Глава 12

“Чёрный” и “белый” ящик как научные методы

12.1 Понятие “чёрного” и “белого” ящика

Под “чёрным ящиком” понимается объект исследования, внутреннее устройство которого неизвестно. Понятие “чёрный ящик” предложено У. Р. Эшби. В кибернетике оно позволяет изучать поведение систем, то есть их реакций на разнообразные внешние воздействия и в тоже время абстрагироваться от их внутреннего устройства. На рис. 12.1. приведено схемное построение входов X (x₁,x₂, …,x_n), выходов Y(y₁,y₂,…y_m), характеризуемых функцией перехода () и функцией выхода () “чёрного" ящика.

x₁ y₁

x₂ y₂

_{X Ч Я Y}

……. …….

x_n y_m

() ()

Рис. 12.1. Схема взаимодействия входов и выходов “чёрного” ящика

Манипулируя только лишь со входами и выходами, можно проводить определённые исследования. На практике всегда возникает вопрос, насколько гомоморфизм “чёрного” ящика отражает адекватность его изучаемой модели, то есть как полно в модели отражаются основные свойства оригинала.

Описание любой системы управления во времени характеризуется картиной последовательности её состояний в процессе движения к стоящей перед нею цели. Преобразование в системе управления может быть либо взаимнооднозначным и тогда оно называется изоморфным, либо только однозначным, в одну сторону. В таком случае преобразование называют гомоморфным.

“Чёрный” ящик представляет собой сложную гомоморфную модель кибернетической системы, в которой соблюдается разнообразие. Он только тогда является удовлетворительной моделью системы, когда содержит такое количество информации, которое отражает разнообразие системы. Можно предположить, что чем большее число возмущений действует на входы модели системы, тем большее разнообразие должен иметь регулятор.

В настоящее время известны два вида “чёрных” ящиков. К первому виду относят любой “чёрный” ящик, который может рассматриваться как автомат, называемый конечным или бесконечным. Поведение таких “чёрных” ящиков известно. Ко второму виду относятся такие “чёрные” ящики, поведение которых может быть наблюдаемо только в эксперименте. В таком случае в явной или неявной форме высказывается гипотеза о предсказуемости поведения “чёрного” ящика в вероятностном смысле. Без предварительной гипотезы невозможно любое обобщение, или, как говорят, невозможно сделать индуктивное заключение на основе экспериментов с “чёрным” ящиком.

Для обозначения модели “чёрного” ящика Н. Винером [2] предложено понятие “белого” ящика. “Белый” ящик состоит из известных компонентов, то есть известных X, Y, , . Его содержимое специально подбирается для реализации той же зависимости выхода от входа, что и у соответствующего “чёрного” ящика. В процессе проводимых исследований и при обобщениях, выдвижении гипотез и установления закономерностей возникает необходимость корректировки организации “белого” ящика и смены моделей. В связи с этим, при моделировании исследователь должен обязательно многократно обращаться к схеме отношений “чёрный” – “белый” ящик.