控制論的哲學

來自專欄心藍的讀書小鋪

控制論、系統論與資訊理論並稱二十世紀現代科學技術的三大理論。

維納創立的控制論，繼相對論和量子力學之後，是現代科學取得又一項重大成就。

在控制論中，控制的定義很有意思。

「為了改善某個或某些受控對象的功能或發展，需要獲得並使用信息，以這種信息為基礎而進行通信並作用於對象，就叫作控制。」

有關「改善」的出發點，使得控制論成為了跨及人類工程學、控制工程學、通訊工程學、計算機工程學、一般生理學、神經生理學、心理學、數學、邏輯學、社會學等眾多學科的交叉學科，並且也早已在人工智慧、神經醫學、信息技術等多個領域關懷和影響著我們的生活。

控制論所運用的數學工具，往往令人望而生畏。那麼是不是不懂高等數學，就無法掌握控制論的基本方法呢？

不是，控制論不是一門只能用數學來表達的科學。

推薦一本學習控制論的入門書籍：《控制論與科學方法論》

這本書就是撇開數學，從科學方法論的角度來談談控制論。力求使所涉及的問題以通俗的方式得到說明，以便讓從來沒有接觸過高等數學的讀者也能毫不費力地跟大家一起參加討論，不至於因數學語言的隔閡而妨礙他對方法論的興趣。

一、控制論的四個原則

1、普遍性原則：任何自洽系統都存在相類似的控制模式，普遍的如機械化及自動化觀點。控制論觀點是高度抽象的，但更是實用的。綱舉目張，舉一反三，是普遍性原則所要表達的內在。

2、智能性原則：認識到不僅在人類社會而且在其他生物群體乃至無生命物體世界中，仍有信息及通信問題。我們生活中的生物群體都是具有生命力的，這種生命力有自己的交流方式，比如，計算機與神經系統，控制力與精神病理學，法律與通信，社會政策與通信等等。

3、不確定性原則：大宇宙、小宇宙的不完全的秩序產生出目的論及自由。在人們通常認知的世界中，事物往往都是具有決定性的或者確定性的，但是，如果從控制論角度出發，認知世界的非決定性產生了目的論和自由。最近，國內金融家及投資家都樂於研究量子力學，量子力學中的「薛定諤貓」，與此處的非決定性原則有共性的理解。

生物學的研究發現驗證了不確定性原則。比如，上帝是個左撇子。

在自然界，構成蛋白質的氨基酸均為L構型（除甘氨酸外） ，而L型氨基酸具有左旋的光學性質。

氨基酸有L型和D型氨基酸，有左旋也有右旋。而造物主卻偏偏選擇L型，不能不說這就是世界的不確定性。

啟示：世界上許多事物並不是從一開始就註定要發展成現在這個樣子的，在事物發展的初期，它們往往有多重發展的可能性，由於條件或者純粹機遇的關係，最終才沿著某一特定的方向發展下去。

事物變化的不確定性也就是事物的矛盾性。

中國古代「以子之矛攻子之盾」的故事。商人面對著對立的矛盾，卻不承認事物的不確定性，把話說得這麼死，結果鬧了一場笑話。

從不確定性的角度來看待事物的發生和發展，是現代科學和經典決定論的一個重要區別。

4、黑箱方法：對於控制系統，不管其組成如何，均可通過黑箱方法進行研究。這種研究方法強調了外部變數與內在變數之間的關係。黑箱方法是整體性來研究世界的內在規律，從而關注生活中行為與環境的關係，從行為來確定環境。比如，我們接觸一個人，從他的言談、裝扮等方面可以推知他的家教如何，這也是以行為來判斷一個人的成長環境。這其中可能會有出入，但這樣的研究方法是具有科學性的。

