维纳

第二次世界大战初期，德国空军占优势地位，盟国防空武器的防御力量显得单薄，防空问题变得重要起来。由于飞机航速不断增快，飞行员又采取机动多变的飞行路线，使得防空火炮的瞄准十分困难。人工操纵火炮的反应很难跟上，命中率极低，必须采用自动控制装置。这种装置得解决两个问题：一是预测飞机的飞行方向和速度；二是要找到一种机械方法来模拟炮手的行为，以尽量减少人和其他偶然因素的影响。许多专家和学者都在抓紧研究和解决这些问题。 美国科学家维纳也在这批研究人员的行列之中。他提出了解决问题的有效方案。对于第一个问题，维纳是用统计学的观点加以解决的。在对炮火的自动控制中，首先要求能预测飞机在下一时刻将达到的位置，以指挥炮位。维纳用调和分析的数学方法来处理飞行轨道的时间序列，能从时间序列的过去数据推知未来或预测未来，这种方法后来被称为“维纳滤波理论”。他还把控制和通信统一起来加以处理，从更广泛的意义上理解信息，把信息作为研究控制和通信过程的关键因素。对于第二个问题，维纳把火炮打飞机的动作过程与狩猎的行为过程进行类比。他提出了一个重要的概念，即反馈的概念。他认识到使系统的行为能保持稳定运行的方法之一，是把活动结果的信息反馈到控制器中，以便调节或控制系统的运行。维纳发现，司机驾驶汽车，为使这一系统能够保持稳定的活动，即不偏离行进路线到达目的地，是通过负反馈来调节的。他认识到负反馈在人控制机械运动中的重要作用。维纳的研究为解决火炮自动控制难题指明了途径，信息与反馈对自动控制起到了关键性的作用。

一门新兴的横断学科——控制论

维纳并没有到此为止，他对自动控制问题作了更深入的研究。维纳联想到人的神经活动也有反馈机制的存在。为证实这一点，他找到了病理学家罗森勃吕特进行讨论，肯定了这一看法。他们看到，人在小脑受伤或患脊髓结核病时，手抓不住铅笔。这是反馈紊乱，即神经活动反馈过度或反馈不足的缘故。维纳等人又看到了自动控制和神经控制都与系统对外界的信息传递过程有关。他们又把控制、反馈与信息联系在一起。1943年，维纳和罗森勃吕特、别格罗合写了“行为、目的和目的论”一文，从“随意活动中的一个极端重要的因素是反馈作用”这一前提出发，用负反馈定义了目的性行为，认为“一切有目的的行为，都可看作需要负反馈的行为”，从而一切有目的的行为，都可借助负反馈的不断校正来实现。这样就可以把动物的行为模拟到机器上来了。这是第一篇关于控制论思想的科学论文。

维纳等人有关控制、信息与反馈的新思想一经传播，立即引起了神经生理学、心理学、通信工程、自动控制与计算机等研究部门许多专家的兴趣。他们敏锐地感觉到这些新思想与本学科密切相关，便纷纷加入到这一新的研究领域中来。1943年和1944年，维纳和数学家冯·诺依曼发起并组织了几次讨论会。与会者

踊跃，不同学科的专家互相启发，探讨有关控制与通信的新概念、新原理。这标志着控制论的研究从少数人的摸索发展成了人数众多的集体合作行动。1946年，在纽约又举办了反馈问题讨论班，以后定期进行讨论。控制问题成为大家共同关心的话题。法国一位有见地的出版商看到了控制论思想的重要价值，约请维纳写一本书对此作一详尽的介绍。

1948年，维纳的专著正式出版，书名是《控制论》，这个词是根据一个古希腊词根新造的，原词的含义为“舵手”。维纳给这本书加了一个副标题——关于在动物和机器中的控制与通信的科学，使控制论这门新学科的含义更加明确。至此，一门思想深刻、应用广泛的横断学科宣告诞生了。

