控 制 論（一）
控制論的基本理論是維納于1948年在他的名著(zhù)《控制論：或關(guān)于在動(dòng)物和機器中控
制和通信的科學(xué)》一書(shū)中奠定的。
這部控制論的奠基性著(zhù)作和仙農的信息論在開(kāi)創(chuàng )性著(zhù)作《通信的數學(xué)理論》在同一
年問(wèn)世，這不是偶然的。事實(shí)上，他們兩人在各自創(chuàng )立信息論和控制論的前后，都在幾
乎同樣的領(lǐng)域內工作：
維納活躍在自動(dòng)控制、通信、計算機和生物學(xué)領(lǐng)域，
仙農則在自動(dòng)機、博奕、布爾邏輯、計算機、學(xué)習機和通信等方面發(fā)表了許多出色
的論文。
控制的基礎在信息，沒(méi)有信息，控制就會(huì )是盲目的，就不能夠達到控制的目的；而
控制正是要從有關(guān)的信息中尋找正確的方向和策略。信息不但是控制的基礎，同時(shí)又是
控制的出發(fā)點(diǎn)、前提和控制的歸宿--改變控制對象的運動(dòng)狀態(tài)方式，使之適合于控制者
設定的目的。
正因為如此，控制論的主要奠基人之一維納（N. Wiener）才把控制論定義為"機器
與動(dòng)物中的通信與控制問(wèn)題"，并且指出："這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵并不是圍繞著(zhù)電工技術(shù)，而
是圍繞著(zhù)更為基本的信息概念"；"工程中的控制理論，不論是關(guān)于人、動(dòng)物還是機器，
都不過(guò)是信息理論中的一部分罷了"。
控制論（Cybernetics）
(二)
控制論是研究各類(lèi)系統的調節和控制規律的科學(xué)。它是自動(dòng)控制、通訊技術(shù)、計算
機科學(xué)、數理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統計力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的
一門(mén)橫斷性學(xué)科。它研究生物體和機器以及各種不同基質(zhì)系統的通訊和控制的過(guò)程，探
討它們共同具有的信息交換、反饋調節、自組織、自適應的原理和改善系統行為、使系
統穩定運行的機制，從而形成了一大套適用于各門(mén)科學(xué)的概念、模型、原理和方法?？?br>制論創(chuàng )始人維納在他的《控制論》一書(shū)的副標題上標明，控制論是“關(guān)于在動(dòng)物和機器
中控制和通訊的科學(xué)”。 控制論一詞Cybernetics，來(lái)自希臘語(yǔ)，愿意為掌舵術(shù)，包含
了調節、操縱、管理、指揮、監督等多方面的涵義，維納以它作為自己創(chuàng )立的一門(mén)新學(xué)
科的名稱(chēng)，正是取它能夠避免過(guò)分偏于哪一方面，“不能符合這個(gè)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展”和
“紀念關(guān)于反饋機構的第一篇重要論文”的意思。 控制論是多門(mén)科學(xué)綜合的產(chǎn)物也是許
多科學(xué)家共同合作的結晶。但是，控制論的誕生和發(fā)展是與美國數學(xué)諾伯特.維納的名字
聯(lián)系在一起的。 維納少年時(shí)是一位天才的神童，他11歲上大學(xué)，學(xué)數學(xué)，但喜愛(ài)物理、
無(wú)線(xiàn)電、生物和哲學(xué)，14歲考進(jìn)哈佛大學(xué)研究生院學(xué)動(dòng)物學(xué)，后又去學(xué)哲學(xué)，18歲時(shí)獲
得了哈佛大學(xué)的數理邏輯博士學(xué)位。1913年剛剛畢業(yè)的維納又去歐洲向羅素和希爾伯特
這些數學(xué)大師們學(xué)習數學(xué)。正是多種學(xué)科在他頭腦里的匯合，才結出了控制論這顆綜合
