控制论的科普

Adrian
2019-06-23 看过

对于有思想深度的书籍,轻易不敢作一篇简单书评,因为难以真正将一本书的思想用简单的篇幅总结出来,甚至可能还有理解谬误。这本书却让人少了很多顾虑,因为其理论很深远,而内容很简洁易懂并富有逻辑。

唯一的困难只是在于略显晦涩的翻译。但看到译者陈步在书中的照片,顿时理解了,解放前读书出来的人,遣词造句必然会令现代的我们感到有一点不适。该批评的是北大出版社,居然不找个现代科学家来重新组织翻译。

维纳是当代的科学大家,是个真正的神童。他3岁读书,14岁大学数学系毕业,18岁拿到哈佛哲学博士。这一连串学业成绩已经令一般人汗颜了,然而这只是他传奇一生的开端,随后他又师承罗素、哈代、希尔伯特,从爱因斯坦的布朗运动的论文出发,运用勒贝格积分,形成了开创性的维纳过程——布朗运动的数学描述。最大的成果是,他的《控制论》从信息角度切入,成为了多个现代科学的先驱,其中,最重要的是信息科学——电脑、互联网、手机……这一切的出现,都离不开这位杰出先驱的工作。甚至,信息学的鼻祖级人物香农,其理论体系也属于控制论的子体系(香农的工作,是对信息的定量)。维纳,是真正的信息学之父!顺便说一句,香农跟维纳是同时代的科学家,他们俩还有过多年的聚餐讨论经历。

维纳还与中国有不解之缘,正是在1935年清华园的工作,他开始将控制论从纯数学转向电机工程等应用层次。钱学森学习了他的理论写出了《工程控制论》,创立了这个学科。他向自己的导师哈代推荐了华罗庚,使华罗庚得以在哈代的直接指导下展开研究。赵元任学习他的理论,将控制论应用于语言学。

维纳本身长于哲学和数学,把控制论用一堆数学公式写出来,只有少数人看得懂,于是他在写完《控制论》后著此书,从应用层面讲述控制论。以下是各章节概要。


序言

控制论的起点,是从玻尔兹曼、吉布斯的工作开始。尤其是吉布斯,他将世界(宇宙)看作是概率的。

这与牛顿等前代科学家的精确世界观,是层面上的不同,或者说段位不同。如同进化论发表之前,人们以为所有的生物都是设计出来的,只有达尔文看懂了生物一代代在不断随机变化,最后适应环境的特征保留了下来。没有目的随机的变化,这就是概率世界的意思。而牛顿等科学家的工作类似于发现物种的哪些特征适应环境。--本文作者注

概率世界观核心观点是:对于闭合系统(大的如宇宙),熵的增加是固有趋势,局部可以形成熵减区域。(生命就在这个区域里存活。)

熵意味着混沌。所有能量都平均四散开来,不会有聚合,这是最大熵。控制论,就是研究怎样保持熵减,也就是秩序。

构成物质的基本粒子不是小圆球一样的实体,而是能量的振动,也就是在微观尺度上能量的聚集。可以看出,物质本身就是秩序,也就是熵减体。下面这本书通俗地说明了这一点。--本文作者注

第一章 历史上的控制论

历史上的控制论,是从几位光学科学家开始的。最重要的是莱布尼兹,他积极探索由光学而引导出来的通信和语言问题。麦克斯韦和法拉第,将光和电进行了统一。洛伦兹和爱因斯坦,特别是爱因斯坦,把光与物质放在了等同的地位。

这些前人的工作使维纳想到,维持秩序,信息必不可少。

第二章 进步和熵

能量和组织性(也就是秩序)是伴生的,或者说能量是维持组织性的条件,信息用于组织能量,那么信息就是熵减的关键。这意味着,研究熵减,就得研究信息流动——也就是通信。这里的通信不是手机信号的这种狭义通信,而是广义的信息流动。