在科学边缘区域自由驰骋的研究者

维纳自己说，控制论的产生深深扎根于他个人的成长过程和科学史之中。事实确实如此。维纳从小天资聪颖，求知欲强，被周围的人看成“神童”。他9岁进入中学，3年后成为塔夫茨学院的少年大学生，15岁成为哈佛大学研究生班学生，18岁时就得到了数理逻辑博士学位。

维纳自幼博览群书，培养了多方面的科学兴趣。在大学学习期间，他受到了多学科严格的训练和培养。他主修数学，但一直没有放松过对哲学的思索，斯宾诺莎和莱布尼茨是对维纳影响最大的哲学家。他赞赏莱布尼茨关于“单子”联系、发展、变化的观点，认为单子论的思想高于机械论。他对生物学也饶有兴趣，在哈佛大学专修生物学一年，学到了不少知识，只是因为不擅长实验操作，才转到数理逻辑和科学方法论的研究生班去。

参加该研究生班的有物理学家、精神病学家、优生学专家、火山专学，甚至还有牧师等，在这样一个由各种人才组成的探讨科学方法的集体里，维纳受益匪浅。维纳在以后回忆说，在这里他受到了前所未有的有价值的训练。

从哈佛毕业之后，维纳到剑桥大学罗素手下学习数理逻辑，后又到格丁根大学拜著名的数学家希尔伯特为师。他打下的扎实的数学功底，为他以后进行科学创造提供了良好条件。

第一次世界大战结束之后，维纳在麻省理工学院任数学教师，他的办公室的窗口正对着美丽的查尔斯河。临窗俯视波光粼粼的河面，维纳一下子想到了把河里的湍流作为函数空间积分的模型。然而，湍流太复杂了，维纳没获得成功。但自然界的偶然性事件激发起他的浓厚兴趣。不久以后，维纳对布朗运动无规则行为进行描述取得了成功，这项工作可看成是现代概率论的开创性成果。它开辟了以后通过统计理论导向控制论思想的道路。实际上，控制系统的特点就是要根据环境变化和特点去调整和决定运动，正如维纳自己所说的那样，控制论研究的最早工作要追溯到1919年他对布朗运动的分析。

在1920年的一次数学会议上，维纳得知电机工程上有一系列有价值的课题值得数学家们去开拓。他与学院电机系密切合作，以数学理论解决了电路分析等问题，走上了数学与工程技术研究相结合的道路。不久后，他与中国留学生李郁荣合作，把通信问题放在统计理论基础上作新的考虑，引导设计出性能良好的电子滤波器。

1935年，经当时在我国国内任教的李郁荣的提议，维纳受清华大学之聘作客座教授一年。维纳与李郁荣继续合作进行电网络系统的研究。维纳广泛地接触到东方的思想，这使他有机会整理自己的思路，启发他思考关于各门科学相结合来开拓新领域的问题。他说，1935年的中国之行是他作为数学家和控制论专家的分界线，是他创立控制论的起点。

维纳与一批志同道合的学者携起手来向不同领域、不同学科之间的“无人区”进军。墨西哥籍的生理学家罗森勃吕特是维纳的老朋友，30年代他在哈佛医科学校工作起，就发起了每月一次的科学方法讨论会。参加会议的不都是医学界的专家，像数学家维纳和物理学家瓦拉尔塔都是讨论会的积极成员。

在讨论会上，不同的学科思想互相交流、碰撞，撞击出智慧的火花。维纳和罗森勃吕特有着共同的信念：“在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区。”他们深感忧虑的是，“从莱布尼茨之后，似乎再没有一个人能充分掌握当代的全部知识活动了。从那时起科学日益成为专家们在愈来愈狭窄的领域内进行着的事业。”他们呼吁，“有修养的研究者们”到“有最丰富机会”的科学边缘区域去自由驰骋。如前所述，他们自己就是这样做的。到40年代，他们终于如愿以偿。

