第二节 控制论及其相关理论

一、什么是控制论

控制论是研究各类系统控制规律的科学。它以各类系统所共有的通讯和控制方法的特征为研究对象，探讨不同物质基础的系统所具有的信息交换反馈调节、自组织、自适应等方面的共性，对这些共性问题进行新的概括和总结，以形成一整套适用于各门科学的共同语言、概念、模式和方法。与研究物质运动、能量转换的传统科学不同的是，控制论着重研究系统的信息和控制过程，其重心又在反馈上。它寻找并建构一个系统测定自己的作用和做出必要调整的方式，来改善系统的行为，使系统稳定地运行。

控制论的思想源远流长，但控制论的真正诞生却是在20世纪40年代。1943年，美国数学家、电信工程师维纳（Norbert Wiener）和工程师比奇洛（Julian Bigelow）以及神经生理学家罗森勃律特（Arturo Rosenblueth）一起发表了著名的《行动目的和目的论》一文，第一次明确地提出了控制论的基本思想。1948年，维纳的《控制论》一书出版，标志着这门学科的正式诞生，维纳成为控制论的创始人。

信息概念和反馈概念是控制论的基本概念。维纳认为，客观世界有一种普遍的联系，即信息联系。任何组织之所以能够保持自身的稳定性，是由于它具有输入、使用、储存和输出信息的方法。在这种信息的变换过程中，存在反馈信息。所谓反馈，是指一个系统的输出信息反作用于输入信息，并对信息再输出发生影响，起到控制和调节作用。维纳揭示了这种由信息和信息反馈构成的系统的自动控制系统，抓住了一切控制和通讯的共同特点，指出了机械系统内的负熵趋势，找到了机械模拟动物行为或功能的机制和科学基础。

控制论的发展经历了三个时期：第一个时期是20世纪四五十年代，是经典控制论时期，理论发展的势头很猛，出现了各种分支学科，如工程控制论、生物控制论、社会控制论和经济控制论等。第二个时期是20世纪60年代的现代控制论时期，导弹系统、人造卫星、航天系统的迅猛发展，使控制论的研究重点从单变量控制到多变量控制，从自动调节到最优调节。第三个时期是20世纪70年代以后的大系统理论时期。三年一届的国际控制论和系统论会议总是将主题确定在像经济控制、社会控制这样一些规模庞大、结构复杂、功能综合、因素众多的大系统研究课题上，把探索前沿伸向企业、城市和国家，乃至一个地区或整个地球空间，努力把握大系统的总体性能指标，并且在“人工智能”领域取得了可喜的进展。

二、控制方法

控制论重点探讨控制方法。所谓控制方法，是指系统在没有人直接参加的情况下，利用遥控器，通过信息变换和反馈作用，使被控对象能够自动按照人们预定的程序进行，最终达到最优目标。施控系统和被控系统的矛盾，是一切控制系统和控制过程的基本矛盾，控制论采用一组简单的工具对其进行处理，这就是传感器、比较器和催化剂。传感器向比较器提供反馈；比较器决定机器运转是否脱离了常模，然后向催化剂提供导向；催化剂输出信号以某种方式影响环境。这一输出—反馈—调整的基本过程是控制论的基础。

控制论所提供的方法包括信息方法、黑箱系统辨识法和功能模拟方法。信息方法着重研究系统中的信息变化规律，从信息方面来研究系统的功能，更好地输入、传递、加工和处理系统中的信息。黑箱系统辨识法认为，复杂系统除了可观察变量和可控制变量之外，还有许多不可观察和尚不可控制的变量。在这个意义上，可以把一个复杂系统称为黑箱。通过运用相对独立的原则，进行测试和主动实验，建立模型，能够辨识和阐明黑箱。功能模拟方法不考虑系统内部物质、能量、元件、结构和一个个因果对应关系的情况，而只考虑整个系统在功能上的等效性。控制方法的探索，不仅有利于控制论研究的深入，而且为现代科学方法论增添了活力。

三、反馈机制与模式

对反馈机制与模式的研究是控制论的核心部分。它要解决的问题是反馈机制在一个系统中的相对复杂度、功能强度和由此形成的反馈网络。罗森勃律特、维纳、比奇洛在大量的研究和实验中为我们提供了以下经典成果。

（一）控制复杂性模式

维纳等认为，反馈机制在复杂程度上差异很大，有积极与消极行为之分。前者来自系统自身，而后者来自外界刺激。比如跟朋友打招呼是积极行为，搔痒则是消极行为。积极行为又分为有目的的和无目的（随意）的。一切有目的的行为都要求反馈，而反馈的复杂性差别很大（见图2－2）。