二、幾個有意思的控制論方法

1、共軛控制

當人們要擴大控制範圍的時候，通常要用到一種叫共軛控制的方法。這種方法並不涉及某一具體的工具的發明，但卻包含了一切工具的控制原理。

曹沖稱象就是採用了共軛控制的方法。

直接測量大象的重量（把這一過程稱為B）有點困難，於是曹沖就把大象的重量先轉換成了石頭的重量（把這一過程成為L），然後測出石頭的重量（把這一過程稱為A），最後由石頭的重量就可以得到大象的重量（把這一過程稱為L』）。

上面的過程可以用以下公式來表示

Ｂ＝ＬＡＬ

LAL』即A過程的共軛過程。通過L和L』，我們可以大大擴充A過程的控制範圍。

所以，如果我們無法直接做到B，但我們可以做到A，那麼我們就可以先將B轉換成A，然後實行A，最後又將A轉換成B。

從動物變換為小石頭，又從小石頭變換為數的概念，這是人類學用抽象思維來代替形象思維，也是人類不斷進化的一個重要原因。把思想變換成語言和符號來交流以後，才真正使大腦發達起來，成為一個有文明的物種。

2、負反饋調節

反饋是控制論的基本概念，指將系統的輸出返回到輸入端並以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程。

反饋可分為負反饋和正反饋。

負反饋使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨於穩定；

正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用。

對負反饋的研究是控制論的核心問題。

在大自然中最簡單的負反饋調節的例子就是老鷹抓兔子。

老鷹抓兔子，不但能準確抓到固定不動的兔子，甚至連飛速躲避的兔子都能住到。

原因在於，老鷹不是按照事先計算好的路線飛行的，而是在發現兔子後，用眼睛估計自己與兔子之間的大致距離和相對位置，然後選擇一個大致的方向向兔子飛去。

在這個過程中，眼睛一直盯著兔子，不斷報告大腦兔子的位置，不管兔子怎麼跑，大腦做出的決定都是為了縮小老鷹與兔子之間距離的差距。這種決定通過身體肌肉與翅膀來執行，隨時改變老鷹的飛行方向，使老鷹與兔子的距離越來越小，直到差距為零。

負反饋調節的本質在於設計了一個目標差不斷減少的過程，通過系統不斷把自己控制後果與目標作比較，使得目標差在一次一次控制中慢慢減少，最後達到控制的目的。

負反饋控制的兩個環節：

系統一旦出現目標差，便自動出現某種減少目標差的反應。

減少目標差的調節要一次一次地發揮作用，使得對目標的逼近能積累起來。

人們通過研究負反饋調節，將結論應用於導彈、發射衛星中，在工業中也產生了相應的自動控制理論，比如PID控制。

PID控制器（比例-積分-微分控制器）是一個在工業控制應用中常見的反饋迴路部件，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。PID控制的基礎是比例控制；積分控制可消除穩態誤差，但可能增加超調；微分控制可加快大慣性系統響應速度以及減弱超調趨勢。

不同的控制系統，其感測器、變送器、執行機構是不一樣的。比如壓力控制系統要採用壓力感測器，電加熱控制系統的感測器是溫度感測器。PID控制及其控制器或智能PID控制器已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產品，各大公司均開發了具有PID參數自整定功能的智能調節器(intelligent regulator），其中PID控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應演算法來實現。有利用PID控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現PID控制功能的可編程式控制制器(PLC），還有可實現PID控制的PC系統等等。

比如在產品生產環節中需要控制溫度與水分。溫度控制系統要採用溫度感測器，水分控制系統要用到水分儀。經過具有PID參數自整定功能的智能調節器來計算控制的差距，通過執行器控制閥門的開度來調節溫度和水分。

三、信息與控制

1、控制論與知行合一

「信息就是信息，不是物質也不是能量，否認信息者在當今世界將無法生存。」

這是創立控制論的羅伯特?維納曾說過的一句名言。名言之所以是名言，就在於它非凡的洞見性。可以說，從人類認識世界的物質、能量躍遷到信息，這不是量的積累，而是質的飛躍。

