控制论 信息论 系统科学与哲学.pdf

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第一章 控制论的形成与诞生

p15 1948年,美国数学家诺波特维纳(norbert wiener)发表专著《控制论(或关于动物和机器控制和通讯的科学)》(cybernetics or control and communication in the animal and machine)

这是控制论的奠基性著作,它标志着这一新科学的诞生。

p16 刘先洲《中国机械工程发明史》

茹科夫《控制论的哲学原理》

p20 闭合环路--一种具有反馈的系统,是一种闭环自动系统。

开环的自动系统是不具有反馈的,它往往带有一种装置使得输入量能按负荷的变化而成比例的改变以趋于目标值、

p20 拉丁文的调速器一词--governor...1834年,法国物理学家安培研究科学分类时,据此将管理国家的科学称为控制论并把它列入政治科学类。

p28 1862,俄国生理学家谢切诺夫...他不再把反射仅仅理解为个别器官对外界特定刺激的严格应答,而开始理解为动物的整体性动作,包括复杂的心理现象在内。这样,他便主张把反射概念应用于脑的高级部位--大脑半球。在他看来,不仅人的非随意活动是反射,而且人的随意活动也是一种反射,不过是通过大脑皮层反射的有意识的活动。

巴甫洛夫继承了谢切诺夫的这一基本观点...无条件反射接近本能...条件反射则是后天学习得来的。

p29 反射活动都要通过反射弧这种解剖结构实现,反射弧是由感受器,输入神经元,中间神经元,输出神经元和效应器五个环节构成,如果其中的一个环节受损伤,就要影响到反射的机能,甚至完全不能实现反射活动。

p29 经典神经生理学中的“全或无”(all or none)现象...说通俗些就是指,一个神经元在接受外界刺激后,只要这个刺激量达到了这个神经元做出应答所必须的阈值,那么他就会给出应答,否则它将完全不作出应答。而且这种应答的信号的大小总是一样的。

或者说,神经元的膜电位(即其状态)决定于通过突触所传入的神经脉冲信号的大小及其持续的时间。当膜电位达到一定的阈值(一般为-40毫伏),则膜电位发生跃变,出现动作电位,其波高与波宽是不会改变的,否则就不出现动作电位。

p30 与控制论有关的另一个经典神经生理学的基本概念是稳态(homeostasis)。当动物和人处于一定的环境之中时,如果环境条件的变化导致机体正常状态的严重偏离,那么机体内部就必须要有一种能够进行有效调节的机制,使之恢复正常,以维持其与环境的平衡。这种机制就是稳态。

p32 《今日数学》(《什么是计算》) M.戴维斯。

p35 维纳对信息论的建立亦做出了卓越的贡献...1948,数学家香农(C.E.Shannon)发表了信息论的奠基性论文《通信的数学理论》,从此出现了信息论这一新兴的边缘学科。信息论是控制论的理论基础之一。

p37 因为物理学的测量不可能是完全精确的,我们得到的只是初始状态在其所可能达到的精确度范围内的结果,也就是说,我们并不完全知道初始状态,而只知道它们的概率分布。

// 牛顿僵硬的基础被抛弃和改变,到现在,吉布斯的偶然性已经完全明朗地成为物理学的全部基础了。

p38 勒贝格积分理论与吉布斯的统计力学看似不同实则相通。

p41 《控制论哲学问题译文集》

p44 钱学森《工程控制论》,是工程控制论的奠基性著作(1954);1960,斯坦莱--约里斯兄弟二人发表了《生命系统的控制论》

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p46 第二章 控制论的基本理论

p46 列尔聂尔《控制论基础》

p47 因果之间的关系是多种多样的。单一的因决定单一的果,这是一种最简单得因果关系,也是一种机械论的因果观。拉普拉斯的决定论归根到底是与单因素的分析方法密切联系在一起的。事实上,在因果之间还存在着多因素的关系,可以是一因多果,可以是多因一果,还可以是多因多果等等。

因与果之间存在多种可能性,用自然科学术语来说,叫做“可能性空间”。

p47 金观涛,华国凡,《控制论和科学方法论》

p50 由于负反馈使得一个控制过程得以趋近其目标值(目的),一句话,机器和生物一般都是通过负反馈来达到控制的目的的,这就是控制论的基本理论观点。

p51 控制论使用的行为概念是从行为主义心理学中借用过来的。

p61 在控制论看来,负反馈是控制的机制,正反馈则是越来越偏离目标值甚至失去控制。似乎正反馈只起破坏,消极的作用。其实这种看法是片面的。裂变链式反应,正反馈。

p64 控制系统主要有以下两种

1,定常控制系统:这种系统中给定的目标是固定的,也就是说,其输入值是给定值或随时间缓慢变化的值。当由于扰动而出现偏差时,要求这种系统能自动将其输出保持在给定值所容许的范围内。