在简单系统中，组织只是用关闭或开启对反馈做出反应，如恒温器就是一个简单反馈机制，如图2－3所示。

在图中，B为能源资源向受众C进行输出。A是对来自C的反馈做出反应控制机制，比如媒介机构对信息的处理。

复杂系统就需要用积极与消极反馈在行动期间做出调节适应。因为复杂系统可能具有预测性，也可能相反。预测的行为是基于预期的而不是实际的立场或反应。比如在世界杯足球赛中，优秀的球员之间的传球，往往是向“预测”中的位置传球，而不是接球队员此刻所站的位置。这期间就要使用控制机制。

由于系统的复杂性和输出的性质，控制机制本身在其所能施行的控制种类上有一定限制。维纳等人简约描述了以下可能发生的情形（见图2－4）。

图2－4中的第一个模型显示信号本身经过修改的情形，在这个模型中，信号经过A得到放大，比如扩声器对原来的讲话音量的扩大。第二个模型显示简单的开关装置，如恒温器或短路开关。第三个模型为选择控制，这里A根据标准选择频道或方位。

（二）功能模式

一个调节系统必须拥有某些控制准则。控制中心必须“知道”对怎样的环境条件做出反应以及怎样做出反应。反馈可根据系统对其做出反应的方式分积极的和消极的两类。消极反馈是现实变异的错误信息，系统通过减少或消除变异做出调节。在自身平衡中消极反馈是最重要的反馈，因为它维持了一种稳定的状态。

一个系统的反应也可以是扩大或维持变异，在此情况下反馈就是积极的。经济学中的膨胀循环就是一个积极反馈效应的例子。在传播中当说话者从听话者那里接收到消极反馈，他或她就知道自己未击中目标。来自对方的消极反馈一般要求在策略上做出改变以缩短说话者希望对方做出的反应和实际反应之间的差距。无论是在机械或人类系统中，对消极反馈的反应都是“缩短、减缓、停止”；而对积极反馈的反应是“增强、保持、继续”。

我们在图2－5中可以看到系统发生变异的情况。

在“稳定状态”时间中，消极反馈发出偏离标准的信号，系统为了回到正常轨道而做出调节。它使得系统永远不会偏离自己希望的状态。如传播中输出的暴力和色情类信息太滥，社会公众的不满情绪就会促使传媒自我修正以回到正常轨道上来。

在“增长状态”时间中，系统发生了变异，而且积极反馈保持着这一变异，其结果是系统一步步脱离原来的状态以至最终崩溃。比如处于变革和转型时期的社会旧系统，其原有的社会运行机制必然会在系统转向新的发展方向过程中被分裂和扬弃。当然，积极反馈并不意味着是“好”的反馈；而消极反馈不一定是“坏”的反馈，因为系统需要它来保持平衡。

在“变化状态”时间中，系统由一种状态转向另一种状态。它需要积极和消极两种反馈。积极反馈使系统转向新的方向，消极反馈则在某一层次上出现以使系统保持平衡。

（三）网络模式

在复杂系统中，一系列反馈回路存在于系统内和子系统之间并形成网络。但无论网络怎么复杂，事物总是会回到原来的起点。请见图2－6的城市化例子。

在此图中，加号（+）代表积极关系，减号（－）代表消极关系。在积极关系中，变量共同增长或减少。在消极关系中，随着一个变量的增长，另一个变量会相应减少。例如，随着城市人口（P）的增加，现代化也在增长。而随着现代化的增长，向城市移民的人数也增长了，这又进一步扩大了城市人口。这一关系是积极反馈回路的例子。消极关系则见于疾病数（D）对人口（P）的影响。

如上所示，控制论是系统论中的一个重要概念，因为它解释了系统的这样一些特征：整体性，即系统的一部分脱离它在子系统中的反馈回路就不能被理解；互相依赖性，指子系统受到共同反馈的制约；自我调节，即一个系统通过对积极和消极反馈做出适当的反应而保持平衡并产生变化；系统与环境的交互变化，指输入和输出形成反馈回路。

尽管这些控制论概念起源于生理学、工程学和数学，可是，正如控制论的创立者维纳明确指出的那样：“这一控制原则不仅适用于巴拿马运河船闸，而且适用于国家、军队和个人……这一社会反馈问题具有极大的社会学和人类学的意义。”