| 科学发现与科学方法:黑箱、灰箱、白箱 |
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作者:思议 文章来源:不可思议网 点击数: 更新时间:2006-4-21 1:21:36 |
| 不加干预的情况下测量系统的输入和输出,取得系统输入一输出状态变化的记录。亦可以采取主动试验的办法,人为地在系统的输入端,加入某种典型的测试信号(如在控制工程中,采用单位阶跃式、单位脉冲式、正弦式的测试信号等)然后再观测对应的输出及其变化。从而获得对象的功能特性和内部结构的大量信息,作为认识黑箱的根据。
(3)建立模型,阐明黑箱。即利用系统的输入、输出的观测试验的数据,以及原有对系统的知识,建立关于研究对象的模型(框图模型、动态登记表,数学模型等),然后据此对系统的功能特性进行定性、定量和静态、动态的分析评价,对系统的未来行为作出某种预测,对系统的内部结构和机理作出某些推测和假说。在这方面,近年来已发展了一个新的学科分支——系统辨识。
值得指出的是,黑箱方法也给探索物质结构奥秘指出了一条重要的途径。早在1911年卢瑟福面对着原子这一黑箱,由于利用α射线轰击(输入)金属箔,观测粒子散射(输出)的特性,根据α粒子行为特性提出了原子结构的新模型。本世纪五十年代末期,人们面对基本粒子这一黑箱,用能量为十亿电子伏特的电子,对质子进行弹性散射试验,研究电子散射的角分布(输出),发现质子电荷分布在半径为0.8×10一13厘米的球形区域内;六十年代后半期,人们又用能量高达二百亿电子伏特的电子轰击质子(输入),进行动量传递很大的非弹性碰撞试验,进一步发现质子内部电荷分布不均匀,存在一些颗粒状散射中心,根据上述考察的事实,使人认识到强子内部具有内部结构,导致了各种基本粒子模型的提出。
总之,从工程技术到社会领域,从无生命到有生命系统,从宏观世界到微观世界,黑箱方法都有其用武之地。
当然,黑箱方法同任何其他方法一样,也有局限性,黑箱方法强调从整体、从整体与外部环境联系中认识事物,而不去深究其内部结构和局部细节,这是它的长处,也是它的不足。结构与功能是辩证的统一,运用黑箱方法来研究系统的功能和行为特性时,由于完全不对其内部结构进行研究,必然不可能更深刻地认识系统的功能和行为特性的基础与本质,运用黑箱法来对系统的内在结构和机理进行推测和辨识时。也必须特别谨慎小心,切莫轻率从事。现代系统辨识理论指出:并非所有系统都可以从它的输入、输出完全确定其结构和参数。正确的态度应当是把黑箱方法与其他科学方法结合起来。取长补短,相得益彰。
original link http://tech.enorth.com.cn/system/2005/07/04/001059909.shtml
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