（一）控制論方法及其特點(diǎn)

控制是指根據(jù)一定的條件和預(yù)定目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)及其發(fā)展過程施加影響的行動(dòng)。存在控制過程的系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的基本要素是控制者和被控制者?？刂普吆捅豢刂普咭卜Q作施控系統(tǒng)和受控系統(tǒng)，控制也就是施控系統(tǒng)對(duì)受控系統(tǒng)的作用。

控制論是研究系統(tǒng)控制的一般規(guī)律的科學(xué)。而控制論方法就是通過信息處理的能動(dòng)過程，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)或最佳狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的方法。在控制系統(tǒng)中，施控系統(tǒng)和受控系統(tǒng)之間是相互作用、相互影響的。同時(shí)，它又與外部環(huán)境產(chǎn)生相互作用和影響。人們把施控系統(tǒng)對(duì)受控系統(tǒng)的作用和影響叫作輸入，把受控系統(tǒng)對(duì)外部環(huán)境的作用和影響叫作輸出?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)輸入和輸出的關(guān)系分為不同的類型。一種是開環(huán)控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中輸入直接控制著輸出，但輸出不能反過來控制輸入，因而缺乏調(diào)節(jié)機(jī)制，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)容易受到外界環(huán)境的干擾，容易偏離控制目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的另一種類型是閉環(huán)控制系統(tǒng)。一方面，這種系統(tǒng)的輸入控制著輸出，另一方面，輸出也控制著輸入。這種受控系統(tǒng)是由輸入和輸出共同控制的系統(tǒng)，在輸入和輸出之間存在著反饋聯(lián)系，因此，這類系統(tǒng)也稱作反饋控制系統(tǒng)。反饋的作用就在于它使系統(tǒng)的輸入和輸出有了調(diào)節(jié)的機(jī)制。

在受控系統(tǒng)按規(guī)定的系統(tǒng)目標(biāo)運(yùn)行過程中，根據(jù)系統(tǒng)輸出的情況，不斷地把符合或偏離目標(biāo)的狀態(tài)信息輸出到施控系統(tǒng)中來。狀態(tài)信息被施控系統(tǒng)接收后，經(jīng)過分析、加工和處理，判明系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，并與給定狀態(tài)加以比較，再輸出指令到受控系統(tǒng)，以保持或調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)。受控系統(tǒng)接到指令后，根據(jù)指令保持或調(diào)整狀態(tài)，并輸出新的狀態(tài)信息到施控系統(tǒng)中來。通過這種信息輸入輸出的不斷循環(huán)，使系統(tǒng)在控制下按預(yù)定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

控制論方法的主要特點(diǎn)是：①它撇開不同系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的具體形態(tài)，著重從信息方面來研究系統(tǒng)的功能，它不是著重研究系統(tǒng)此時(shí)此地的行為，而是研究所有可能的行為方式和狀態(tài)及其變動(dòng)趨勢(shì)。②施控系統(tǒng)可以通過信息反饋?zhàn)饔貌粩嗉m正被控系統(tǒng)偏離目標(biāo)的行為，保證系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用這種方法可以隨機(jī)處理各種問題，提高排除各種干擾的能力，保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（二）功能模擬法

在控制論的創(chuàng)立過程中，類比和模擬方法起了很大作用。同時(shí)，控制論又把模擬方法發(fā)展到功能模擬的新階段?？刂普摻沂玖瞬煌到y(tǒng)在行為和功能上的相似性，并認(rèn)為這種行為和功能上的相似性在生物系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)中是普遍存在的。功能模擬法就是以行為和功能的相似性為基礎(chǔ)，用模型去模仿原型的行為和功能的科學(xué)方法。

功能模擬法與傳統(tǒng)的模擬法相比，具有以下特點(diǎn)：①它以行為和功能的相似性為基礎(chǔ)，不需要去分析系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)組成、各要素之間的相互關(guān)系以及能量的轉(zhuǎn)換形式。②它不要求模型和原型在結(jié)構(gòu)和形態(tài)上完全相同，而只要求模型和原型輸入輸出相同。③在傳統(tǒng)模擬中，模型只是一種認(rèn)識(shí)原型的手段，而在功能模擬中，模型是具有目的性行為的機(jī)器，它本身就是研究的目的。

功能模擬法在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中具有重要作用：①功能模擬法使電腦（電子計(jì)算機(jī)）代替人腦的部分思維功能成為可能，為人工智能的研究提供了有效的方法。②功能模擬法開辟了向生物界尋求科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)思想的新途徑，使仿生學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)新的階段。③運(yùn)用功能模擬法可以使電子計(jì)算機(jī)代替部分實(shí)驗(yàn)，使得過去一些非進(jìn)行不可的、耗費(fèi)大量財(cái)力、物力和大量精力的實(shí)驗(yàn)成為多余。

