《控制论与科学方法论金观涛华国凡》读书笔记
2023-12-05 20:56:16 0 举报
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《控制论与科学方法论-金观涛 华国凡》读书笔记
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大纲/内容
第一章 控制和反馈
控制过程
(1)了解事物的可能性空间
(2)在可能性空间中选择状态目标
(3)控制条件,使事物向目标转化
控制能力
实行控制前后的可能性空间之比
控制方法
随机控制
应用场景
陌生领域,没有其他控制方法
控制速度
应用计算机的高算力得到高控制速度
可能性空间
确保目标在可能性空间中
错误排除陷阱
避免错误排除目标状态
控制顺序
最后尝试可能削弱控制能力的状态
随机控制改进
有记忆的控制
随机控制中排除已证明非目标状态
共轭控制
应用场景
运用工具扩大控制能力,完成对控制对象的控制
控制过程
与控制过程A共轭的控制过程:
感受器:对控制对象进行控制转化,使之可以控制
效应器:对转化后的控制对象进行控制过程A
场景案例
曹冲称象、均匀粉末、数字和语言对现实世界的变现
研究共轭控制的意义
把数学的共轭控制理论运用到制造和使用工具中
负反馈调节
应用场景
通过积累有限的控制效果,扩大控制能力
控制环节
一旦出现目标差,便自动出现减少目标差的反应
减少目标差的反应多次发生,积累对目标的逼近
场景案例
生物界和人类行为中几乎所有趋向目的的控制过程
正反馈
应用场景
目标差不断扩大
场景案例
军备竞赛、炸药爆炸(化学反应和热量释放)
第二章 信息、思维和组织
信息
获得信息(知道)
我们头脑中事物可能性空间变小或变大的过程
信息量
理念:通过概率计算信息量的大小
表示:信息概率的负对数-logP,使得信息量相加表示获得的总信息量
实际中,使用以2为底的负对数计算信息量,单位为比特
信息的传递
定义:信息源对接受者的影响,可能性空间变化的传递
环节:信息源、信息通道、接受者
信息和控制:信息传递需要实行控制,控制过程依赖信息的传递
通道容量
影响因素
(1)控制信息源的速度和控制能力
(2)信息源的可辨状态/可能性空间大小
(3)信息传递的速度和对接受者的控制能力
选择适当通道容量
太小不能及时准确传递
信息容量增大导致干扰增加
干扰
定义:信息的控制能力减弱或失去控制能力
三类干扰
控制干扰:发生在人控制信息源的可辨状态过程
自然干扰(噪音):发生在信息传递过程
主观干扰:发生在接受者接受信息过程
选择适当通道容量
太小不能及时准确传递
信息容量增大导致干扰增加
滤波
定义:在信息传递过程中排除干扰的操作
信息沿同一通道重复传递
应用:排除随机干扰、偶然干扰
缺点:不能排除系统性、规则性干扰
用不同通道传递同一信息
应用:排除系统性、规则性干扰
注意:应当使不同通道的各个环节尽量地不同
选择:选择其中较短的信息通道
案例:染色体减数分裂
阻抗滤波法
定义:保留信息传递,限制干扰通过
案例:收音机滤波器、生物的感受器
信息和其重要性一起传递
定义:通过传递信息的重要性提醒接受者注意
案例:讲话时的语调、警示标志的颜色
反馈滤波法
定义:利用接收到的信息和通道互相作用,抑制干扰通过
案例:感官和大脑合作,视而不见、听而不闻
同步滤波法
定义:利用信息和通道开关的同步滤波
案例:感官和大脑合作,视而不见、听而不闻
信息的存储
定义:把不稳定的可辨状态变换成稳定的可辨状态
特点
储存信息的载体具有稳定性
载体只保存了事物的部分信息
储存信息的解读要求了解载体和信息的对应关系,以及载体的解读方式
案例:化石、文物、人的记忆
信息的加工
定义:对接收的信息进行处理获得新的信息的过程
信息加工形式
三段论:可能性空间的合理缩小
概率计算
自由联想
信息和组织
组织过程:事物之间联系的可能性空间从大到小(或从混乱无序到有秩序)建立联系的过程
组织过程与获得信息:系统必须获得信息才能组织起来
第三章 系统及其演化
系统研究中的因果联系
因果长链,概率因果,互为因果和自为因果,因果网络
相对孤立系统
忽略影响概率足够小的因素
尽可能是自相闭合的互为因果网络
根据研究目的和系统变化的时间尺度,抓住主要的互为因果变量
系统的结构和演化
系统变化的可能性
系统处于稳态结构:若干扰使系统偏离这一状态,系统内的相互作用仍可使系统回到这一状态
系统发生震荡或崩溃
系统从一种稳态结构向另一种稳态结构的演化
稳态结构和预言
理念:期望那些稳定的结构将是事物最可能趋向的目标
方法:找出全部稳定结构,分析最稳定的结构
均匀和稳定
均匀:系统在某维度上均匀,指系统在该维度上任意变换后的系统不变
稳定性:系统在干扰作用下不变的性质
耗散结构理论: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,
