绣出鸳鸯从君看

控制论是20世纪自然科学四大发现中的一个重要成就，科学史上把控制论、信息论、系统论统称为老三论，把协同论、突变论和耗散结构论成为新三论。控制论的创始人是美国数学家维纳（Weiner，1984—1964年），于1948年运用类比方法创立的一门研究机器、生命和社会控制中和通信的一般规律的科学，它是集无线电通信、电子技术、生物学、神经生理学、心理学、医学、数理逻辑、统计力学等多种学科相互渗透的边缘学科。它不仅是一门技术基础科学，而且具有很浓厚的方法论特征。

从古代开始，人们从各自的生产和社会实践中已经产生出一种控制论思想的萌芽。古希腊的泰斯比斯（Ktesibios）制造了一个水力钟，利用浮阀的反馈来调节水流。17世纪，丹麦工程师德贝尔（Drebbel）在从事炼丹术时发明了一种温度调节器。我国在3000多年前就发明了用来自动计时的“铜壶滴漏”的装置。这个装置的水位调节是一个参数恒定的控制系统。指南车、水运仪象台、木牛流马等许多自动控制装置中都体现了控制论思想。战国水利学家李冰设计并指挥建造的四川都江堰水利枢纽工程，更是控制论思想运用得最为突出和成功的范例，时至今天，经历了2008年5月12日8级地震的考验，仍然起着巨大的作用。以第一次工业革命为契机和先导，蒸汽机的发明和应用，导致了蒸汽调节器的发明，这使得控制论思想进入了一个重要时期。但控制论的发展和真正成为一门完整的科学体系还是在20世纪三四十年代。

从历史上看，控制论思想除了来自以上诸多控制领域的问题外，同时在生物学领域内对动物——特别是对人体——的活动和控制的研究，是这一思想的重要来源。“二战”前后十多年间，由于思想的发展和战争的需要，有两件事直接导致维纳创立了这门新学科。一是电子计算机的设计与制造。生产和战争迫切需要突破人脑的局限性，提高计算的速度和精确性，需要制造性能先进的计算机。当时打靶场为炮兵制作计算用的火力表，每张需要计算几百个弹道，而一个熟练的计算员用台式计算机计算一条弹道需要花20小时，手工计算更可想而知。当计算好交给炮兵时，飞机、坦克等目标早已无影无踪了。二是火炮对飞机的命中率太低，3000发炮弹才能打中1架飞机。维纳参加了火炮自动控制的研制工作和计算机的研究，与被称为“计算机之父”的美国数学家冯·诺伊曼过从甚密。这是继研究计算机代替人实现复杂计算之后，又一项用于特殊功能的机械电子系统的工作。这对维纳产生和建立控制论思想具有决定性意义。他研究了随机过程的预测、滤波理论在自动火炮上的运用，为控制论提供了数学方法。最关键的是他把打飞机的动作与人狩猎的行为做了恰当的类比，发现了重要的反馈概念。维纳认识到稳定活动的方法之一，是把活动的结果所决定的一个量作为信息的新调节部分，反馈回到控制仪器中。这个反馈的任何超越度，都由应该方法相反的校正活动来补偿。他把后者叫作反馈。他和别格罗（Bigelow）发现，诸如驾驶一辆卡车这样简单的人类活动，都是由负反馈来调节着。如果发现方向偏左，就要向右校正，反之亦然。因此，负反馈在人控制机械中起着一定作用，这同人在瞄准时的行为完全相同。猎物——目标在运动，人要相应地变动瞄准目标。因此，他们认为，目的性的行为可以用反馈来代替，从而突破了生命与非生命的界限，把目的性行为这个生物特有的概念赋予机器。于是，维纳、别格罗和罗博森吕特3人，在1943年发表了论文——《行为、目的和目的论》，这是控制论思想萌芽的重要标志。

此后几年，维纳继续进行一系列的研究和各种学术交流活动。1943—1944年冬，由维纳和诺伊曼发起，在美国普林斯顿召开了由数学家、生理学家和工程师参加的学术讨论会，进行学术交流，活跃思想。与会者都从自己的学科出发，提出了他们研究工作中的方法和目标。1946年春，由数理逻辑学家麦克卡罗与梅氏基金会主持，在纽约召开了反馈问题讨论会，会议还吸收了心理学家和社会学家参加。这两次会议对控制论的诞生起了推动作用。

1946年夏至1947秋，维纳与罗博森吕特在墨西哥国立心脏研究所，共同进行了神经反馈和控制方面的实验工作，取得了许多解释控制论的实验数据。1947年春，数理逻辑学家麦克卡罗和神经生理学家匹茨运用控制论思想，设计成功一台盲人阅读机，以耳代目进行阅读。这些实践为维纳创立控制论提供了有力的科学依据。1947年，维纳参加了在法国南锡举行的调和分析的数学会议。在这次会议上，维纳接受了赫曼书店佛里曼的要求，于1948年出版了他的著作《控制论（或关于在动物和机器中控制和通信的科学）》，宣告了控制论这门学科的诞生。

控制论的诞生所应用的科学方法是类比的方法，在它的发展和运用上也是运用了类比的方法。今天，人们已经把控制论运用到了各个领域，如社会、经济、生物、工程技术和医学等领域，创立了工程控制论、生物控制论、社会控制论、经济控制论、神经控制论、人口控制论等。

控制论这门学科的诞生过程，方法论起了极其重要的作用。我们从维纳的科学研究中不难看出以下几点。

1.维纳等优秀的科学家站在科学技术和生产发展的巅峰，高屋建瓴，通观全局，驾驭当时科学技术发展的方向，认识到各门学科之间相互渗透已经成为科学发展的一种大趋势，确定自己研究的领域和目标，融合各门科学发展的尖端成绩，终于创立了控制论。除了维纳外，还有被称为“计算机之父”的诺伊曼；别格罗是数理逻辑学家，早年参加过计算机的研制；数理逻辑学家麦克卡罗和神经生理学家匹茨成了神经控制论和人工智能的奠基人；罗博森吕特是控制论的开拓者之一。

2.维纳把控制论又称为“在动物和机器中控制和通信的科学”，这表明他创立的这门新学科，既突破了动物和机器的界限，又突破了工程与通信工程的学科界限。他把动物的目的和行为赋予机器，将动物和机器某些相似的特性加以类比，从而抓住一切通信和控制系统中所共有的特征。他把寻找学科之间共同联系的纽带作为创立控制论的目的，站在一个更概括的理论高度加以综合，建立一门更具有普遍意义的新理论。维纳说：“控制论的目的在于创造一种语言和技术，使我们有效地研究一般的控制和通信问题，同时也寻找一套恰当的思想和技术，以便通信和控制的各种特殊表现都能借助一定的概念加以分类。”所以维纳把机器和动物中的控制和通信的理论的各个理论称为控制论。

3.维纳在控制论研究工作中，突破了传统研究方法的束缚。他根据自动控制系统周围环境的某些变化来决定和调整自己运动的特点，摒弃了牛顿和拉普拉斯的机械决定论，把控制论建立在新的统计理论的基础上；他抛开对象的性质和能量的具体形态，着重从信息方面来研究系统的功能；他不是协调此时的行为，而是着重研究所有可能的行为方式和状态及其变动趋势。他把功能模拟方法、系统方法、反馈方法、信息方法作为科学研究方法，自觉地运用到控制和通信系统研究中。现在，这些研究方法已经被日益广泛地运用于生物学、神经生理学、心理学、医学、工程技术以至经济管理和社会管理等诸多领域，并取得了许多显著成就。