2,随动控制系统:这种系统中所给定的目标是运动,变化着得,也就是其输入不是给定值,而是随时间变化的函数,这就要求输出的被控制量能够按照某种规律以一定的精度跟输入的变化而变化。例如我们的视觉系统中的眼球对于目标物,地对空导弹射击飞机等等,都属这类系统,这类系统也可称为跟踪系统。

p68 一个控制系统的稳定性程度的几项指标:振荡度。稳定速度。稳定的准确度(根据输出值与给定的目标之间偏离的大小来确定)。

p71 具有反馈回路的控制系统不一定是控制论系统。因为具有反馈回路只是控制论的必要条件之一,而不是充分必要条件。作为控制论系统的另一个必要条件是【信息】。

p74 当时三条渠道提出信息论,申农从通讯理论方面,费希尔从统计方面,而维纳则是从控制论方面提出信息论。

p76 信息论的贡献,不仅在于提出了信息概念,更重要的是提出了信息量的概念,对信息的规律进行了定量的处理。... 既然任一控制论系统也可以看作是一个信息系统,而控制的机制又在于信息反馈的作用,因此,一个控制过程就可以作为一个信息过程而用信息论进行定量的处理。在这个意义上讲,信息论显然是控制论的重要理论基础之一。

p78 对于一个控制系统来说,一般处理的是连续的量,是用微分方程表示。只有在某些特殊情况下才将信号按时间间隔取样后再行控制,即所谓采样控制,这时人们处理的才是离散的量,用差分方程表示。

p84 【有限自动机的严格数学定义】

笛卡尔积?http://baike.baidu.com/view/79382.htm

p86 无限自动机(infinite automata),典型类型是图灵机

p88 用图灵机进行3+2的计算过程

p92 【一般递归函数的定义】

p94 最大公因数 欧几里得算法。

p95 哥德尔提出不完全性定理有两种表述形式:

王浩《数理逻辑通俗讲话》

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p98 第三章 控制论的一些主要方法

p99 功能模拟法...一个系统称之为模型的三个条件:类比性,代表性,外推性

根据代表原型的方式和形式的不同,模型大体上可分为两类:一类是实体模型;一类是形象或符号模型,也有人称之为理想模型。

p103 黑箱方法的步骤

p104 不仅被观察者是研究对象,而且观察者与被观察者的关系也是研究的对象。

p106 艾什比《控制论导论》

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p113 第四章 控制论的应用与主要分支

p114 工程控制论

控制论与工程控制论在学科体系中属于两个不同的层次,后者又称为自动控制理论,或简称为控制理论,还有人称为系统理论(system theory)。我们必须将控制论(cybernetics)与控制理论(control theory)两个概念区别开来。

p121 线性系统必须满足两个条件:其次性和叠加性

p135 线性系统特性分析的经典方法:传递函数方法;频率响应法;根轨迹法

p139 非线性系统的分析方法,对于非线性系统除了线性化以外,还有一些专用于非线性的分析方法,它们一般都是些近似的方法。

状态空间方法

p149 李普亚诺夫

p158 大系统理论

p159 大系统的定义(无一致的公认定义)及其控制结构

p163 大系统理论的简化(方法主要有两种:集结法,摄动法)

p165 大系统的特性分析与分解-协调方法

p169 模糊控制与模糊系统

p170 简要介绍模糊数学,模糊集合--某些元素某种程度上属于某一集合,隶属度

p187 仿生学

p189 生物控制论与中医学控制论的方法

p192 社会,经济控制论

经济控制论(书)http://doc.mbalib.com/view/0ef8ce9e71b9619e29dfb203a7e4fd29.html

威廉配第《政治算术》http://book.douban.com/subject/3311665/

《经济控制论:理论、应用与MATLAB仿真》 http://book.douban.com/subject/3248960/

经济控制论初步 杨小凯:http://book.douban.com/subject/3893051/

p216 几种宏观经济模型

钱学森:系统科学思维科学与人体科学 http://go.paowang.net/news/3/2009-11-04/20091104102214.html

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p239 第五章 控制论的哲学与方法论问题

p251 图灵的模仿游戏(人工智能)

p252 图灵《机器能够思维吗》一文

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p285 第二篇,信息论,信息科学的基本概念与哲学方法论问题

p286 第六章 信息论的形成与产生

p287 拉普拉斯决定论:他曾指出,只要知道了宇宙中所有的作用力及所有原子在某一时刻的坐标和速度,就能确定世界的全部过去和未来。

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p293 第七章 信息论的基本内容和提出的问题

p293 信息论最早产生于通信领域,早期又叫做通信理论。申农是信息论的奠基人,申农所创立的信息论是一门应用概率论与数理统计方法信息处理和信息传递的科学。它主要研究信息的获取,变换,传输,处理等问题,其任务是解决电子通信技术的编码和抗干扰等问题,从而提高通信系统的传输效率和可靠性。

p294 信息量的公式

p298 怎样对信息进行度量呢?哈特莱指出,从逻辑上讲,应当选择对数单位来度量信息。

p300 客观世界中的任一事物都可以看作是信源,信源所发生的信息带有随机性,是不确定的。为了对信息从量上加以刻划,申农在当时提出了信息的统计模型。

信息量就是收信人知识变化的数量,即收信人收到信息后不定性减少的数量。

p301 熵,以拉丁字母H表示,(说明熵的例子)

p303 分析

p304 以2为底的对数 单位称为比特

对信息量的测量单位用熵,系统越乱熵越大,系统越有序,熵越小。熵是系统无序状态的度量。

p307 一个系统的有序程度越高,则熵就越小,所含的信息量就越大,反之,无序程度越高,则熵就越大,信息量就越小。信息和熵是互补的,信息就是负熵。所以用来研究信息熵的公式与热力学熵公式有一区别,在信息熵公式中有负号,而热力学中则没有。

