Черный ящик
| Системы черного ящика | |
|---|---|
 | |
| Система | |
| Черный ящик , машина Oracle | |
| Методы и техники | |
| Тестирование «черного ящика» , «черный ящик» | |
| Связанные методы | |
| Упреждение , Обфускация , Распознавание образов , Белый ящик , Тестирование белого ящика , Тестирование серого ящика , Идентификация системы | |
| Основы | |
| Априорная информация , Системы управления , Открытые системы , Исследование операций , Термодинамические системы | |
В науке, вычислительной технике и технике черный ящик — это система, которую можно рассматривать с точки зрения ее входных и выходных данных (или передаточных характеристик ) без каких-либо знаний о ее внутренней работе. Его реализация «непрозрачная» (черная). Этот термин может использоваться для обозначения многих внутренних механизмов работы, например, работы транзистора , двигателя , алгоритма , человеческого мозга , учреждения или правительства .
Чтобы проанализировать открытую систему с помощью типичного подхода «черного ящика», будет учитываться только поведение стимула/реакции, чтобы сделать вывод о (неизвестном) ящике . Обычным представлением этой «системы черного ящика» является диаграмма потока данных , центрированная в ящике.
Противоположностью черного ящика является система, внутренние компоненты или логика которой доступны для проверки, и которую чаще всего называют белым ящиком (иногда также известным как «прозрачный ящик» или «стеклянный ящик»).
История
[ редактировать ]
Современное значение термина «черный ящик», по-видимому, вошло в английский язык примерно в 1945 году. В теории электронных цепей процесс синтеза сетей на основе передаточных функций , который привел к тому, что электронные схемы стали рассматриваться как «черные ящики», характеризующиеся их реакцией на сигналы, подаваемые в их порты , можно проследить до Вильгельма Кауэра , который опубликовал свои идеи в наиболее развитой форме в 1941 году. [1] Хотя сам Кауэр не использовал этот термин, другие его последователи определенно описывали этот метод как анализ черного ящика. [2] Витольд Белевич [3] ставит концепцию черных ящиков еще раньше, приписывая явное использование двухпортовых сетей в качестве черных ящиков Францу Брейзигу в 1921 году и утверждает, что до этого двухполюсные компоненты неявно рассматривались как черные ящики.
Полное изложение кибернетики . дал Росс Эшби в 1956 году [4] Черный ящик был описан Норбертом Винером в 1961 году как неизвестная система, которую необходимо было идентифицировать с помощью методов системной идентификации . [5] Он видел первый шаг в самоорганизации в возможности копировать выходное поведение черного ящика. Многие другие инженеры, ученые и эпистемологи, такие как Марио Бунге , [6] использовал и усовершенствовал теорию черного ящика в 1960-х годах.
Теория систем
[ редактировать ]
В теории систем черный ящик — это абстракция, представляющая класс конкретной открытой системы , которую можно рассматривать исключительно с точки зрения ее входных стимулов и выходных реакций :
Состав и структура коробки совершенно не имеют отношения к рассматриваемому подходу, который является чисто внешним или феноменологическим. Другими словами, будет учитываться только поведение системы.
Понимание черного ящика основано на «принципе объяснения», гипотезе причинно -следственной связи между входом и выходом . Этот принцип гласит, что вход и выход различны, что система имеет наблюдаемые (и связанные) входы и выходы и что система черна для наблюдателя (неоткрываема). [7]
Регистрация наблюдаемых состояний
[ редактировать ]Наблюдатель делает наблюдения во времени. Все наблюдения за входами и выходами черного ящика можно записать в таблицу, в которой в каждый момент времени ящика записываются состояния различных частей , входа и выхода. Таким образом, используя пример из Эшби , исследование коробки, упавшей с летающей тарелки, может привести к такому протоколу: [4]
| Время | Состояния ввода и вывода |
|---|---|
| 11:18 | Я ничего не делал — Коробка издавала ровный гул на частоте 240 Гц. |
| 11:19 | Я нажал переключатель с надписью «К»: нота выросла до 480 Гц и осталась постоянной. |
| 11:20 | Я случайно нажал кнопку с надписью «!» — температура в боксе выросла на 20 °C. |
| ... | И т. д. |
Таким образом, каждая система, по сути, исследуется посредством набора длинного протокола, растянутого во времени, показывающего последовательность входных и выходных состояний. Из этого следует фундаментальный вывод, что все знания, полученные из черного ящика (о данных входных и выходных данных), являются такими, которые могут быть получены путем перекодирования протокола ( таблицы наблюдения ); все это, и ничего больше. [4]
Если наблюдатель также контролирует входные данные, исследование превращается в эксперимент (иллюстрацию), и гипотезы о причине и следствии могут быть проверены напрямую.
