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[转载]运筹学与控制论博士生学术论坛
Fangjinqin 2011-11-9 17:25
运筹学与控制论博士生学术论坛 按语: 这是“运筹学与控制论博士生学术论坛”,并请关注:“复杂网络动力学”是论坛的五个方向之一。特别期望:老师推荐博士生积极踊跃参加. 为给运筹学与控制论广大博士生提供学术交流平台,在科学思想、科研方法、 研究课题等方面相互借鉴、拓宽学术视野,开阔思路、启迪创新思维、活跃学术 思想,促进学术争鸣,激励学术创新,激发广大博士生投身科研创新、钻研学术 的热情,我们拟借上海大学 12 月份召开“中澳最优化研讨会”等相关国际会议 之际,协同举办运筹学与控制论博士生学术论坛。 中澳最优化研讨会邀请了诸多国内外著名学者做大会报告,包括 Karen Aardal , Adil Bagirrov , Musa Mammadov ,孙小玲,张国礼,汪松,杨新民,张 连生等。 我们欢迎在读博士研究生参加运筹学与控制论博士生论坛,具体论坛细则请 参见本通知附件。所有参加博士生论坛的学生将免费统一安排食宿,且不收取会 务费。 论坛报到: 12 月 15 日下午 博士生学术论坛: 12 月 16 日 论坛颁奖: 12 月 17 日下午 报到地点:上海大学宝山校区乐乎新楼大厅(上海大学北门进去左拐 50 米 即到) 会议网站: http://math.shu.edu.cn/cawo 会议详细信息可参见网站,如有何问题或建议,敬请与会议秘书李浙宁 ( zheningli@shu.edu.cn )联系。 中澳最优化研讨会和博士生学术论坛组委会 2011 年 10 月 2 2 日
个人分类: 信息交流|3685 次阅读|0 个评论
品读
热度 2 wdzh168 2011-11-1 20:24
品读
昨天去博库书城,无意中却发现有一本《控制论基础》的小册子,不到 100 页售价 16 元,是董旺远、何红英编著,武汉大学出版社 2011 版,觉得内容简洁又具有一定深度,甚是喜爱,拿回家还觉得余味未尽,这本书明确了许多概念,没有拖沓的感觉。 随着机电一体化进程的不断推进,机械专业很有必要掌握一定量的控制理论知识,《大型旋转机械运行状态趋势预测》一书将状态预测理论运用到机械的运行实践中,本书作者徐小力和王红军在多项基金的资助下,创造性地将机械的运行状态进行预测,在理论和实践方面给予了创新。 另一本书书名是《现代控制系统》(第十一版),全书 800 余页,原书是美国 Richard C.Dorf 等人编著,谢卫红等人翻译,电子工业出版社 2011 版,该书篇幅较长有些啰嗦,但其中很多例子涉及航空航天、机器人等,凸显其贴近实际的价值所在,可以选择性的浏览,取其精华。 2002 年以前,因欲读汕头大学和中山大学的研究生,按照两所学校的课程计划,我购买了很多机电一体化方面的书籍,因多年漂泊这些书一直没有派上用场,现在偶尔翻出所剩的几本,惊喜的发现同我今天所从事的职业密切关联,只是这些书的纸张发黄了,内容也显陈旧。但控制理论的发展日新月异,激励我们多读书,读好书,在品读中享受快乐!
个人分类: 科研笔记|3807 次阅读|1 个评论
尴尬的“运筹学与控制论”
热度 3 wangzl1928 2011-10-21 14:52
您认为“运筹学与控制论”属于以下哪个学科( ) A:数学 B:力学 C:控制学 D:运输学 恳请各位一定做一选择,把您的答案恢复一下! 本人一朋友毕业于一所高校“运筹学与控制论”专业,该专业是该校重点学科,研究生毕业后找工作屡屡遇到一些尴尬的事情,写出来供大家拍砖。 她学习还算优秀,读研期间参加了导师的国家自然科学基金项目,发表了2篇核心期刊论文,求职时,遇到了前所未有的壁垒,心情郁闷之极。在经历了无数次的网上投递,招聘会投递,找工作无门之后,终于等来了某省事业单位招聘考试,此次招考大多是省属高校招聘教师,心想这下有机会了。当她满怀喜悦之情打开招考简章后,有点傻眼,找来找去,只看到有个别高校招聘数学专业老师(申明一下:运筹学与控制论是数学专业的一个二级学科,没做对选择题的同仁们注意了,可能大家知道应用数学、计算数学、概率与数理统计、基础数学等,并不知道还有个运筹学与控制论!),当她仔细的填报完之后,等待资格审查,第二天一看,资格审查没通过,原因:所学专业不符合要求,这下令她大跌眼镜,学了几年的数学,报考时居然不符合要求,无赖只能放弃,继续无尽的求职之路。 产生以上现象的原因可能是,一般人事处的工作人员可能会做错上文中的选择题,导致该专业的人失去该有的机会,还有没有更深层次的原因也不得而知,而总感觉这是该专业的悲哀!纵观几年来的招聘信息,直接招“运筹学与控制论”的单位寥寥无几,偶有几个也是要求“985”、“211”,让这些出身一般的学生无所事处。去中学吧,人家要数学专业的,认为你的运筹学与控制论就不是数学专业,说不符合专业要求,出现这样尴尬的现象,实属教育的悲哀,真替此专业打抱不平,无赖能力所限,只有在这里说说了!
13731 次阅读|3 个评论
谈做学问的高度、深度和广度
热度 3 shehp 2011-8-7 19:45
  徐匡迪院士在《智慧的钥匙——钱学森论系统科学》一书的序言中称钱学森院士是一位具有深度、广度和高度的三维科学大师,这一点从书中让我感受很深。   其实,从我的理解来说,科学的“三维”是相互关联的,尤其是看问题的高度非常重要。   只有站得高,看问题才能一针见血,抓住问题的要害,对所研究的问题才能真正深入得下去,否则只能是瞎子摸象,只见树木,不见森林,对问题看得越细,越是搞不清楚问题的本质。因此,在对一个问题进行深入研究之前,一定先要在高处看一看,等确定问题的要害了,要找准要害的部位近距离看一看,提高分辨率,深入下去,把问题看得更清楚,在研究过程中也要经常注意更换镜头的远近,从多个分辨率的角度来看问题。不要还没有没有搞情况问题的关键在哪里,就轻易地深入下去,那样大多只是白费工夫。   只有站得高,视野才能开阔,才能有知识的广度,才容易看清楚各门学科之间的联系,才能一通百通。   钱学森院士一生成就巨大,在广度上,研究的学科涉及到空气动力学、火箭推进、工程控制论、系统科学、思维科学、人体科学、行为科学等各个方面,在工程技术方面涉及到火箭、卫星、导弹等各个方面,还涉及到城市建筑、美学、文艺理论等方面,学术跨度跨度非常之大;在深度上,其在工程控制论、系统科学等方面的成就世界公认,在工程技术上领导研制火箭、卫星、导弹,被称为“中国航天之父”;他的学术高度,是从哲学的高度出发来看待问题,研究的是科学技术的体系结构。因此,他真可谓一位“三维”的科学大师,一代学术宗师!   钱学森院士之所以能取得如此大的成就,我认为最大的关键还在于他有看待问题的高度,因为有这种高度,他才有“会当临绝顶,一览众山小”之气概。   钱学森之所以能够既能见到学问的树木,又能见到学问的森林,就是因为他有这种高度,看得高,望得远!   解决“博”与“专”的关系,就需要有做学问的高度。
2424 次阅读|3 个评论
对一个量子力学是否被推倒重来的问题之回答
热度 3 ssglwu 2011-5-11 23:20
吴国林 本在我留言处,一位先生提了问题: 在科学网上有人说量子力学要被推倒重来。问我如何看? 但不小心删掉了。 我的看法是:量子力学经过了近1个世纪的检验,它的解释与预见都没有问题,更不用说,基于量子力学所建立的量子信息论、量子控制论取得了巨大的进展。因此,简单说要把量子力学推倒重来,显然是一种无知的表现。事实上,任何取得量子力学的理论,它必须能够说明量子力学所进行的解释与预见。 目前,有许多种量子力学的解释,这些并不能改变薛定谔波动方程的根本地位,事实上,这些多种的量子力学解释都是直接或间接基于薛定谔方程或波函数解释的。 波函数是它们共同的核心, 这是我2010年在内蒙古召开的第四次现象学科技哲学会议上所提出的,我提交了“量子力学解释的现象学分析”一文,但还没有发表。 至少从目前看来,还没有哪一个理论能将量子力学推倒。当前的重要任务是,在量子力学的旗帜下,努力开拓和应用。
个人分类: 物理学哲学量子信息哲学|3598 次阅读|7 个评论
[转载]控制论和人:系统的耦合与解耦_生活意义的启示
热度 1 shdhll 2011-3-16 18:09
最近看耦合解耦方面的资料,偶然看到一篇挺不错的文章。分享下~~ 一、耦合效应 对于大系统的控制而言,因为子系统之间的耦合关系,子系统的分散控制是一个困难的事情,有多么困难?我们大概没有什么切实的概念。那么我们的生活中呢?是否也有这样的问题呢?其实耦合就在我们身边: 我们做事情的时候会感到特别累,并非这些事情很耗体力,而是很耗精力。想做成一件事往往会牵涉到许许多多方面的问题:不送礼?不行,送礼?送了张三、李四,要不要送王二麻子?送了二麻子,小三子会不会不开心?更为过分的事也会经常发生:甚至不小心说一句很平淡的话,就造成非常严重的后果。 这是因为我们生活在一个耦合的世界里,而我们的现实文化造成人际的耦合度又特别地高的缘故。耦合是指子系统之间的互动关系:一个子系统的运动直接导致另一些子系统的异动,反之亦然。 二、耦合度:生活中的例子 有一个非常经典的真实故事是这样的:某大学退休处组织一群退休老太太夏季出行一日游,晚上回到家了以后,一个个都要虚脱了。何故?一个老太太对女儿说出了实话:下午的时候大家带的水都喝光了,那地方只有冷饮卖,挺贵的。大家都是共事多年的老同事了,平日关系那还有谁薄谁厚啊?光给自己买吧,不好意思,但要给每个人都买吧,二十个人哪,那得多少钱啊?再说了,如果有一个人买了,那自己也不能不买吧,但若是人人都轮流买了,两个小时,二十个冷饮还不吃坏老命?于是忍着吧! 咳,都七老八十的啦,好歹是一日游,要是三日游,这还不游出个三长两短来的?看看:子系统渴了,吃个雪糕,兜里又有钱,柜台上又有货,系统的输入输出功能良好……,嘿,多简单的一件事啊。可是,因为复杂的耦合关系,愣是差点集体性地渴出毛病来,居然和困在大沙漠里一天好有一比哈。 又有一个故事也是真实的:一个老太太和老伴到儿子家住了一阵子,期间,电视坏了,于是将自己老屋的电视搬过去。后来,老两口回家了,但不好意思搬走电视。回去清净了一些日子之后,老太太就开始不舒服了。这下子犯难了:不去搬回来吧?难受!而且该搬啊。去搬吧?儿媳妇会不会有意见【同性相斥、怨怨相报哈,错总是儿媳妇的不好,呵呵】。打个电话吧?会不会引起矛盾?要不他们自己干吗不送过来?或者打个招呼?再买一个?不妥,花钱倒也不去说它,可是这媳妇会不会说这是在变相地责备她呢?啊呀,这……,这……??? 其实:询问、搬回、再买,大概就是所有的可能选择了。这个控制十分简单。然而,由于耦合关系的影响造成了一个真正的两难。还如:儿子上了省属重点,原本很高兴,可是听说办公室老王【啥也不是,还不如跛脚的老张呐,哼!】的儿子去了哈佛,邻居【就一卖咸水鸭的】的女儿上了清华……,这……,这……!!!可怜的儿子哈,还搞不清老爸的气色咋一下子变得那么差,连原本答应的电脑也推到下个学期再考虑了…… 三、解藕控制:生活的解释 由此可见:生活是需要补偿一些简单的控制环节来去耦,或者说是解藕的,否则就太复杂了。上节的例子可以很清楚地看到一点:这个耦合关系的作用与子系统的特性有很大关系,因此,从改变子系统的特性入手应该是可行的。于是就有了那句著名的、但似乎人人都理解却其实并不理解的格言: 走自己的路,让别人去说吧! 更有甚者:墨家甚至要主张鸡犬相闻,老死不相往来的孤立主义哲学哈。 真的可以这样么?难!难!难!不信?老太太路是走过去了,可能精神也要耗竭了。省长说了,你市长还在行你的路,恐怕也就行是行了,路却没了吧。所以,关键的因素还在这种耦合赖以生存的文化上。 西方人在这个问题上的解藕倒是彻底得多:他们在文化上予以彻底的解藕。子女到父母家花费:自负。父母到子女家花费:自负。没钱?直言,无妨。一群朋友到馆子里去:吃荷兰!各付各哈。 显然,如此文化下的交往,耦合关系自然被解藕了不少:各人只要管好自己的事情,其它的耦合关系按照界面原则予以简单交接、处理,余下的精力再来看看整体上大伙还可以做些什么?比如,那群老太太就可以商议一下:趁着口舌生津,精神倍儿爽,再去看看那座小山顶上的凉亭?呵呵。还有那个老爸,邻居去了月球,老王自己都进了牛津也与己无关,星期天领着儿子与人侃价,哈哈,赚啊,一台P八才六千…… 这样的解藕在我们的文化里必然地水土不服。在我的研究小组里,或许有这样的一点解藕,然而问题多多:不仅一开始总会引起误解甚至不轻的伤害,而且每当学生们走上工作岗位前夕,总是专门为他们补课:将来在社会上……,不能像……,要……,要……。 四、我们的文化下,不同的解藕方法之际遇 当然啦,有一些解藕是非常适于根植的:N户人家公用电表、水表,公耗分摊,矛盾重重,耦合关度太高,需要复杂的控制:解藕就是一户一表,各用各的;再如筒子楼隔音不好,新婚的小……,这个……啊,不爽!各住户间的耦合度太高了!都说牵一发而动全身,这里可是……,呵呵。解藕:加强隔音措施,彻底改造住宅,甚至搬迁新居哈!爽! 另有一些虽然困难一些,一开始总有些别扭,但却是完全可以实施的:M位天南海北的宾客,或许其中有许多病客,大家共聚一餐,M双筷子沾着M种口水,热情洋溢地搅拌着,混合着,品味着……。呵呵,耦合度太高哈:解藕的方法就是自助分餐制,或者公筷制。 此外,还有一些大家会很同意,但实施起来非常困难,需要树长栏杆、高罚款、甚至沾上消毒水的藤条鞭【新加坡】:程序化的进程就是如此:扫描是一种很有用的程序,但国人会认为很笨。不错:它是很笨,可是却很简单,不仅如此,它还很有效。计算机理论告诉我们:扫描要比逻辑判断简单可靠、省事高效的多。因此,有经验的程序员在设计程序时总是尽力避免逻辑运算。 五、再谈西方文化背景下,现代管理学中的程序化设计 在美国的时候,总是在每个单月的第一个星期看到同样的几个人在我经过的一个台阶上检查、修补,那里其实没有什么大的损坏;每个星期一,总会有一个留着小胡子的黑人扛着三角梯到我的办公室所在的楼道来试开试关各种照明设备,其实我没有见过他发现过什么明显问题;每天清晨总是九点以前,在同一个地方,以同样的方式立着上书“Floor is wet. Watch out your step”的牌子,而一过九点,牌子总是被收到同样的地方,尽管那地板原本就很洁净……。如此地程序化,甚至产生了一批“没有规则,就不知道作甚么”的“低素质”人群。 而有赖于个人道德修养和自觉性为本的国人,可能是由于缺乏明显的程序化的意识【虫子猜测哈】,似乎具有这么一个现代化现象:只要灯泡不坏,或者无人报修,去那儿作甚么?好好的台阶又没有什么大问题,修它作甚?十年下来不去一趟也是可能的哈。太平日子不过,纸牌不打,闲天不聊,好书不看,没事到处“询查”什么?简单重复、无聊透顶……。于是,新系统的“蜜月期”一过,到处报修,焦头烂额也来不及处理;不出事不去,一去那就是大事;卫生检查突击,平日就算不是脏乱,年久也呈破败……。以为规矩便是约束,认死理者便是呆子,无规无矩便是机智的“聪明过头”竟然成了“低素质的”国人形象。 原来虫子一直想不通为什么人家的设施大多也是很是岁月磨损和历史沧桑,可咋就连细致之处也处处透着整洁涅?现在总算明白了。站在美国脏乱的华人街头,原以为华人做不到呐,可去了趟新加坡才发现:没有华人做不到的事情。只是想不通为什么一定得要那么高的罚款、还有那么疼的鞭子的威慑? 六、解藕:不是孤立,而是更好的耦合 解藕就是把子系统的需要“判断横向的外部”和“受横向的外部直接影响”的规模和复杂程度降低。解藕是让子系统只需对上负责地做子系统自己的事情,而把耦合交给协调层。解藕不是孤立,不是简单的互不干涉,不是墨家的鸡犬相闻,老死不相往来,即使是所谓的完全解藕,也是全局化的控制,是为了更好、更简洁、更有效的协调。 上节谈及的程序化设计在某种意义上其实就是一种有效的解藕控制,因为它让每个人,每个单元都知道自己每个工作时刻应该作甚么,就像一条流水线,让耦合溶进程序,让每个人、每个单元的工作简单化,让程序获得更加完善的动力和资源。这个基础上,再加上德:个人之德,职业之德,诚信之德…… 让为数实在不低的“低素质”人群成为恪守规矩的一群“呆子”;傻瓜照相机万岁哦!让“精英”们获得更好的发展空间……;让所有获得工作机会的人群获得生活保障和居所,懂得珍惜手中的工作;让暂无工作的人群获得最基本的生存福利,知道想办法去摆脱严峻的窘境……;让所有人都能少一点对旁人的复杂均衡和挑剔,多一点自我生活的空间和享受…… 七、结论 解藕,解藕……,让我们简化局面,一起来解藕吧!