之果。維納在1919年研究勒貝格積分時(shí)，就從統計物理方面萌發(fā)了控制論思想。第二次
世界大戰期間，他參加了美國研制防空火力自動(dòng)控制系統的工作，提出了負反饋概念，
應用了功能模擬法，對控制論的誕生起了決定性的作用。1943年維納與別格羅和羅森勃
呂特合寫(xiě)了《行為、目的和目的論》的論文，從反饋角度研究了目的性行為，找出了神
經(jīng)系統和自動(dòng)機之間的一致性。這是第一篇關(guān)于控制論的論文。這時(shí)，神經(jīng)生理學(xué)家匹
茨和數理邏輯學(xué)家合作應用反饋機制制造了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型。第一代電子計算機的設
計者艾肯和馮.諾依曼認為這些思想對電子計算機設計十分重要，就建議維納召開(kāi)一次關(guān)
于信息、反饋問(wèn)題的討論會(huì )。1943年底在紐約召開(kāi)了這樣的會(huì )議，參加者中有生物學(xué)家
、數學(xué)家、社會(huì )學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家，他們從各自角度對信息反饋問(wèn)題發(fā)表意見(jiàn)。以后又連
接舉行這樣的討論會(huì )，對控制論的產(chǎn)生起了推動(dòng)作用。1948年維納的《控制論》出版，
宣告了這門(mén)科學(xué)的誕生?？刂普摰难芯勘砻?，無(wú)論自動(dòng)機器，還是神經(jīng)系統、生命系統
，以至經(jīng)濟系統、社會(huì )系統，撇開(kāi)各自的質(zhì)態(tài)特點(diǎn)，都可以看作是一個(gè)自動(dòng)控制系統。
在這類(lèi)系統中有專(zhuān)門(mén)的調節裝置來(lái)控制系統的運轉，維持自身的穩定和系統的目的功能
?？刂茩C構發(fā)出指令，作為控制信息傳遞到系統的各個(gè)部分（即控制對象）中去，由它
們按指令執行之后再把執行的情況作為反饋信息輸送回來(lái)，并作為決定下一步調整控制
的依據。 這樣我們就看到，整個(gè)控制過(guò)程就是一個(gè)信息流通的過(guò)程，控制就是通過(guò)信息
的傳輸、變換、加工、處理來(lái)實(shí)現的。反饋對系統的控制和穩定起著(zhù)決定性的作用，無(wú)
論是生物體保持自身的動(dòng)態(tài)平穩（如溫度、血壓的穩定），或是機器自動(dòng)保持自身功能
的穩定，都是通過(guò)反饋機制實(shí)現的。反饋是控制論的核心問(wèn)題?？刂普摼褪茄芯咳绾卫?br>用控制器，通過(guò)信息的變換和反饋作用，使系統能自動(dòng)按照人們預定的程序運行，最終
達到最優(yōu)目標的學(xué)問(wèn)?？刂普撌蔷哂蟹椒ㄕ撘饬x的科學(xué)理論?？刂普摰睦碚?、觀(guān)點(diǎn)，可
以成為研究各門(mén)科學(xué)問(wèn)題的科學(xué)方法，這就是撇開(kāi)各門(mén)科學(xué)的質(zhì)的特點(diǎn)，把它們看作是
一個(gè)控制系統，分析它的信息流程、反機制和控制原理，往往能夠尋找到使系統達到最
佳狀態(tài)的方法。這種方法稱(chēng)為控制方法?？刂普摰闹饕椒ㄟ€有信息方法、反饋方法、
功能模擬方法和黑箱方法等。信息方法是把研究對象看作是一個(gè)信息系統，通過(guò)分析系
統的信息流程來(lái)把握事物規律的方法。反饋方法則是動(dòng)用反饋控制原理去分析和處理問(wèn)
題的研究方法。所謂反饋控制就是由控制器發(fā)出的控制信息的再輸出發(fā)生影響，以實(shí)現
系統預定目標的過(guò)程，正反饋能放大控制作用，實(shí)現自組織控制。但也使偏差愈益加大
，導致振蕩。負反饋能糾正偏差，實(shí)現穩定控制，但它減弱控制作用、損耗能量。功能
模擬法，就是用功能模型來(lái)模仿客體原型的功能和行為的方法。所謂功能模型就是只以
功能行為是相似為基礎而建立的模型。如獵手瞄準獵物的過(guò)程與自動(dòng)火炮系統的功能行
