黑箱方法

地理名词

黑箱方法，也称“黑箱系统辨识法”。通过观测外部输入黑箱的信息和黑箱输出的信息的变化关系，来探索黑箱的内部构造和机理的方法。“黑箱”指内部构造和机理不能直接观察的事物或系统。黑箱方法注重整体和功能，兼有抽象方法和模型方法的特征。通过外部观测和试验，建立输入和输出信息之间的关系，去推断“黑箱”的功能和特性，从而探索出其结构和机理，弄清其全部运动规律的方法，就是黑箱辨识法。社会经济系统是一个极其错综复杂的大系统，除了可观察变量和可控制变量之外，还有许多不可观察和尚不可控制的变量。从这个意义上，可以把社会经济系统视为“黑箱”或“部分可察黑箱” (亦称“灰箱”)。

概念

黑箱亦称“黑盒”或“黑匣”。它是指内部构造还不清楚，由于条件的限制，只能通过外部观测和试验去认识其功能和特性的系统。例如人的大脑、地球、密封的仪器等，都可以看作是黑箱。我们把外部对黑箱的影响称为黑箱的输入，把黑箱对外部的反应称为黑箱的输出。

所谓黑箱方法，就是通过考察系统的输入、输出及其动态过程，而不通过直接考察其内部结构，来定量或定性地认识系统的功能特性、行为方式，以及探索其内部结构和机理的一种控制论认识方法。

黑箱方法，就是在不打开黑箱的情况下，只是通过外部观测、试验，找出输入和输出的关系，并由此来研究黑箱的功能和特性，探索其构造和机理的一种科学方法。

出发点

“黑箱”的研究方法的出发点在于：自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系，相互作用的，所以，即使我们不清楚“黑箱”的内部结构，仅注意到它对于信息刺激作出如何的反应，注意到它的输入—输出关系，就可对它作出研究。如果我们能设计出一个系统，在同样的输入作用下，它的输出和所模拟的对象的输出相同或相似，就可以确认实现了模拟的目标。在此，信息的输入，就是一个事物对黑箱施加影响；信息的输出，就是黑箱对其他的事物的反作用。事实上人们在对信息进行分析和综合时，很少追求结构上的相似性，而总是把握信息的观点，行为功能的观点。

历史背景

黑箱方法可以说古已有之，例如我国的中医看病，通常是通过“望、闻、问、切”等外部观测来诊断病情，并不进行开刀解剖，这就是典型的黑箱方法。但是，作为一种现代的科学方法，是从本世纪五十年代开始的。1956年，艾什比在他所写的《控制论导论》中对黑箱方法作了比较系统的阐述。首先他明确了什么是黑箱问题。他认为；“黑箱问题是在电机工程中出现的。给电机师一个密封箱，上面有些输入接头、可以随意通上多少电压、电击或任何别的干扰；此外有些输出接头，可以借此作他所能作的观察。”

意义

（艾什比：《控制论等论》第86页）艾什比进一步指出，黑箱问题在各门科学中都是普遍存在的。在神经生理学中，人们通过观察对动物的刺激和反应来推断其内部神经结构；在日常生活中黑箱也普遍的存在。例如一个人在开门，当他打不开门时，不必卸下门锁，即是将门把手上下左右的转动（输入），看门闩开不开（输出）。这就是运用了黑箱方法。

应用

计算机领域

在计算机领域，黑箱方法主要应用于程序的测试阶段。测试程序时，负责设计输入和输出时检验程序的对与错，而不负责程序代码具体是怎样运行的。

心理学领域

心理学家对弱智人进行测试，让他来拼搭图案。这种简单的图案，弱知人群拼搭所需要的时间比正常人要长，反应迟钝。这说明他智商有问题。人的大脑生长在脑颅中，医生借助于各种仪器向大脑输入信息，从仪器中输出的信息来判断脑子是不是有病变。这也是黑箱方法。