“控制与信息时代”的天才人物

维纳在《控制论》一书里，曾经对控制论这一方法性的科学应用和发展的前景作过预测，这些预测都为以后的实践所证实。自1948年以来，控制论有了很大的发展。除了研究控制论基本理论和方法的理论控制论在不断发展以外，还发展出工程控制论、生物控制论和社会控制论等分支学科，形成了庞大的控制论学科体系。工程控制论是把控制论的基本原理具体运用于工程技术的产物。50年代，它以自动调节为基础处理单变量的控制问题，称“经典控制论”；60年代以后，发展为以电子计算机为主要技术手段，处理多变量的最优控制问题，形成了“现代控制理论”。生物控制论运用控制论的原理，研究生物体内各种生理调节系统的控制机理，以后又发展出神经控制论和医学控制论，有力地推动了仿生学和人工智能的蓬勃发展。60年代以来，控制论在经济领域的应用获得成功，这促使控制论科学向社会科学其他领域迅速推进。目前，经济控制论、社会控制论的研究正方兴未艾。

控制论的迅速发展和广泛应用加深了人们的认识，拓宽了人类的视野。控制论揭示了控制和通信的原理在机器、生命机体和人类社会系统中同样适用，又一次突破了无机界、有机界和人类社会之间的界线。人们发现，自控系统广泛存在，并久已有之。例如，哺乳动物的血压系统就是一个绝妙的控制系统；蒸汽机上使用的离心调节器，能使机器工作结果状态反作用于引起该状态的原因，以实现稳定运转，也是一个典型的控制装置。值得深思的是，如此众多的事物都蕴含着控制论的原理，为什么长久没得到人们的注意并加以研究呢？为什么直到40年代才创立了控制论？为什么控制论的广泛应用和迅速发展只是今天的事情？ 维纳在《控制论》一书中指出：“17世纪和18世纪是钟表的时代，18世纪末和19世纪是蒸汽机的时代，现在则是通信和控制的时代。”确实如此，控制论与以往的重大发现或发明一样，也是时代的产物。本世纪随着新技术革命的崛起和发展，人类社会正处在一个日新月异的全新时代。现代化生产的发展，庞大而复杂的机器系统和技术工程的出现，使各种技术装置运行速度越来越快，原有的控制技术不能满足新的需要，控制技术革命势在必行；随着生产的迅速发展和社会生活节奏的不断加快，信息在各个领域的作用越来越大，迫切需要解决高效率处理和利用信息的问题。现代科学技术发展一日千里，在物理学、生物学、数理逻辑、数理统计学、心理学、医学等众多学科，在自动化技术、电子技术、通信技术等众多技术领域取得了丰硕的成果，为解决上述问题提供了前提条件和现实可能性。随着现代科学技术的发展，日益出现高度分化和高度综合的趋势，愈来愈互相联系成为统一的整体，迫切需要横跨各个领域、能有效解决不同领域共同问题的理论和方法。所有这些都构成了控制论产生和发展的直接动力，同时也是控制论企盼得到的结果。维纳等人顺应了时代发展的趋势，对社会需求作出了灵敏的反应，把自己的主观因素纳入了社会需求的轨道，从而作出了杰出的贡献。 马克思在评价改进蒸汽机的伟大人物瓦特时指出，瓦特的天才表现在他预见到了蒸汽机的一切可能的用途，把蒸汽机作为在大工业中可以普遍应用的发动机的改进，从而适应了当时正在蓬勃兴起的工业革命的需要。同样，我们不无理由地认为，维纳恰是“控制和通信”时代的天才人物，他的“天才”理论——控制论因此将有着更加辉煌灿烂的前景 诺伯特·维纳的控制论

诺伯特·维纳的控制论概述 自从1948 年诺伯特·维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，更具体他说，是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创造“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。“控制论”一同最初来源希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，就是掌舵的方法和技术的思。在柏拉图（古希腊哲学家）的著作中，经常用它来表示管理人的艺术。

1834 年，著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的文章，他进行科学分类时，把管理国家的科学称为“控制论”，他把希腊文译成法“Cybernetigue”。在这个意义下，“控制论”一词被编入19 世纪许多著词典中。维纳发明“控制论”这个词正是受了安培等人的启