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信息之缘(5):梦竟成真?
热度 3 zlhua 2011-3-15 12:06
刚才在看洪昆辉先生的博文时突然有些恍惚,感觉这种情景好象曾在梦中出现过...真奇怪感觉... 这学期又在上管理信息系统和信息资源两门课程,又很有兴趣地跟我的学生探讨信息的本质的问题... 从第一次上MIS到现在,8年过去了...基本上也开始形成了自己对信息的一些看法....总体还是受钟先生的影响比较大,总期望能从哲学和心理学找到揭示信息本质的突破口... 最近这段时间,在科学网闵应骅老师的指导下,在张铁萌热心帮助下,我开始尝试从另外一个视角思考信息的本质...从 工程 的角度,从 实际应用 出发,结合实际应用的 理论需求 和 实践条件 来思考信息的定义... 至今为止,所有信息定义中,我还是觉得钟先生的信息定义最好,特别是他提出的信息定义体系的想法,以及本体论层次信息定义和认识论层次信息定义给我很大启发.... 让我开始尝试通过 自问自答 的方式解析信息本质...澄清自己的信息观点;尝试结合 认知心理学 知识更深入理解钟先生的认识论层次信息定义;尝试从 控制论层次 ,在主体的基础上,再引入 客体 这一约束来定义信息... 具体思路如下: 本体论 从哲学的角度,就事论事. 认识论 引入主体这一约束, 控制论 在主体基础上,再引入客体这另一约束 信息科学的发展受到自然科学的制约, 需要结合的学科很多,比如物理学,化学...认知心理学,数学(概论论与数量统计),经济学(信息经济学),信息论,控制论,系统论,博弈论... 这不是一个人就能解答的事情,需要一个团队...期待中....
个人分类: 自省自立|2648 次阅读|22 个评论
[转载]【工程控制论】钱学森
热度 1 ziqizhang 2011-1-29 01:17
工程控制论 第一完成单位: 力学研究所 获奖奖种: 国家自然科学奖 获奖时间: 1956 获奖等级: 1 内容简介:    钱学森先生从20世纪30年代到50年代,通过参与超声速飞机以及火箭和喷气推进飞行器的研制过程所做的力学研究,深刻体会到工程实践—科学理论—工程实践之间的重要关系。在第二次世界大战结束前后的一段时间里,钱学森先生在火箭研究中,发现无论是最大射程、航向控制、燃烧稳定等问题都需要解决优化规划和反馈控制的技术和理论问题,于是他便运用控制论的原理解决了一批喷气技术中稳定和制导系统的问题。钱学森先生意识到,不仅在火箭技术领域内,而且在整个工程技术范围内,几乎到处存在着被控制的系统。基于这一深刻认识,钱学森先生开创性地提出了一门新的技术科学—工程控制论,于1954年出版了《Engineering Cybernetics》(工程控制论)一书,该书的出版在世界科技界引起广泛注意,随即被译成多种文字发行,1958年《工程控制论》中文版发行。    该书把一般性概括性的理论和实际工程经验很好地结合起来,对工程技术各个系统的自动控制和自动调节理论作全面的探讨。《工程控制论》学术上达到当时国际领先水平,在自动化、无线电电子学、航天技术及系统工程等专业领域都得到了广泛应用。书中所阐明的基本理论和观点至今仍是这门学科的理论基础,并为世界各国的科学技术工作者所引用和参考。 钱学森先生在力学所   工程控制论英文版(1954年)、中文版(1958年) 1991年国务院、中央军委授予 “国家杰出贡献科学家”荣誉称号; 钱学森先生和夫人蒋英合影
个人分类: 学界拾遗|2606 次阅读|4 个评论
[转载]分子间选择性作用力和控制论化学
hxgwzu 2011-1-26 15:58
--记杰出校友金松寿教授 金松寿( 1920 ~ ),浙江义乌人。物理化学家。 1943 年毕业于浙江大学化工系。先后在浙江大学、浙江师范学院、杭州大学等校任教和从事科学研究。执教物理化学逾 50 年。编研出版《量子化学应用简程》、《化学动力学》等多部著作,前者是我国最早的一本介绍量子化学的启蒙读物,后者是我国较早的动力学专著,是我国化学研究人员和大专院校化学专业的重要教学参考书。在化学研究上, 20 世纪 50 年代,发现了新的无机盐溶解度规律; 60 年代以来,发现了选择性分子间作用力; 80 年代发现了同族元素原子模型的松紧规律、解释了许多难以说明的化学现象。 70 年代末,提出了催化剂集团结构适应理论并开发成功多种催化剂,获 1978 年全国科学大会奖和 1985 年国家科技进步三等奖。 90 年代以来把控制论方法的主要内容引入化学,建立了《控制论化学》这一新课程 。 曾任杭州大学化学系主任、催化研究所所长。兼任中国化学会理事、浙江省化学会副理事长,《高等学校化学学报》、《物理化学学报》、《化学通报》、《催化学报》、《数理学报》及《近代化学丛书》编委。 成长经历 金松寿出生于一个贫苦的家庭。父亲金承心 7 岁时随母从东阳乞讨到义乌,作过牧童、裁缝,后作鞋匠。母亲嫁给父亲后也一起做鞋。他们都是文盲,但节衣缩食,培养金松寿读书,并对他的要求十分严格。金松寿非常珍惜这个宝贵的机会,自幼就懂得刻苦学习,喜欢独自静坐思考。进入义乌中学后,他不管理解不理解,几乎看完了义中图书馆的全部图书。 1935 年考入杭州高级中学,那是一所名校,功课压力很重。对于很多成绩好的同学,他很羡慕,但从不嫉妒,亦不自卑。自感根基较差亦不够聪明。但认定只要努力,终能追赶上去。由于家庭贫寒,身体素质不强,无法跟别人一样起早落夜地拼命。只能多思考、巧学习,抓最有价值的内容学,非常注意“前后联系,左右比较”。它的学习有两个特点:一是学那价值最大的东西,做那价值最大的事。二是拼命学虚心学。他不崇尚钱、势,认为真、善、美的事物就是价值最大的事物,他始终记住 Davy (迪菲)的名言“科学是位严格的主妇,要求很严而报酬很少”,既立志献身科学,就不要去想名利,只有对真理的追求和努力。金松寿的一生有两句座右铭。“看到新现象时,一定要问一个为什么;碰到新理论时,一定要去反复验证”。就凭这两句话,他一生孜孜不倦地追求科学真理,创新求实,尽管没有太好的物质上的研究环境,还是取得了大量极有意义的成果。 还在中学,他就对物质的溶解现象发生了浓厚的兴趣,在高中时更了解到很多反应由溶解度决定,但溶解过程中的一些规律不是很清楚。他一直苦苦思考和讨教,直到 11 年后在浙大当助教时还在研究,终于发现了一个新的规律。“恒心”是他父亲临终时对他的要求。他认为“虚心”和“恒心”的结合是他攻克科学难题的利器。 主要研究领域和学术成就 一、杰出的物理化学教育家 金松寿从事物理化学教学逾 50 年。他的备课极为认真,授课深入浅出、生动活泼、观点精辟,使物理化学这一门基础理论课受到学生的广泛欢迎,他的弟子遍天下,著作颇丰厚。 《量子化学应用简程》是我国最早出版的一本介绍量子化学的启蒙读物,备受我国化学界的赞扬。我国很多知名的化学理论工作者都表示,他们就是通过这本书跨入了理论化学的门槛。 《量子化学基础及其应用》是他的另一部专著。 《化学动力学》是我国较早的动力学专著,出版后影响很大,是我国化学研究人员和大专院校化学专业的重要教学参考书。 《有机催化》总结了催化剂集团结构适应理论的主要内容。曾是多家高校研究生的主要参考书。 《 Selective Intermoleculaforce and Adaptability of Group Structure 》和《 Cybernetic Chemistry and Its Application 》则被列入国家教委重点书目。 二、科学研究方面的主要成就 金松寿在化学研究上的成就是多方面的,在溶解度理论、物质结构、化学动力学、催化化学及科学研究方法论方面均有突出建树。 (一)“无机盐溶解度规律”的发现 溶液理论是热力学的重要方面,溶解度是溶液理论的重要内容。在理论和实践上都有重要的意义,对物质溶解度的规律性总结和预测一直是物理化学家研究的热点。 50 年代的中国,百废待兴。当时浙江大学的科研条件十分有限,很难展开实验研究。金松寿就从文献中寻找课题。尽管当时已发现很多的规律,如相似溶解定理等已为众所公认。但在实际应用过程中屡有例外。金松寿认为这些大量存在的“例外”反映现有理论的不足,一定还有未被认识的规律。通过对大量文献中“例外”数据的归纳、演绎,他发现了无机盐类在水溶液中的溶解度规律。他提出,溶解过程实际上是盐类的正负离子间的结合作用和这些离子和极性水分子间作用的竞争。盐类在水中的溶解度在很大程度上决定于两种作用的差值及粒子的热运动。只要盐类晶体中正负离子间的作用因其它因素使它们的耦合增强时,就会使它的溶解度大大降低,反之亦反。正负离子和水分子的作用也有这种结构适应性的影响。由于水分子的负端所带的负电荷远较负离子为小。根据结构适应性原理,较低负电荷的粒子就需较强的正电场的作用(即正离子半径小,价数高)来匹配。匹配得越好,溶解度越大,反之亦反。 亦即 不同的两 个 温度( T 2 , T 1 ) 下 的溶解度 之比 S T2 /S T1 主要决定于它的溶解热 Δ H 。而溶解热又是晶格能和溶媒分子间作用能和溶质溶媒分子间作用能的差值。以此,金松寿提出了强电解质溶解度的温度系数变化规律。 1952 年前后,他在苏联物理化学杂志上一连发表六篇论文。受到国内外物理化学界的高度评价。被某些教科书称为“金氏溶解度规律”。 (二) “ 同族元素原子模型的松紧规律 ” 同族元素性质相似,这是元素周期律的主要结果。但细究起来,不同周期同族元素性质还有相当大的差别。比如, Na 和 K 同属第一主族。但其化合物性质差别很大。多数钠盐易潮解而钾盐则不易潮解, KMnO 4 易稳定存在而 NaMnO 4 则不稳定,等等。 金松寿发现,同族元素之间还存在一个松紧规律 : 即同族元素的电负性、电离势、原子半径、离子半径虽然随着周期数自上而下依次递变,但递变的程度并不均匀。松紧规律指出:周期表左边 Ⅰ A 族、 Ⅱ A 族元素电离势、元素电负性、原子半径、离子半径的差值出现(小)(大)(小)(大)的变化,周期表右边各族两相近同族元素的这些性质的差值着呈现(大)(小)(大)(小)的变化规律(表 1 )这主要由于原子内各层电子的屏蔽造成各层电子云相间地发生一层偏松,一层偏紧的松紧效应所引起。如 Na 、 Ru 的外层电子的状态偏松而 Li 、 K 及 Cs 的外层偏松。这种效应深入揭示了键长、键的极性与键能间的关系,直接影响相关物质性质变化的不同表现,在理论和应用上都是一个重要的突破。使许多难以解释的现象迎刃而解。 (三)发现“选择性分子间作用力” 化学作为科学,长期以来在分子层次进行研究。合成、分析、结构、反应性等都是以单个分子为基础的。但是人们逐渐认识了实际物体(包括生物体)的结构复杂性,逐渐认识到各种物质和材料的性质和功能不仅是由组成它们的分子结构所决定,而是由许多相同或不同的分子有序组装成的分子聚集体的高级结构所决定。到上世纪末,先是有人在主客体化学的基础上提出研究包含主体和客体的超分子化学,其后进一步扩大到研究多个分子的具有高级结构的分子以上层次的化学。金松寿先生就是一位研究分子以上层次化学的先驱者。而分子间选择性作用力的发现是他在这方面的最大贡献。 60 年代初,金松寿承担了 “ 666 (六氯环己烷)合成中提高有效体γ -666 含量”的浙江省重点课题。六氯环己烷有 8 种不同构象的异构体,除γ -666 外都不具有杀虫活性。一般均利用各种异构体在不同溶剂中的溶解度不同进行分离。各种 666 异构体的分子极性相差极大。而这种极性的差别仅仅取决于不同构象中 H 原子的分布与取向。 他发现文献中的 666 溶解度数据基本符合传统的“相似溶解原理”。但有很多例外。比如这些异构体中,γ -666 的极性最强(μ =3.6D )而β -666 则表现为典型的非极性。它们的分子量完全相同,同样有 6 个 C — C 键, 6 个 C — H 键和 6 个 C — Cl 键。但在丙酮中的溶 解度却是β -666 大大超过γ -666 ,丙酮与β -666 的结合很牢,甚至加热到超过丙酮沸点还无法将丙酮赶走。 这些都与相似溶解原理相背离。金松寿发现,产生这种偏差的原因仅仅是各种构象中 H 原子在空间分布上形成了一些集团,这些带电正性的集团与溶媒分子的某些带负电性集团间由于空间和电性的高度适应而产生了强大的耦合。导致溶解度的异常。β -666 的构象中有 2 组三氢正( H δ + )集团,它可以和丙酮分子中的 O=C 负集团强烈作用。而γ -666 的构象中却没有 3 个 H δ + 所构成的集团,与丙酮也不会产生这种强烈的耦合。(图式 1 ) 进而他发现这种力是一种普遍的存在。当两个分子或几个结构局部接近时,如接近集团(或结构)的电子性质(电荷极性)适应、空间结构也高度适应时会产生一种远超于范氏引力的“分子间选择性作用力”。结构越适应则作用力越大,也就是说作用力随着结构适应性的程度而进行相应的改变,所以由于结构适应性所产生的分子间作用力具有选择性,其作用的强度甚至可以超过个组成原子或离子作用力的总和。这种力的发现初步解决了分子间引力与分子空间结构或位型间关系这一重大问题。 选择性分子间作用力的观点被大量的实验结果所证实并在各方面得到应用。例如在现代生物研究中的荧光探针技术就是利用有机荧光分子和病毒或蛋白质间选择性吸附的特性,将不同的病毒或蛋白染上相应的荧光从而是它们的行为可以在荧光显微镜下可以被实时实位地观测。