历史百科人类认识世界的新途径——信息论、控制论诞生

Posted 2022-02-26 控制论

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历史百科人类认识世界的新途径——信息论、控制论诞生

人类认识世界的新途径——信息论、控制论诞生

系统论、信息论、控制论作为新兴的学科，是20世纪最重要的理论成果之一。而1948年作为特殊的一年，同时记录了信息论和控制论的诞生，这看似历史的偶然，但其背后也有着科学发展的必然性。

信息论是运用数学方法研究信息的计量、传递、变换和储存的科学。一般认为，信息是人类社会、生物和机器等不同领域普遍联系的一种重要中介。信息同样是物质的普遍属性之一，它存在于人类生活的所有方面。

人类从远古时起就已开始了解和利用信息。19世纪电的广泛使用加速了科学技术的发展，信息传递进入了新的历史时期。在此基础上，20世纪20年代开始了信息论的早期研究工作。美国数学家申农是信息论的创始人，他在30年代即开始研究布尔等前人的理论，并从40年代初开始研究信息论。1948年，他在《贝尔系统技术》杂志上发表论文《通讯的数学理论》，从理论上阐释了通讯系统模型的基本理论问题，奠定了信息论的基础。申农论文的发表标志着信息论的诞生，他不仅第一次提出了通讯系统的模型，同时提出了度量信息量的数学公式，初步解决了如何从信息接收端提取由信息源发来的消息的技术性问题，同时还阐述了如何充分利用信道的容量，得以最大的速率传递最大的信息量的问题。

继申农之后，美国数学家维纳从控制论角度提出了更为广义的信息概念，使信息论由只研究通讯领域里信息规律的狭义信息论过渡到研究所有与信息有关的领域的广义信息论。维纳因此也成为信息论泰斗。然而，维纳所以传名于世，主要还因为他是控制论的创始人。控制论是自动控制、电子技术、通讯理论、神经生理学、数理逻辑、统计力学等学科迅速发展、相互渗透的产物。所谓控制，是指一个系统以其内部或外部条件的变化为依据而去进行调整，以克服不确定性，使系统稳定地保持或达到某种预定状态的过程。控制论就是研究社会、生物机体和机器的共同控制规律的科学。它将经济系统、生物系统、工程系统等各种控制系统的具体特点抽掉，去研究抽象的控制系统的一般规律。

维纳曾指出：“我接触控制论的思想要追溯到1919年。”当时他在研究勒贝格积分时和以后研究布朗运动及统计力学问题时，已初步为控制论奠定了理论基础。从20年代末到30年代末10余年间，维纳在麻省理工学院任教，接触到大量的工程问题，对机器运算产生了浓厚兴趣。他在1940年向主管全美科研成果的布希教授提出研制数学电子计算机的5点建议，但未能实施。二战爆发后，维纳参加了防空系统的预测理论和火炮自动控制的研究工作，对控制论的创立具有重要意义。在这过程中，维纳系统地研究了反馈原理。1943年维纳与罗森勃吕特共同发表了《行为、目的和目的论》，文章首次将动物的目的性行为赋予机器，标志着控制论萌芽的产生。1944年，数学家冯·诺伊曼和经济学家摩根希发表《博弈论和经济行为》，为控制论提供了理论根据。

1946年电子计算机的问世，证明了1940年维纳建议的正确，被认为是控制理论成功的具体实践，对维纳的控制论研究也是极大的鼓舞。电子计算机是一个典型的控制机器，它加速了控制论作为一个独立学科的诞生。1947年，维纳出席了在法国南锡举行的调和分析的数学会议，他在会上接受了赫曼公司的要求，于1948年出版了专著《控制论》，标志着这个学科正式诞生。维纳在这部书中将控制论定义为研究“关于动物和机器中控制和通讯的科学”。他把机器系统的信息、反馈等概念引入生物系统，同时又把生物系统的自组织、自适应等概念引入机器系统，这样便提供了运用于作为联结各学科纽带的共同的语言、概念、模型和方法。控制论从其诞生起，即表明其跨越生物、机器等不同领域的横断学科的特点。维纳的控制论被称为经典控制论，后来又发展出了现代控制论。

信息论和控制论的产生，为现代科学技术的发展提供了新概念、新思路、新方法，沟通了自然科学与社会科学的联系，极大地改变了世界的科学图景和当代科学家的思维方式。控制论、信息论和系统论一样，虽是从自然科学中总结出来的科学方法，但它们具有一般科学方法论的意义，故称其为横向型学科或横断性学科，是人们认识世界改造世界的强有力的思想武器。

信息论的创始人申农

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