黑箱方法研究

⑴ 什麼是黑箱理論、灰箱理論、白箱理論

1、黑箱理論，是指對特定的系統開展研究時，人們把系統作為一個看不透的黑色箱子，研究中不涉及系統內部的結構和相互關系，僅從其輸入輸出的特點了解該系統規律，用黑箱方法得到的對一個系統規律的認識。不通過分析生態系統內部結構和相互關系，而是根據生態系統整體物質和能量的輸入和輸出關系及其影響因子得到該生態系統的結構和功能的規律。

2、灰箱理論：灰箱模型（Gray box）或概念模型（conceptual model），指那些內部規律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都還不同程度地有許多工作要做的問題。如氣象學、生態學、經濟學等領域的模型。

3、白色系統理論是指研究者不僅知道該系統的輸入——輸出關系，而且知道實現輸入——輸出關系的結構與過程。白色系統理論將這種按預知的結構關系建立的關系式稱為「白箱網路」。通過白箱網路對系統進行再認識或利用這種白箱網路去控制系統以後的過程或預測系統的行為。白箱方法反映了比黑箱方法、灰箱方法高一級的認識水平。

(1)黑箱方法研究擴展閱讀：

實踐證明，物質具有系統屬性，我們科學研究的對象，都可以把它看成是一個由基本要素組成的動態系統。在這個系統內外，不僅存在著信息傳遞、交換，還有對信息的處理和控制。同行為功能模擬法一樣，系統整體優化法也是信息分析綜合法的一個重要的發展和實用化。在對任何系統進行信息分析和綜合時，一方面要抓住功能的相似，另一方面則要抓住系統的整體優化法，是信息分析綜合法的兩個實施法則。只有遵循這兩個法則，才能作出最優的信息分析與綜合。

⑵ 黑箱方法的應用

黑箱方法還被運用於人口的研究。掌握人口發展的現狀和發展規律對於人類的發展有著很重要的意義。但是，人口系統是個復雜的大黑箱。要認識它、控制它是個極大的難題。人口學家利用人口普查獲得的信息建立了我國人口發展的動態模型。它忽略了人口系統內部各種細節，但是對於人口的出生率、死亡率、自然增長率、人口年齡構成等提供了很有價值的數據。從幾年當中人口變化的信息來推斷若干年後的變化狀況，為現代化建設提供了有價值的資料。

⑶ 黑箱方法的原則

首先，要求把研究對象看作是一個整體。採取考察輸入——輸出的方式，對系統作整體上的研究。
其次，當輸入輸出關系確定後，一般用建立模型的方法來描述黑箱的功能和特性。模型結構有多種形式：有數學的（各種函數、方程式、圖象、表格等）、實體的（功能相似於原型的現實系統）、也有概念的。工程技術系統多採用數學模型，生物系統採用實體模型，社會系統則常用概念模型。
再次，黑箱方法要突出聯系的原則。把所要研究的系統置於環境之中，從系統與環境之間的相互聯系中去研究、認識對象。黑箱方法的應用很廣，例如原子物理學中著名的盧瑟福「散射實驗」。現在人們在研究基本粒子時，也試圖用黑箱方法探索基本粒子深層的結構。在社會領域中，對一些規模龐大、結構復雜的大系統如國民經濟計劃管理系統、環境監測等也採用黑箱方法從整體上進行研究和分析。黑箱方法有其獨特的優點，但也有很大的局限性，它強調研究整體功能，而對內部的精確結構和局部細節不能准確回答，在研究客觀對象過程中，必須把黑箱方法和其他科學方法結合起來。
運用黑箱方法，主要採取這樣幾個步驟：①通過研究輸入和輸出研究黑箱；②系統分析功能，確定幾個可供選擇的黑箱模型；③對黑箱模型進行檢驗和選擇；④闡明黑箱的結構和運動規律並加以應用。當然，黑箱方法只研究系統外部行為，有一定的局限性，它需要與其它方法相配合，才能最終把黑箱打開。