此外,传统化学中的色谱分离也是利用了分子间的不同作用力。用选择性分子间作用力成功地解释和预测了很多有机物在不同固定相色谱柱上的保留时间。著名色谱专家卢佩章说选择性分子间作用力现在不仅确证其存在并且越来越重要。分子间选择性作用力还被应用于选择和研制混合溶媒以及高分子溶液和黏合剂的设计。以前在化学反应中的溶媒效应理论(如介电常数理论或极性过渡态理论等)常常不能满意地用来指导选择最佳溶媒,而选择性分子间作用力理论大大改进了该预测的正确性。许承威就以此为指导,完成了“氯丁橡胶无毒溶剂”的研究, 获 1996 年国家科技进步二等奖。 介质对反应速度影响等理论的研究方面也得到了分子间选择性作用力理论的有力推动。他系统地研究介质对反应速度的影响并发现它们和选择性分子间作用力密切相关。在“丙酮浓溶液溴化反应的动力学研究”中,金松寿证明其机理分三步进行,这三步都是在两个集团结构适应条件下发生。都存在明显的选择性分子间作用力,这种力促进了反应分子的溶媒化,直接影响了反应速度。这种观点阐释了溶媒对反应速度的影响并解释了反应的温度效应。 对选择性分子间作用力的定量判据也进行了初步研究。以气 - 液色谱技术测定了一些有机溶质在负载二苯并十八冠六液膜中的溶解热力学变量。实验结果表明,液相中该冠醚也像聚乙二醇一样,选择性地吸收溶解不同的溶质。该冠醚的苯环、亚乙基和氧原子可以构成多种集团结构从而对不同溶质分子的相适应结构呈现出分子识别功能。发现在色谱体系中,吸附质和吸附剂或溶质和溶剂的分子间的相互适应性程度可用吸附或溶解过程的热效应和熵效应的绝对值之和( D H ° +T D S ° )来表示。该热力学函数的组合同时体现了分子间相互作用力的强度和由此导致的分子运动自由度的减少程度。它和平衡常数或- D G ° 的变化趋势基本一致,同时克服了分子间相互作用导致的热力学过程因焓、熵互补而 D G ° 的绝对值太小的缺点。二者绝对值之和 -( D H ° +T D S ° ) 在相当普遍范围内可作为分子间选择性作用力和结构适应性程度的判据。 超分子的发现和应用可说是从冠醚的研究开始,冠醚与 NaOH 的作用实际上释冠醚内圈含有的负氧集团与 Na + 的作用,用它可作为有效的相转移催化剂。选择性分子间作用力理论亦早就预测 PEG 高分子链段弯曲形成类似冠醚的结构,而类似的催化作用也已经被实验所证实。集团的形成或相互作用可因条件(如温度、光照及诱发剂)的改变而变化,亦可改变其构象。今年已有人利用它来合成了某些特殊性质的螯形化合物,在激光照射下能够开闭其螯齿。应用这些原理可以设计一种化合物(如 DOP ),它与极性大而分子量又比苯大的苯酚 C 6 H 5 OH 作用时,它们的作用力反而比与苯的作用小。亲水链的作用众所周知,但憎水链(在 DNA 双螺旋体形成中亦很重要)又是怎样形成的呢?选择性分子间作用力理论认为这应归功于许多非极性的小集团通过有序的排列形成一个大的集团,而大的集团这通过其结构和构象间的互补与另一个可适应的集团作用所致。事实上,这些基于集团和集团间的相互作用力在生物分子的识别上得到泛的 证实和应用,这也是主-客体化学中大分子相互识别和作用的基础。 在 2001 年召开的国际超分子会议上,金松寿教授曾以“功能超分子与选择性分子间引力”为题作了报告,它明确指出两个集团结构较强适应时就会引起许多物理性质的较强变化(非范德华引力所能预期),例如沸点、吸附、溶解力、色谱及溶媒效应等等都属此类。第二种情况时当集团结构适应性很强时,它们间的作用力很强,就可以形成超分子。第三种情形是集团间适应性很强,作用力很大但同时原有的分子不够稳定,那么就可能引起这些分子的分解,这就产生了化学变化和催化反应。可以看到分子间选择力理论和超分子密切相关并可以扩展到更广阔的领域中。 随着科学的进步,金松寿对集团的定义也进行了发展,几个原子可以组成集团,单个原子也是最简单集团(由核和电子组成的复杂体),分子亦是集团,所以集团可以是原子(离子)、基团、分子、超分子、高分子及纳米粒子。这样分子间的选择性作用力的原理可以应用在更为广阔的科学领域中,例如在现代纳米生物学中蛋白质的活性位点和蛋白质的相互识别实际上就是由于集团的选择性作用力所产生的。 金松寿还指出分子间的范德华力亦是结构适应性较小时之集团之间的作用力。定向力就是偶极之间的结构适应。诱导力是极性(偶极)的极化能力和被极化能力(用极化度表示)间的结构适应,色散力就是两个瞬间偶极之间的适应,都是较弱的结构适应性。已知以前的分子间引力有三种,除范德华引力外,还有氢键和电子转移络合作用。很显然氢键是与 N 、 O 原子相连的 H + 和另一基团上负氧或负氮之间的作用,亦是两个适应集团之间的作用;电子转移络合作用如苯和氯分子(或原子)都是非极性集团(可以说是非正负集团),但一个可以给出电子,另一个可以接受电子,两个集团结构适应,可产生电子转移作用,使两者发生作用(有选择性)。所以分子间选择性作用力可以包括范德华引力、氢键和电子转移络合(配位)作用。这个概念是金松寿对分子间力更为全面地概括和总结。 金松寿在研究和总结过去大量研究结果的基础上有明确提出:当两个集团结构适应性不太强时只会引起物理作用;而适应性很强时就有可能引起化学作用。 生物化学及生物物理(如细胞膜的选择吸收)也充满选择性。 DNA 的双螺旋结构亦依赖 A 、 T 、 C 、 G 的结构适应性而相互结合。生物的进化和生命活动亦都离不开集团结构的适应性和选择性,在生物和医学中到处都是选择性,血型和免疫系统均是如此。分子间选择力贯穿物理、化学、生物及医学,值得深入及广泛研究。 关于分子间选择性作用力理论的更多应用已总结在金松寿的专著《 Selective Intermoleculaforce and Adaptability of Group Structure 》和《 Cybernetic Chemistry and Its Application 》中,前者获得“第八届中国图书奖”。两次诺贝尔奖获得者、化学键理论的奠基者鲍林( L. Pauling )教授寄来贺词“我将详细学习你对理解物质性质和它们相互作用所做的贡献”。此成果获得了 1998 年浙江省科技进步二等奖。 (四)提出 “ 催化剂集团结构适应理论 ” 在催化理论方面,他是我国较早展开催化研究的知名教授之一。早在 60 年代初,就已承担了国家重点项目 “ 多相催化动力学 ” 和 “ 均想催化动力学 ” 。就均相催化的溶媒影响机理展开了深入研究。不久后,文化革命开始,在抓革命、促生产的大背景下,金松寿和他的同事们下工厂、搞创新,承接了一系列国家急需的实际催化课题。 1969 年,在 “ 涤纶合成新工艺 ” 课题中用低毒的锌催化剂代替剧毒的镉催化剂实现了邻苯二甲酸钾转位新催化工艺并全国推广。成果获 1971 年浙江省优秀科技成果二等奖。 1974 年,完成了 “ 间(对)二甲苯氨氧化制间(对)苯二甲腈催化剂 ” 小试及工业化研究,达当时的国际先进水平。 文革结束,改革开放后,我国应来了科学发展的春天。金松寿以更大的热情投入了科学研究。 1979 年完成了 “ 邻二甲苯流化床氧化制苯酐系列催化剂 ” 研究,突破了国际上邻二甲苯氧化催化剂必须添加溴等腐蚀性助剂的难点,开发了不添加腐蚀性辅助气体的催化催化体系,成果放大到 1 米直径的工业流化床。 1981 年完成了 “NZP-1 型有机废气焚烧净化催化剂 ” ,获 1985 年国家科技进步三等奖。 NZP- 系列催化剂在全国除台湾、西藏外的各省推广并出口日本,取得了很大的环境效益和经济效益,获多项省部级科技奖和国内外的各种荣誉。期间,还协助工厂攻克了加氢、氧化等催化工艺中的多项难题,获得了工业界的好评。 在每个课题的攻关过程中,他要求同事和学生一定要有思想,一定要注意把实践结果提高到理论的高度,并用于指导实践。他本人则用唯物辩证法观点和控制论科学方法论不断总结研究成果,抽提出了 “ 催化剂集团结构适应理论 ” 。 1974 年在兰州举行的 “ 第三次全国催化学术讨论会 ” 上宣读,引起了热烈的反响。 1978 年全国科学大会上, “ 间(对)二甲苯氨氧化与催化剂集团结构适应理论 ” 获得了优秀成果奖。课题组获先进集体称号。 70 年代初,在电子理论、半导体理论、多位理论和活性集团理论等催化大理论销声匿迹之后,催化应用不断发展,但其理论模型却无重大进展。和以上这些理论不同, “ 催化剂集团结构适应理论 ” 是金松寿和他的研究团队根据文献上大量数据和自身实验结果提出的一种研究催化剂和催化反应的设计理论。该理论的要点是: 1. 反应机理(步骤)必须和催化剂结构(活性中心集团)相适应。 2. 催化剂活性中心的组合结构必须与反应机理的各步骤相适应。 3. 优良催化剂的集团结构必须和目的反应的机理相适应而和副反应不适应。 4. 催化剂活性集团结构适应包括空间结构适应和电子结构适应。除结构性质的绝对适应外,更要注意其相对适应性。 5. 调整适合的反应条件使之集团结构与机理相适应。 6. 制备提供催化剂结构的物质基础,但最终结构要在与机理适应过程中形成。 实际上强调了催化反应、催化剂结构和反应条件的相互关系,强调通过三者的适应来研制催化剂、调控催化性能。金松寿利用这种观点深入总结了当时文献中几乎所有加氢、脱氢、氧化、水合、脱水、异构化、裂解、加成、缩合、聚合以及络合催化的实验结果并指导了多种新型催化剂的研制。其研究成果总结在上海科技出版社出版的《有机催化》一书中。我国催化科学奠基人,中科院大连化学物理研究所原所长张大煜对此倍加赞赏。在国外,日本原触媒学会会长田部浩三教授和乌克兰的一些教授对对此模型亦十分赞同。他们亦尝试用此理论模型阐释他们在实验中长期未解的众多问题。 金松寿一直期待它的模型尤其是催化剂上有关活性集团能够得到实验的直接证明。那时 “ 催化剂集团结构适应理论 ” 才会上升到一种真正的理论。而目前还只能说是一个理论的轮廓。 (五)控制论化学 在金松寿毕生的化学研究实践中,现代科学方法论的应用始终是他的一个追求和特点。他将现代控制论方法学引入化学研究,以一种全新的视角审视了现代化学。他认为化学学科发展到现阶段,不只研究的范围日益扩大,层次愈趋深入,且实验事实积累的愈多,愈需要进一步的理论解释。而且留给我们需要去解释的问题都是一些很复杂的体系,往往包含着众多的因素,互为因果,纠缠不清。许多化学领域中的问题或理论,虽有很大进展,但某些方面亦确实进展不大。面对现在要求高效率、高速度发展科技的时代,尤有不适应的感觉。因此在化学研究上亦不得不重新思考及总结所研究的方法或方法论问题。把控制论、系统论和信息论等新方法引入到化学领域中,可以派生出一些新的观点,形成一些新的概念。 透过多年化学研究和实践,金松寿指出经典化学有几个缺点。一是只重视分子结构和运动,比较忽视原子的运动对化学性质的影响。比如分子结构中原子的振动可用量子力学处理,振动频率业用来鉴别化学键的种类和变化,但极少讨论它们对化学性能的影响。二是只关注分子的稳定态,所有讲述物质的性构关系都是稳定结构与性质的关联。均以即使在经典量子化学理论中,为简化起见,亦都假定分子骨架不变,以固定的原子分布为坐标计算电子的运动轨迹去解释化学变化。三是缺乏时间观。化学动力学虽然涉及时间,但它只是一个统计时间,只说几分几秒中变化了多少分子,却不讨论变化瞬间的时间影响。这样,在经典化学的各分支内容中留下了很多悬疑问题。比如醛、酮、酸、酯、酐、酰卤都是酰基化合物但化学性质极其不同,又如 CH 3 F 、 C 3 H 7 F 能稳定存在而 C 2 H 5 F 就不存在?等等,很多很多。一般教科书中或避而不谈或以“例外”搪塞。金松寿穷毕生之力,锲而不舍地思考这些问题。终于通过控制论方法的引进而得到了重要的突破。他通过对化学物质和化学反应可能性空间的分析。指出物质除稳定结构外,还存在各种不稳定结构,它们存在的几率极小,但往往决定了化学反应的方向。是化学反应动力学的控制因素。不稳定结构只在物质分子状态偏离稳定态的瞬间出现,如果在那瞬间,遇见并接触到和它结构(不稳定态)适应的另一分子或集团就可能发生化学变化。活泼中心只需另一分子的短暂接触而不活泼中心则需要另一分子较长时间的攻击。因此分子碰撞的时间坐标对化学反应极其重要。分子间引力是很弱的作用力,但当两个分子的集团结构高度适应时,会增加相互碰撞瞬间的接触时间,增大诱导电荷从而大大增强碰撞效率而导致分子间选择性作用力的形成。金松寿认为控制论中的反馈原理同样适用于化学,它指出许多化学现象都与反馈密切相关。他把控制论方法的主要内容(构造自然观、时间观、不稳定态、动态分析、反馈及信息处理等等)引入化学,编写完成了《控制论化学》《 Selective Intermolecular Force and Adaptability of Group Structure 》和《 Cybernetic Chemistry and Its Application 》 三部专著。全面总结了他在这方面的研究成果。“控制论化学”这门新课程,在原杭州大学和新浙江大学的研究生教学中受到了师生的广泛欢迎。 在邓从豪主编的“现代化学的前沿和问题”中对此评论:这方面的工作为为化学开辟了崭新的研究领域。 