《控制论与科学方法论》阅读随笔

Posted by Shi Hai's Blog on January 5, 2024

序言

有不少科学家认为:与其说我们这个世界是建立在必然性之上的,倒不如说是建立在偶然性之上的,许多物理定律仅仅是大量事件统计平均的结果。
与其不断重复一句不会错的话,不如试着讲一句错话。

第一章 控制和反馈

可能性空间

世界上许多事物并不是从一开始就注定要发展成现在这个样子的,在事物发展的初期,它们往往有多种发展的可能性,由于条件或者纯粹机遇的关系,最终才沿着某一个特定的方向发展下去。

人通过选择改造世界

为什么事物的可能性空间不止一个状态呢?这是因为事物变化具有“不确定性”。不确定性也就是事物的矛盾性。
从不确定性的角度来看待事物的发生和发展,是现代科学和经典决定论的一个重要区别。它是对经典牛顿物理学的否定,牛顿物理学将宇宙描述成一个结构严密的确定性机器,一切都是按照某种定律精确地发生的,未来的一切都是由过去的一切严格决定的。 事物发展的可能性空间,或事物的不确定性性,是由事物内部的矛盾决定的。人们根据自己的目的,改变条件,使事物沿着可能性空间内某种确定的方向发展,就形成控制。控制,归根到底是一个在事物可能性空间中进行有方向的选择的过程。
一切控制过程,实际都是由三个基本环节构成的:1)了解事物面临的可能性空间是什么。如一个人得了病,他可能好转?恶化、死亡。2)在可能性空间中选择某一些状态为目标。如治病的目标是使病情好转。3)控制条件,使事物向既定的目标转化。
对于一个复杂的过程,事物的可能性空间不仅有许多状态,而且这些状态有复杂的展开方式,影响事物发展的条件也错综复杂。与之相应的选择过程也是复杂的,需要在事物发展的不同阶段控制不同的条件,同时注意各种条件之间的配合和状态的相关作用。

控制能力

我们把实行控制前后的可能性空间之比称为控制能力。可能性空间越小,控制能力要求越高。

随机控制

遇到问题碰运气就是随机控制。
中国医药学就是在随机控制积累了无数数据的基础上发展起来的。
在随机控制中,不断地扩大和改变探索范围是很重要的。许多大理论家、发明家之所以高人一等,往往在于甩开了世俗的偏见,在一般人想不到的领域创出了奇迹。

有记忆的控制

无论随机控制还是有记忆的控制,都必须注意事物发展的可能性空间本身是否存在着陷阱。在探索过程中,必须记住这些陷阱,避开这些陷阱。
有时选择方法和选择的到的结果之间会发生相互作用,以致影响以后的选择余地。

共轭控制

曹冲称象
眼睛是感受器,手是效应器。

负反馈调节

导弹原理;鹰击长空;
通过负反馈,系统的控制能力是积累起来了。
负反馈调节=做起来再看
实际上我们要做一件没有做过的复杂事情,总不能事先把一切都安排好得周周到到的。客观事物总是在不断变化着,意外的情况随时发生,即使我们事先考虑得再周密,也会遇到一些不可预测的麻烦来干扰我们。因此最好的办法是干起来再说。一边干一边观察,随时修正自己的行动和方法,采取一步一步的办法逼近目标。
负反馈是一种趋向目的的行为。目的性是生物行为中一个重要方面,对于有意识的人类,目的性更成为社会能动性意识。

正反馈与恶性循环

大国之间的军备竞赛,每一方得知对方发明了一种新武器就立即研制一种更厉害的武器来对付。
由于它是一个目标差不断扩大的过程,因此,它往往标志着达到预定目标的控制过程的破坏,即表示一个失去控制的过程。

第二章 信息、思维和组织

什么是知道

信息的传递是指可能性空间缩小过程的传递。信息源发生的确定性事件使它的可能性空间缩小了,经过传递,这种缩小最终导致了信息接受者可能性空间的缩小。
知表示获得信息,行表示实行控制。人们只有对外部世界有所认识,才可以能动地去改造它。反之,人们只有参与外部世界的改造,才能够获得对它们的真知。传递信息和实行控制的过程都贯穿着事物可能性空间的变化,并且它们之间存在着一定的质和量的约束关系,这就深刻地揭示了知和行在本质上是统一的。

信息是一种客体吗

由同一信息源发出的同一信息,对于不同的接受者可能有完全不同的意义。
同样的信号,经过人的头脑的加工,就产生了主观的差异,带上了主观的色彩。
“去伪存真”是一件多么不容易的事情。正确的认识和判断不能完全归结于找到排除干扰的方法,认识过程的复杂性还包括一些更高级的思维规律。

