2020-01-03 《控制论》

第一章 牛顿时间与柏格森时间

1、书中观点：用牛顿力学基本定律描述一个动力学系统，则这些定律不因时间t改为-t而变更其形式，即过去与未来是对称的。所以说牛顿系统中时间是完全可逆的。在牛顿的绝对时间概念里，未来总是以过去的某种形式重复着，其中没有什么新事物出现。对此维纳指出，即使在时间完全可逆的牛顿系统中，当回答概率和预测问题时，也要发生过去和未来不对称的情况。

思考：牛顿的经典力学方程中,时间反演是对称的.也就是说一个经典力学方程,等式左边如果是“因”,肯定会得到等式右边的“果”；同样,如果等式右边是“果”,反推就能得到等式左边的“因”.这就是所谓的时间可逆性,这是决定论和因果论的产物.

然而现代一些理论反对这种时间可逆的想法。

举例一：量子力学中,粒子在被观测前遵守波动方程,处于各态叠加,但一旦发生坍缩,形成一个定态,就不能再回到以前的叠加态了。

举例二：混沌论指出任何系统都必须遵守热力学第二定律,从整体看系统熵值在单向增大,此过程是不可逆的.时间是按一定方向性流逝的,不可逆。

2、书中观点：维纳认为每个时代都有它自己认为的自动机，如同动物一样，能通过对外界信息的接收和对自身动作的完成来适应外界的变化。它们包含有感觉器官，动作器官和一个相当于动物神经系统那样的传递信息的指挥器官。因此，近代自动机跟生命体一样， 都应是存在于柏格森的时间中。按照柏格森的观点，没有什么理由认为生命体活动的基本方式一定和模拟生命体的人造自动机有所不同。

思考：这个话题涉及“机器仿生”。从古至今，人类都在观察自身和周围的生命体，并总结自然生物的生命轨迹和动作习性。但是，随着科技的发展，在智慧体身上所进行的动作可以复刻到机器上。虽然这种行为被我们称为“非智能”的，但是在柏格森的观点中，生命体活动的基本方式一样，那就无法区分模拟生命体和真实生命体的区别。在机器人向智能机器人发展的时程中，就有人提出“反对机器人必须先会思考才能做事”的观点，并认为，用许多简单的机器人也可以完成复杂的任务。

并且，自动机和仿生机器借鉴了以下观点：1、分布式智能的思想，在控制体系结构中引人社会式行为控制层。2、生物的自适应性思想，在控制体系结构中实现本代内的由慎思式行为层到反射式行为层的学习。3、生物的自进化性思想，在控制体系结构中实现多代间的由反射式行为层向本能式行为层的进化或退化。

第三章 时间序列、信息和通讯

书中观点：不论这消息是以电的、机械的或是动物神经的方式传递的，消息都是分布在时间上可量事件的离散的或连续的序列——确切地说，就是统计学家所谓的时间序列。所以，通讯、控制与统计力学的一系列核心问题，不管这些问题是存在机器中，还是活动机体中，其本质是统一的。将动物与机器相提并论，将控制和通讯等量齐观，维纳提出了控制论这一新的名词术语。维纳运用了第二章讨论过的各态历经定理，证明了在一定条件下，处在统计平衡的时间系列的时间平均等于相平均。进而从统计系统中的任一时间系列的过去数据，求出整个系统的任一统计参数的平均。即可以从统计上由过去预测未来。正是根据这一点，他提出了预测和滤波理论——维纳滤波，指出了如何使对统计参数的估算所产生的误差为最小。

思考：维纳滤波一种基于最小均方误差准则、对平稳过程的最优估计器。这种滤波器的输出与期望输出之间的均方误差为最小，因此，它是一个最佳滤波系统。它可用于提取被平稳噪声污染的信号。该滤波器的输出是输入的线性函数因此，维纳滤波器是一种线性滤波器。基于此，我们可以看到，作者巧妙地结合了理论推导和数据计算，透过现象看本质，进而获得了技术上的进步。