金松寿主要论著 金松寿 ,《量子化学应用简程》上海科学技术出版社( 1959 ) 金松寿,《化学动力学》上海科学技术出版社( 1959 ) 金松寿,《量子化学基础及其应用》上海科学技术出版社( 1980 ) 陈嗣虞,金松寿《工程化学》上海科学图书仪器公司( 1952 ) 金松寿,苏联物理化学学报, 26, 960 (1952) 26, 1225(1952) 金松寿,金观涛《原子模型的松紧规律及应用》郑州大学学报(自然科学版) 2 , 63 ( 1980 ) 金松寿,郑小明,王银根,杨大均《构象与溶媒化》杭州大学学报(自然科学版) 4 , 111 ( 1964 ) 金松寿,唐新硕《选择性分子间引力》高等学校化学学报 2 , ( 1 ), 7 ( 1981 ) 金松寿,郑小明 《 Selective Intermolecular Force and Adaptability of Group Structure 》杭州大学出版社,( 1993 ) 金松寿,唐新硕,郑小明,马福泰,《有机催化》上海科技出版社( 1985 ) 杭州大学化学系物理化学教研室,《间(对)二甲苯氨氧化与催化剂集团结构适应理论》科学文献出版社( 1979 ) 唐新硕,王新平,金松寿 SO 42- /ZrO 2 型超强酸酸 中心形成机理研究 , 中国科学( B )辑 24 : 584 - 595 ( 1994 ) 金松寿,《控制论化学》浙江教育出版社( 1989 ) 金松寿,郑小明,金观源《 Cybernetic Chemistry and Its Application 》浙江大学出版社( 2000 ) 金松寿,《现代化学的前沿和问题》第 27 章“化学与控制论” 411 - 434 ( 1987 ) 主要参考文献 唐睿康,《分子间选择性作用力和控制论化学》化学进展, 21 , 6 , 1080 - 1084 撰稿人 郑小明( 1941 ~ )浙江宁波人。浙 江大学 教授,博士生导师。原杭州大学校长。 1962 年在金松寿指导下完成本科毕业论文,留校任教后一直协助并在金松寿指导下进行催化、动力学、分子间选择性作用力和控制论化学方面的研究。
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专题讨论班:经典控制理论研究的问题(姜懿郎)
GrandFT 2010-12-1 19:22
题目:经典控制理论研究的问题 主讲人:姜懿郎 时间:2010年12月3日下午4:00 地点:16楼308 经典控制理论研究的问题 0 卷积的意义及定义 1 控制器问题 2 以二阶系统为例说明系统的性能指标 3 最优控制(以登月舱燃料消耗为例) 3.1 变分法 3.2 极小值原理 3.3 动态规划
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周四讨论班:控制论(姜懿郎)
GrandFT 2010-11-7 20:25
题目:控制论 主讲人:姜懿郎 时间:2010年11月18日下午4:30 地点:16楼308 自动控制理论提纲 第一章:系统和反馈的基本概念 1.1 简略引例:为什么阿波罗飞船能精确抵达月球? 1.2 详细引例:如何保证把水烧开? 1.3 系统、输入、输出和反馈的概念 1.4 控制的目的是什么? 第二章:经典控制理论研究的问题 2.1 控制器问题 2.2 以二阶系统为例说明系统的性能指标 2.3 最优控制(以登月舱燃料消耗为例) 2.3.1 变分法 2.3.2 极小值原理 2.3.3 动态规划 第三章:现代控制理论的基本观点 3.1 线性时不变的观点 3.2 状态变量的观点 3.3 动态行为由当前状态唯一确定的观点 3.4 输入变量、输出变量与状态变量 3.5 动力系统的动态行为 3.6 稳定性 3.7 反馈对系统极点的配置 3.8 可控制性与可观测性
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错的不是达尔文(上)
热度 1 Lewind 2010-1-13 08:27
我的译作《为什么要相信达尔文》已经上市两月有余了,也得到了些许的关注,心下甚慰。当然,也有进化论的怀疑者和反对者不断提出针对进化论或针对达尔文的质疑。我并没有英文版原作者Jerry的耐心与坚毅,所以并未一一回应。特别是对一些明显不了解进化论的观点,实在是没必要多费口舌。 然而,我愿意专门写此博文来回应lefeng的质疑。虽然我并不了解这位朋友,但从他在我博客上的留言以及他自己的博文可以看出,lefeng至少受过良好的教育,有逻辑的头脑和一定的知识基础。所以,我很乐意应他要求,指出下面文章之中的错误之处:http://space.biox.cn/21104/viewspace-67568.html 首先,在回应这篇文章之前,我先要回答lefeng曾问过的另一个问题:我的专业是什么。当时我随口答为生物学,这也的确是我目前工作所在的专业领域。但看了lefeng的文章,我意识到专业问题的重要性:他实际上是在质疑生物学研究人员在思维上的严谨性和深入性。他还在文中写到学习过控制论以后云云,我猜lefeng当是学工程一类专业出身的。我不得不说,其实我跟lefeng还算是同门。只不过,我的专业背景比大多数人要复杂一些。 从小学三年级开始我就参加了数学奥校,一直到初三,高中又转学物理奥校。这些经历为我打下了坚实的数理基础,应了那句话数学是科学之母,物理是科学之父。本科我学的是自动化,一个工程与计算机的综合学科,了解了控制论的皮毛。博士我才转到生物专业,算是半路出家。 我所从事的研究方向是结构生物学,在原子层次揭示蛋白质和核酸等生物大分子及其复合物的功能与机制,是生物化学与生物物理学相结合的一个学科。虽然有人可能因此质疑我对进化论的认识水平,但如果你学习过现代生物学的任何一个专业方向就会发现,进化是任何一个生物学门类都无法回避的本质问题之一。或许我在进化论方面的认识不够高深,但我所具有的基础认识已经足够回应那些并不了解进化论的人所提出的质疑了。 书归正传, lefeng的原文我不在这里过多赘述了,也不作总结了,因为本文将对其观点逐条予以反驳。而之所以lefeng会在思考之后得出错误的结论,主要有三方面的原因:一、贯穿全文的智能一词被不断偷换概念从而滥用;二、误读了控制论的内涵,混淆了控制系统与智能控制系统的概念;三、并不了解完整的进化论理论;四、不了解近年来生物学及其它相关科学大跨步前进之后所给出的全新的、更为丰富的进化论证据。 关于后两点,我相信《为什么要相信达尔文》能给你很大的帮助。这本书的英文原版也是出版于2009年,因而包含了众多最新的科研证据。同时,这本书并没有因为自己是一本科普书籍而忽略进化论的一些次要方面,反而是面面俱到地介绍了进化论很多不为普通人所知的理论层面。我敢说,即便是一位生物学科班身的人,只要你不是从事进化生物学的专业研究,就一定会在这本书中发现你所不知道的知识。 好了,广告打完,下面逐一回应lefeng的观点。 lefeng : 1. 只有具有相当高智能的控制系统,才能实现生命所体现的种种功能,而且这种智能可能是在非显性层面上的,是生物本身意识不到的。 驳:首先,控制系统并不一定就需要智能。lefeng看到了生命活动中所呈现的精妙的调节现象,就认为这背后就一定要有智能的存在。这种推论在逻辑上是不通的,既无因,亦无果。《为什么要相信达尔文》中也对类似的观点进行了反驳。我只能说,这种对智能的认识仍停留在智能空调那个智能的层面上。人们一般认为的智能是什么?通常是能自动做到某件事情就叫智能。然而学过工程的人都应该知道,自动并不需要智能,而往往只是收敛函数的体现罢了。   一般人听到控制论,一定以为这是讲计算机编程与人工智能的理论。我在进入自动化系之前也正是这样认为的。但直到上了控制论这门课才发现,这其实是一门数学课。它研究的是各种系统的数学模型,通过高等数学来研究控制系统在接受输入时会得到什么样的输出结果。这种输入与输出之间的关系通过数学函数来描述,完全与智能无关。 还以空调为例,如果房间内的温度超过设定温度,制冷机就开始工作,令室内温度下降。但温度降到一个设定值的时候,制冷机就会停止工作。这就是自动。也许今天在超市里贩卖的智能空调的确是通过编程来实现相关控制的,特别是那些具有变频功能的空调。但以前的老式空调可没这么高级的电子系统,不过是通过一个负反馈电路来实现温度控制的。一个负反馈电路算是有智能吗?如果算的话,这智能的定义也太宽泛了,图灵大概要气得从墓里爬出来了。 实际上,在生物体内,很多看似精妙的生物学功能,其实也是类似负反馈调节电路一样简单的控制系统。比如我博士期间的研究课题之一是在核酸代谢途径中的一种酶,称为deoxycytidylate deaminase,即脱氧胞嘧啶核苷酸脱氨基酶,缩写为dCD。姑且不去管这拗口的名字,只看看它的功能。它催化dCMP转化为dUMP,而作为原料的dCMP本身可以在别的酶作用下生成dCTP,而作为产品的dUMP则可以用于生成dTTP。dCTP和dTTP均是我们基因DNA的组成材料。 很复杂,是吧,但在生物体内的实际情况却更复杂。由于dCTP和dTTP都是DNA合成所需要的原料,所以两者在细胞内要维持在一个合适的浓度范围之内。太多或太少都会影响DNA的合成,从而对细胞有害(所以别再吃什么XX核酸了,对身体没好处)。而dCD这个酶由于能把dCMP转化为dUMP,也就是说能把dCTP的合成原料转化为dTTP的合成原料,因而成为这两者之间的一个单向调节阀。 只能单向调节的控制系统在生活中很常见,比如暖气只能加温,而我们刚讨论过的空调则只能让温度降低除了现在的变频空调。问题是,空调有温度传感器,可以知道温度太低了,不用制冷了,或者温度太高了,需要制冷。酶又有什么呢?实际上,dCD这个酶不但是受控的,而且相当之精妙。 dCD本身是一个蛋白质,并没什么奇特的。但单个dCD分子并不稳定,而要以二聚体的形式存在。二聚体的dCD虽然稳定,却没有催化能力,也就是说,没有活性。dCD的催化功能要通过三个二聚体组成六聚体时才能实现。也就是说,控制了dCD二聚体形成六聚体的聚合与解聚,就能控制这个酶催化功能的开与关。 事实上,dCD二聚体到六聚体的聚合与解聚的确受控,而且控制这两个动作的两种小分子不是别的,恰恰就是dCTP与dTTP。当细胞中dCTP浓度上升时,dCTP就会与dCD二聚体结合,使之发生形变,从而能够形成六聚体,开始催化,消耗dCMP,阻止dCTP的进一步增多。反过来,当dTTP在细胞中变多时,dTTP与dCD六聚体可以结合,使之形变后,无法维持六聚体的稳定,解聚成为二聚体,从而停止催化,不再生成dUMP,阻止dTTP的进一步增多。 看,如果画成流程图的话,这是一个很简单控制系统。原料端的堆积会开启这个单向转换阀,而产品端的堆积则会关闭它。而这个系统只通过一种蛋白质就实现了。你能说这个蛋白质有智能吗?算了,还是让图灵他老人家好好安息吧。 以上只是一个小例子,只涉及了一种蛋白质。而生命体中还有其它更为庞大,更为精妙的控制系统。那背后没有什么智能,不过是化学反应或物理机制罢了。特别是像凝血体系这种涉及多种蛋白,体现了信号的多级放大和多级纠错。这些不是lefeng所说智能控制系统的许多特性,而不过只是一般控制系统的特性罢了。一个足够复杂的系统,比如像凝血体系这样超级复杂的化学反应,完全有可能带有这些特性。 的确,如lefeng所说,换一种思路是个不错的选择。事实上,已经有人在做这方面的研究,用电子电路,乃至控制论的观点来研究生物学中的生化反应体系,并且已经小有所成。在对MAPK,MAPKK,MAPKKK等蛋白组成的反应通路的研究中,有人成功地建立了近似于三极管的电路模型,把这一系列蛋白所参与的反应解释为对某一生化信号的放大。或许终有一天,细胞乃至生命个体的所有生命活动都可以建立电子的、物理的、甚至数学的模型。 然而,这种可建模的精妙性与复杂性并非是进化论所解释不了的。具体可以参见《为什么要相信达尔文》一书所给出的例子。本文在后面也会讲到一两个这方面的例子。断然认为进化做不到什么是纯粹的主观臆断,恰恰缺乏从事实到理论的严密逻辑推导,反而以日常感受代之。科学早已告诉我们,日常感受只能用在日常生活中,不能用在科学研究中。更何况,我们的日常感受是基于经验的,往往受到感官的欺骗从而产生错觉,比如重的物体下落更快。这个问题就不多说了,否则就离题太远了。 lefeng : 2. 达尔文的进化论陷入了机械论的外因论,完全忽视了内因的作用,完全忽视生物智能控制系统的存在和作用。比如鸵鸟腿部肌肉的增长,不是天经地义的,而是智能控制系统起作用的结果。 驳:首先,我们要承认,达尔文的《物种起源》的确在环境因素与生物进化结果之间缺失了一环。也就是lefeng所强调的内因。但在那个还不知道DNA为何物的时代,对于这个内因的认识是不可能的。相反的,在缺乏认识这个问题的条件基础的情况下,达尔文仍旧能得到正确的理论体系,恰恰体现了他的思想在哲学层面所达到的不同凡响的高度。 至于这个内因是什么,以我的水平,不敢给出一个科学严谨的定义。但可以肯定的是,与生殖密切相关的基因,以及基因在生命个体生长过程中的表达,才是这个内因所在。从这个角度上说,达尔文已经看到了生殖,应该说是已经看到了内因起作用的方式之一。当然,也还有其它众多生物学因素掺杂其中。然而,它肯定不会是lefeng所说的生物智能控制系统的存在和作用,因为这个内因在今天的生物学中已经研究得十分清楚了,与智能无关,只不过由于通常不表述为内因,所以难以给出定义罢了。关于这个内因的具体形式,下文反驳关于突变的问题时再给予详述。 关于鸵鸟的问题,lefeng引用达尔文的话由于没有使用引号而存在歧义。如果这就是著名的用进废退理论是达尔文的话的一部分,那达尔文并没有说错。因为用进废退理论本身就不是正确的,达尔文提出的进化论恰恰站在它的对立面上。腿用得多,腿的肌肉会增长,这是对的。但翅膀用得少并不会导致它变小,至少不会像腿变粗那样显著变小。而且最重要的在于,这种由于使用而导致的变化不会直接体现在它们的后代身上。换言之,即便爸爸是健美冠军,如果儿子不喜欢任何体育运动,也不会自然而然就有一身健美运动员似的夸张肌肉。 而就肌肉增长这个问题本身而言,这的确是个复杂的生化过程,但并不需要智能,相反,可以说是不受智能的影响。否则的话,对于那些极度渴望获得肌肉的健美运动员来说,他们大可不必去做什么锻炼了,只消每日坐在那里冥想就好了。当然,如果以lefeng的标准来看,我此处所指为显性的智能,而肌肉生长的过程是受非显性智能控制的。但正如我在前一个问题的反驳中已经指出的,所谓非显性的智能控制,不过就是控制系统本身的固有数学特性罢了。称之为智能,完全是对控制论的误读。 退一步讲,即便承认非显性智能这回事,lefeng在这里的讨论也站不住脚,因为他略去了非显性这一定语,从而完成了一次概念偷换。非显性的智能是没有主动性的,它只能对某种外界条件(即函数的输入)给出既定的反应(即函数的输出),所以没可能为了适应某一情况而主动做出相应的调整。但lefeng在这里直接谈论智能,意即是智能控制系统指令肌肉去增长的,从而对进化产生了导向性的影响。这种偷换赋予了本不存在的智能以本不存在的功用。 (未完待续)