信息和组织

组织过程是事物之间联系的可能性空间从大到小的过程。或者说是从混乱无序发展到有秩序的过程,是一个建立联系的过程。 一个系统必须获得一定量的信息才能组织起来。一个系统组织程度的度量和信息量是一致的。
我们必须把一个事物的整个控制、反馈和信息传递过程综合起来考察。不仅要考虑单项传递,而且要考虑相互影响及相互影响的综合效果。这就是系统理论。

第三章 系统及其演化

要研究整体,又必须分析整体内的各个组成部分,尤其是分析各部分之间的因果关系。

系统研究方法中的因果联系

因果长链:人们不但要知道某一现象发生的原因,而且往往还要知道原因的原因是什么。如果有可能的话,还要一直追索下去,直到发掘出一长条有因果关系的链来。
人们发现,许多学科的疑点如果按原因的原因或结果的结果追索下去,都会不约而同地涉及天体起源、生命起源、人类起源这样一些根本问题。
概率因果:当事件之间的概率因果相关小到一定程度,就可以认为事件之间是无关的了。
互为因果和自为因果:互为因果的反馈作用使结果对自身的原因产生影响,所以也可以看做自为因果现象。
因果网络:科学中许多问题的复杂性还体现在众多变量之间的交叉作用上。在因果链中会出现一些结构复杂的交点。

相对孤立系统

人们把一组相互耦合并且相关程度较强的变量规定为一个系统。这种规定一方面考虑到各种变量之间的因果联系形式,尤其是那些互为因果的联系形式。另一方面,也考虑到各变量之间因果联系的紧密程度,即相关性。当某些变量与我们所要考察的那些变量的相关性小到一定程度,就不再把它们作为系统的组成部分。实际上,我们采用规定系统的方法,也就是对客观事物之间错综复杂关系的一种科学抽象。 通过对一个系统的规定,把一些无限的问题变换成了有限问题来考察。当然,这种有限是相对的,因此系统又被称为“相对孤立系统”。

系统的稳态结构

互为因果的体系可以因自身相互作用而处于一种不变的稳定的状态,一般干扰都不会破坏这种状态。
负反馈调节是一种最简单的稳态结构。负反馈是系统趋向稳定的过程,正反馈是系统偏离旧稳态向新稳态过度的过程。

均匀和稳定

生命体只有通过一种有序化的过程才能维持自身的稳定。
一个与外界有能量和物质交换的开放体系不能维持均匀稳定结构,它们在与外界交换过程中会自动趋向有序的不均匀结构,以保证自身的稳定。一个封闭体系跟外界隔绝,它们的无序状态是“死”的,其实在现实世界中很难找到。

不稳定和周期性震荡

系统由于其子系统互相作用处于不稳定状态,也是常见的。这种不稳定状态可以分为两种基本情况,一种是慢慢趋向于稳定结构,另一种是处于周期性震荡中。
系统处于不稳或周期性震荡状态是作为系统处于稳定结构的一种补充而存在的。几乎所有的稳定系统,在一定条件下都可以转化为不稳和震荡。

超稳定系统

系统一经破坏,不久又恢复到原来的稳定结构,这就是一个超稳定系统。自然界能保持长期不变的系统都是超稳定系统,它们都有这种修复机制存在。
这种超稳定系统应用在社会科学中,非常有趣的说明中国封建社会长期停滞的原因。中国封建社会有两个明显特点,一个是几千年来社会结构基本保持不变,另一个是几百年出现一次周期性的大动荡。这明显地表现出超稳定系统的特点,并暗示了中国封建社会停滞原因在于它是一个超稳定系统。
超稳定机制是一种重新寻找稳定的机制,一直找到原有的稳态结构,系统才回到不变状态。所以,有时人们也把超稳定系统称为自稳定系统。
人体就是一个自稳定系统。
中医提出的脏腑模型跟自稳定系统及其类似,这绝非偶然巧合。这是祖国医学在长期实践中把握了人体各部分互相调节趋于稳定特性的结果。

系统的演化

系统旧有稳定性破坏后,在新的作用方式下,一般又有新的稳定结构。当系统没有变到这种新的稳定结构中去时,它将处于不稳定状态之中,它的各个子系统都在变。但只要它一进入新结构所规定的范围之内,就会形成新的稳定结构。
对于复杂系统,虽然其中不稳定结构变化过程非常复杂,一时难以预测,但有哪些稳定结构,却是可以把握的。这就为研究复杂系统的变化提供了方便。
生物的进化可以看作生物和环境组成的系统的演化。物种适应于环境就是两个子系统在相互作用中保持稳定结构。
当系统演化面临分叉现象时,单纯的决定论是不适用的。很多时候,初始条件微小的差异,可以导致系统演化到有巨大差异的不同系统。

