黑箱研究方法

‘壹’ 黑箱理论的提出

什么是黑箱理论
所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统，比如人们的大脑只能通过信息的输入输出来确定其结构和参数。“黑箱方法”从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。

黑箱理论的出发点
“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。
系统整体优化法，即是从系统的观点出发，着重从整体与部分之间、整体与外部环境之间的相互联系中，综合地考察对象，从而达到全面地、最佳地解决问题的目的。

‘贰’ 黑箱方法的概念

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。
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。

‘叁’ 黑箱方法的出发点

“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。

‘肆’ 黑箱方法主要研究系统的什么

所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统，比如人们的大脑只能通过信息的输入输出来确定其结构和参数。“黑箱方法”从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。

‘伍’ “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。

‘陆’ 黑箱方法的详述

有些仪器、有些系统内部的结构十分复杂，或是由于种种原因不能够加以打开。打开了就不是原来的系统。比如大规模集成块也可以看作是一个黑箱。它内部众多复杂的电子器件的功能，人们是无法从外表观察来了解的。而是借助于专用的测试仪器向集成块输入信息，从集成块输出的信息来判断集成块的功能和质量的好坏。这也是一种黑箱方法。一件事物是否是黑箱还与人的认识能力有关系。比如电视机，对一般不懂电视机原理的人来说，电视机也是一个黑箱。有些人对电视机原理一知半解，对这部分人来说，电视机是一个灰箱。然而，对电视机设计专家来说，由于它们对电视机的结构原理一清二楚，所以对他们而言，电视机是一个白箱 。
由此可见，确定事物是黑箱还是白箱，不仅取决于事物本身，同时还与人们的认识能力有关。人的大脑，它是思维的器官，智慧的源泉。大脑内部是一个非常复杂的机构，有数量惊人的脑细胞。因此，有人把大脑比喻成脑海。科学家对大脑的研究也常常用黑箱方法。因为解剖后的大脑就不是原来的大脑了。测大脑反应的灵敏性并不需要打开大脑。比如，智商的测定主要是测试人们对问题的回答是否敏捷。一个孩子如果对各种形象问题、语言问题、逻辑问题都能够很好的解答，那说明他的大脑很好，智商很高。

‘柒’ 黑箱理论 为什么不适用推理法

黑箱理论，是指对特定的系统开展研究时，人们把系统作为一个看不透的黑色箱子，研究中不涉及系统内部的结构和相互关系，仅从其输入输出的特点了解该系统规律，用黑箱方法得到的对一个系统规律的认识。不通过分析生态系统内部结构和相互关系，而是根据生态系统整体物质和能量的输入和输出关系及其影响因子得到该生态系统的结构和功能的规律。
黑箱理论的出发点
“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。
系统整体优化法，即是从系统的观点出发，着重从整体与部分之间、整体与外部环境之间的相互联系中，综合地考察对象，从而达到全面地、最佳地解决问题的目的。

黑箱的概念
在控制论中，通常把所不知的区域或系统称为“黑箱”，而把全知的系统和区域称为“白箱”，介于黑箱和白箱之间或部分可察黑箱称为“灰箱”。一般来讲，在社会生活中广泛存在着不能观测却可以控制的“黑箱”问题。比如，我们每天都看电视，但我们并不了解电视机的内部构造和成像原理，对我们而言，电视机的内部构造和成像原理就是“黑箱”。

黑箱方法
黑箱是我们未知的世界，也是我们要探知的世界。如何了解未知的黑箱呢？ 我们只能在不直接影响原有客体黑箱内部结构、 要素和机制的前提下通过观察黑 箱中“输入”、“输出”的变量，得出关于黑箱内部情况的推理，寻找、发现其内部规律，实现对黑箱的控制。这种研究方法叫做黑箱方法。

‘捌’ 黑箱方法的应用

黑箱方法还被运用于人口的研究。掌握人口发展的现状和发展规律对于人类的发展有着很重要的意义。但是，人口系统是个复杂的大黑箱。要认识它、控制它是个极大的难题。人口学家利用人口普查获得的信息建立了我国人口发展的动态模型。它忽略了人口系统内部各种细节，但是对于人口的出生率、死亡率、自然增长率、人口年龄构成等提供了很有价值的数据。从几年当中人口变化的信息来推断若干年后的变化状况，为现代化建设提供了有价值的资料。

‘玖’ 黑箱理论的基本信息

“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。
系统整体优化法，即是从系统的观点出发，着重从整体与部分之间、整体与外部环境之间的相互联系中，综合地考察对象，从而达到全面地、最佳地解决问题的目的。 黑箱
在控制论中，通常把所不知的区域或系统称为“黑箱”，而把全知的系统和区 域称为“白箱”，介于黑箱和白箱之间或部分可察黑箱称为“灰箱”。一般来讲，在社会生活中广泛存在着不能观测却可以控制的“黑箱”问题。比如，我们每天 都看电视，但我们并不了解电视机的内部构造和成像原理，对我们而言，电视机 的内部构造和成像原理就是“黑箱”。
黑箱方法
黑箱是我们未知的世界，也是我们要探知的世界。如何了解未知的黑箱呢？ 我们只能在不直接影响原有客体黑箱内部结构、 要素和机制的前提下通过观察黑 箱中“输入”、“输出”的变量，得出关于黑箱内部情况的推理，寻找、发现其内部 规律，实现对黑箱的控制。这种研究方法叫做黑箱方法。

‘拾’ 什么是黑箱理论、灰箱理论、白箱理论

1、黑箱理论，是指对特定的系统开展研究时，人们把系统作为一个看不透的黑色箱子，研究中不涉及系统内部的结构和相互关系，仅从其输入输出的特点了解该系统规律，用黑箱方法得到的对一个系统规律的认识。不通过分析生态系统内部结构和相互关系，而是根据生态系统整体物质和能量的输入和输出关系及其影响因子得到该生态系统的结构和功能的规律。

2、灰箱理论：灰箱模型（Gray box）或概念模型（conceptual model），指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如气象学、生态学、经济学等领域的模型。

3、白色系统理论是指研究者不仅知道该系统的输入——输出关系，而且知道实现输入——输出关系的结构与过程。白色系统理论将这种按预知的结构关系建立的关系式称为“白箱网络”。通过白箱网络对系统进行再认识或利用这种白箱网络去控制系统以后的过程或预测系统的行为。白箱方法反映了比黑箱方法、灰箱方法高一级的认识水平。

(10)黑箱研究方法扩展阅读：

实践证明，物质具有系统属性，我们科学研究的对象，都可以把它看成是一个由基本要素组成的动态系统。在这个系统内外，不仅存在着信息传递、交换，还有对信息的处理和控制。同行为功能模拟法一样，系统整体优化法也是信息分析综合法的一个重要的发展和实用化。在对任何系统进行信息分析和综合时，一方面要抓住功能的相似，另一方面则要抓住系统的整体优化法，是信息分析综合法的两个实施法则。只有遵循这两个法则，才能作出最优的信息分析与综合。