信息时代的三大科学基础之一——控制论

2024年2月21日
琶洲实验室
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导读:今天我们要讨论的话题,与一个时髦的名词有关:赛博朋克。霓虹灯、义体、民间黑客……在影视作品和电子游戏的加持下,赛博朋克成为了一种荒诞离奇的艺术表现,相关科幻作品故事情节往往围绕人工智能、科技巨头等而展开。其实,赛博朋克背后与一个严肃的学术概念有着密切联系。

2020年发售的游戏《赛博朋克2077》围绕人工智能技术高度发达的虚构世界观,讲述了主角对抗利用人工智能实施垄断、控制社会的巨型科技企业的故事。

控制论概述

控制论(Cybernetics)由美国数学家诺伯特·维纳(Norbert Wiener)于1948年提出,是一种跨学科的理论,涉及工程学、数学、经济学、生物学等多个领域。维纳将控制论定义为动物与机器中控制和通讯的科学。通俗地讲,控制论可以理解为研究系统如何实现目标的科学。这里的系统可以是生物、机器、社会或者任何由多个部分组成的整体。

控制论的核心思想之一在于反馈。根据系统实际的输出与期望输出的误差,不断调整输入,消除误差,从而实现系统的控制目标。控制论的另一个核心思想是通信的普遍作用,即控制必然涉及到信息交换,反馈则需要多轮信息交换。

导读提到的赛博朋克“Cyberpunk”这个词,便是由控制论英文前缀“Cyber”和反叛的英文“punk”构成,集中表达了创作者对信息技术过度发展造成人机冲突、社会失序等问题的科幻设想,并逐步演变为一个艺术流派。

控制论奠基人:诺伯特·维纳(1894-1964)

控制论应用

1948年,诺伯特的《控制论》出版,开启了人类系统研究、应用控制论理论的时代。我国著名科学家钱学森于1954年在美国出版了《工程控制论》著作,重点探究控制论在工程设计中的实际应用。工程控制论在二十世纪四五十年代广泛用于船舶、火炮等机电系统操纵,提出和解决了大系统、复杂系统和复杂巨系统的组织管理和控制中的大量理论和实践问题,也能对工业布局、经济规划等宏观战略提供方法指导。

在信息时代,控制论早已经深入人类生产生活的方方面面,大到工厂建设、小到手边的遥控器、热水壶,无不需要在控制论基础上建立有效的反馈,使设备按照原定方式顺利工作,并根据周边环境变化做出及时调整。除了工程控制论以外,生物控制论、经济控制论、社会控制论、人口控制论等学说也产生了广泛影响,推动人类社会的不断进步。

我国著名科学家钱学森先生

他撰写的《工程控制论》至今仍有重要影响力
现代工业生产离不开控制论的指导

作者介绍

张银炎

琶洲实验室青年学者项目主持人,暨南大学网络空间安全学院研究员。2019年博士毕业于香港理工大学。主要研究方向包括多智能体系统控制与安全、计算智能。目前担任IEEE Transactions on Industrial Electronics, Neural Processing Letters等期刊的副编辑。曾入选斯坦福大学发布的全球前2%科学家榜单。

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