作为秩序体的机器和人都依靠过去储存的信息和接收的反馈信息来决定行为,反馈是控制论的一个重要因素。

第三章 定型和学习:通信行为的两种模式

依据过去存储的信息行动,这是定型。依据接收的反馈信息来调整行为,这是学习。

人与蚂蚁等动物的最大不同在于,由于生理特点,人具有学习能力。

定型和学习在行为上的体现是:

定型—>情绪驱动(信息由血液提供比较经济)

学习—>理性思考(神经元传递信息)

第四章 语言的机制和历史

语言是人特有的通信功能,语言机能由神经元丛来担任。

神经元丛由固化和临时的神经元组织形式组成。

固化分为长期和短期,语言属于长期固化,具有临界期。

第五章 作为消息的有机体

人体本身也可被视作秩序体,原因为:其一是其具有稳态模式,其二是流动化的、变动化的个体性。也就是说,不断变化但保持某种模式。

第六章 法律和通信

语言的噪声,也即通信噪声,有非作恶的,有作恶的。作恶的噪声,在法律方面能够体现出来:作为秩序体之一的法律,其噪声由想方设法钻空子的律师等发出。

这里能够引申出两点:秩序体分为实体的和虚拟的两种;两个秩序体之间的互动为博弈。

第七章 通信、保密和社会政策

信息的价值在于流动。但却存在若干阻止信息流动的障碍,军事保密即是其一。

这种阻止,对敌我双方都是损害。于是在军事方面,陷入了信息对己完全流动和对敌保密的悖论陷阱。

科学帮助军事,反过来将被军事以更严重的信息流动限制所损害。

第八章 知识分子和科学家的作用

另一种阻止信息流动的障碍是:流动信息在逐渐地标准化、单一化。换句话说,众口一词。知识分子和科学家要做的是反抗这种单一化趋向。

第九章 第一次工业革命和第二次工业革命

将控制论应用于工程的话。第一次工业革命替代了劳力,第二次工业革命将会替代脑力。两次工业革命有共同的优缺点,需要加以研究,如不平等剥削、失业问题等。

第十章 几种通信机器及其未来

第二次工业革命的几种发展方向:

1、促进理论研究

2、治疗人类肌体某些损害

3、理性/智力决策,其中: 1)好的方面,促进人类幸福。(现在智能交通、自动驾驶、自动语音等人工智能的应用,极大地促进了人类生活的幸福。) 2)坏的方面,军事与政治的新发展。军事的智能决策和政治的控制他人。

第十一章 语言、混乱和堵塞

两个能够学习的秩序体,其间的通信存在着博弈。自然规律不存在博弈。


序言~第三章,从能量开始,引入了维持秩序——控制论的三大要素:信息、反馈、运算(定型和学习),任何实体秩序体如果要维持其模式,必须运算反馈和其他信息来调整能量组合,这看上去像是拥有智能或生命。

第四章~第八章,从控制论角度来阐释人和社会这些秩序体,介绍通信噪声,主动噪声可以看作是两个秩序体之间的博弈表现。虚拟秩序体若要维持模式,信息的反馈和运算依然是必要条件。智能秩序体之间的互动称为博弈。

第九、十两章,阐述了应用控制论能够给人类带来的好处和坏处。

最后一章则认定自然本身不存在主动学习,在人类认识自然的过程中不存在博弈问题。


薄薄一本书,叙述了控制论本身和其关于人类社会的方方面面。研究人的脑科学和心理学,研究社会的博弈论、研究机器的自动控制、信息革命等都是基于他的思考而发展。其思想跨越百年,已经看到了人工智能的现在和未来,真不愧是一位思想大家!

这本书能够给人的启迪,是各个学科的研究都可以相互借鉴,例如从通信和工程角度去研究人类社会,从人类和社会角度去研究人工智能,乃至研究人类与人工智能之间的博弈。还有太多未来等待着我们去发现和开创,美好的生活还在前方。

向大师致敬!

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