為是相似的，但二者的內部結構和物理過(guò)程是截然不同的，這就是一種功能模擬。功能
模擬法為仿生學(xué)、人工智能、價(jià)值工程提供了科學(xué)方法。黑箱方法也是控制論的主要方
法。黑箱就是指那些不能打開(kāi)箱蓋，又不能從外部觀(guān)察內部狀態(tài)的系統。黑箱方法就是
通過(guò)考察系統的輸入與輸出關(guān)系認識系統功能的研究方法。它是探索復雜大系統的重要
工具。 控制論誕生后，得到了廣泛地應用與迅猛地發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期。第
一個(gè)時(shí)期為本世紀50年代，是經(jīng)典控制論時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的代表著(zhù)作有我國著(zhù)名科學(xué)家
錢(qián)學(xué)森1945年在美國發(fā)表的《工程控制論》。第二個(gè)時(shí)期是60年代的現代控制論時(shí)期。
導彈系統、人造衛星，生物系統研究的發(fā)展，使控制論的重點(diǎn)從單變量控制到多變量控
制，從自動(dòng)調節向最優(yōu)控制，由線(xiàn)性系統向非線(xiàn)性系統轉變。美國卡爾曼提出的狀態(tài)空
間方法以及其它學(xué)者提出的極大值原理和動(dòng)態(tài)規劃等方法，形成了系統測辨、最優(yōu)控制
、自組織、自適應系統等現代控制理論。第三時(shí)期是70年代后的大系統理論時(shí)期?？刂?br>論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟控制論、社會(huì )控制論發(fā)展。1975年國際控制論和系
統論第三屆會(huì )議，討論的主題就是經(jīng)濟控制論的問(wèn)題。1978年的第四屆會(huì )議，主題又轉
向了社會(huì )控制論。電子計算機的廣泛應用和人工智能研究的開(kāi)展，使控制系統顯現出規
模龐大，結構復雜，因素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統理論發(fā)展。在
1976年國際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì )的學(xué)術(shù)會(huì )上，專(zhuān)題討論了“大系統理論及應用”問(wèn)題?？刂?br>論也形成了工程控制論、生物科。其中生物控制論又分化出神經(jīng)控制論、醫學(xué)控制論、
人工智能研究和仿生學(xué)研究。社會(huì )控制論則把控制論應用于社會(huì )的生產(chǎn)管理、效能運輸
、電力網(wǎng)絡(luò )、能源工程、環(huán)境保護、城市建議，以至社會(huì )決策等方面。維納在1950年出
版的《人有人的用處 控制論和社會(huì )》一書(shū)中著(zhù)重論述了通信、法律、社會(huì )政策等等與控
制論的聯(lián)系。阿希貝1958年發(fā)表的《控制論在生物學(xué)和社會(huì )中的應用》一文，認為運用
非線(xiàn)性系統的控制理論，可以研究社會(huì )系統。 控制論具有十分重要的理論意義和實(shí)踐意
義，它體現了現代科學(xué)整體化發(fā)展趨勢，為現代科學(xué)技術(shù)提供了新的思路和科學(xué)方法。
我國際60年代初就開(kāi)始翻譯介紹控制論的著(zhù)作，但是，只是近年來(lái)才開(kāi)始對它進(jìn)行廣泛
而深入的研究。在經(jīng)濟、人口、能源、生產(chǎn)管理等方面，開(kāi)始運用控制論建立數學(xué)模型
。如投入產(chǎn)出模型、人口模型等，在運用中都取得了良好的效果?？刂普撨@門(mén)新興學(xué)科
，在我國具有十分闊的發(fā)展前景。
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