其在与外界交换过程中自动趋向有序的不均匀结构,以保证自身的稳定
其在与外界交换过程中自动趋向有序的不均匀结构,以保证自身的稳定
周期性振荡
影响因素
系统初始值大于振荡临界值
系统内各子系统的相互作用方式:正反馈
控制系统稳定性的方法
改变系统初始值
改变系统结构:在反馈回路中设置放大器或滤波器
超稳定系统
特点:不稳定出现时重新修复系统,直到找到原有的稳态结构
案例:人体系统
系统的演化
分叉:原有稳定结构不再稳定,系统新的稳定结构存在多种
汇流:系统的多种稳定结构打破后,迈向共同的稳定结构
一般孤立的系统演化中出现分叉,原先孤立后来发生联系的系统出现汇流
系统的崩溃(自繁殖)
特点:系统稳态结构迅速打破,发生崩溃
自繁殖过程共性
系统变量大于临界值
系统内部存在有因果关系的自动增长链
多由于负反馈控制机制被破坏
案例:核爆、激光、细菌繁殖、癌的生长、传染病流行
自组织系统
系统和组织:系统的行成过程也是一个组织过程
自组织过程:在一组事物间自动发生的,形成系统的过程
特点
先有一个组织核心
系统是不稳定系统或亚稳定系统
系统内部存在有因果关系的自动选择链
自组织过程是不可逆的
自组织核心的微小差别可以导致形成大组织的巨大差别
应用
智力放大
实质:选择能力的放大
通过选择和调节自组织核心,使整个选择过程自动放大
超级放大器
以不可观察的事物作为自组织核心,以这一核心引发成长的组织不断增大到可以观察的程度
第四章 质变的数学模型
质的稳定性
事物受到较大干扰时,状态发生的变化很小
事物受到干扰偏离状态时,能自动回到原来状态
事物自动发生或容易发生的总趋势
稳定结构的数学表达
——突变理论
——突变理论
动态图
定义:用示象点表示变换经历的各个状态,用示象点之间的箭头表示状态的变换方向
解读:示象点之间箭头集中的位置就是稳定状态
势函数曲线
定义:事物的能量随变量变化的函数曲线
解读
事物的状态总是自动趋向能量最小的状态,因此势函数曲线的洼底就是事物的稳定态
每一个洼都表示事物的一个稳定态,洼越深说明相应的稳定态越稳定
描绘事物变化的过程
势函数的洼不变时,事物处于稳定状态
条件改变引起洼的移动变浅时,事物发生渐变
条件改变使旧洼消失时,事物从不稳定态向新洼过渡,事物发生突变
飞跃和渐变
飞跃:质变中渐进过程中断,出现区别两种质态的关节点,以不连续的方式完成过渡
渐变:两种质态间没有绝对分明和固定不变的界限,差异在中间阶段互相融合,以渐进、连续方式完成过渡
判断原则
飞跃过程:质变中经历的中间过渡态是不稳定的
渐变过程:质变中经历的中间过渡态是稳定的
不同的条件
飞跃过程:新质因素增强的同时,旧质因素没有明显减弱
渐变过程:新质因素增强的同时,旧质因素明显减弱
矫枉必须过正现象
表现:滞后现象
原因:飞跃的关节点是一个区域,干扰越大飞跃发生得越早
场景:质变以飞跃方式进行时,存在于关节点分布区域之内
极端共存
定义:大系统的各个子系统同时处于完全不同的质态,共存的质态之间不连续
场景:质变以飞跃方式进行时,存在于关节点分布区域之内
第五章 黑箱认识论
黑箱理论:控制论的认识论,研究主体和客体之间的反馈系统
主体和客体的反馈耦合
主体通过可观察变量(输出变量)认识客体
主体通过可控制变量(输入变量)改造客体
主体的精神活动被客体认识和改造
认识客体黑箱的方法
不打开黑箱的方法
优点:简便易行,破坏黑箱原有结构
适用场景
内部结构非常复杂的系统(特大系统、特大黑箱)
尚无手段打开的黑箱
打开黑箱会严重干扰本身结构的系统
打开黑箱的方法(打开了黑箱的某一个层次)
认识论模式
过程:提出模型、检验模型、修改模型、再检验模型等循环过程
原理:运用负反馈调节原理认识真理
模式成立的条件
可观察变量和可控制变量受到生产水平和实践手段的限制,要求实践手段不断更新
模型或理论本身要具有清晰性和可证伪性,要求理论给出信息量
模型逼近客观真理的速度,要求模式循环的速度超过客体变化的速度
避免反馈过度
可判定条件:实验结果的误差要能反映理论跟客观真理的接近程度
可判定条件不成立时,运用中间标准(科学范式)
1、事物存在的基础不只是确定性,还包括种种可能性。事物的状态可能只是事物可能性的一种。
2、控制就是在事物的众多可能性中找出希望得到的目标可能性,并控制条件使事物向目标可能性转化。
3、信息是对事物可能性的描述,因此可以依赖获取的信息对事物进行控制,而控制也会产生信息。
4、我们面对的事物实质是具有因果联系的多因素组成的系统。从系统的稳定状态研究入手,分析系统的演化过程。
2、控制就是在事物的众多可能性中找出希望得到的目标可能性,并控制条件使事物向目标可能性转化。
3、信息是对事物可能性的描述,因此可以依赖获取的信息对事物进行控制,而控制也会产生信息。
4、我们面对的事物实质是具有因果联系的多因素组成的系统。从系统的稳定状态研究入手,分析系统的演化过程。
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