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谈谈信息的概念
热度 1 gl6866 2009-12-7 11:11
信息作为一个科学概念首先应归功于信息论的创立。信息论是美国数学家香农(C. E. Shannon)在1948年创立的,在《通信的数学理论》一文中,他专门讨论了信源和信道的特征,并推导出通信过程中信息量的计算公式。他对信息的定义是,用以消除随机不确定性的东西。在这之前,尚有其他人对一些探讨,如1872年波尔兹曼(L. E. Boltzmann)提出信息与不定度间的可测关系的概念;1918年费希尔(R. A. Fisher)从经典统计学方面研究了信息的量度问题;1928年哈特莱(R. V. L. Hartley)提出用讯息可能数量的对数来度量讯息中所含的信息量。然而,香农的文章是划时代的,他总结了前人的工作并有所突破。因而信息作为一个科学的基本概念首先在通信领域安家落户,而信息论作为一门学科,也在自然科学中找到了自己的位置。差不多与申农同时,美国科学家维纳(N. Wiener)创立了控制论,在电滤器燥声与信号的处理理论的研究中,他也独立地给出了与香农相似的信息量的数学公式(相差一个符号)。由于他们的共同努力,更为通信的信息理论开辟了更为宽广的应用前景。 作为科学家,香农在创立信息论时,对于信息的本质并未作出明确的规定。实际上,我们没有任何理由要求一个科学家在本领域的任何一个基本概念都作出本质的规定。申农所关心的只是信息的度量的问题,由此可见,信息量的概念之于是比信息的本质更为至关重要的。在信息论当中,information指的信息量单位,叫做比特(bit),即binary digit缩写的音译。香农在通信理论的贡献主要有两点,一是建立起通信系统的一般模型;二是在通信系统中引入概率统计方法。这两项工作为狭义信息论奠定了基础。这便是在具体的科学领域之中方面的关于信息这一概念的情况。我们说,它是一种量的概念,一种统计的概念,所解决的是机械通信工程中如何利在有限的信道中以最大速率传送最大信息量的通信问题。 香农的信息在通信领域内取得了很大的成功。信息论首先出现在通信领域不是偶然的,当时第二次世界大战刚结束不久,其他学科如自动控制、计算机科学、系统科学以及生物学等领域都在利用信息的概念来进行本学科的研究工作。如早在1944年奥地利科学家薛定谔(E. Schredinger)便利用负熵(即信息)来研究生命现象了。在本世纪60年代,科学家揭示了脱氧核糖核酸(DNA)的遗传信息密码的双螺旋结构的秘密,开辟了分子生物学等一系列全新的领域,从而进一步使信息论的观点在自然科学诸领域如计算机科学、物理学、化学、生物学、心理学、神经生理学得到了推广,形成一般信息论。 随着现代科学技术的发展,一般信息论很快就渗透到其他各个领域,成为广义信息论。在诸如经济学、社会学、管理科学、以及人们的生产、生活的方方面面,都能见到信息概念的身影。也提出了五花八门的关于信息的定义。香农当时对这种不采取任何批判的生搬硬套的作为频为反感,认为信息论的基本成果仅限于非常特殊的领域,对心理学、经济学和其他一些社会科学领域,信息论未必解决什么问题。他特别指出information绝不应与日常用语的information混淆起来,因为在这个科学理论中,information有其特定的涵义。尤其重要的是,不要把信息与意义(meaning)混淆起来。但是,香农就好象是打开了潘多拉的盒子,把信息这个精怪放了出来而无所适从。非旦自己不能控制,反被人讥为坚持一种狭隘的信息观。 此后,他所提出的信息量的方法在几乎所有的领域内都得到了广泛的应用。然而,正如有人认为的那样,无论是对信息的定义,还是对信息的量度,都更侧重于该实用领域范围的实用方面。它们都仅仅抓住信息表现或作用的某一侧面来对信息进行把握,所以,它们都没有真正揭示信息的本源和实质。关于信息的概念,虽然科学界尚无统一的、精确的定性定义,但后来被广泛应用于各门传统学科和新兴学科领域,已经成为一个普遍有效的概念。因而具有重要的哲学意义。由此可见,揭示信息的本源和实质的重任便自然而然地落在了哲学的身上。人们把哲学比作科学之王,如果哲学不能及时有效地对科学加以总结和指导。它就会王冠落地,反被科学所嘲弄。 真正引起哲学界注意的不是香农,而是维纳对哲学,尤其是唯物主义哲学的挑战。维纳于1948年在其《控制论》中提出一种不是定义的定义,他说:信息就是信息,不是物质也不是能量。不承认这一点的唯物论,在今天就不能存在下去。此外,在这部著作中,维纳还试图运用控制论的观点去分析社会发展的一些根本问题。一个资产阶级知识分子竟然说出这样的话来,简直不屑一顾,骂上几句就算给他脸了。所以,控制论一出台,便遭到前苏联哲学界的批判。我国于60年代分别出版了维纳的《控制论》和艾什比(R. W. Ashby)的《控制论导论》。可是,当时我国哲学界附和苏联哲学界对控制论持批判态度。加之十年动乱,没有什么研究成果,文革后,风气始变,国内遂以肯定的态度用控制论研究哲学问题。 信息论传入我国已经是60年代的事了,比如说香农的代表作《通信的数学理论》于1965年才被译成中文。我国1979出版的百科辞典《辞海》甚至没有收信息这个条目。我国学术界在80年代也才开始研究信息的哲学含义并从信息角度研究哲学问题。科学的信息概念起源于通信技术的需要,而在哲学意义方面,具体表现在信息概念扩大了人们关于世界的科学图景。以往,构成科学的世界图景仅限于质料和能量这两个范畴。由于现代科学技术的发展,人们发现物质还有第三个由信息范畴把握的重要方面。信息是系统内部和系统之间相互联系的形式,是系统有有序程度的标记。信息过程必须以质料为载体,并借助于能量。它既不能归结为物质系统中质料和能量过程,也不能与质料和能量过程分离。同时,信息也标志着物质运动和变化的状态。哲学界还认为,把信息归结为物质客体是简单化的形而上学倾向,企图把信息解释为物质领域和精神领域相并列的第三存在领域,则是回避哲学基本问题的多元论倾向。 信息概念对于认识论的研究具有重要意义。作为客体的所知系统与作为主体的能知系统,用信息耦合的方式结合起来,可以形成一个圆圈式的信息接受、存贮、加工和输出的过程。在科学反映阶段,分析活动时信息量趋于约减,综合活动时信息量则趋于扩展。这两种趋势既相互对立,又相互依存,构成了分析与综合的基础。在所知与能知系统之间存在着同构异质的关系。在这种信息耦合的关系中,否认所知系统对能知系统的作用是主观唯心主义观点,否认能知系统对所知系统的反作用是静观的唯物主义观点。 总而言之,在哲学界关于信息的概念存在着具有不同实践倾向的主张,一直围绕着这个概念在争论。主要有四种观点:(一)信息是精神实体的特性;(二)信息是物质的普遍属性;(三)信息是与物质和精神并列的第三种存在;(四)信息是物质载体与意识成分的特殊结合。这便是在哲学的高度对信息的概念进行的总结。但除了拓宽了哲学的视野,加深了认识之外,在指导方面究竟应该采用何种观点呢?这个问题并没有解决。因之,到了21世纪,对信息的哲学问题的研究终于成就了信息哲学这门具有交叉科学科学性质的哲学学科。
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独裁比民主效率更高?——控制论观点下的政治学
热度 2 bangjin 2009-11-1 16:07
关于民主和独裁哪个是个更好的政治制度问题,在西方鲜有争议,但是东方学(季老的学问)博大精深,所以在中国,是一个学术界争论不休的话题。譬如成龙先生的观点就是中国人需要管,不管就会乱(纯粹废话,哪个国家人不管都会乱,关键是如何管),前新加坡的独裁者就认为中国需要开明专政。其实说得似乎有道理,但是殊不知,开明和专政本来就是互为反义词。短期内可能做到,开明和专政谈谈恋爱是可能的,长期同居不现实。 其实,专政好比是一个开环控制系统,按照某个伟人一个人的预测和他的蓝图进行控制。这里面最大的一个问题就是:哪怕控制目标确实是好的(统治者足够智慧),但是由于采用的是专政的形式,噪声的影响会是致命的,这样使得最终的效果完全偏离了设计的目标而浑然不觉,依旧沉溺在幻想的成就中。用控制论的术语说,是鲁棒性比较差。所以中国这样的国家,经常是已经完全不适应新社会的政策照样在执行,不到矛盾不可调和的时候是不会被改变的。设计很好的政策,到下面就完全把经给念歪了,但是上面还浑然不觉,还在大力推进。这就是专政制度鲁棒性差的典型例子。 稍稍开明的专政则是一个闭环控制系统(能听进去一点反馈意见),不过系统的时滞性很强。所以控制效果很差,下面的人经常感觉政策一会儿左一会儿右,过犹不及,但是不管在哪边都是一个不好的结果,就是折腾你让你别想舒服。 西方的社会好比是一个带有很强阻尼的振动系统(积分环节比较大,比例环节比较小)。一个党派提出一个议案,五花八门各种意见都有,用中国人的话说,心不齐,效率不高;人心齐,泰山移!而中国的民主集中制度具有明显的社会主义优越性就是,可以集中力量办大事,效率高,一个很大的决策领导人脑袋一拍和三五个政要照个面,搞定了。这样好比是一个弱阻尼强刚度(积分环节很小,比例环节很大)的系统。表面上看,确实效率高,很短时间就把误差降为零了,但是很容易超调!于是政策一会儿左一会儿右。国家的政策好比过山车,今天在宣扬英雄母亲,可能明天就是只生一个好! 其实从控制论的角度,高度团结的群体做出的决定未必就会更好,虽然效率很高。但是做出一个好的决定效率高,作出一个灾难性后果的决定,效率同样高得惊人!民主的政治,力量分散,支持派的力量好比是比例环节,而反对派的意见好比是阻尼环节,结果就是,这样的结果是政策比较稳健,虽然讨论了N次会议才通过,效率低了一些。 所以,万众一心,在决策领域未必就是好事。全票通过,其实蕴藏着灾难。其实中国从建国以后,大跃进就一直没有停止过,仅仅是跃进的领域和形式不同而已,今天是大办钢铁,明天全国都在搞经济开发区,后天是全民高教,大后天是全国高校都在办科技园。归根到底,就是两个原因:一个是反馈的时滞造成的,一个是系统阻尼过小的原因引起的。 建设一个国家,好比一群人在推一辆汽车。中国人现在搞集中制度,一声令下,万众一心(不一心的就是阶级敌人),所以车子启动很快(效率高),但是等车子速度推起来以后,即使已经到达了目的地也刹不住车!大家都看到车子已经跑过头了,但是谁去挡道谁就会粉身碎骨!能跑在前头把值钱点东西收拾走,就算很了不起了!敬爱的周总理就是跑在前头收拾了不少好东西,但是敬爱的周总理也没敢站到车子前面去档车。但是下令推车的人则也不会指责推车的人,因为推车的人都很听他的话(听毛主席话,跟共产党走这是我小时候我们村里一个老革命的春联),如果指责的话,下次他的威信就受到挑战!下次就没有那么多人听他的话! 而美国这样的社会,则是20个人在往前推,但是15个人在往后推。中国人看了,觉得挺二的,效率挺低的。但是问题是,人家车子推得稳稳当当,推到目的地以后来回调整一下子,就到位了。 所以,振动系统增加阻尼并不可怕,有阻尼才更容易稳定下来。控制系统有积分环节并不可怕,没积分环节的系统总是来回忽悠的过犹不及的。什么时候人民大会堂不是全票通过而是吵得乱糟糟的,啥时候中国就有救了。 古代的开明皇帝都不杀进谏的大臣,因为总是和皇帝唱反调的人(阻尼),其实对皇帝的统治是有好处的,相反,总是站在皇帝一边的奉承才可怕正是因为他们的存在,才造成刚度过大经常过犹不及地冒进! 可是到了新中国,反而要万众一心,打倒阶级敌人!一个正常人的脑子是混沌的,而精神病人的脑子是周期性的振荡。一个正常的社会也应该是有点混乱(不可能万众一心),一个一呼百应万众一心的社会,一个政策左右震荡的社会,肯定是个精神病的社会!