医学领域

在医学领域，一个病人的语言如果发生了障碍，我们通常可以判定为病人的主管语言的大脑左半球发生了故障。中风病人的左半脑还是右半脑发生了血栓或是发生了脑溢血。医生也不是去打开大脑检查，而是根据病人的左半身或是右半身的感觉是否迟钝来判断的。而中医诊断疾病也是运用黑箱方法通过对病人的望、闻、问、切来了解病人得的是什么病。人的气色、舌苔、脉搏等等都是人体内部传出的信息，是人体是否健康的反映。

人口研究领域

黑箱方法还被运用于人口的研究。掌握人口发展的现状和发展规律对于人类的发展有着很重要的意义。但是，人口系统是个复杂的大黑箱。要认识它、控制它是个极大的难题。人口学家利用人口普查获得的信息建立了我国人口发展的动态模型。它忽略了人口系统内部各种细节，但是对于人口的出生率、死亡率、自然增长率、人口年龄构成等提供了很有价值的数据。从几年当中人口变化的信息来推断若干年后的变化状况，为现代化建设提供了有价值的资料。

原则

首先，要求把研究对象看作是一个整体。采取考察输入——输出的方式，对系统作整体上的研究。

其次，当输入输出关系确定后，一般用建立模型的方法来描述黑箱的功能和特性。模型结构有多种形式：有数学的（各种函数、方程式、图象、表格等）、实体的（功能相似于原型的现实系统）、也有概念的。工程技术系统多采用数学模型，生物系统采用实体模型，社会系统则常用概念模型。

再次，黑箱方法要突出联系的原则。把所要研究的系统置于环境之中，从系统与环境之间的相互联系中去研究、认识对象。黑箱方法的应用很广，例如原子物理学中著名的卢瑟福“散射实验”。人们在研究基本粒子时，也试图用黑箱方法探索基本粒子深层的结构。在社会领域中，对一些规模庞大、结构复杂的大系统如国民经济计划管理系统、环境监测等也采用黑箱方法从整体上进行研究和分析。黑箱方法有其独特的优点，但也有很大的局限性，它强调研究整体功能，而对内部的精确结构和局部细节不能准确回答，在研究客观对象过程中，必须把黑箱方法和其他科学方法结合起来。

运用黑箱方法，主要采取这样几个步骤：①通过研究输入和输出研究黑箱；②系统分析功能，确定几个可供选择的黑箱模型；③对黑箱模型进行检验和选择；④阐明黑箱的结构和运动规律并加以应用。当然，黑箱方法只研究系统外部行为，有一定的局限性，它需要与其它方法相配合，才能最终把黑箱打开。

详述

有些仪器、有些系统内部的结构十分复杂，或是由于种种原因不能够加以打开。打开了就不是原来的系统。比如大规模集成块也可以看作是一个黑箱。它内部众多复杂的电子器件的功能，人们是无法从外表观察来了解的。而是借助于专用的测试仪器向集成块输入信息，从集成块输出的信息来判断集成块的功能和质量的好坏。这也是一种黑箱方法。一件事物是否是黑箱还与人的认识能力有关系。比如电视机，对一般不懂电视机原理的人来说，电视机也是一个黑箱。有些人对电视机原理一知半解，对这部分人来说，电视机是一个灰箱。然而，对电视机设计专家来说，由于它们对电视机的结构原理一清二楚，所以对他们而言，电视机是一个白箱。

由此可见，确定事物是黑箱还是白箱，不仅取决于事物本身，同时还与人们的认识能力有关。人的大脑，它是思维的器官，智慧的源泉。大脑内部是一个非常复杂的机构，有数量惊人的脑细胞。因此，有人把大脑比喻成脑海。科学家对大脑的研究也常常用黑箱方法。因为解剖后的大脑就不是原来的大脑了。测大脑反应的灵敏性并不需要打开大脑。比如，智商的测定主要是测试人们对问题的回答是否敏捷。一个孩子如果对各种形象问题、语言问题、逻辑问题都能够很好的解答，那说明他的大脑很好，智商很高。

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