黑盒子

黑匣子系统
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在科学,计算和工程学中黑盒子是可以根据其输入和输出来查看的系统(或转移特征),不知道其内部运作。它的实现是“不透明”(黑色)。该术语可用于指代许多内部工作,例如晶体管, 一个引擎, 一个算法, 这人脑,或机构或政府。

分析开放系统使用典型的“黑匣子方法”,只能考虑刺激/响应的行为,以推断(未知)盒子。通常的代表黑匣子系统是一个数据流程图以盒子为中心。

黑匣子的对立面是一个系统,可以检查内部组件或逻辑,最常见于白盒(有时也称为“透明盒子”或“玻璃盒”)。

历史

黑匣子模型可用于描述系统的输出

“黑匣子”一词的现代含义似乎已在1945年左右进入英语。电路理论过程网络合成传输功能,这导致电子电路被视为“黑匣子”,其特征是它们对应用于其的信号的响应端口,可以追溯到威廉·库尔(Wilhelm Cauer)他在1941年以最发达的形式发表了他的想法。[1]尽管凯尔本人没有使用这个术语,但跟随他的其他人肯定确实将这种方法描述为黑盒分析。[2]Vitold Belevitch[3]甚至更早地将黑盒的概念放在双端口网络作为黑匣子弗朗兹·布雷西格(Franz Breisig)在1921年,并认为在此之前将2末端组件隐式视为黑盒。

控制论,由罗斯·阿什比1956年。[4]一个黑匣子由诺伯特·维纳(Norbert Wiener)1961年,作为一个未知系统,可以使用的技术来识别系统标识.[5]他看到了第一步自组织为了能够复制黑匣子的输出行为。许多其他工程师,科学家和认识论家,例如马里奥·邦格(Mario Bunge)[6]在1960年代使用并完善了黑匣子理论。

系统理论

开放系统理论黑匣子理论。两者都专注于输入和输出流,代表与周围环境的交换。

系统理论, 这黑盒子是代表一类混凝土的抽象开放系统可以仅根据其观看刺激输入输出反应

盒子的构成和结构与所考虑的方法完全无关,这纯粹是外部或现象学的。换句话说,只会考虑系统的行为。

对一个人的理解黑盒子基于“解释性原则”,假设一个因果关系在。。之间输入输出。该原则指出输入输出很明显,该系统具有可观察的(和相关的)输入和输出,并且系统对观察者(不可接受)是黑色的。[7]

记录观察到的状态

观察者随着时间的推移进行观察。所有对输入和输出的观察黑盒子可以写在表中盒子记录各种零件,输入和输出。因此,使用一个示例阿什比,检查一个从一个掉落的盒子飞碟可能导致此协议:[4]

时间输入状态
11:18我什么也没做 - 该盒子在240 Hz时发出了稳定的嗡嗡声。
11:19我推开标记为K的开关:音符上升到480 Hz,保持稳定。
11:20我不小心按下标有“!”的按钮 - 温度的盒子升高了20°C。
...等等。

因此,从根本上讲,每个系统都是通过及时绘制的长协议的收集来研究的,显示了输入和输出状态的顺序。从此,基本的扣除额是从黑匣子(给定输入和输出)获得的所有知识,可以通过重新编码协议(该协议)获得。观察表);所有这些,仅此而已。[4]

如果观察者还控制输入,调查将变成实验(插图),以及关于因果可以直接测试。

当实验者还激励控制盒子时,框/观察者关系中有一个主动的反馈,促进了什么控制理论称为a向前喂建筑学。

造型

建模过程是预测的构造数学模型,使用现有的历史数据(观察表)。

测试黑匣子模型

一个发达的黑匣子型号是一个经过验证的模型黑盒测试方法[8]确保仅基于可观察元素。

通过进行回测,测试黑匣子模型时始终使用时间数据。在将黑匣子输入提取之前,必须写下数据。

其他理论

观察到水文图是响应的图形分水岭(一个黑框)径流(红色)到降雨的输入(蓝色)。

黑匣子理论这些理论仅根据其功能定义。[9][10]该术语可以应用于对系统外观(黑匣子外部)之间关系的任何询问的任何领域,而没有尝试解释为什么应该存在这些关系(黑匣子的内部)。在这种情况下,牛顿的引力理论可以描述为黑匣子理论。[11]

具体而言,调查集中在没有明显特征的系统上,因此只有在立即观察中隐藏的自身内部的仅考虑因素。观察者首先被认为是无知的,这是大多数可用的数据在远离便利调查的内部情况下被举行。这黑盒子定义的元素显示为以系统为特征,可观察到的元素进入一个可能想像的框,其中一组不同的输出也可以观察到。[12]

人文学科的收养

人文学科心理哲学行为主义,黑匣子理论的用途之一是描述和理解心理当应用于分析时,诸如营销等领域的因素消费者行为.[13][14][15]

黑匣子理论

黑匣子理论在应用方面比专业研究更广泛:

