黑箱方法研究

⑴ 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。

(1)黑箱方法研究扩展阅读：

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。

⑵ 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。

⑶ 黑箱方法的原则

首先，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。
其次，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。
再次，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，例如原子物理学中着名的卢瑟福“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。
运用黑箱方法，主要采取这样几个步骤：①通过研究输入和输出研究黑箱；②系统分析功能，确定几个可供选择的黑箱模型；③对黑箱模型进行检验和选择；④阐明黑箱的结构和运动规律并加以应用。当然，黑箱方法只研究系统外部行为，有一定的局限性，它需要与其它方法相配合，才能最终把黑箱打开。

⑷ 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。

⑸ 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。

⑹ 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。

⑺ 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。

⑻ 控制论的黑箱方法

控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。它是自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学等多种科学技术相互渗透形成的一门横断性学科。它研究生物体和机器以及各种不同基质系统的通讯和控制的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、自适应的原理和改善系统行为、使系统稳定运行的机制，从而形成了一大套适用于各门科学的概念、模型、原理和方法。控制论创始人维纳在他的《控制论》一书的副标题上标明，控制论是“关于在动物和机器中控制和通讯的科学”。 控制论一词cybernetics，来自希腊语，愿意为掌舵术，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义，维纳以它作为自己创立的一门新学科的名称，正是取它能够避免过分偏于哪一方面，“不能符合这个领域的未来发展”和“纪念关于反馈机构的第一篇重要论文”的意思。 控制论是多门科学综合的产物也是许多科学家共同合作的结晶。但是，控制论的诞生和发展是与美国数学诺伯特.维纳的名字联系在一起的。 维纳少年时是一位天才的神童，他11岁上大学，学数学，但喜爱物理、无线电、生物和哲学，14岁考进哈佛大学研究生院学动物学，后又去学哲学，18岁时获得了哈佛大学的数理逻辑博士学位。1913年刚刚毕业的维纳又去欧洲向罗素和希尔伯特这些数学大师们学习数学。正是多钟学科在他头脑里的汇合，才结出了控制论这颗综合之果。维纳在1919年研究勒贝格积分时，就从统计物理方面萌发了控制论思想。第二次世界大战期间，他参加了美国研制防空火力自动控制系统的工作，提出了负反馈概念，应用了功能模拟法，对控制论的诞生起了决定性的作用。1943年维纳与别格罗和罗森勃吕特合写了《行为、目的和目的论》的论文，从反馈角度研究了目的性行为，找出了神经系统和自动机之间的一致性。这是第一篇关于控制论的论文。这时，神经生理学家匹茨和数理逻辑学家合作应用反馈机制制造了一种神经网络模型。第一代电子计算机的设计者艾肯和冯.诺依曼认为这些思想对电子计算机设计十分重要，就建议维纳召开一次关于信息、反馈问题的讨论会。1943年底在纽约召开了这样的会议，参加者中有生物学家、数学家、社会学家、经济学家，他们从各自角度对信息反馈问题发表意见。以后又连接举行这样的讨论会，对控制论的产生起了推动作用。1948年维纳的《控制论》出版，宣告了这门科学的诞生。 控制论的研究表明，无论自动机器，还是神经系统、生命系统，以至经济系统、社会系统，撇开各自的质态特点，都可以看作是一个自动控制系统。在这类系统中有专门的调节装置来控制系统的运转，维持自身的稳定和系统的目的功能。控制机构发出指令，作为控制信息传递到系统的各个部分（即控制对象）中去，由它们按指令执行之后再把执行的情况作为反馈信息输送回来，并作为决定下一步调整控制的依据。 这样 们就看到，整个控制过程就是一个信息流通的过程，控制就是通过信息的传输、变换、加工、处理来实现的。反馈对系统的控制和稳定起着决定性的作用，无论是生物体保持自身的动态平稳（如温度、血压的稳定），或是机器自动保持自身功能的稳定，都是通过反馈机制实现的。反馈是控制论的核心问题。控制论就是研究如何利用控制器，通过信息的变换和反馈作用，使系统能自动按照人们预定的程序运行，最终达到最优目标的学问。 控制论是具有方法论意义的科学理论。控制论的理论、观点，可以成为研究各门科学问题的科学方法，这就是撇开各门科学的质的物点，把它们看作是一个控制系统，分析它的信息流程、反机制和控制原理，往往能够寻找到使系统达到最佳状态的方法。这种方法称为控制方法。控制论的主要方法还有信息方法、反馈方法、功能模拟方法和黑箱方法等。信息方法是把研究对象看作是一个信息系统，通过分析系统的信息流程来把握事物规律的方法。反馈方法则是动用反馈控制原理去分析和处理问题的研究方法。所衷肠反馈控制就是由控制器发出的控制信息的再输出发生影响，以实现系统预定目标的过程，正反馈能放大控制作用，实现自组织控制。但也使偏差愈益加大，导致振荡。负反馈能纠正偏差，实现稳定控制，但它减弱控制作用、损耗能量。功能模拟法，就是用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。所谓功能模型就是只以功能行为是相似为基础而建立的模型。如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的，这就是一种功能模拟。功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。黑箱方法也是控制论的主要方法。黑箱就是指那些不能打开箱盖，又不能从外部观察内部状态的系统。黑箱方法就是通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。它是探索复杂大系统的重要工具。 控制论诞生后，得到了广泛地应用与迅猛地发展，大致经历了三个发展时期。第一个时期为本世纪50年代，是经典控制论时期。这个时期的代表着作有 国着名科学家钱学森1945年在美国发表的《工程控制论》。第二个时期是60年代的现代控制论时期。导弹系统、人造恒星，生物系统研究的发展，使控制论的重点从单变量控制到多变量控制，从自动调节向最优控制，由线性系统向非线性系统转变。美国卡尔曼提出的状态空间方法以及其它学者提出的极大值原理和动态规划等方法，形成了系统测辨、最优控制、自组织、自适应系统等现代控制理论。第三时期是70年代后的大系统理论时期。控制论由工程控制论、生物控制论向经济控制论、社会控制论发展。1975年国际控制论和系统论第三届会议，讨论的主题就是经济控制论的问题。1978年的第四届会议，主题又转向了社会控制论。电子计算机的广泛应用和人工智能研究的开展，使控制系统显现出规模庞大，结构复杂，因素众多，功能综合的特点，从而控制论也向大系统理论发展。在世976年国际自动控制联合会的学术会上，专题讨论了“大系统理论及应用”问题。控制论也形成了工程控制论、生物科。其中生物控制论又分化出神经控制论、医学控制论、人工智能研究和仿生学研究。社会控制论则把控制论应用于社会的生产管理、效能运输、电力网络、能源工程、环境保护、城市建议，以至社会决策等方面。维纳在1950年出版的《人有人有的用处——控制论和社会》一书中着重论述了通信、法律、社会政策等等与控制论的联系。阿希贝1958年发表的《控制论在生物学和社会中的应用》一文，认为运用非线性系统的控制理论，可以研究社会系统。 控制论具有十分重要的理论意义和实践意义，它体现了现代科学整体化发展趋势，为现代科学技术提供了新的思路和科学方法。 国际60年代初就开始翻译介绍控制论的着作，但是，只是近年来才开始对它进行广泛而深入的研究。在经济、人口、能源、生产管理等方面，开始运用控制论建立数学模型。如投入产出模型、人口模型等，在运用中都取得了良好的效果。

⑼ “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。

⑽ 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。