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旅美杂忆(十九)世外桃源
zhangqy 2009-9-21 15:19
旅 美 杂 忆 张庆营 (十九)世外桃源 晋朝陶渊明的《桃花源记》说,有一位武陵地区的渔人,偶然走到一个遍布桃树、落英缤纷的小溪。他沿着桃花溪进入与世隔绝的山区,这里的山民祖先是在秦朝时为了避乱而迁居到这里的。人们都世世代代友好和睦相处,民风淳朴,不知战争为何事。渔人从桃花源走出来以后,这个地方竟然就从人世间消失了。虽然后来有人试图去找寻过,却再也没有人能重新找到它了。春来遍是桃花水,不辨仙源何处寻。后来据说桃花源就在武陵山地区的常德市的桃源县,但是有人却认为这是后人附会的。从这个桃花源入口处的景致看,桃花源附近有一条大江,却看不到有落英缤纷遍布桃花的小溪,渔人根本无法坐船到达桃花源。小山岗入口处仅容一人通过的弯弯曲曲的小洞,也是后人开凿的。不过,人们仍然相信这里就是桃花源。神秘美好的世外桃源,是陶渊明心目中的乌托邦,寄托了人们对美好世界的向往。 古时候的人都比较质朴、单纯。随着技术进步,生产力提高,社会财富增加,人们也变得心机多了起来,假仁假义,虚伪奸诈随之而生。大道废,有仁义;智慧出,有大伪。 (《道德经》,下同。)怎么办呢?孔夫子说:民可使由之,不可使知之。他主张要使老百姓顺从,不能告知事情的真相。老子说得更露骨:古之善为道者,非以明民,将以愚之。民之 难治,以其智多。 故以智治国者 , 国之贼 ; 不以智治国 , 国之福。 专制统治者对于智多的刁民,最为头痛,老子的愚民政策,当然是再好不过了。智多的人,喜欢进谏,喜欢提意见,喜欢独立思考,喜欢发表自己的见解,却往往言者有罪,闻者动怒,飞来横祸。言者获罪,文字狱,焚书坑儒,从古代到现代,总是不断地发生着。老子认为,最好还是回到小国寡民的社会中去,小国寡民。使有什伯之器而不用;使民重死而不远徙。虽有舟舆,无所乘之。虽有甲兵,无所陈之。使民复结绳而用之。甘其食,美其服,安其居,乐其俗,邻国相望,民至老死不相往来。老子认为,小国寡民,不会有当时社会上的种种丑恶现象,不会有战争,老百姓能安居乐业。这就是老子所希望的民风淳朴的君子国。他回归到原始的小国寡民的思想,常常被批判为是倒退的、落后的、甚至是反动的思想,是不切实际的、不可能实现的幻想。 世界之大,无奇不有,我却真正看到了老子所说的小国寡民,看到了衣冠简朴古风存的世外桃源。 1986 年 3 月,费城的教会组织我们去参观离费城不远的兰开斯特县的阿米什人聚居地。在这里,阿米什人专门划出一块地方供游客观看,门票非常便宜,只有 1. 9 美元。据报道,来这里参观的游人一年比一年多,时至今日,每年的游客竟达一千万之众。现在的门票可能不止多年前的 1. 9 美元了。这么多游人前来参观,给当地的阿米什人带来了一笔极为可观的收入。 车子一到这里,首先映入眼帘的是一幢幢很简朴的普通农舍。此地一马平川,没有弯弯曲曲的小溪,没有一行行的桃树,没有铺满桃花的小路,没有小山洞,没有《桃花源记》中所描述的那么美丽的景色。一进到村子里,首先看到的是史密斯作坊。据讲解员说,在德国,铁匠大都姓史密斯,所以,史密斯就是铁匠的别称。在史密斯作坊里,看到的是铁锤、钳子、铁砧、火炉和风箱等简陋的打铁工具,火炉和铁砧旁边的地上,散放着几个即将打造好的马蹄铁。 日用品都相当简陋, 房间里没有收音机、电视机、洗衣机和电冰箱等日用电器。照明是用蜡烛或油灯,而不用电灯。在另外的房间里摆放着相当原始的手工织布机,衣服都是用这种织布机织成的土布做成的。 服裝全都是素色的,大都是兰色或黑色。男人喜欢戴礼帽,女人喜欢穿连衣裙。讲解员说,阿米什人的邻里之间,都能和睦相处,一家有难,八方支援。比如,如果谁家失火烧了房子,大家都会自带木料,帮受灾人家修好房子。在这里,家庭里的矛盾,邻居间的问题,都是通过教堂来解决。他们没有严厉的法律,都是通过调解的办法来解决各种纠纷。犯了错误的人,到教堂里来忏悔过了,人们就会原谅他的过失。 阿米什人是和平主义者,反对战争,拒绝服兵役,就是在两次世界大战期间,也都拒绝服兵役。美国政府还能够尊重他们的信仰,居然法外开恩,没有对阿米什人强行征兵。 阿米什人的宗教是在 17 世纪末由瑞士人 雅各布阿曼( Jacob Ammann )所创立的一个基督教教派。他们只对长到 18 岁成人施洗,反对婴儿施洗,反对政教一体化。正统的教派认为对成人施洗是犯罪,因而和阿米什人发生冲突,很多阿米什人被迫害致死。 1720 年以后,阿米什人为了维持自己的宗教信仰,就从瑞士、德国和荷兰移民到美洲。他们首先到达宾州的兰开斯特县 ( Lancaster County ) ,这个县离费城不远,我们所参观的地方,正是最早来兰开斯特县的阿米什人聚居地,现在住有一万多人。此处的阿米什人是从荷兰来的德国人的后裔,以后有一部分人陆续从这里迁移出去,定居于美国 22 个州中,总共有 10 万人。还有一部分阿米什人迁移到加拿大定居。 阿米什人是保守的基督徒,自稱是世界上獨特的人,他们有自己的教规,有自己的村规民约,不接受政府的管辖。他们反對殺生,反对战争。尤其特别的是,他们拒绝现代文明。他们认为,那些现代化的新玩意儿会使人心机变坏。所以他们拒绝用電,当然不会有电话机、电视机等电器了。他们不开汽车,不坐汽车,更不会去坐飞机,不用拖拉机而用马来耕地。他们的交通运输工具是马车。他们不准照相,認為照相会把灵魂摄走。我在经过阿米什人的村落附近时,看不到电线和电线杆(塔),常常可以看到他们驾着黑色篷子的老式马车在马路上缓慢行进,和疾驰而过的汽车形成强烈的对比。 虽然阿米什人过着自给自足的生活,他们自己也不可能完全生产出所需的一切用品。在展览室里,那些钢铁、陶瓷和玻璃制品,显然都是从外面市场上买来的。 我们参观的时候,大家都拿着照相机到处拍照。但是,在这里却见不到一个阿米什人,阿米什人是不愿意让游客对着他们拍照的。当然,这里有售票员和讲解员,从她们的衣着打扮看,和我在别的地方看见的阿米什人有所不同,没有那么朴素,但也不时尚,我无法肯定她们是不是阿米什人。奇怪的是,虽然阿米什人不愿意照相,可是,卖纪念品的小卖部却在出售阿米什人的生产活动和日常生活的照片和幻灯片。他们为了赚一点钱,也破例拍了不少照片。 阿米什人所受的义务教育,只到 8 年级为止,相当于我国的初中水平。他们不允许和不同信仰的人通婚,也不积极传教,是一个封闭的社会。听人说,其中也会有个别的年青人向往外界花花绿绿的文明世界。他们到了城市里,却很难找到工作,因为他们的文化程度不高,面对电脑和现代化的电器和机械设备,束手无策,只能干一些卖力气的活,加之城里的人情冷暖,世态炎凉,免不了有时会遭人白眼,所以,在城市里,他们不可能混得好。没有亲情,孤立无援,日子并不好过。于是,有的人又觉得还不如回来的好。据说,这些信仰不坚定的人回来时,被家里人视为离经叛道分子,被当作异类看待,甚至不让他同桌吃饭。所以,年青人是不敢贸然离家出走的。曾经出走的年青人,绝大部分的人(达 90% )还是回来了。外面的世界很精彩,外面的世界很无奈。 阿米什人拒绝文明的心态,不是孤立的现象。在人类的历史上,每当有一种新发明,总会有不同的看法,有人拍手叫好,有人忧心忡忡,有人甚至拒绝使用新发明的机械和工具。我国古代就发生过这样的情况。在两千三百年前的庄周所著的《庄子》的《天地》篇里说:子贡南游于楚,返于晋,过汉阳,见一丈人方将为圃畦,凿隧而入井,抱瓮而出灌, 滑滑然(水在瓮里摇动发出的咕嘟声,显示出很费力,举步维艰的样子)用力甚多而见功寡。子贡曰: 有械于此,一日浸百畦,用力甚寡而见功多,夫子不欲乎? 为圃者仰而视之曰: 奈何? 曰: 凿木为机,后重前轻,挈水若抽,数如泆汤,其名曰槔。 为圃者忿然作色而笑曰: 吾闻之吾师,有机械者必有机事,有机事者必有机心。机心存于胸中,则纯白不备。纯白不备,则神生不定。神生不定者,道之所不载也。吾非不知,羞而不为也。 子贡瞒然慙,俯而不对。 上面那个汉阳老头子认为有了这种奇巧的机械,人的心机就多,心机一多,人心就会变坏,他明明知道 桔槔能大大提高工作效率,却 羞于使用。他宁愿抱着十分笨重而又效率低下的大陶瓮来汲水灌溉。子贡这个聪明人,居然被这个老头子的一篇歪道理说得羞愧难当,哑口无言,还在他的弟子面前称赞这个老头子说:天下之非与(非议和赞誉),无损益焉,是谓全德之人哉! 上文所说的 槔,又叫做桔槔,或叫桥。 据考证,早在 3700 年前的商代,就发明了桔槔, 盛行于 两千多年前的春秋战国时期。 在小河、池 塘、水井或水渠旁边,竖立起两根(或一根)木柱子,柱子上架(或用绳子吊)着一根横木,横木一头绑一石块,另一头用长绳子吊一汲水罐或汲水桶,汲水罐装满水后,利用石块重量的平衡作用,能轻易地把汲水罐提起,十分省力,这就是 桔槔 。在桔槔发明以前,灌溉农田时,农夫抱着装了水的笨重陶瓮来灌田,即所谓 抱瓮灌畦, 十分费力,效率很低。所以,在当时来说,桔槔就是一种很先进的灌溉机械了。桔槔发明以后,大大提高了灌溉的效率,对发展农业生产起了重要作用。桔槔挽断长河水,天地蒸成小火炉。这是在乙丑年(民国 14 年,即 1925 年)湖南省大旱时,湖南岳阳人张晦之所写的《伤旱》诗中的诗句。可见从商代到民国,数千年来农民一直在使用这种灌溉机械。虽然后来出现戽斗、龙骨水车、筒车等效率更高的提水工具,但由于桔槔制作简易,成本低廉,省力有效,一直到民国期间仍然有人使用,现在是很难看到了。 子贡的话,当然就是庄子的观点。在封建社会相当长的时间里,有很多人赞同子贡和庄子的保守观点。宋朝晏殊有一首《詠上竿伎》诗云:百尺竿头裊裊身,足腾跟挂駭旁人。汉阴有叟君知否?抱瓮區區亦未贫。他看了长竿上的惊险杂技,联想到桔槔也是使人担忧的,汉阴老叟抱瓮灌畦,还不是日子过得好好的。他显然是保守派,借题发挥,反对改革。王安石也写了一首诗来驳斥晏殊:赐(子贡)也能言未识真,误将心许汉阴人。桔槔俯仰何妨事,抱瓮区区老此身。他批评子贡不辩真假,糊里糊涂地赞同漢阴老头子的错误观点,桔槔怎么会使人心变坏呢?抱瓮灌畦太差劲了。王安石是北宋时期的大改革家,他的思想比同时代人要进步得多。他说:天变不足畏,祖宗不足法,人言不足恤。在极端保守的封建专制社会时期,说出这样的话,真是惊世骇俗、振聋发聩的大胆言论。就是在今天,这些话仍然有其现实意义。 1968 年,美国发生了一桩很有名的诉讼案。威斯康星州法院判决三位阿米什男子违反州的九年义务教育法,因为他们各自只有十四、五岁的三个小孩子,读到七年级就不再上学了。州法院认为,所有 16 岁以前的儿童都必须接受正规义务教育,这是强制性的要求,阿米什教教徒的子女当然也不能例外。这三个人不服,上诉到联邦巡回法庭,巡回法院否决了州的判决。州法院也不服,上告到联邦最高法院。联邦最高法院维持了巡回法庭的判决。联邦最高法院认为,必须充分考虑阿米什人独特的宗教信仰和生活方式。他们的教育是希望能使自己的孩子适应阿米什社区相对独立的生活,这与主张培养孩子适应现代社会的能力的公立学校的教育目标很不相同。考虑到后者同阿米什人的宗教信仰和生活方式相冲突,在运用抽象的教育权的概念时,针对这种具体情况应该有限制。这就是著名的威斯康星州诉约德案。 联邦最高法院没有机械地依据全国通用的法律条文来评判是非,能够考虑到阿米什人的具体的特殊情况,作出合乎阿米什人情理的判决,确实很不简单。美国是高度法制化的国家,奉行的法律制度属于英美法系,法官的判例可以形成法律。由于政府保护了他们的信仰和传统,美国的老百姓也能充分理解他们,尊重他们的生活习惯,从而使得阿米什人能长期保持他们的小国寡民的相当原始的生活方式。 在大型社会中,由于产生的信息量非常巨大,虚假的信息混杂其中,很难判别真假,所以,骗子的骗术常常能够得逞。一些流氓、骗子、奸人、文痞,混淆是非,颠倒黑白,自吹自擂,散布虚假信息,真真假假,不容易识破他们的庐山真面目。阅历较浅、见识不广、缺乏独立思考能力和鉴别能力的人,尤其是涉世不深的年青人,往往不辨真假,甚至把他们当作偶像,当作大师、英雄来顶礼膜拜。如果他们都生活在小小社会中,这里的信息量很小,那些假象和离奇的故事就很容易被戳穿,骗人的把戏也就不灵了,伪君子和骗子就无所遁形。因此,古老的小型社会不会有现代社会的种种弊端,人们都很单纯、很朴素,很直爽,相互的关系都比较简单,没有你虞我诈的现象。 信息社会的开拓者、控制论创始人、美国著名数学家维纳,在他的经典名著《控制论》中说,在一个过于大的社会里,社会成员无法直接相互接触,只有通过各种传递信息的工具来了解情况,而这些工具往往掌握在有钱和有权人的手中,散布很多歪曲的、不真实的信息,他们之间互相出卖、背叛和欺诈。他们往往缺乏理智,因而产生很多不稳定的因素。国家就象狼群一样(虽然我们希望不至于如此),它比它的大多数成员更为愚蠢。通讯工具越发达,越糟糕。他认为,在小小乡村社会里,大家都能够遵守一个很可尊敬的标准,比大社会更稳定,自然更优越了。维纳是否读过《道德经》,不得而知,他的小小乡村社会,却有点像老子的小国寡民。孙中山就批评过复古的思想:社会常言,文明不利于贫民,不如复古。这也是矫枉过正的话。况且文明进步是自然所致,不能逃避的。文明有善果,有恶果,须要取那善果,避那恶果。(《革命的目的是为众生谋幸福》)应该说,科技的进步,文明的进步,社会的进步,虽然有利有弊,总是利大于弊的。 看来,只有小国寡民的小天地里,才有可能出现君子国了。人们都认为, 阿米什人生活在团结友爱和睦的大家庭里。不过,事情似乎没有那么简单。最近发生了一件令人非常震惊的事件。有一位叫做玛丽的阿米什漂亮女孩子,她的继父脾气很坏,非常暴燥,经常遭到继父的殴打,年纪还只有 6 岁时,就被比她大 6 岁的哥哥约翰尼强暴,年年如此。当她向妈妈诉说哥哥的暴行时,妈妈总是说: 你哥哥都已到教堂里忏悔过了,你却还不宽恕他们,你的罪过真是不可饶恕。玛丽又发现,弟弟戴维也居然对4岁的妹妹有同样的不轨行为。当妹妹告诉妈妈时,妈妈的回答也和对玛丽的回答一样。玛丽长到十几岁后,再也无法忍受哥哥的暴行,她不听家人和邻居的劝告和阻挠,将哥哥约翰尼告上法庭,法庭判约翰尼有罪,但却判得很轻:10年监禁,监外执行。他在白天可以回家做事,晚上要回到监狱服刑。母亲由于未尽到保护孩子的责任也被判两年监禁,父亲因殴打孩子判处18个月监禁,戴维被判4年监禁,也都是监外执行。 17岁的玛丽最终离开这个令她恐惧的、不断产生恶梦的世外桃源,在外面的文明世界的超市里找到了工作,她还学会了开车和吸烟,完全适应了文明世界的生活。她恨透了性暴力,因而致力于帮助性暴力受害者。