↖  电脑前传(4):控制-3..


-loading- -loading- -loading-

2020-07-01 , 868 , 0 , 165

听音频 🔊 . 看视频 🎦

工程控制论

1950年,准备回国的钱学森被美国政府软禁,被剥夺了做本行研究的权利,他转而研究控制论,憋着气写出了《工程控制论》[10],该书于1954年出版。

钱老在序言中开宗明义,认为维纳的控制论是关于怎样把机械元件与电气元件组合成稳定且具有特定性能的系统的科学,讨论的主要问题是一个系统的不同部分之间相互作用的定性性质,以及整个系统的总体运动状态,完全不考虑能量、热量和效率等因素。


工程控制论的目的是研究控制论这门科学中,能够直接用在工程上设计被控系统或被操纵系统的那些部分。

工程控制论是一门技术科学,介于控制论和伺服系统工程实践之间,目的是把工程实际中所用的许多设计原则加以整理与总结,使之成为理论。

工程控制论可能使我们有更广阔的眼界,用更系统的方法来观察有关的问题,往往可以得到更有效的解决旧问题的新方法,而且工程控制论还可能揭示出新的以前没有看到过的前景。


《工程控制论》内容丰富,行文精炼,这从其十八章的标题就能看出:

引言(线性系统与非线性系统),拉氏变换法,输入、输出和传递函数,反馈伺服系统,

不互相影响的控制,交流伺服系统与振荡控制伺服系统,采样伺服系统,

有时滞的线性系统,平稳随机输入下的线性系统,继电器伺服系统,

非线性系统,变系数线性系统,利用摄动理论的控制设计,

满足指定积分条件的控制设计,自动寻求最优运转点的控制系统,噪声过滤的设计原理,

自行镇定和适应环境的系统,误差的控制。


由于《工程控制论》应用性极强,蕴含的学术思想超前于当时的国际前沿,因而迅速引发力学和自动控制等领域专家的兴趣。

钱老1955年回国,《工程控制论》1956年获中国科学院一等科学奖,1957年被翻译成俄文和德文出版,1958年中文版出版,对我国航天技术和自动控制学科的发展产生了重大影响,培养了一代中国控制理论与应用人才。


占星术

尽管维纳在《控制论》序言中明确说“人文科学并不是这种新数学技术的很好的试验场所”,但控制论经过十多年的发展,还是在维纳有意无意的推动下演变成了一个无所不包的“科学哲学”。

1964年,维纳去世。同年,他的学生米歇尔·阿尔贝勃(Michael A. Arbib)出版《大脑、机器和数学》[11],记录了当时控制论的状况。

该书分五章,第一章“神经网络、有限自动机和图灵机”,通过自动机模型把神经网络和图灵机打通;

第二章“结构和随机性”主题是生物控制论;

-loading- -loading--loading-


第三章“通讯和计算中的误差校正”,主题是稳态自动机的柯伐-维诺格拉德理论,这是信息论的一个推论,这一章大部分篇幅其实是信息论;

UfqiLong

第四章是“控制论”,核心概念是反馈和振荡,案例是神经网络和假肢,也提到了几十年前心理学的格式塔学说;

第五章“哥德尔不完全定理”,除了定理本身外,还讨论了“哥德尔理论并不是机器不可能有思维的证明”。


除了第四章,估计其他大部分内容都不情愿归到控制论麾下,阿尔贝勃当然也察觉到了这一点,他在简短的跋里袒露了自己的心机:“控制论、仿生学、神经动力学、自组织系统理论、人工智能等各门新学科如雨后春笋般地成长起来。

在这个小小的跋中,我想在这些五光十色的学科中专门谈谈控制论。它的领域并不只限于第四章谈的内容。

广义上说,本书谈的都是属于控制论范围的。正因为它的内容如此广阔,便容易使人过于自信,因此我想给读者几点忠告。”


这些忠告与其说是给读者的,不如说是给突然去世的导师和无所不在的控制论拥趸的,是他们过于乐观的预言(如1960年左右就能完成机器翻译、人造脑等)激起了大量反对意见,正如阿尔贝勃所引用的:“最突出的例子是陶勃的《计算机和一般意义……》一书……竟把控制论的科学地位和占星术相比。”


这就是控制论的困境,看起来无所不包,无所不能,实际上却并不像哥德尔定理、信息论和计算机那样确定无疑,还时不时要和系统论争辩是谁包含谁。

当然,这并不是要抹杀控制论的重大意义,而是因为理解和控制复杂系统这个问题太大、太难,说我们还处在牛顿之前的中世纪也不为过,在这个意义上,把控制论比喻成占星术,还真不算贬低。


失控

是维纳不如牛顿?还是生命、大脑、生态、社会等复杂系统背后不存在万有引力定律那样的基本定律?

