黑箱方法

黑箱方法，也稱“黑箱系統辨識法”。通過觀測外部輸入黑箱的信息和黑箱輸出的信息的變化關係，來探索黑箱的內部構造和機理的方法。“黑箱”指內部構造和機理不能直接觀察的事物或系統。黑箱方法注重整體和功能，兼有抽象方法和模型方法的特徵。通過外部觀測和試驗，建立輸入和輸出信息之間的關係，去推斷“黑箱”的功能和特性，從而探索出其結構和機理，弄清其全部運動規律的方法，就是黑箱辨識法。社會經濟系統是一個極其錯綜複雜的大系統，除了可觀察變數和可控制變數之外，還有許多不可觀察和尚不可控制的變數。從這個意義上，可以把社會經濟系統視為“黑箱”或“部分可察黑箱” (亦稱“灰箱”)。

基本介紹

• 中文名：黑箱方法
• 外文名：Black box method
• 別稱：黑盒
• 又名：黑匣
• 領域：地理

概念

黑箱亦稱“黑盒”或“黑匣”。它是指內部構造還不清楚，由於條件的限制，只能通過外部觀測和試驗去認識其功能和特性的系統。例如人的大腦、地球、密封的儀器等，都可以看作是黑箱。我們把外部對黑箱的影響稱為黑箱的輸入，把黑箱對外部的反應稱為黑箱的輸出。

所謂黑箱方法，就是通過考察系統的輸入、輸出及其動態過程，而不通過直接考察其內部結構，來定量或定性地認識系統的功能特性、行為方式，以及探索其內部結構和機理的一種控制論認識方法。

黑箱方法，就是在不打開黑箱的情況下，只是通過外部觀測、試驗，找出輸入和輸出的關係，並由此來研究黑箱的功能和特性，探索其構造和機理的一種科學方法。

出發點

“黑箱”的研究方法的出發點在於：自然界中沒有孤立的事物，任何事物間都是相互聯繫，相互作用的，所以，即使我們不清楚“黑箱”的內部結構，僅注意到它對於信息刺激作出如何的反應，注意到它的輸入—輸出關係，就可對它作出研究。如果我們能設計出一個系統，在同樣的輸入作用下，它的輸出和所模擬的對象的輸出相同或相似，就可以確認實現了模擬的目標。在此，信息的輸入，就是一個事物對黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對其他的事物的反作用。事實上人們在對信息進行分析和綜合時，很少追求結構上的相似性，而總是把握信息的觀點，行為功能的觀點。

歷史

黑箱方法可以說古已有之，例如我國的中醫看病，通常是通過“望、聞、問、切”等外部觀測來診斷病情，並不進行開刀解剖，這就是典型的黑箱方法。但是，作為一種現代的科學方法，是從本世紀五十年代開始的。1956年，艾什比在他所寫的《控制論導論》中對黑箱方法作了比較系統的闡述。首先他明確了什麼是黑箱問題。他認為；“黑箱問題是在電機工程中出現的。給電機師一個密封箱，上面有些輸入接頭、可以隨意通上多少電壓、電擊或任何別的干擾；此外有些輸出接頭，可以藉此作他所能作的觀察。”

意義

（艾什比：《控制論等論》第86頁）艾什比進一步指出，黑箱問題在各門科學中都是普遍存在的。在神經生理學中，人們通過觀察對動物的刺激和反應來推斷其內部神經結構；在日常生活中黑箱也普遍的存在。例如一個人在開門，當他打不開門時，不必卸下門鎖，即是將門把手上下左右的轉動（輸入），看門閂開不開（輸出）。這就是運用了黑箱方法。

套用

計算機領域

在計算機領域，黑箱方法主要套用於程式的測試階段。測試程式時，負責設計輸入和輸出時檢驗程式的對與錯，而不負責程式代碼具體是怎樣運行的。

心理學領域

心理學家對弱智人進行測試，讓他來拼搭圖案。這種簡單的圖案，弱知人群拼搭所需要的時間比正常人要長，反應遲鈍。這說明他智商有問題。人的大腦生長在腦顱中，醫生藉助於各種儀器向大腦輸入信息，從儀器中輸出的信息來判斷腦子是不是有病變。這也是黑箱方法。

