的思维过程就是一个只见其外观和表现，而无法深入其内在了解其机制的难题。它就像一个不能打开的箱子一样，里面的一切对于我们来说都是黑乎乎的，一无所知。

在高能物理中，就有如下一个事实：当物质被高度分割后，就会出现不能再分割的微粒，这时人们只能借助科学仪器来观察其行为，而无法再通过分割来了解其内部结构。对于这类问题，必须开辟新的研究途径。幸好控制论中提出的黑箱研究方法，为我们研究这类问题提供了可能。

所谓黑箱方法，指的是当一个系统内部结构不清楚时，利用外部观察和试验方法，获得系统(即黑箱)的输入输出特性；再根据这种信息，在不打开黑箱的情况下，研究其功能和属性，探索其构造和机理的一种科学方法。人们常说知人知面不知心。如果说人相当于一个黑箱的话，那么我们可以通过听其言，观其行而知其心，这是一种行为分析的方法。

黑箱方法的道理并不神秘，在我们的日常生活中，人们都在自觉或不自觉地运用这种方法。比如说看电视，如果说看电视必须要懂得电视内部结构和工作原理才行，那恐怕能看电视的人就不会很多了。然而，人们虽然不懂得电视机内部构造和机理，却知道按哪个开关打开它，调整哪些开关可以得到清晰稳定的画面效果，什么情况是出了故障，等等。这些都是我们运用黑箱方法的具体体现。不过黑箱方法最典型的应用是中医看病。中医看病，主要是通过望、闻、问、切等外部观察作出诊断，开方抓药。有时遇到疑难杂症没有把握时，可以先投以试探性的药物，观察病人的反应，并随时增减药物，观其疗效，一旦抓住病症就大胆对症下药。这种从人体的输入特征入手，实施辩证论治的方法正是黑箱方法的精髓所在。上面所举的例子，主要是让读者对黑箱方法有个基本的认识，但是控制论的黑箱方法，作为一种科学研究方法，具有自己的特点和独特表达方式。随着科学技术不断发展，对系统进行动态观测的黑箱方法，已发展成为现代控制理论的一个重要分支系统辨识。辨识，指的是通过外部观测系统得到系统的输入-输出数据，然后用数学方法确定系统的结构和参数，求得定量描述系统动态特性的数学模型，并在此基础上，实现对系统的最优控制。