⑷ 黑箱理論 為什麼不適用推理法

黑箱理論，是指對特定的系統開展研究時，人們把系統作為一個看不透的黑色箱子，研究中不涉及系統內部的結構和相互關系，僅從其輸入輸出的特點了解該系統規律，用黑箱方法得到的對一個系統規律的認識。不通過分析生態系統內部結構和相互關系，而是根據生態系統整體物質和能量的輸入和輸出關系及其影響因子得到該生態系統的結構和功能的規律。
黑箱理論的出發點
「黑箱」的研究方法的出發點在於：自然界中沒有孤立的事物，任何事物間都是相互聯系，相互作用的，所以，即使我們不清楚「黑箱」的內部結構，僅注意到它對於信息刺激作出如何的反應，注意到它的輸入—輸出關系，就可對它作出研究。如果我們能設計出一個系統，在同樣的輸入作用下，它的輸出和所模擬的對象的輸出相同或相似，就可以確認實現了模擬的目標。在此，信息的輸入，就是一個事物對黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對其他的事物的反作用。事實上人們在對信息進行分析和綜合時，很少追求結構上的相似性，而總是把握信息的觀點，行為功能的觀點。
系統整體優化法，即是從系統的觀點出發，著重從整體與部分之間、整體與外部環境之間的相互聯系中，綜合地考察對象，從而達到全面地、最佳地解決問題的目的。

黑箱的概念
在控制論中，通常把所不知的區域或系統稱為「黑箱」，而把全知的系統和區域稱為「白箱」，介於黑箱和白箱之間或部分可察黑箱稱為「灰箱」。一般來講，在社會生活中廣泛存在著不能觀測卻可以控制的「黑箱」問題。比如，我們每天都看電視，但我們並不了解電視機的內部構造和成像原理，對我們而言，電視機的內部構造和成像原理就是「黑箱」。

黑箱方法
黑箱是我們未知的世界，也是我們要探知的世界。如何了解未知的黑箱呢？ 我們只能在不直接影響原有客體黑箱內部結構、 要素和機制的前提下通過觀察黑 箱中「輸入」、「輸出」的變數，得出關於黑箱內部情況的推理，尋找、發現其內部規律，實現對黑箱的控制。這種研究方法叫做黑箱方法。

⑸ 黑箱方法的概念

黑箱亦稱「黑盒」或「黑匣」。它是指內部構造還不清楚，由於條件的限制，只能通過外部觀測和試驗去認識其功能和特性的系統。例如人的大腦、地球、密封的儀器等，都可以看作是黑箱。我們把外部對黑箱的影響稱為黑箱的輸入，把黑箱對外部的反應稱為黑箱的輸出。
所謂黑箱方法，就是通過考察系統的輸入、輸出及其動態過程，而不通過直接考察其內部結構，來定量或定性地認識系統的功能特性、行為方式，以及探索其內部結構和機理的一種控制論認識方法。
黑箱方法，就是在不打開黑箱的情況下，只是通過外部觀測、試驗，找出輸入和輸出的關系，並由此來研究黑箱的功能和特性，探索其構造和機理的一種科學方法。

⑹ 黑箱理論的提出

什麼是黑箱理論
所謂「黑箱」，就是指那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統，比如人們的大腦只能通過信息的輸入輸出來確定其結構和參數。「黑箱方法」從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑，尤其對某些內部結構比較復雜的系統，對迄今為止人們的力量尚不能分解的系統，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。

黑箱理論的出發點
「黑箱」的研究方法的出發點在於：自然界中沒有孤立的事物，任何事物間都是相互聯系，相互作用的，所以，即使我們不清楚「黑箱」的內部結構，僅注意到它對於信息刺激作出如何的反應，注意到它的輸入—輸出關系，就可對它作出研究。如果我們能設計出一個系統，在同樣的輸入作用下，它的輸出和所模擬的對象的輸出相同或相似，就可以確認實現了模擬的目標。在此，信息的輸入，就是一個事物對黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對其他的事物的反作用。事實上人們在對信息進行分析和綜合時，很少追求結構上的相似性，而總是把握信息的觀點，行為功能的觀點。
系統整體優化法，即是從系統的觀點出發，著重從整體與部分之間、整體與外部環境之間的相互聯系中，綜合地考察對象，從而達到全面地、最佳地解決問題的目的。