（三）黑箱方法

所謂黑箱是指內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)制尚不清楚，只能通過外部觀測(cè)和試驗(yàn)去認(rèn)識(shí)其功能和特性的系統(tǒng)。黑箱有兩個(gè)特點(diǎn)：①我們只能給它以信息輸入，觀察它的信息，而不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。②黑箱是相對(duì)于一定的認(rèn)識(shí)主體而言的。一個(gè)系統(tǒng)對(duì)于不同的人來說，既可能是黑箱，也可能是灰箱或白箱。（灰箱是指其內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)制部分被認(rèn)識(shí)的系統(tǒng)，而白箱是內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)制已經(jīng)被認(rèn)識(shí)的系統(tǒng)）。就是黑箱本身，也會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們認(rèn)識(shí)能力的提高，逐步轉(zhuǎn)化為灰箱或白箱。

黑箱是我們無法直接觀測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，但我們可以借助于黑箱方法去加以認(rèn)識(shí)。所謂黑箱方法就是不直接考察系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而是利用外部觀測(cè)和試驗(yàn)來考察系統(tǒng)的輸入和輸出及其動(dòng)態(tài)過程，研究系統(tǒng)的功能和特性，探索其結(jié)構(gòu)和機(jī)制的科學(xué)方法。

黑箱方法具有不同于傳統(tǒng)科學(xué)方法的特點(diǎn)。①它通過研究系統(tǒng)的輸入輸出，而不是打開系統(tǒng)的途徑去認(rèn)識(shí)事物，這就具有不破壞事物的原有結(jié)構(gòu)和完整性的優(yōu)點(diǎn)，有利于從整體的、綜合的、全局的角度來研究事物。②它不是孤立地去研究系統(tǒng)本身，而是從系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用和互通信息中來研究事物。這就具有不割斷系統(tǒng)與環(huán)境相互聯(lián)系的優(yōu)點(diǎn)。③它不是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手來研究問題，而是通過考察系統(tǒng)的輸入輸出、行為和功能，進(jìn)而來推知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)理，這就省去了許多麻煩，而且認(rèn)識(shí)活動(dòng)也不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

黑箱方法的基本步驟是：

第一，確認(rèn)黑箱。根據(jù)研究對(duì)象的性質(zhì)和研究任務(wù)的要求，把作為黑箱研究的對(duì)象的相關(guān)因素，從環(huán)境中分離出來，確定它的邊界，同時(shí)找出它與環(huán)境相互作用中的主要矛盾，并有目的地造成某種輸入，預(yù)期某種輸出的結(jié)果。在確認(rèn)黑箱時(shí)，不應(yīng)先對(duì)黑箱的性質(zhì)和內(nèi)容作任何假定，但必須明確研究的范圍和目標(biāo)，以便確定黑箱的類型。

第二，考察黑箱。確定了黑箱之后，接著就是通過觀測(cè)和試驗(yàn)對(duì)其考察，即考察黑箱的輸入、輸出及其動(dòng)態(tài)過程。觀測(cè)考察一般是指對(duì)系統(tǒng)不加干預(yù)，只采取觀察方法測(cè)量其輸入、輸出的變化及數(shù)據(jù)；試驗(yàn)考察往往是指有意識(shí)地在輸入端加入某種典型的測(cè)試信號(hào)，然后觀察其輸出響應(yīng)，以獲得黑箱更多的信息，使系統(tǒng)特性更明顯地表現(xiàn)出來。

第三，闡明黑箱。經(jīng)過考察黑箱，取得了關(guān)于系統(tǒng)輸入、輸出的數(shù)據(jù)之后，還要進(jìn)行比較分析，并運(yùn)用已有的理論和知識(shí)，推導(dǎo)事物的內(nèi)部狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和過程，這就是闡明黑箱。對(duì)于復(fù)雜的黑箱，由于輸入輸出的數(shù)值較多，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，在獲取輸入輸出的數(shù)據(jù)之后還不能闡明黑箱，這就需要綜合整理數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)學(xué)式所用的基本量進(jìn)行科學(xué)抽象、簡(jiǎn)化和標(biāo)定，并根據(jù)數(shù)學(xué)式建立黑箱模型，然后依據(jù)模型對(duì)黑箱的功能及特性進(jìn)行定性的、定量的、靜態(tài)的、動(dòng)態(tài)的分析評(píng)價(jià)，對(duì)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和機(jī)制作出某些推測(cè)和假說，并通過試驗(yàn)去加以驗(yàn)證。

黑箱方法對(duì)于現(xiàn)代科學(xué)研究具有重要意義。它為復(fù)雜巨系統(tǒng)、不能打開或不便打開的物質(zhì)系統(tǒng)的研究提供了有效的工具，特別是對(duì)生命科學(xué)的研究具有獨(dú)特的作用。但由于它不打開黑箱，對(duì)于外部功能和行為相同的事物，運(yùn)用黑箱方法還無法確定它們的區(qū)別。因此，我們?cè)谶\(yùn)用這種方法時(shí)要同其他方法結(jié)合起來，相互補(bǔ)充，以克服黑箱方法的局限性。