不论他们是不是阿米什人,路见不平,她都鼎力相助。没有刀光剑影,没有枪林弹雨,她用的两件武器是道义和法律。她从一个被污辱的与被损害的,成长为爱打抱不平的现代文明女侠。 玛丽和哥哥也许没有血缘关系,但是,戴维和他的妹妹却是同胞亲兄妹。他们的这种行为,和比较原始的生活方式和教育水平低下有关,他们的伦理道德教育有很大的缺陷。上述事件被美国媒体曝光以后,在美国人心目中的理想的、倍受崇敬的阿米什人世外桃源,没有想到竟然还会有文明社会难以想像的十分丑陋的一面,使人们大受震动。其实,阿米什人和大家一样,也有七情六欲,总有一些人不会那么老实本分。玛丽的哥哥和弟弟都是直肠直肚,并不隐瞒,也知道自己的行为不对,还多次忏悔过,宗教信仰还是抵御不了生理上的冲动,一犯再犯,不断地干出越轨乱伦的事情来。人们对阿米什人的看法过于理想化了,对他们的内幕了解得太少了。孔子说:古之愚也直,今之愚也诈。古之愚好像直得很可爱,未必尽然。原始的信念有其纯朴的一面,也有其十分落后愚昧的一面,世界上不存在理想化的世外桃源。 我当时就看到了悄悄发生在阿米什人身上的一些微妙变化。 一个周末,我到美国朋友 Frysinger 家玩的时候,女主人驱车到附近的阿米什人的养鸡场买鸡蛋,顺便也带我去看那里的养鸡场。 阿米什人虽然不用电,但是,养鸡场里有大量的鸡蛋,在天气热的时候,非有冰箱不可。据说,他们使用的是不用电的冰箱,那也要用内燃机或蒸汽机,这些也是现代文明的产物呀! Frysinger 夫人为自己和邻居买了好几个纸箱的鸡蛋,走到养鸡场外面的时候, Frysinger 夫人说,卖鸡蛋的人是老处女,一辈子不结婚的。这位老妇人 年近六旬,又黑又瘦又矮小,外表看起来比她的实际年龄大,长相也不敢恭维,也许由于这个原因没有结婚吧。 Frysinger 夫人所住的这个村落,远离城市,房子都相隔一定的距离,不挨在一起。这些房屋处在疏林掩映之中,虽然说不上是风景优美,但是,空气清新,环境优雅,别有一番乡村情趣,比高楼大厦林立、汽车和行人纷纷扰扰的喧嚣城市强多了。 Frysinger 夫人开着汽车,挨门逐户地把一箱箱鸡蛋送去。邻居在家时,就会出来拿走鸡蛋,并当场付款,都会说一声谢谢!;邻居不在家时,她就把一箱鸡蛋放在门口,绝对不用担心有人把鸡蛋偷走。有时偶尔在路上遇到邻居,都会和我们热情地打招呼。我忽然觉得,这里的人如此诚实朴素,热情友好,真有点像世外桃源。 又有一个周末, Frysinger 夫人带我去长木植物园,参观那里的法国园林。园林里,有很多灌木做的造型,有像小狗的,有像大象的,有像骆驼的,等等。有的园林里有几个水池,水池中央有喷泉,那是法国式林园。法国园林虽好,我却认为,远比不上我国的江南园林。上有天堂,下有苏杭。苏州园林,我看过不止一次了,造型奇妙,形式多样,美如天堂,举世无双。 我们走累了,就坐到小山坡上的食品小卖部旁边的小凳子上休息。这时候,不远处有 3 个年青人打打闹闹地走上来了。两个是穿着打扮入时的白人小伙子,另一个是穿着十分朴素的黑色和蓝色衣服的女孩子,一眼就能看出是阿米什人。女孩子手里拿着一部小型的半导体收音机在听流行音乐。我不禁觉得十分奇怪,阿米什人不是不用电吗?收音机里面不是有电池吗?我问 Frysinger 夫人,这是怎么一回事? Frysinger 夫人说:阿米什人认为,只有用电线送进来的电,才是电,用电池不算用电。我听到这样的话,好像是在听相声。看来,阿米什人想完全拒绝现代文明,是很难办到的了。 其实,现代文明己开始进入阿米什人中了,他们也逐渐发生了变化。现在,有一部分阿米什人的穿着不再是清一色的黑色和兰色的衣服,也有人穿红色的和其他颜色的衣服了。更有甚者,有的阿米什人还办起了奶牛场,用上了电灯、电扇、自来水和电动挤奶器等现代化水电装置。场里极端讲究卫生,消毒和挤奶,都有一套严格的程序,完全按照现代的要求来严格管理。这个阿米什人解释说:奶牛场处在阿米什人的家居地之外,在这里用电力和自动化器具是可以的,没有关系的,在家里,我们仍然不用电,不用现代化产品,出门依然坐马车,所以并未违反教义和传统。 看到了这种种变化,使我想起了近些年来在伊朗悄悄发生的粉红色革命。伊朗有一批年青姑娘,不再喜欢整天戴面纱和穿黑色长袍,而换上了粉红色的漂亮衣服。男孩子们也开始喜欢美国的现代摇滚乐等新鲜玩意儿了。这就所谓的粉红色革命。我们看到,粉红色革命也悄悄地来到了阿米什人中间。他们的世外桃源,还能抵御现代文明的诱惑吗?会不会有面临解体的一天,似乎也很难说了。 无独有偶,在美国,还有美国的原住民印地安人。印地安人是黄种人,他们有人自称是中国古殷人的后裔。据权威专家考证,他们有可能是古时候在白令海峡结冰时从亚洲迁移来到美洲的。我想,这些远古殷商的移民,多半是最下层的奴隶,也许是为了逃避某种大灾难而远走他乡。当时中华大地上已经有了文字,这些奴隶没有文化,所以未能把中国的文字带过去,造成今天考证印地安人来源的困难。 在美国开国前后,印地安人被外来的文明人几乎赶尽杀绝。直到 20 世纪初,联邦政府才让他们建立了保护区。现在,印地安人约有 200 万人,有 562 个得到联邦政府承认的、享有高度自治权的印地安人部落政府,总共拥有 22.5 万平方公里领土的面积。 当地印第安人自豪地说,这里的每一个保护区都是主权国家。这些微型国家虽然有自己的政府系统和警察,也有自己的宪法和法律, 却 没有军队,没有外交。不像阿米什人,印地安人并不拒绝现代文明,他们发展高科技产业,告别长期以来刀耕火种的落后原始生活 ,提高了生活水平。有的人还开赌场,收入不菲呢。 美国是一个多元化的移民国家,有大量的国中之国。有高度的现代文明,也有相当原始的、不同于现代社会制度的农耕社会,世所罕见,也可以说是一国多制吧。这是美国十怪之七。 说起一国多制,其实我国清朝康熙乾隆年间,也是实行一国多制。在中原地区,实行府县制;在西藏,仍然保留达赖和班禅,是政教合一的农奴制;在蒙古,则有蒙古王公统治的盟旗制。可见一国多制,在我国早就有了。 不过,邓小平的一国两制,是大陆的社会主义制度和香港的资本主义制度两种很不相同的制度在一国中同时共存,没有先例,自然是新的创造,是需要很大的勇气的才能提出来的。所以,此举获得了时任英国首相的撒切尔夫人的称赞。她说,这是天才的创造。
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认识你自己的能控性和能观性
xiegming 2009-4-18 23:41
这个学期主讲研究生的专业必修课《现代控制理论》。学过这个课程的都知道,系统的能控性和能观性是现代控制理论的核心内容之一。经过这么多年的学生和老师的经历,我现在对这两个概念似乎越来越有感情了。 一种观点认为状态空间法的引入,把控制理论的方向带坏了,把本来强烈联系实际,为解决实际工程问题而提出的一个学科引向了一个如何分析和控制一个数学模型,是属学控制论。这导致理论与实际严重脱节。理论越弄越复杂,而实际很难应用。另一方面,真正的数学家和应用数学家又看不上,认为你的数学技巧太简单了。成了一个两头不讨好的事情。 一些极端的观点认为,只要你矩阵玩得溜,肯定搞控制理论没错。
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《控制论》中文版是由谁翻译的?
郭崇慧 2009-1-17 17:50
最近几天一直在读由彭永东博士撰写的《控制论的发生与传播研究》(山西教育出版社,2008)一书。该书从传播的角度,选取控制论发生和传播最鼎盛的1940-1970这三十年时间,集中对这一学科理论在美国的发生和发展,以及它在两个社会主义国家-苏联和中国的传播状况作个案分析。 《控制论》一书全名为《控制论:或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》,由维纳(Wiener, N)著,出版于1948年,是控制论的奠基之作。一直以为《控制论》中文版是由郝季仁翻译的,读完《控制论的发生与传播研究》才知道,原来郝季仁竟然是作者笔名,真正的译者是好几人(罗劲伯,侯德彭,龚育之,陈步)。 参考文献: 1. 彭永东, 控制论的发生与传播研究 , 山西教育出版社,2008。 2.维纳著,郝季仁译,控制论:或关于在动物和机器中控制和通信的科学,科学出版社,1961.
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第十二章 新的科技领域与核武器
自我源于思考 2008-7-18 17:15
作为一个未来的总裁,应该具有激发和识别创新思想的才能。 斯威尼 我真想发明一种具有那么可怕的大规模破坏力的特质或机器,以至于战争将会因此而永远变为不可能的事情。诺贝尔 二极管在十九世纪即被应用,即矿石检波器,在 1904 年弗莱明发明了电子二极管作为替代品。它的重要作用是二进制的物理基础,并构成与门、或门( AND 与 OR )。在 1908 年李 德 弗斯特申请了三极管的专利,其重要作用是运算,放大电路进行运算。电子管不断地发展,应用到实践中去,比如二次世界大战末出现的 B29 轰炸机上装有 1 千个电子管,而第一台计算机 ENIAC 则安装了 13000 个电子管。一般的使用电阻电路实现比例运算与和差运算,使用二极管或三极管实现对数或者指数运算,利用对数和指数运算以及比例,和差运算电路,可组成乘法或除法运算电路和其它非线性运算电路,电容的充放电实现积分与微分运算。这些电路组合起来完成各种各样的计算功能。另外根据电子管的特性实现各种逻辑功能,即我们所说的组合逻辑电路和具有记忆功能的时序逻辑电路。数据的输入输出则用磁鼓和阴极射线管的电子束完成,于是在计算、逻辑、存储的基础上,具备了机器自动控制的理论条件。 在第二次世界大战期间,对于机器计算的要求变得迫切,美国研制原子弹的曼哈顿计划中要计算核反应的条件需要上百人用来计算,并专门成立了 洛斯阿拉莫斯计算中心。 美国宾夕法尼亚大学摩尔电工学院承担为陆军计算炮火火力表的工作,他们于 1943 年开始研制第一台电子计算机,设计师是美国计算机界的先驱 Mauchly 和 Eckter 。在他们的共同努力下,世界上第一台电子计算机 EN1 - AC 于 1946 年 2 月投入运行。虽然每秒钟仅能完成 5000 次加减运算,做一次乘法需要 3 毫秒,仅相当于现在的计算器,然而在当时却是划时代的创举,成为计算机的始祖。但是电子管有不稳定、寿命短等许多缺点,人们从半导体的特性得到启发研究晶体管。 1934 后德国科学家奥斯卡黑尔申请了一项场效应(晶体)管的专利, Purdue 大学得到了较好的锗晶体,应用到贝尔试验室的工作中去,从而使贝尔试验室在 1947 年发明了较成熟的晶体管,而晶体管的广泛应用把人类带入了基于电子技术上的信息时代。 由于通讯的发达,人们对于信息的研究不断增加。 1922 年,卡特莱把信息与其内容本身分开,奠定了信息论研究的基础。 1948 年,香农发表《通讯的数学原理》标志信息论的产生。信息论是研究信息的产生、获取、变换、传输、存贮、处理识别及利用的学科。信息论还研究信道的容量、消息的编码与调制的问题以及噪声与滤波的理论等方面的内容,如维纳创立了维纳滤波理论和信号检测理论,所以他也被认为是信息论的创始人之一。随着时代发展,信息论不断地发展,从单纯的通讯渐演化为人类世界观的一个方面。如图灵提出 图灵机 的构想,冯 诺意曼提出了现代计算机体系结构和自组织、自修复、自繁殖系统的初步想法。这些设想随着计算机的发展已经深深地影响到社会的每一个角落。 从信息论的角度出发,科研能力分成了三个层次:已经掌握 的信息和知识,新接收的信息和知识以及对于已有和新接收的信息和知识的联系。其中第一个是基础,第二个即索取和接收新的信息和知识的能力是科研能力的集中体现,第三个是出创新意念 (idea) 最关键的环节,是创新精神的具体体现。由于在国内外在科技理念上的差别,我国学者而对于信息论不敏感,蔡长年在1956年率先在北京邮电学院开设《信息论》课程,为国内首次。在间接参加编制我国十二年(1956 1967)科学规划时,他建议将信息论的研究列入规划,并提出选题以应用为主;其后,经蔡长年建议,在北京邮电学院建立了研究信息论的科研室,招收了研究生,为国家培养了一批这方面的人才。与我国不同,日本在美国的占领下安心从事社会经济恢复工作,积极引进、研究先进技术和科学理念。从朝鲜战争开始,日本走出困境并快速发展,又一次把中国抛在了后面。与中国相比,日本的国民思想少一些骄傲,多一些进取。 1945 年 9 月,徐永昌将军在密苏里舰上作为中国代表接受日本投降,次日在东京看到社会秩序井然,不禁感慨说: 日本之兴,计日可待 。日本在战后的重新崛起便是依靠新的科技领域的最新发明和发现,大力发展经济的结果。 维纳在 1919 年研究勒贝格积分时,就从统计物理方面萌发了控制论思想。第二次世界大战期间,他参加了美国研制防空火力自动控制系统的工作,提出了负反馈概念,应用了功能模拟法,对控制论的诞生起了决定性的作用。 1943 年维纳与别格罗和罗森勃吕特合写了《行为、目的和目的论》的论文,从反馈角度研究了目的性行为,找出了神经系统和自动机之间的一致性。这是第一篇关于控制论的论文。这时,神经生理学家匹茨和数理逻辑学家合作应用反馈机制制造了一种神经网络模型。艾肯和冯 . 诺依曼认为这些思想对电子计算机设计十分重要,就建议维纳召开一次关于信息、反馈问题的讨论会。 1943 年底在纽约召开了这样的会议,参加者中有生物学家、数学家、社会学家、经济学家,他们从各自角度对信息反馈问题发表意见。以后又连接举行这样的讨论会,对控制论的产生起了推动作用。 1948 年维纳的《控制论》出版,宣告了控制论这门科学的诞生。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,更具体地说,是研究动态系统在变化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。阿什贝的控制论则比较强调从生物医学的角度提出新的思想,例如体温的自行镇定 (Homeostat) 和适应环境 (Ultrastable) 的系统。维纳的《控制论》给钱学森以重要启发。钱学森凭借自己研制从弹道火箭到可控和制导火箭技术的丰富经验,很快用控制论的原理,解决了一批喷气技术中稳定和制导系统的问题。 控制论的研究表明,无论自动机器,还是神经系统、生命系统,以至经济系统、社会系统,撇开各自的质态特点,都可以看作是一个自动控制系统。