醫學領域

在醫學領域，一個病人的語言如果發生了障礙，我們通常可以判定為病人的主管語言的大腦左半球發生了故障。中風病人的左半腦還是右半腦發生了血栓或是發生了腦溢血。醫生也不是去打開大腦檢查，而是根據病人的左半身或是右半身的感覺是否遲鈍來判斷的。而中醫診斷疾病也是運用黑箱方法通過對病人的望、聞、問、切來了解病人得的是什麼病。人的氣色、舌苔、脈搏等等都是人體內部傳出的信息，是人體是否健康的反映。

人口研究領域

黑箱方法還被運用於人口的研究。掌握人口發展的現狀和發展規律對於人類的發展有著很重要的意義。但是，人口系統是個複雜的大黑箱。要認識它、控制它是個極大的難題。人口學家利用人口普查獲得的信息建立了我國人口發展的動態模型。它忽略了人口系統內部各種細節，但是對於人口的出生率、死亡率、自然增長率、人口年齡構成等提供了很有價值的數據。從幾年當中人口變化的信息來推斷若干年後的變化狀況，為現代化建設提供了有價值的資料。

原則

首先，要求把研究對象看作是一個整體。採取考察輸入——輸出的方式，對系統作整體上的研究。

其次，當輸入輸出關係確定後，一般用建立模型的方法來描述黑箱的功能和特性。模型結構有多種形式：有數學的（各種函式、方程式、圖象、表格等）、實體的（功能相似於原型的現實系統）、也有概念的。工程技術系統多採用數學模型，生物系統採用實體模型，社會系統則常用概念模型。

再次，黑箱方法要突出聯繫的原則。把所要研究的系統置於環境之中，從系統與環境之間的相互聯繫中去研究、認識對象。黑箱方法的套用很廣，例如原子物理學中著名的盧瑟福“散射實驗”。現在人們在研究基本粒子時，也試圖用黑箱方法探索基本粒子深層的結構。在社會領域中，對一些規模龐大、結構複雜的大系統如國民經濟計畫管理系統、環境監測等也採用黑箱方法從整體上進行研究和分析。黑箱方法有其獨特的優點，但也有很大的局限性，它強調研究整體功能，而對內部的精確結構和局部細節不能準確回答，在研究客觀對象過程中，必須把黑箱方法和其他科學方法結合起來。

運用黑箱方法，主要採取這樣幾個步驟：①通過研究輸入和輸出研究黑箱；②系統分析功能，確定幾個可供選擇的黑箱模型；③對黑箱模型進行檢驗和選擇；④闡明黑箱的結構和運動規律並加以套用。當然，黑箱方法只研究系統外部行為，有一定的局限性，它需要與其它方法相配合，才能最終把黑箱打開。

詳述

有些儀器、有些系統內部的結構十分複雜，或是由於種種原因不能夠加以打開。打開了就不是原來的系統。比如大規模集成塊也可以看作是一個黑箱。它內部眾多複雜的電子器件的功能，人們是無法從外表觀察來了解的。而是藉助於專用的測試儀器向集成塊輸入信息，從集成塊輸出的信息來判斷集成塊的功能和質量的好壞。這也是一種黑箱方法。一件事物是否是黑箱還與人的認識能力有關係。比如電視機，對一般不懂電視機原理的人來說，電視機也是一個黑箱。有些人對電視機原理一知半解，對這部分人來說，電視機是一個灰箱。然而，對電視機設計專家來說，由於它們對電視機的結構原理一清二楚，所以對他們而言，電視機是一個白箱。

由此可見，確定事物是黑箱還是白箱，不僅取決於事物本身，同時還與人們的認識能力有關。人的大腦，它是思維的器官，智慧的源泉。大腦內部是一個非常複雜的機構，有數量驚人的腦細胞。因此，有人把大腦比喻成腦海。科學家對大腦的研究也常常用黑箱方法。因為解剖後的大腦就不是原來的大腦了。測大腦反應的靈敏性並不需要打開大腦。比如，智商的測定主要是測試人們對問題的回答是否敏捷。一個孩子如果對各種形象問題、語言問題、邏輯問題都能夠很好的解答，那說明他的大腦很好，智商很高。