⑺ 黑箱方法的詳述

有些儀器、有些系統內部的結構十分復雜，或是由於種種原因不能夠加以打開。打開了就不是原來的系統。比如大規模集成塊也可以看作是一個黑箱。它內部眾多復雜的電子器件的功能，人們是無法從外表觀察來了解的。而是藉助於專用的測試儀器向集成塊輸入信息，從集成塊輸出的信息來判斷集成塊的功能和質量的好壞。這也是一種黑箱方法。一件事物是否是黑箱還與人的認識能力有關系。比如電視機，對一般不懂電視機原理的人來說，電視機也是一個黑箱。有些人對電視機原理一知半解，對這部分人來說，電視機是一個灰箱。然而，對電視機設計專家來說，由於它們對電視機的結構原理一清二楚，所以對他們而言，電視機是一個白箱 。
由此可見，確定事物是黑箱還是白箱，不僅取決於事物本身，同時還與人們的認識能力有關。人的大腦，它是思維的器官，智慧的源泉。大腦內部是一個非常復雜的機構，有數量驚人的腦細胞。因此，有人把大腦比喻成腦海。科學家對大腦的研究也常常用黑箱方法。因為解剖後的大腦就不是原來的大腦了。測大腦反應的靈敏性並不需要打開大腦。比如，智商的測定主要是測試人們對問題的回答是否敏捷。一個孩子如果對各種形象問題、語言問題、邏輯問題都能夠很好的解答，那說明他的大腦很好，智商很高。

