黑箱灰箱白箱

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1、黑箱灰箱白箱 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。说到黑箱，大家能否举出一个例子，说说，平时日常生活中，有哪些用到黑箱。第1页/共17页购买西瓜时医生给病人看病时第2页/共17页历史溯源 黑箱方法可以说古已有之，例如我国的中医看病，通常是通过“望、闻、问、切”等外部观测来诊断病情，并不进行开刀解剖，这就是典型的黑箱

2、方法。但是，作为一种现代的科学方法，是从本世纪五十年代开始的。1956年，艾什比在他所写的控制论等论中对黑箱方法作了比较系统的阐述。首先他明确了什么是黑箱问题。他认为；“黑箱问题是在电机工程中出现的。给电机师一个密封箱，上面有些输入接头、可以随意通上多少电压、电击或任何别的干扰；此外有些输出接头，可以借此作他所能作的观察。”第3页/共17页原则 1，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。 2，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）、

3、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。 3，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，例如原子物理学中著名的卢瑟福“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

4、起来。第4页/共17页出发点 编辑“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。第5页/共17页步骤 运用黑箱方法，主要采取这样几个步

5、骤： 1、界定黑箱，即明确界定黑箱的内涵和外延，把黑箱从它所处的环境中分离出来。 2、考察黑箱，即通过实验来考察环境与黑箱之间在质料、能量、信息诸方面输入、输出的变换情况。 3、阐明黑箱，即根据输入和输出的变换情况，对黑箱的内部结构、特性和状况作出判断或说明。第6页/共17页黑箱方法的意义 黑箱问题在各门科学中都是普遍存在的。在神经生理学中，人们通过观察对动物的刺激和反应来推断其内部神经结构；在日常生活中黑箱也普遍的存在。例如一个人在开门，当他打不开门时，不必卸下门锁，即是将门把手上下左右的转动（输入），看门闩开不开（输出）。这就是运用了黑箱方法。 艾什比：控制论等论第7页/共17页应用 计算

6、机领域 在计算机领域，黑箱方法主要应用于程序的测试阶段。测试程序时，负责设计输入和输出时检验程序的对与错，而不负责程序代码具体是怎样运行的。 心理学领域 心理学家对弱智人进行测试，让他来拼搭图案。这种简单的图案，弱知人群拼搭所需要的时间比正常人要长，反应迟钝。这说明他智商有问题。人的大脑生长在脑颅中，医生借助于各种仪器向大脑输入信息，从仪器中输出的信息来判断脑子是不是有病变。这也是黑箱方法。第8页/共17页 医学领域 在医学领域，一个病人的语言如果发生了障碍，我们通常可以判定为病人的主管语言的大脑左半球发生了故障。中风病人的左半脑还是右半脑发生了血栓或是发生了脑溢血。医生也不是去打开大脑检查，

7、而是根据病人的左半身或是右半身的感觉是否迟钝来判断的。而中医诊断疾病也是运用黑箱方法通过对病人的望、闻、问、切来了解病人得的是什么病。人的气色、舌苔、脉搏等等都是人体内部传出的信息，是人体是否健康的反映。第9页/共17页 人口研究领域 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

8、化状况，为现代化建设提供了有价值的资料。第10页/共17页灰箱方法灰箱方法 概念： 所谓灰箱，就是人们对其内部结构和状态的一部分有所了解或可能了解、对另一部分则尚未了解或不可能直接了解的系统。 灰箱方法，是指对灰箱内部状况的部分了解和环境与灰箱之间的输入、输出的变换结合起来认识灰色系统的方法，它实际上是对不完全结构分析法和不完全功能分析法的结合。 结构分析法，就是通过剖析系统内在结构来认识系统特性及其本质的思维方法。例如人口结构的研究，所使用的思维方法都是结构分析法。这说明，结构分析法具有广泛适用性和普遍指导意义。为了弥补结构分析法的不足，随着系统论、信息论、控制论的发展，功能分析法就得到了口

9、益广泛的重视和应用。第11页/共17页 功能分析法，就是通过系统与环境之间“输入”和“输出”的关系来判断系统内部状况及其特性的思维方法。所谓功能就是把特定的“输入”转化为特定的“输出”的能力。通过对这种转化能力的分析，就可以对系统内部结构及其特性形成一定的认识。 结构分析法，通常称为“内描述方法”，它是一种静态研究方法；功能分析法，通常称为“外描述方法”，它是一种动态研究方法。这两种方法，可以分别使用，也可以结合起来使用。只有既对系统进行静态“内描述”研究，又对系统与环境的关系进行动态“外描述”研究，并把两者结合起来的方法，才能算是完整的结构功能分析法。 第12页/共17页应用 例如；在战斗双

10、方对敌军状况的判断就往往采用灰箱方法，即把过去敌军的状况的部分了解与战地考察等动态的过程结合起来，然后做出明确的判断或结论。 现实生活中的应用： 由于对三资企业、私营企业和个体企业大都处于灰箱状态，因而对其研究，使用灰箱方法。第13页/共17页白箱方法白箱方法 概念 所谓白箱，是指人们对其结构内部和状态已经完全了解或有可能全部了解的系统。 白箱方法，是指对白箱内部状况的了解和环境与白箱之间的输入、输出变换结合起来认识系统的方法，它实际上是结构分析法和功能分析法的结合。 最大特点：高度的透明和高度的公开性。 应用：对经济特区研究，对于现代企业制度建立和推广研究，对于公开招标建设工程的研究等一系列需要高度透明和高度公开性的领域运用白箱方法。第14页/共17页三种方法联系 都离不开对系统和环境之间的输入、输出转换关系的研究从这个意义上，这三种方法都是功能分析的具体方法。功能分析法的意义： 人类对于现实世界的认识过程，就是从认识事物的外部现象开始、逐步深入到认识事物内在本质的过程，就是使黑箱逐步转变为灰箱、白箱的过程，人类打开一批批黑箱之后，又会出现一批批新的更庞大、更复杂的黑箱群，要打开这些黑箱群，就离不开越来越精细的功能分析法。从这个意义上来说，功能分析法是人类认识世界的永恒的思维方法。灰箱白箱黑箱对我们今天有什么启示呢？第15页/共17页第16页/共17页