试图打开门的孩子必须操纵手柄(输入),以便在闩锁处产生所需的运动(输出);而且他必须学习如何另一个控制一个,而无需看到将它们联系起来的内部机制。在我们的日常生活中,我们在每个转弯处都面临着内部机制并未完全开放检查的系统,必须通过适合黑匣子的方法来处理。

- 阿什比[4]

(...)这一简单的规则被证明非常有效,并说明了如何使用控制论中的黑匣子原理来控制情况,如果深入研究,这些情况似乎很复杂。
黑匣子原则的另一个例子是对精神患者的治疗。人的大脑无疑是一个黑匣子,尽管大量神经学研究正在进行理解大脑的机制,但通过观察患者对刺激的反应也可以取得治疗的进展。

- Duckworth,Gear和Lockett[16]

申请

当观察者(一个代理人)也可以做一些刺激(输入),与黑匣子的关系不仅是一个观察,而且是实验.

计算和数学

  • 电脑编程软件工程黑匣子测试考虑到某些输入,用于检查程序的输出是否如预期。[17]使用“黑匣子”一词是因为未检查正在执行的实际程序。
  • 计算通常,黑匣子程序是用户看不到内部工作的人(也许是因为它是一个封闭的来源程序)或没有副作用的且无需检查的功能,这是适合重复使用的例程。
  • 也在计算,黑匣子是指供应商提供的一件设备,目的是使用该供应商的产品。通常情况下,供应商维护和支持该设备,而接收黑匣子的公司通常是放手。
  • 数学建模,一个有限的案例。

科学和技术

  • 神经网络或者启发式算法(通常用于描述“学习”计算机或“ AI模拟”的计算机术语),黑匣子用于描述程序环境的不断变化的部分,该部分无法轻松地由程序员测试。这也称为白盒在可以看到程序代码的上下文中,但是代码是如此复杂,以至于功能上等同于黑匣子。
  • 物理,黑匣子是一个系统,其内部结构是未知的,或者不需要考虑特定目的的系统。
  • 密码学捕获通过执行算法获得的知识的概念加密协议比如一个零知识证明协议。如果与协议交互时的算法的输出匹配模拟器的输入,则只需要知道输入即可。

其他应用程序

也可以看看

参考

  1. ^凯尔,威廉;理论线性Wechselstromschaltungen,Akademische Verlags-Gusellschaft Becker und Erler,莱比锡,1941年。
  2. ^凯尔,埃米尔;马蒂斯,沃尔夫冈;和保利,雷纳;“威廉·凯尔(Wilhelm Cauer)的生活与工作(1900 - 1945年)”,第十四届国际网络与系统数学理论研讨会论文集(MTNS2000),P4,Perpignan,2000年6月。在线检索2008年9月19日。
  3. ^Belevitch,Vitold;“电路理论的历史摘要”,愤怒的诉讼第50卷,ISS 5,第848-855页,1962年5月。
  4. ^一个bcd阿什比(W. Ross);控制论简介,伦敦:查普曼与霍尔,1956年,第6章:黑匣子,第86–117页。
  5. ^维也纳,诺伯特;控制论:或动物和机器中的控制和通信,麻省理工学院出版社,1961年,ISBN0-262-73009-X,第XI页
  6. ^一个b邦格,马里奥;“一般黑匣子理论”,《科学哲学》,第1卷。30,第4号,1963年,第346-358页。JSTOR/186066
  7. ^格兰维尔(Glanville),兰布普(Ranulph);“黑匣子”,控制论与人类知识,2009年,第153-167页。
  8. ^请参阅前。英国标准BS 7925-2(软件组件测试)或其2001年工作草案,
    BCS Sigist(英国计算机协会专家在软件测试中),“软件组件测试的标准”,工作草案3.4,2001年4月27日网页.
  9. ^来自answers.com的定义
  10. ^克拉拉,帕克(1963)。“一般黑匣子理论”.科学哲学。马里奥·邦格(Mario Bunge)。30(4):346–358。doi10.1086/287954.S2CID 123014360。检索12月23日2020.
  11. ^文森特·威尔莫特(Vincent Wilmot),“艾萨克·牛顿爵士 - 数学定律黑匣子理论”,New-Science theory.com,检索到2022年10月13日。
  12. ^费城坦普尔大学物理部
  13. ^工作期货学院存档2012年6月26日在Wayback Machine物流和管理高级文凭的一部分。检索11/09/2011
  14. ^黑盒理论用于了解消费者行为Richard L. Sandhusen的营销。检索11/09/2011
  15. ^网站的设计检索11/09/2011
  16. ^我们Duckworth,AE Gear and Ag Lockett(1977),“运营研究指南”。doi10.1007/978-94-011-6910-3
  17. ^Beizer,Boris;黑盒测试:用于软件和系统功能测试的技术,1995,ISBN0-471-12094-4
  18. ^“作为黑匣子:行为主义的方法”,第85-88页,弗里登伯格,杰伊;还有戈登的西尔弗曼;认知科学:思维研究介绍,Sage出版物,2006年。