⑻ 控制論的黑箱方法

控制論是研究各類系統的調節和控制規律的科學。它是自動控制、通訊技術、計算機科學、數理邏輯、神經生理學、統計力學、行為科學等多種科學技術相互滲透形成的一門橫斷性學科。它研究生物體和機器以及各種不同基質系統的通訊和控制的過程，探討它們共同具有的信息交換、反饋調節、自組織、自適應的原理和改善系統行為、使系統穩定運行的機制，從而形成了一大套適用於各門科學的概念、模型、原理和方法。控制論創始人維納在他的《控制論》一書的副標題上標明，控制論是「關於在動物和機器中控制和通訊的科學」。 控制論一詞cybernetics，來自希臘語，願意為掌舵術，包含了調節、操縱、管理、指揮、監督等多方面的涵義，維納以它作為自己創立的一門新學科的名稱，正是取它能夠避免過分偏於哪一方面，「不能符合這個領域的未來發展」和「紀念關於反饋機構的第一篇重要論文」的意思。 控制論是多門科學綜合的產物也是許多科學家共同合作的結晶。但是，控制論的誕生和發展是與美國數學諾伯特.維納的名字聯系在一起的。 維納少年時是一位天才的神童，他11歲上大學，學數學，但喜愛物理、無線電、生物和哲學，14歲考進哈佛大學研究生院學動物學，後又去學哲學，18歲時獲得了哈佛大學的數理邏輯博士學位。1913年剛剛畢業的維納又去歐洲向羅素和希爾伯特這些數學大師們學習數學。正是多鍾學科在他頭腦里的匯合，才結出了控制論這顆綜合之果。維納在1919年研究勒貝格積分時，就從統計物理方面萌發了控制論思想。第二次世界大戰期間，他參加了美國研製防空火力自動控制系統的工作，提出了負反饋概念，應用了功能模擬法，對控制論的誕生起了決定性的作用。1943年維納與別格羅和羅森勃呂特合寫了《行為、目的和目的論》的論文，從反饋角度研究了目的性行為，找出了神經系統和自動機之間的一致性。這是第一篇關於控制論的論文。這時，神經生理學家匹茨和數理邏輯學家合作應用反饋機制製造了一種神經網路模型。第一代電子計算機的設計者艾肯和馮.諾依曼認為這些思想對電子計算機設計十分重要，就建議維納召開一次關於信息、反饋問題的討論會。1943年底在紐約召開了這樣的會議，參加者中有生物學家、數學家、社會學家、經濟學家，他們從各自角度對信息反饋問題發表意見。以後又連接舉行這樣的討論會，對控制論的產生起了推動作用。1948年維納的《控制論》出版，宣告了這門科學的誕生。 控制論的研究表明，無論自動機器，還是神經系統、生命系統，以至經濟系統、社會系統，撇開各自的質態特點，都可以看作是一個自動控制系統。在這類系統中有專門的調節裝置來控制系統的運轉，維持自身的穩定和系統的目的功能。控制機構發出指令，作為控制信息傳遞到系統的各個部分（即控制對象）中去，由它們按指令執行之後再把執行的情況作為反饋信息輸送回來，並作為決定下一步調整控制的依據。 這樣 們就看到，整個控制過程就是一個信息流通的過程，控制就是通過信息的傳輸、變換、加工、處理來實現的。反饋對系統的控制和穩定起著決定性的作用，無論是生物體保持自身的動態平穩（如溫度、血壓的穩定），或是機器自動保持自身功能的穩定，都是通過反饋機制實現的。反饋是控制論的核心問題。控制論就是研究如何利用控制器，通過信息的變換和反饋作用，使系統能自動按照人們預定的程序運行，最終達到最優目標的學問。 控制論是具有方法論意義的科學理論。控制論的理論、觀點，可以成為研究各門科學問題的科學方法，這就是撇開各門科學的質的物點，把它們看作是一個控制系統，分析它的信息流程、反機制和控制原理，往往能夠尋找到使系統達到最佳狀態的方法。這種方法稱為控制方法。控制論的主要方法還有信息方法、反饋方法、功能模擬方法和黑箱方法等。信息方法是把研究對象看作是一個信息系統，通過分析系統的信息流程來把握事物規律的方法。反饋方法則是動用反饋控制原理去分析和處理問題的研究方法。所衷腸反饋控制就是由控制器發出的控制信息的再輸出發生影響，以實現系統預定目標的過程，正反饋能放大控製作用，實現自組織控制。但也使偏差愈益加大，導致振盪。負反饋能糾正偏差，實現穩定控制，但它減弱控製作用、損耗能量。功能模擬法，就是用功能模型來模仿客體原型的功能和行為的方法。所謂功能模型就是只以功能行為是相似為基礎而建立的模型。如獵手瞄準獵物的過程與自動火炮系統的功能行為是相似的，但二者的內部結構和物理過程是截然不同的，這就是一種功能模擬。功能模擬法為仿生學、人工智慧、價值工程提供了科學方法。黑箱方法也是控制論的主要方法。黑箱就是指那些不能打開箱蓋，又不能從外部觀察內部狀態的系統。黑箱方法就是通過考察系統的輸入與輸出關系認識系統功能的研究方法。它是探索復雜大系統的重要工具。 控制論誕生後，得到了廣泛地應用與迅猛地發展，大致經歷了三個發展時期。第一個時期為本世紀50年代，是經典控制論時期。這個時期的代表著作有 國著名科學家錢學森1945年在美國發表的《工程式控制制論》。第二個時期是60年代的現代控制論時期。導彈系統、人造恆星，生物系統研究的發展，使控制論的重點從單變數控制到多變數控制，從自動調節向最優控制，由線性系統向非線性系統轉變。美國卡爾曼提出的狀態空間方法以及其它學者提出的極大值原理和動態規劃等方法，形成了系統測辨、最優控制、自組織、自適應系統等現代控制理論。第三時期是70年代後的大系統理論時期。控制論由工程式控制制論、生物控制論向經濟控制論、社會控制論發展。1975年國際控制論和系統論第三屆會議，討論的主題就是經濟控制論的問題。1978年的第四屆會議，主題又轉向了社會控制論。電子計算機的廣泛應用和人工智慧研究的開展，使控制系統顯現出規模龐大，結構復雜，因素眾多，功能綜合的特點，從而控制論也向大系統理論發展。在世976年國際自動控制聯合會的學術會上，專題討論了「大系統理論及應用」問題。控制論也形成了工程式控制制論、生物科。其中生物控制論又分化出神經控制論、醫學控制論、人工智慧研究和仿生學研究。社會控制論則把控制論應用於社會的生產管理、效能運輸、電力網路、能源工程、環境保護、城市建議，以至社會決策等方面。維納在1950年出版的《人有人有的用處——控制論和社會》一書中著重論述了通信、法律、社會政策等等與控制論的聯系。阿希貝1958年發表的《控制論在生物學和社會中的應用》一文，認為運用非線性系統的控制理論，可以研究社會系統。 控制論具有十分重要的理論意義和實踐意義，它體現了現代科學整體化發展趨勢，為現代科學技術提供了新的思路和科學方法。 國際60年代初就開始翻譯介紹控制論的著作，但是，只是近年來才開始對它進行廣泛而深入的研究。在經濟、人口、能源、生產管理等方面，開始運用控制論建立數學模型。如投入產出模型、人口模型等，在運用中都取得了良好的效果。

