《控制论与科学方法论》读书笔记（上）

1. 简介

控制论、信息论和系统论是二十世纪四十年代先后创立并取得迅猛发展的三门有关系统科学的分支学科。同属于边缘学科，三门学科围绕系统的整体思想，在当时学科高度细分化的情况下为科学方法论提供了一种高度统一的思维方式。在“三论”思想指导下发展起来的新科学方法论，把各个学科分支统一了起来，在工程技术、自然科学、社会科学乃至哲学等领域取得了辉煌的成就。
本书本着科普的态度依次向读者介绍了控制论、信息论和系统论的核心思想，在此之外还介绍了由此延伸出来的质变数学模型和黑箱认识论。本书并没有一些复杂的数学公式，而更多的呈现出在“三论“影响下的科学方法论。正如作者在序言中所述：“这是一本运用控制论、系统论的某些概念来介绍科学方法论的书。”
本书的结构大致如下：

本书结构

2. 控制与反馈

顾名思义，控制论是关于控制的理论。

控制与反馈

控制论最基本的概念是可能性空间。可能性空间是指事物变化中各种可能性集合。正因为事物的可能性空间不止一个状态（至少存在自身和否定自身的两个状态），所以人们可以根据自己的需要对事物在起可能性空间内进行有方向的的选择，这就是控制。当然，对于事物的可能性空间中的某些状态人类可能因为条件或能力限制无法通过现有的手段进行选择，这时就出现了控制能力。控制能力表示进行一次控制缩小可能性空间的能力，用数学方式表示为实施控制前后的可靠性空间之比。可能性空间、控制、控制能力是控制的一些基本概念。

控制方法是人们达成控制这一目的的方法，一些基本方法包括随机控制、有记忆的控制、共轭控制、负反馈控制等，其中负反馈是控制方法中极为重要的方法。

• 随机控制也称为寻找或探索，是一种随机缩小可能性空间以达成控制目的的方法。随机控制需要注意选择速度与随机控制是否有效的问题。选择速度过慢会导致随机控制的效率低下；同时，如果没有对目标存在的可能性空间有较好的估计，会导致选择无效。因此，在随机选择中，不断扩大和改变探索范围是很有效的。
• 有记忆的控制将被证明不是目标的对象从可能性空间中排除出去，从而缩小下一次控制的范围。随机控制和有记忆的控制都需要小心可能性空间本身存在的陷阱，不要存在错误记忆以及首先尝试会削弱我们控制能力的选择。
• 共轭控制的本质是一个人类使用工具的过程，将一个本身很难控制的对象通过工具增加人类的控制能力进而使其转化成可以控制的对象。数学上就是一个线性变换的过程，表示为。
• 负反馈是控制中的重要思想，本质上是自动感受目标差并一次次减少目标差的过程。它把有限的控制能力进行积累从而扩大了控制能力，是一个趋向于目的的过程。正反馈往往与恶性循环有关，但有时候也是有益的。

3. 信息、思维和组织

信息、思维与组织

信息概念量化后，人们找出许多有关信息传递和储存的规律，使有关通讯和控制的的理论变得既严谨有精密，成为真正现代意义下的科学。

以可能性空间进行衡量，信息是一种使人脑中可能性空间增加或减少的东西，可以用事件发生的概率进行严格衡量。

信息之所以称为信息，就是因为它的可传递性。

信息的传递是一个极其重要的概念，传递信息有信息源、信息通道和信息接收者几个重要环节，而信息的传递指可能性空间变化的在信息源和信息接受者之间的传递，因而与控制息息相关。信息不是一种纯粹的客体，它只有在信息传递中才有意义，相同的信息对于不同的主体来说有不同的意义，所以要避免主观性对客观事实的影响。信息传播的介质叫通道，一条通道在单位时间内可以传递的最大信息量称为这一通道的通道容量。通道容量的大小与其收到的干扰与信息传递的三个环节相关。可以通过滤波的方式来降低干扰的影响，常用的滤波方式有一个信息用同一通道重复传递、用完全不同的通道传递同样的信息、阻抗滤波法、情调滤波法、反馈滤波法、同步滤波等。

信息的另一个重要特征就是它能够储存起来。

信息的储存可用以下模型表示，其表示信息源，表示信息的保存方式，表示信息的接受者，表示信息的记录，表示信息的获取。

信息经过思维这一复杂的的过程被加工成新的信息。其中共轭控制在思维过程中十分重要，在共轭控制下建立的形象空间与概念空间之间的映射模型展现了信息在思维中的运动模式。

信息与一个系统的组织程度密切相关，一个系统必须获取一定量的信息才可以组织起来。

4. 系统及其演化

系统及其演化

研究系统有独特的方法论。对于整体内各个组成部分之间的研究，主要研究其因果联系，在系统中出现了新的因果联系形式，包括因果长链、概率因果、互为因果和自为因果、因果网络等；对于整体的分析，通常通过建立相对孤立系统的方法：系统是一组互相耦合并且相关程度较强的变量，忽略一些与所考察变量相关性较小的变量，从而把无限的问题变换成有限的问题来考察。

现代系统理论不采用单向因果决定论和寻找主要因素这种古典的科学研究方法来进行研究，而是为它引入了稳态结构的概念 。稳态结构是复杂系统一种特殊的平衡状态，大多数时候系统都会自动落入其中一个稳态，因而可以利用稳态结构我们可以对事物的发展做出预言。在稳态中，均匀性与稳态有着密切的联系，它是指某一系统在空间中任意位置实行任一变换后系统仍然不变的性质。热力学第二定律表明均匀是系统自然趋向的最稳定结构，但是有机体却是依赖有序化（非均匀）的负熵过程生存的。耗散结构热力学的创建者普里高京认为，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，他们在与外界交换过程中会自动趋向有序的不稳定结构，以保证自身稳定。

系统的不稳定状态可以分为两种基本情况，一种是趋于稳定，另一种是处于周期震荡中。不稳或周期震荡作为稳态结构的一种补充而存在。系统的不稳或震荡出现的条件有初始条件和子系统间的相互作用方式等，对于后一个人们可以通过改变系统结构的方式来控制系统的稳定性。

在各种系统之中，有一种可以抗拒对稳态结构破坏的超稳定系统，超稳定系统也叫自稳定的系统，它存在一种修复机制，系统出现偏离时会调用修复机制是系统回归原来的稳态。

系统的演化是指系统由一个稳态结构转化为另一个稳态结构的过程。系统的结构不同，互相作用方式不同，演化过程也不同。演化过程有两种不同的基本模式：汇流和分叉。系统演化过程中的一个特殊现象是自繁殖现象，它代表着系统的崩溃。自繁殖现象的基本特点是在一定条件下某变量值越大增加越快。

系统起源于自组织。智力放大是个体通过自组织系统形成组织核心后选择能力增强的结果。