第五章 计算机与神经系统

书中观点：维纳认为现代计算机应当是数字式的，而不是模拟式的，是二进制的，而不是十进制的，是电子管的，而不是机械的开关装置。维纳研究了人和动物的神经系统，了解到在做计算工作时，作为计算元件的神经元或神经细胞所能处的兴奋与抑制两种状态类似于继电器开启与关闭的两状态。并且神经脉冲沿轴突传输也服从“全或无”定律，即神经纤维在任何时刻只能处于两种状态之一：有脉冲，而且是最大可能幅度的脉冲，或无脉冲。用数学语言来说，就是有则为1，无则为0。并且只有以二进制为基础的0、1符号才能作为逻辑运算的基础，而十进制则不行。维纳认为要想提高运算速度，必须将全部运算程序和数据事先放在计算机中，让它在进行计算时，自动地按程序进行计算，直到最后把结果算出来为止，中间应该没有人干预。为此，所需的一切逻辑判断都必须由机器自身作出。现代计算机就是这种存贮程序式的自动机。它实质上也是对人进行运算工作时的模拟。维纳认为如同人的神经系统有一个很重要的功能——记忆那样，现代计算机也必需具有这个功能。

思考：1944年，美国数学家戈德斯坦和冯诺依曼在阿拉伯火车站邂逅，戈德斯坦向冯诺依曼告知自己正致力于研发一种电子计算器，这引起了诺伊曼的兴趣。计算机的研究初露锋芒。1947年，维纳去法国参加一次调和分析问题数学会议，途经英国，拜访了图灵，与他讨论了控制论的基本思想。两人毫无意外的地探讨了计算机的基本思想，这奠定了如今计算机的雏形。正如同第一章所讲到的“机器仿生”那样，计算机也是一种仿生，它的实现离不开人脑和神经系统。其中，开创性的想法是将兴奋和抑制的神经系统类比于计算机中的电路的连接和断开。这是生物学和计算机科学的伟大联系。诺依曼曾写道：“人脑的语言不是数学的语言”。这种思想将复杂的神经网络抽象化和概念化，为计算机的物理实现打下了基础。

第七章 控制论和精神病理学

书中观点：维纳认为如同高可靠性的计算机那样，脑中的每一运算都同时交给两套或三套不同的机构去做，然后互相验证，去伪存真，神经系统的工作也是如此。焦虑性精神病患者的恶性忧虑就像计算机程序进入死循环一样。精神错乱患者的神经系统就像电话通讯网络中，用户过多，而线路太少，以致整个网络通讯阻塞的情况一样。从这些观点出发，维纳对许多医疗精神病的方案，如睡眠疗法、电击疗法和前额叶切除术等进行了类比和讨论。

思考：在这章中，维纳阐述了控制论和精神病理学的关系。作者举了焦虑型精神病和精神错乱患者等具体例子。焦虑型精神病： 正常人在面对困难或有危险的任务，预感将要发生不利的情况或危险发生时，可产生焦虑，这种焦虑通常并不构成疾病，是一种正常的心理状态。焦虑往往能够促使你鼓起力量，去应付即将发生的危机。只有当焦虑的程度及持续时间超过一定的范围时才构成焦虑症状，这会起到相反的作用－妨碍人应付、对处理面前的危机，甚至妨碍正常生活。于发病机理也有不同说法，心理分析学派认为焦虑症是由于进度的内心冲突对自我威胁的结果。基于学习理论的学者认为焦虑是一种习惯性行为，由于致焦虑刺激和中性刺激间的条件性联系使条件刺激泛化，形成广泛的焦虑。所以类似于反馈过程，作者从控制论的角度解释了这一过程。精神错乱：患者有轻度的意识紊乱，因倾向于幻想，所以不能分辨外界和自己的状态，但还能意识到自己的思考，可是缺乏系统性，又因语无伦次，自然就处于不解的状态。如病情发展，则说胡话，病情较轻，则趋于幻想。对此期间发生的事一般能保留有某种程度的记忆。正如同作者所说，人的神经系统错乱引起思维混乱，这只是内在表现。但是引起神经系统错乱原因还需进一步研究。