⑼ 「黑箱」方法是怎麼來的

在國內，20世紀80年代中期以來對復合指標問題有過不少研究。目前採用的方法大致分兩類：一是混合危害損失模型法，如，1987年四川省農科院植保所建立的水稻紋枯病和二化螟危害產量損失模型；1988年湖南省農科院植保所建立的褐稻虱和紋枯病的混合危害損失模型等；二是危害損失當量法，目前僅見於褐稻虱和白背稻虱混合種群的研究：有按現有單項經濟防治指標推算的，有按吸汁量即按蜜露分泌量的多少確定危害當量的，也有按有害生物造成損失量確定危害當量的。

實踐表明，當前國內復合指標的研究與國外一樣，與病蟲草鼠綜合防治的要求還很不一樣。目前，我們雖然已進入了多病蟲綜合防治階段，事實上，我們並未完全實現從防治單一對象、單一目標，向作物系統的有害生物群落實行總體治理，以取得經濟、生態和社會效益多目標綜合效果的轉變，仍然停留在維納、艾什比等傳統控制論「黑箱認識論」的水平上，未跟上灰色系統理論已打破了「箱」的框框，不但從系統外部特徵去研究，更主張著重事物內部結構、參數、總的特徵，且盡量發揮已知（白色）信息作用的步伐；仍然把千變萬化的諸生態因子的作用看作「黑箱」，把有害生物種群密度看作輸入，產量損失率作為「黑箱」的輸出，這樣，在諸生態因子隨機擾動下，有害生物種群密度與產量損失率之間不是確定的函數關系，是一種概率函數，不是灰色系統理論的「灰靶」。因此，得到的有害生物種群的復合防治指標，難以與田間實際情況相符合，往往難以避免。有害生物的綜合治理或防治，是多維動態的，欲想在一個大區域制訂一個靜態的統一的復合指標，顯然是不切合實際的。其實，我們可以把有害生物種群與復合防治指標分別看成是事件與對策，它們可組合成灰局勢Sij，目標效果m（1）是經濟效益，m（2）是生態效益，m（3）是社會效益。通過多目標灰色局勢決策，可以得到不同的多病蟲草鼠組合的復合指標，它們的經濟、生態，社會效益的綜合效果最為滿意。而我們運用「黑箱」方法，就難以取得滿意的結果。運用「黑箱」方法的傳統控制論，一般都是一種事後的控制，然而，植保工作方針要求「預防為主，綜合防治」，這在大多數的病害上反映得十分突出。

⑽ 黑箱方法的出發點

「黑箱」的研究方法的出發點在於：自然界中沒有孤立的事物，任何事物間都是相互聯系，相互作用的，所以，即使我們不清楚「黑箱」的內部結構，僅注意到它對於信息刺激作出如何的反應，注意到它的輸入—輸出關系，就可對它作出研究。如果我們能設計出一個系統，在同樣的輸入作用下，它的輸出和所模擬的對象的輸出相同或相似，就可以確認實現了模擬的目標。在此，信息的輸入，就是一個事物對黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對其他的事物的反作用。事實上人們在對信息進行分析和綜合時，很少追求結構上的相似性，而總是把握信息的觀點，行為功能的觀點。