Когда экспериментатор также заинтересован в управлении ящиком, в отношениях ящик/наблюдатель возникает активная обратная связь, способствующая тому, что в теории управления называется архитектурой прямой связи .
Моделирование
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2019 г. ) |
Процесс моделирования представляет собой построение прогнозной математической модели с использованием существующих исторических данных (таблицы наблюдений).
Тестирование модели черного ящика
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2019 г. ) |
Разработанная модель черного ящика является проверенной моделью, когда тестирования черного ящика методы [8] гарантирует, что это так, основано исключительно на наблюдаемых элементах.
При обратном тестировании при тестировании модели черного ящика всегда используются несвоевременные данные. Данные должны быть записаны до того, как они будут извлечены для ввода в черный ящик.
Другие теории
[ редактировать ]
Теории черного ящика — это теории, определяемые только с точки зрения их функции. [9] [10] Этот термин можно применять в любой области, где исследуются отношения между аспектами внешнего вида системы (внешняя часть черного ящика), без попытки объяснить, почему эти отношения должны существовать (внутренняя часть черного ящика). . В этом контексте теорию гравитации Ньютона можно назвать теорией черного ящика. [11]
В частности, исследование сосредоточено на системе, которая не имеет сразу очевидных характеристик и, следовательно, имеет только факторы для рассмотрения, содержащиеся внутри нее, скрытой от непосредственного наблюдения. В первую очередь предполагается, что наблюдатель невежественен, поскольку большая часть доступных данных хранится во внутренней ситуации, вдали от поверхностных исследований. Элемент черного ящика определения характеризуется системой, в которой наблюдаемые элементы входят в, возможно, воображаемый ящик, из которого возникает набор различных выходных данных, которые также являются наблюдаемыми. [12]
Усыновление в гуманитарных науках
[ редактировать ]В гуманитарных дисциплинах, таких как философия сознания и бихевиоризм , одним из применений теории черного ящика является описание и понимание психологических факторов в таких областях, как маркетинг, применительно к анализу поведения потребителей . [13] [14] [15]
Теория черного ящика
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2019 г. ) |
Теория черного ящика имеет еще более широкое применение, чем профессиональные исследования:
Ребенок, который пытается открыть дверь, должен манипулировать ручкой (вход), чтобы произвести желаемое движение защелки (выход); и он должен научиться контролировать одно с помощью другого, не имея возможности видеть внутренний механизм, который их связывает. В нашей повседневной жизни мы на каждом шагу сталкиваемся с системами, внутренние механизмы которых не полностью открыты для проверки и которые необходимо лечить методами, подходящими для «черного ящика».
— Эшби [4]
(...) Это простое правило оказалось очень эффективным и является иллюстрацией того, как принцип черного ящика в кибернетике можно использовать для управления ситуациями, которые, если в них глубоко вникнуть, могут показаться очень сложными.
Еще одним примером применения принципа «черного ящика» является лечение психически больных. Человеческий мозг, безусловно, является «черным ящиком», и, хотя продолжается большое количество неврологических исследований, направленных на понимание механизма работы мозга, прогресс в лечении также достигается путем наблюдения за реакцией пациентов на раздражители.- Дакворт, Гир и Локетт [16]
Приложения
[ редактировать ]
Информатика и математика
[ редактировать ]- В компьютерном программировании и разработке программного обеспечения тестирование черного ящика используется для проверки того, что выходные данные программы соответствуют ожиданиям при определенных входных данных. [17] Термин «черный ящик» используется потому, что фактическая выполняемая программа не проверяется.
- В программа « целом, черный ящик» — это программа, в которой пользователь не может видеть внутреннюю работу (возможно, потому, что это программа с закрытым исходным кодом ), или программа, не имеющая побочных эффектов и функцию которой не нужно проверять, программа, подходящая для повторное использование.
- Также в вычислительной технике черный ящик относится к оборудованию, предоставленному поставщиком с целью использования продукта этого поставщика. Зачастую поставщик обслуживает и поддерживает это оборудование, а компания, получающая «черный ящик», обычно не вмешивается.
- В математическом моделировании — предельный случай.