在这类系统中有专门的调节装置来控制系统的运转,维持自身的稳定和系统的目的功能。控制机构发出指令,作为控制信息传递到系统的各个部分(即控制对象)中去,由它们按指令执行之后再把执行的情况作为反馈信息输送回来,并作为决定下一步调整控制的依据。这样我们就看到,整个控制过程就是一个信息流通的过程,控制就是通过信息的传输、变换、加工、处理来实现的。反馈对系统的控制和稳定起着决定性的作用,无论是生物体保持自身的动态平稳(如温度、血压的稳定),或是机器自动保持自身功能的稳定,都是通过反馈机制实现的。反馈是控制论的核心问题。控制论就是研究如何利用控制器,通过信息的变换和反馈作用,使系统能自动按照人们预定的程序运行,最终达到最优目标的学问。 在研究通讯和控制时,都离不开系统;研究系统或控制时,又离不开信息。一般系统论把其研究对象作为一个整体加以考虑,提出适合于一切系统的模式、原则和规律,强调系统大于个体,这有助于说明有组织的系统。而控制论的研究对象是系统,它对于进一步考察系统内部的组织、控制和调节的功能是不可缺少的。信息是组织系统的一个重要特征,它使系统得以实现自我调节,是系统之间,系统与环境联系的主要方式。 1925 年英国数理逻辑学家和哲学家 N. 怀特海在《科学与近代世界》一文中提出用机体论代替机械决定论,认为只有把生命体看成是一个有机整体 , 才能解释复杂的生命现象。 1925 年美国学者 A.J. 洛特卡发表的《物理生物学原理》和 1927 年德国学者 W. 克勒发表的《论调节问题》中先后提出了一般系统论的思想。 1924 ~ 1928 年奥地利理论生物学家多次发表文章表达一般系统论的思想 , 提出生物学中有机体的概念,强调必须把有机体当作一个整体或系统来研究,才能发现不同层次上的组织原理。他在 1932 年发表的《理论生物学》和 1934 年发表的《现代发展理论》中提出用数学模型来研究生物学的方法和机体系统论的概念,把协调、有序、目的性等概念用于研究有机体,形成研究生命体的三个基本观点,即系统观点、动态观点和层次观点。 1937 年贝塔朗菲在芝加哥大学的一次哲学讨论会上第一次提出一般系统论的概念。但由于当时生物学界的压力,没有正式发表。 1947 ~ 1948 年贝塔朗菲在美国讲学和参加专题讨论会时进一步阐明了一般系统论的思想,指出不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何,存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律,这标志着系统论的初步建立。 信息论,控制论与系统论的建立表明人类对于客观世界的理解方式发生了巨大的变化,这些理论是人类在二十世纪伟大成就的重要组成部分。 煤 、 石油 等矿物燃料燃烧时释放的能量,来自碳、氢、氧的化合反应(即氧化反应)。 一般 化学 炸药如梯恩梯 (TNT) 爆炸时释放的能量,来自 化合物 的分解反应。在这些化学反应里, 碳 、 氢 、氧、氮等物质的原子核都没有变化,只是各个原子之间的组合状态有了变化。核反应与化学反应则不一样,在核裂变或核聚变反应里,参与反应的原子核都转变成其他原子核,原子也发生了变化。所以核武器也被称为原子武器。 1 千克 铀全部裂变释放的能量比 1 千克 梯恩梯炸药爆炸释放的能量大 2000 万倍。这种巨大的威力对各国高层都产生了吸引力。英国曾制订计划进行核武器的研究,但由于德国轰炸伦敦,英国国内人力物力短缺,只得采取与美国合作的办法, 1942 年 6 月,丘吉尔、罗斯福总统在华盛顿会晤,决定两国联合研制原子弹,即把英国原来研制原子弹的合金管计划逐步融入到美国的曼哈顿计划,英国 派出以物理学家查德威克为首的科学家小组,赴美国参加由理论物理学家 R. 奥本海默领导的原子弹研制工作。 美国在研制原子弹的过程中,主要与杜邦财团合作。 杜邦公司总裁瓦尔达 卡班达与政府签署了一项关于该公司全面协助 曼哈顿计划 的合作协议。其合同内容包括:杜邦公司负责全部曼哈顿计划所需工程的设计、建造及安全运转,报酬除成本费外,还需再加上一定的开发利润;杜邦公司在整个计划中开发出来的新技术为美国陆军所拥有。但战争结束后,杜邦公司为了改变在人们心中的屠夫形象而象征性地收了 1 美元的利润。 起初高层对于原子弹研究比较乐观,并只拨给经费 6000 美元。奥本海默也认为只要 6 名物理学家和 100 多名工程技术人员就足够了。 1941 年 12 月日本袭击 珍珠港 后 , 罗斯福等人决定加快原子弹研发, 将所有分散在军队、大学和各实验室研制原子弹的单位联合起来,这种体制被称为三位一体制,陆军 L.R. 格罗夫斯少将被任命为工程总负责人,奥本海默为技术总顾问,罗斯福还接受核研究负责人布什的建议,赋予该工程有高于一切的特别优先权。 在工程执行过程中,负责人格罗夫斯和 奥本海默 应用了 系统工程 的思路和方法,大大缩短了工程所耗时间,曼哈顿工程的成功促进了第二次世界大战后系统工程的发展。根据奥本海默的建议,军事当局决定建立一个新的快中子反应和原子弹结构研究基地,即闻名世界的洛斯阿拉莫斯实验室。奥本海默凭着他的才能与智慧,以及他对于原子弹的深刻洞察力,被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。奥本海默鼓励科学家们大胆地讨论原子弹的有关科学问题,提出即使看门人的意见,也会对原子弹的成功有一定的帮助。 奥本海默的学生,中国女科学家吴健雄,经奥本海默推荐,在未加入美国籍的情况下参加了美国的最高机密曼哈顿计划。在这一计划中的另一灵魂人物费米,也一直持有意大利的护照。世界顶尖的科学家都集中在这里,将自己对人类和平、发展的责任贯注到原子弹的研制工作中去。 原子弹研究工程 于 1942 年 8 月发展成代号为 曼哈顿工程 的庞大计划,直接动用的人力约 60 万人,投资 20 多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成 3 颗原子弹,使美国成为第一个拥有原子弹的国家。由于美国在攻取硫磺岛、冲绳岛战争中受到重大伤亡,美国高层决定在广岛、长崎投下两颗原子弹,给日本瞬间造成了几十万人的伤亡。战后,为了建立核武器使用规则,《原子能法令》被美国国会通过,格罗夫斯领导的曼哈顿工程在国会和政府的同意下,继续支撑着整个核计划。当美国新的原子能委员会组成后,杜鲁门决定在 1946 年的最后一天晚上 12 点,将原曼哈顿工程的全部财产和权力移交给原子能委员会,人类开始谨慎地对待核武器在战争中的使用。
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身后的世纪(之十三)信息论,控制论与系统论的建立
自我源于思考 2008-5-5 00:03
真理,哪怕只见到一线,我们也不能让它的光辉变得暗淡。 李四光 二极管在十九世纪即被应用,即矿石检波器,在1904年弗莱明发明了电子二极管作为替代品。它的重要作用是二进制的物理基础,并构成与门与或门( AND 与 OR )。在1908年李德弗斯特申请了三极管的专利,其重要作用是运算,放大电路进行运算。 电子管不断地发展,应用到实践中去,比如二次世界大战末出现的 B29 轰炸机上装有 1 千个电子管,而第一台计算机 ENIAC 则安装 了 13000 个电子管 。 一般的使用电阻电路实现比例运算与和差运算,使用二极管或三极管实现对数或者指数运算,利用对数和指数运算以及比例,和差运算电路,可组成乘法或除法运算电路和其它非线性运算电路,电容的充放电实现积分与微分运算。这些电路组合起来完成各种各样的计算功能。另外根据电子管的特性实现各种逻辑功能,即我们所说的组合逻辑电路和具有记忆功能的时序逻辑电路。数据的输入输出则用磁鼓和阴极射线管的电子束完成,于是在计算、逻辑、存储的基础上,具备了机器自动控制的理论条件。 在第二次世界大战期间,计算机的要求变得迫切,曼哈顿计划中要计算核反应的条件需要上百人用来计算,美国宾夕法尼亚大学摩尔电工学院为陆军计算炮火火力表,于 1943 年开始研制第一台电子计算机,设计师是美国计算机界的先驱 Mauchly 和 Eckter 。在他们的共同努力下,世界上第一台电子计算机 EN1 - AC 于 1946 年 2 月投入运行。虽然每秒钟仅能完成 5000 次加减运算,做一次乘法需要 3 毫秒,仅相当于现在的计算器,然而在当时却是划时代的创举,成为计算机的始祖。但是电子管有不稳定、寿命短等许多缺点,人们从半导体的特性得到启发研究晶体管。 1934 后德国科学家奥斯卡黑尔申请了一项场效应(晶体)管的专利, Purdue 大学得到了较好的锗晶体,应用到贝尔试验室的工作中去,从而使贝尔试验室在 1947 年发明了较成熟的晶体管,而晶体管的广泛应用把人类带入信息时代。 由于通讯的发达,人们对于信息的研究不断增加。 1922 年,卡特莱把信息与其内容本身分开,奠定了信息论研究的基础。 1948 年,香农发表《通讯的数学原理》标志信息论的产生。 信息论 是研究信息的产生、获取、变换、传输、存贮、处理识别及利用的学科。信息论还研究信道的容量、消息的编码与调制的问题以及噪声与滤波的理论等方面的内容,如维纳创立了维纳滤波理论和信号检测理论,所以他也被认为是信息论的创始人之一。随着时代发展,信息论不断地发展,从单纯的通讯渐演化为人类世界观的一个方面。如图灵提出图灵机的构想, 冯诺意曼提出了现代计算机体系结构和自组织、自修复、自繁殖系统的初步想法。这些设想随着计算机的发展已经深深地影响到社会的每一个角落。 由于在国内外在技术上的差距,我国学者而对于信息论不敏感,蔡长年在1956年率先在国内开出《信息论》课程,在间接参加编制我国十二年(1956 1967)科学规划时,他建议将信息论的研究列入规划,并提出选题以应用为主;其后,经蔡长年建议,在北京邮电学院建立了研究信息论的科研室,招收了研究生,为国家培养了一批这方面的人才。 维纳在 1919 年研究勒贝格积分时,就从统计物理方面萌发了控制论思想。第二次世界大战期间,他参加了美国研制防空火力自动控制系统的工作,提出了负反馈概念,应用了功能模拟法,对控制论的诞生起了决定性的作用。 1943 年维纳与别格罗和罗森勃吕特合写了《行为、目的和目的论》的论文,从反馈角度研究了目的性行为,找出了神经系统和自动机之间的一致性。这是第一篇关于控制论的论文。这时,神经生理学家匹茨和数理逻辑学家合作应用反馈机制制造了一种神经网络模型。艾肯和冯 . 诺依曼认为这些思想对电子计算机设计十分重要,就建议维纳召开一次关于信息、反馈问题的讨论会。 1943 年底在纽约召开了这样的会议,参加者中有生物学家、数学家、社会学家、经济学家,他们从各自角度对信息反馈问题发表意见。以后又连接举行这样的讨论会,对控制论的产生起了推动作用。 1948 年维纳的《控制论》出版,宣告了这门科学的诞生。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。 阿什贝的控制论则比较强调从生物医学的角度提出新的思想,例如体温的自行镇定 (Homeostat) 和适应环境 (Ultrastable) 的系统。 维纳的《控制论》给钱学森以重要启发。钱学森凭借自己研制从弹道火箭到可控和制导火箭技术的丰富经验,很快用控制论的原理,解决了一批喷气技术中稳定和制导系统的问题。 控制论的研究表明,无论自动机器,还是神经系统、生命系统,以至经济系统、社会系统,撇开各自的质态特点,都可以看作是一个自动控制系统。在这类系统中有专门的调节装置来控制系统的运转,维持自身的稳定和系统的目的功能。控制机构发出指令,作为控制信息传递到系统的各个部分(即控制对象)中去,由它们按指令执行之后再把执行的情况作为反馈信息输送回来,并作为决定下一步调整控制的依据。这样我们就看到,整个控制过程就是一个信息流通的过程,控制就是通过信息的传输、变换、加工、处理来实现的。反馈对系统的控制和稳定起着决定性的作用,无论是生物体保持自身的动态平稳(如温度、血压的稳定),或是机器自动保持自身功能的稳定,都是通过反馈机制实现的。反馈是控制论的核心问题。控制论就是研究如何利用控制器,通过信息的变换和反馈作用,使系统能自动按照人们预定的程序运行,最终达到最优目标的学问。 在研究通讯和控制时,都离不开系统;研究系统或控制时,又离不开信息。一般系统论把其研究对象作为一个整体加以考虑,提出适合于一切系统的模式、原则和规律,强调系统大于个体,这有助于说明有组织的系统。而控制论的研究对象是系统,它对于进一步考察系统内部的组织、控制和调节的功能是不可缺少的。信息是组织系统的一个重要特征,它使系统得以实现自我调节,是系统之间,系统与环境联系的主要方式。 1925 年英国数理逻辑学家和哲学家 N. 怀特海在《科学与近代世界》一文中提出用机体论代替机械决定论,认为只有把生命体看成是一个有机整体 , 才能解释复杂的生命现象。 1925 年美国学者 A.J. 洛特卡发表的《物理生物学原理》和 1927 年德国学者 W. 克勒发表的《论调节问题》中先后提出了一般系统论的思想。 1924 ~ 1928 年奥地利理论生物学家多次发表文章表达一般系统论的思想 , 提出生物学中有机体的概念,强调必须把有机体当作一个整体或系统来研究,才能发现不同层次上的组织原理。他在 1932 年发表的《理论生物学》和 1934 年发表的《现代发展理论》中提出用数学模型来研究生物学的方法和机体系统论的概念,把协调、有序、目的性等概念用于研究有机体,形成研究生命体的三个基本观点,即系统观点、动态观点和层次观点。 1937 年贝塔朗菲在芝加哥大学的一次哲学讨论会上第一次提出一般系统论的概念。但由于当时生物学界的压力,没有正式发表。 1947 ~ 1948 年贝塔朗菲在美国讲学和参加专题讨论会时进一步阐明了一般系统论的思想,指出不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何,存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律,这标志着系统论的初步建立。 信息论,控制论与系统论的建立表明人类对于客观世界的理解方式发生了巨大的变化,这些理论是人类在二十世纪伟大成就的一部分。
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