维纳的回答应该是“不”,因为生命系统与自然系统遵循完全不同的规律。

在《人有人的用处》[8]中,维纳从熵和信息(负熵)的角度分析了生命、人和社会不同于自然的特殊之处。

生命成长是熵减过程,要不断对抗自然熵增,就必须通过反馈机制不断与环境交换信息,以保持和增强自身的组织性,因此生命必然是开放系统。

开放系统是不断演化发展的,物理学家寻找的那种决定性的基本定律,并不适合生命、生态、社会这种可能性无限展开的开放系统,哥德尔定理已经从根本上否定了这种决定性。


生命的本质在于能够通过反馈增强自身的组织性,机器也可以做到:

通过感觉接收器搜集外界信息,提高自己的组织程度,通过不断反馈,实现迭代发展。

-loading- -loading--loading-


UfqiLong

就像人类是从猿进化而来一样,机器进化的起点是人类,先制造拥有类似人类大脑和身体结构的机器人,再以更高的效率与环境进行反馈和信息交换,生命因此而跨入新的阶段。


机器复杂程度超过人类,人类还能有效控制它们吗?

阿什比在《控制论导论》[9]第11章中提出了必需变异度定律,

直白地说,简单系统不能有效控制复杂系统,任何有效的控制系统都必须至少与它所控制的系统一样复杂。

因此,人类控制不了复杂度超过人类的系统,而这种复杂度更高的系统可以控制人类。

这里的“控制”不应褊狭解读,至少应理解到人类和地球生态关系的层次。


这正是:

大海航行靠舵手,系统控制靠平衡;

平衡源于负反馈,目的全在行为中。

动物哪里异机器?个体岂能离环境?

天人损益各有道,化简为繁创新生。 ■

 

参考文献:

[1] Rid T. Rise of the Machines: A Cybernetic History[M]. W. W. Norton & Company, 1 edition, 2016. (《机器崛起:遗失的控制论历史》. 王晓、郑心湖、王飞跃译. 机械工业出版社. 2017年05月)

[2] Wiener N. Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine[M]. MIT Press,1948.(《控制论:或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》,郝季仁译,科学出版社,第一版1961,第二版1962)

[3] Rosenblueth A, Wiener N, Bigelow J. Behavior, Purpose and Teleology[J]. Philosophy of Science, 1943, 10(1):18-24.(《行为、目的和目的论》. 陈步译,载《自然辩证法研究通讯》编辑部《控制论哲学问题译文集(第一辑)》. 商务印书馆,1965)

[4] 彭永东. 控制论的发生与传播研究[D]. 山西教育出版社,2012

[5] William Laurence. Cybernatics, a New Science, Seeks the Common Elements in Human and Machine[N]. New York Times, December 19, 1948.

[6] The Thinking Machine[J]. Time, January 24, 1949.

[7] Ashby W R. Design for a Brain[M]. Electronic Engineering, December 1948.

[8] Wiener N. The Human Use of Human Beings: Cybernetics And Society[M]. New York: Houghton Mifflin, 1954.(《人有人的用处:控制论与社会》. 陈步译,商务印书馆,1978)

[9] Ashby W R. Introduction to Cybernetics[M]. John Wiley & Sons, 1956.(《控制论导论》,张理京译,科学出版社,1965)

[10] Tsien H S. Engineering Cybernatics[M]. McGraw-Hill, 1954.(《工程控制论》. 钱学森著,戴汝为、何善堉译,科学出版社,1958)

[11] Arbib M A. Brains, Machines and Mathemetics[M]. 1st Edition, McGraw-Hill ,1964(《大脑、机器和数学》,朱熹豪、金观涛译,商务印书馆,1982), 2nd Editon Spriger, 1987.


朋友圈的风景:美妙时光美景风光——山川河流交融着花前月下-13

+系统 +工程 +机器 +人类 +生命

本页Url

↖回首页 +当前续 +尾续 +修订 +评论✍️


👍17 仁智互见 👎0
  • 还没有评论. → +评论
  • -loading- -loading- -loading-


    🔗 连载目录

    🤖 智能推荐

    + 機場 機場
    AddToFav   
    新闻 经典 官宣