Наука и технологии
[ редактировать ]- В нейронных сетях или эвристических алгоритмах (компьютерные термины, обычно используемые для описания «обучающихся» компьютеров или «моделирования искусственного интеллекта») черный ящик используется для описания постоянно меняющейся части программной среды, которую программистам нелегко протестировать. Это также называется белым ящиком в том контексте, что код программы можно увидеть, но код настолько сложен, что функционально эквивалентен черному ящику.
- В физике черный ящик — это система, внутренняя структура которой неизвестна или не требует рассмотрения для какой-либо конкретной цели.
- В криптографии для отражения понятия знаний, полученных алгоритмом посредством выполнения криптографического протокола, такого как протокол доказательства с нулевым разглашением . Если выходные данные алгоритма при взаимодействии с протоколом совпадают с выходными данными симулятора с учетом некоторых входных данных, ему нужно знать только входные данные.
Другие приложения
[ редактировать ]- В философии и психологии школа бихевиоризма рассматривает человеческий разум как черный ящик; [18] посмотреть другие теории .
См. также
[ редактировать ]- Группа «черный ящик»
- Черный ящик
- Самописец полета
- Модель серого ящика
- Гистерезис
- Открытая система :
- Мультиагентная система
- Прогнозирование / Ретродиктация
- Связанные теории
- Идентификация системы
- Модель «стимул-реакция»
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кауэр, Вильгельм; Теория линейных цепей переменного тока , Том I , Akademische Verlags-Gesellschaft Becker and Erler, Лейпциг, 1941.
- ^ Кауэр, Эмиль; Матис, Вольфганг; и Паули, Райнер; «Жизнь и работа Вильгельма Кауэра (1900–1945)», Труды четырнадцатого международного симпозиума по математической теории сетей и систем (MTNS2000) , стр. 4, Перпиньян, июнь 2000 г. Получено онлайн 19 сентября 2008 г.
- ^ Белевич, Витольд; «Краткое содержание истории теории цепей», Труды IRE , том 50 , выпуск 5, стр. 848–855, май 1962 г.
- ^ Jump up to: а б с д Эшби, В. Росс; Введение в кибернетику , Лондон: Chapman & Hall, 1956, глава 6: Черный ящик , стр. 86–117.
- ^ Винер, Норберт; Кибернетика: или Управление и коммуникация в животном и машине , MIT Press , 1961, ISBN 0-262-73009-X , стр. xi
- ^ Jump up to: а б Бунге, Марио; «Общая теория черного ящика», Philosophy of Science, Vol. 30, № 4, 1963, стр. 346-358. jstor/186066
- ^ Гланвилл, Ранульф; «Черные ящики», Кибернетика и человеческое познание, 2009, стр. 153–167.
- ^ См. например. британский стандарт BS 7925-2 (тестирование компонентов программного обеспечения) или его рабочий проект 2001 года,
BCS SIGIST (Группа специалистов Британского компьютерного общества по тестированию программного обеспечения), «Стандарт для тестирования компонентов программного обеспечения», рабочий проект 3.4, веб-страница от 27 апреля 2001 г. - ^ Определение с сайта Answers.com
- ^ Клара, Паркер (1963). «Общая теория черного ящика» . Философия науки . 30 (4). Марио Бунге: 346–358. дои : 10.1086/287954 . S2CID 123014360 . Проверено 23 декабря 2020 г.
- ^ Винсент Уилмот, «Сэр Исаак Ньютон - математические законы, теория черного ящика» , new-science-theory.com, получено 13 октября 2022 г.
- ^ Бунге, М. (1963). «Общая теория черного ящика» . Философия науки . 30 (4): 346–358. дои : 10.1086/287954 . JSTOR 186066 . Проверено 8 января 2024 г.
- ↑ Институт рабочего будущего. Архивировано 26 июня 2012 года в Wayback Machine, часть углубленного диплома в области логистики и менеджмента. Проверено 09.11.2011.
- ^ Теория черного ящика, используемая для понимания маркетинга поведения потребителей. Ричард Л. Сандхусен. Проверено 09.11.2011.
- ^ дизайн веб-сайтов. Проверено 09.11.2011.
- ^ WE Duckworth, AE Gear и AG Lockett (1977), «Руководство по операционным исследованиям». дои : 10.1007/978-94-011-6910-3
- ^ Бейзер, Борис; Тестирование черного ящика: методы функционального тестирования программного обеспечения и систем , 1995, ISBN 0-471-12094-4
- ^ «Разум как черный ящик: бихевиористский подход», стр. 85-88, Фриденберг, Джей; и Сильверман, Гордон; Когнитивная наука: введение в исследование разума , Sage Publications, 2006.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