《列子》 中有一個紀昌學箭的故事。

紀昌向飛衛學射箭，飛衛沒有傳授具體的射箭技巧，卻要求他必須學會盯住目標而眼睛不能眨動。

紀昌花了兩年，練到即使椎子向眼角刺來也不眨一下眼睛的工夫。飛衛又進一步要求紀昌練眼力，標準要達到將體積較小的東西能夠清晰地放大，就像在近處看到一樣。

紀昌苦練三年，終於能將最小的虱子看成車輪一樣大，紀昌張開弓，輕而易舉地一箭便將虱子射穿。飛衛得知結果後，對這個徒弟極為滿意。

這個故事並不是說學本領要勤學苦練。 而是說明眼力和箭法的關係。用今天的話來說，就是只有獲得目標的足夠信息量，才能控制目標。

中國明代著名的哲學家王陽明首次提出「知行合一」。我們可以從控制論的角度來理解知行合一：知道做不到等於不知道。獲得了信息而不去實行控制，等於沒有獲取信息。

信息和控制的這種依附關係反映了認識論中「知」和「行」的統一。 知表示獲得信息，行表示實行控制。

人只有對外部世界有所認識，才可以能動地去改造它。反之，人們只有參與對外部世界的改造，才能夠獲得對他們的真知。

2、移動互聯網時代的媒體控制

20世紀20年代，李普曼就指出媒體具有左右我們信息環境的能力：

大眾媒體通過塑造「擬態環境」來影響我們對生活之外世界的感受，形成「頭腦中的世界圖景。」

今天，對於大多數人來說，手機已經成為我們身體的一部分。「擬態環境」對我們的影響更深更強。

比如最近火熱的抖音。就是利用演算法和大數據來實現媒體控制。

為什麼現在人都喜歡看抖音、玩遊戲而不喜歡讀書、鍛煉呢？

原因在於，抖音、遊戲能夠讓你得到快速的反饋，而學習不行。

我們來分析一下。

當你在刷抖音、玩遊戲的時候，隨隨便便幾個小時就沒了。

但是如果換成學習，時間就過得特別慢。

因為，一個視頻，從你看完到逗你笑只要幾秒鐘，逗你笑就是你得到的反饋;

因為，一個遊戲，從你開始玩很快就能得到反饋，獲得物品、殺死敵人、贏得勝利都是你得到的反饋。

但是看書、鍛煉你做了，不一定就能得到反饋，你就會覺得無聊。

鍛煉難、看書無聊，就是因為反饋周期長。

我之前的文章中曾經提到過的人生三大坑：莫名其妙湊熱鬧」、「心急火燎地隨大流」、「為別人操碎了心」。

這三個大坑就是我們寶貴的注意力被收割的點。目前的互聯網熱門的APP都採用的演算法推薦就是採用了縮短反饋周期的方法。

而當我們在做一些娛樂消遣獲得反饋且不用動腦子的事情時，時間真的過得特別快。

你不信健身房跑十分鐘試試，你刷抖音十分鐘很快就過去了。

你要是跑十分鐘步絕對過得很慢。

其實不僅限於抖音，但凡涉及到流量、演算法推薦的軟體，都在利用大數據掏空你的注意力。讓你陷入人生三大坑。而這種「娛樂至死」的產物，等脫離精神鴉片後，長此以往留下的只是空虛。

控制論之於生活，讓我懂了需要避開反饋周期短的事情，比如刷抖音、玩遊戲、刷朋友圈等等。越是反饋周期長的事情才越值得投入精力與時間，比如學習、鍛煉、寫作、學英語、繪畫、音樂等等。

記得《殺鵪鶉的少女》中有一段話：

「當你老了，回顧一生，就會發覺：什麼時候出國讀書，什麼時候決定做第一份職業，何時選定對象，什麼時候結婚，其實都是命運的巨變。只是當時站在三岔路口，眼見風雲千檣，你作出選擇的那一日，在日記上，相當沉悶和平凡，當時還以為是生命中普通的一天。」

那個燦爛而輝煌的人生，其實從你決定選擇反饋周期長的目標和選擇目標後堅定不移執行的那一刻，就已經開始了。

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