自繁殖系统

一般细胞繁殖之所以不以几何级数增长,构成一个自繁殖系统,其原因是有这种反馈抑制系统存在。即当新生细胞生长成熟到一定程度就有一种抑制生长的因子放出来,这一抑制生长因子反馈回来阻止着细胞进一步分化。 自繁殖是系统演化过程中的一个不稳定阶段,这种不稳定迅速把系统由原有的稳定结构推向另一个稳态结构,产生一个新系统。

自组织系统

自组织系统提供了例外,它能从无组织的混乱状态中自动产生,并且不断发展和完善自己的秩序。研究这类系统变化的规律性,有助于我们充分地利用被控制对象的内外在因素,把我们所要达到的目标跟系统固有的建立秩序的能力协调起来。类似过程在生命系统、人类思维、国家组织等复杂系统中同样存在,它反映了事物从低级向高级发展的辩证规律。
生物类型这种不走回头路的特点有深远的进化意义,它使生物获得的适应可以得到稳定,不致消失,并且在这基础上继续发展。同时,由于性状分歧形成的不同生物类型,可以各自更好地利用周围多样性的生活条件,对生物的发展有利。
如果一个人不善于把各种概念相互比较,联系,即各种知识处于孤立与隔离状态,这样学习就很困难。但如果一个人把各种概念之间的关系看得太紧密,那么他接受新的观念也很困难。

智力放大与超级放大器

刘邦尽管没有很大的军事指挥和管理国家才能,但他善于用人,选择了张良、萧何、韩信这样一批人才,在他周围形成一个组织核心,通过这些人去打天下、治天下,这样他的智力就大大地增强了。

第五章 黑箱认识论

控制论把人们认识和改造的对象看做黑箱。

认识对象和黑箱

打开黑箱是相对于原来那个黑箱而言的。一旦我们打开了一个黑箱,发现了一批新的变量,同时一个新的黑箱也就形成了。
人们打开一层黑箱,又得跟新的黑箱打交道。在人类认识的任何阶段,人们总得研究一些未被打开的黑箱。因此在任何时候,人们总得采用一些不打开黑箱的方法来研究问题解决问题。

认识论模式

毛泽东在《实践论》中提出了一个著名的认识过程模式,这就是“实践-理论-实践”的反复循环。他认为,人不可能一下子认识客观规律,只能通过不断实践来修改我们的主观认识,使我们不断逼近真理。毛泽东提出的认识论正好相当于控制论的负反馈调节原理。

模型逼近客观真理的速度

客观事物是在不断变化的,人们的主观认识也得跟着推移转变,使之适合于新的情况变化。但在很多情况下,人们的思想跟不上客观事物的变化,其原因并不是人们轻视实践,没有用“实践-理论-实践”模式使自己的主观认识逼近客观真理,而是由于反馈调节速度跟不上客体变化速度造成的。
科学家指出,要使一个反馈调节有效,反馈调节的速度必须大于客体变化的速度,否则就会在调节中发生振荡现象,从一种极端走向另一种极端,不能达到有效控制的目的。
《吕氏春秋》有一个故事,楚国人去进攻宋国,必须度过澭水,楚国先派人去测了一下澭水深度,探子刚刚调查完毕,山洪爆发,澭水猛涨,结果军队涉水过河时,淹死数千人,造成军事行动的失败。
计划经济也类似,作出计划的速度往往跟不上市场上需求变化的速度。尽管人们的计划是从实践中来,并且回到实践中去的,但由于认识和控制的反馈速度太慢,反应迟钝,总是落后于客观实际的变化,就往往由一个极端跳到另一个极端,不能与客观实际很好地符合。

反馈过度

任何负反馈调节系统如果出现反馈过度,都会从一个逐步逼近目标的稳定过程转换为振荡过程。
我们在用实践检验理论的过程中,发现了理论不符合实践结果的偏差。自然必须通过修改理论使之符合客观实际。但如果修改理论时作出反馈过度的反应,也就是说对理论作出过头的修改就会发生认识过程的振荡现象,使我们的认识从一种极端走向另一种极端,从一种片面性走向另一种片面性。

科学和人

黑箱认识论还指出人们从不把完全可控的客体当做科学研究的对象。只有当这些影响不可控制的时候,它们才会成为科学研究的对象。 科学有一个中心,有一个出发点,这个中心就是人本身,而出发点则是他最初所具有的控制能力及其可能控制的那一批变量。从原始人只有一双手和一身力气开始,控制权进一步扩大了。

参考文献