这一点恰恰表明,它与热力学公式所代表的方向相反,不是刻划系统无序状态,而是表示系统有序程度,表示系统获得信息后,无序状态的减少

香农 通信的数学原理 http://ishare.iask.sina.com.cn/f/8042112.html

p308 信息论基本问题

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p314 第八章 从信息论到信息科学

申农的信息理论是统计信息。。。它只是对信息作定量的描述而未考虑信息的其他方面,如信源发出信息的语义如何?怎样对之进行定量描述?信宿收到信息后的效用如何?价值怎样?有无相对性?这些问题涉及信息的语义与实效,或者说信息的意义与价值等问题,而这些正是申农理论的不足之处。

任何信息都包含统计信息,语义信息和有效信息三个方面...

p318 信息量相等,但意义完全不同...

p319 所以信息的意义的问题,涉及信息发送者发出消息的含义如何定量?同时也涉及信息接受者双方的主观方面的信息意义的定量...

p319 有效信息指信源发出的信息被信宿收到后所起的效果和作用...信源发出信息后,对不同的接受者,使用者,其效用或价值是不相同的。同样的信息对于不同的对象,在不同的时间,地点和条件下,其价值可以不同甚至完全不同,所以信息的效用问题亦称相对信息。

p325 模糊信息,模糊度由模糊集合的测度来定义。

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p328 第九章 信息论与信息科学的应用,控制离不开信息

p335 应用信息理论研究中医

p340 前馈管理 feed-foward 乃是通过对输入进行监督并预测其对发生的结果所产生的变异的影响来预见反馈系统的落后,从而可以采取行动以改变输入,并且通过对输出的衡量,从而在输出脱离标准以前就可以发现其可能出现的偏差,这样就可以采取行动改变输入,使系统输出同所要求的预期结果相一致,使企业减少经济损失,取得良好的效果。

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第十章 信息论与信息科学中的哲学与方法论问题

薛定谔:《生命是什么》 http://book.douban.com/subject/1317485/

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第三篇 系统科学的基本概念与哲学,方法论问题

第十一章 系统工程的历史

p410 第十二章 系统工程的基本概念与方法

钱学森引用恩格斯:一个伟大的思想即认为世界不是一成不变的事物的集合体,而是过程的集合体。

“集合体”被认为就是系统。

p411 系统可以分为实物系统和概念系统

p413 工程--18世纪出现在欧洲,专职作战兵器的制造和执行于军事目的的工作。以后才引申出一种比较普遍的含义,把服务于特定目的的各项工作的总体称之为工程。

p415 系统工程中要包含的一些内容:

1,系统的模型化与仿真技术(这与系统分析与系统模拟等有关);

2,系统的运筹与优化技术(这与运筹学,最优化理论等有关);

3,系统的设计,评价与可靠性。

4,系统的管理技术。

组织管理的技术--系统工程 http://t.cn/ajTYBu 钱学森 许国志 王寿云

p416 霍尔(A.D.Hall)在1969年提出的三维结构被认为是比较通用的一种系统工程方法,它用时间维,逻辑维和知识唯这三维,描述在不同阶段所要采取的步骤以及所要用到的有关科技知识。

p418 一个牧场生态系统能流数学模型。

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p422 第十三章 运筹学的主要分支与方法---运筹学是一种应用数学

八大方面

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p432 第十四章 一般系统论的形成与基本概念

一般系统论:基础、发展和应用 >>> http://book.douban.com/subject/3405153/

p439 贝塔朗菲用一组联立微分方程来描述系统的有机关联性与整体性之间的关系。

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p445 第十五章 系统科学与系统方法

p458 麦克斯韦妖...我们关心的不是气体的熵,而是气体--妖这个系统的熵。

p462 熵和智力

p471 协同学...synergetics。与耗散结构论一样,也研究一个系统如何能够自发地产生一定的有序结构。但是它是在不同学科的研究领域中。

p479 超循环理论

p489 反还原论者在历史上被称为“活力论”

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p498 第十六章 系统研究,系统科学的哲学与方法论问题

p509 系统性思维方式的表现之一:人们科学观察的眼光由“实物中心”转向“系统中心”...

(社会科学也一样,要结合具体背景来分析事物)

p513 有人把系统思想归结为三个原则:整体性原则;等级秩序原则;动态原则。


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