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維納的控制論

2012年08月03日 17:39:48人氣：745來源：廣州微卓測控科技有限公司

1、關(guān)于Weiner Nobert

2、名詞解釋（熵、消息、信息）

3、控制論－理論基礎(chǔ)、原理、

4、關(guān)于《人有人的用處》的背景

5、關(guān)于本章節(jié)的內(nèi)容概括

6、相關(guān)的資料查找

1、數(shù)學(xué)故事開頭

在博士學(xué)位的授予儀式上，執(zhí)行主席看到一臉稚氣的維納，頗為驚訝，于是就當(dāng)面詢問他的年齡。維納不愧為數(shù)學(xué)神童，他的回答十分巧妙："我今年歲數(shù)的立方是個四位數(shù)，歲數(shù)的四次方是個六位數(shù)，這兩個數(shù)，剛好把十個數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9全都用上了，不重不漏。這意味著全體數(shù)字都向我俯首稱臣，預(yù)祝我將來在數(shù)學(xué)領(lǐng)域里一定能干出一番驚天動地的大事業(yè)?quot; 維納此言一出，四座皆驚，大家都被他的這道妙題深深地吸引住了。整個會場上的人，都在議論他的年齡問題。

　　其實這個問題不難解答，但是需要一點數(shù)字"靈感"。不難發(fā)現(xiàn)，21的立方是四位數(shù)（9261），而22的立方已經(jīng)是五位數(shù)了（10648），所以維納的年齡zui多是21歲；同樣道理，18的四次方是六位數(shù)（104976），而17的四次方則是五位數(shù)了（83521），所以維納的年齡至少是18歲。這樣，維納的年齡只可能是18、19、20、21這四個數(shù)中的一個。

　　剩下的工作就是"一一篩選"了。20的立方是8000，有3個重復(fù)數(shù)字0，不合題意。同理，19的四次方等于130321，21的四次方等于194481，都不合題意。zui后只剩下一個18，是不是正確答案呢？驗算一下，18的立方等于5832，四次方等于104976，恰好"不重不漏"地用完了十個阿拉伯?dāng)?shù)字，多么的組合！

維納年18歲時就獲得了哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)和哲學(xué)兩個博士學(xué)位, 隨后提出了的"控制論", 成為信息論的前驅(qū)和控制論的奠基人。

2、關(guān)于Weiner Nobert

1894年11月26日維納生在美國密蘇里州哥倫比亞市的一個猶太人的家庭中。他的父親是哈佛大學(xué)的語言教授。

維納自幼聰慧，1906年（12歲）便進(jìn)入土夫茲學(xué)院學(xué)習(xí)，1909年（15歲）時獲數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。

其后進(jìn)哈佛大學(xué)作了一年的動物學(xué)研究生，因覺察自己不適合在實驗室工作而改修哲學(xué)。

1913年以關(guān)于數(shù)理邏輯的論文獲博土學(xué)位。

1913年夏獲獎學(xué)金到英國劍橋從B·A·W·羅素學(xué)習(xí)，并從師于H·G·哈代、J·E·李特爾伍德等人，打下了分析學(xué)基礎(chǔ)。同時閱讀A·愛因斯坦、H·H·玻爾等人的論文，其中關(guān)于布朗運(yùn)動的文章影響了他早期的工作。

1914年去德國格丁根大學(xué)學(xué)習(xí)。*次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，他從歐洲返美，先后從事教員、工人、編輯、彈道試驗場員、專欄作家等多種職業(yè)。

1918年，他讀了M·R·弗雷歇和H·L·勒貝格等人的著作，對現(xiàn)代數(shù)學(xué)有進(jìn)一步了解。

1919年到麻省理工學(xué)院任講師之后，開始了他的數(shù)學(xué)學(xué)術(shù)生涯。

1921年維納發(fā)表布朗運(yùn)動的論文，出發(fā)點是函數(shù)空間上的測度論?，F(xiàn)在把定義在連續(xù)函數(shù)空間的一種描述布朗運(yùn)動的測度稱為維納測度，相應(yīng)的隨機(jī)過程稱為維納過程。

1923-1925年，他對位勢理論作出重大貢獻(xiàn)。

1925年以后，在調(diào)和分析的研究上又有重大突破，其成果成為后來巴拿赫代數(shù)理論的基礎(chǔ)。

1929年任麻省理工學(xué)院副教授（1932年以后一直為該校教授）

1932年同E· 霍普夫共同研究一種積分方程，現(xiàn)稱維納-霍普夫方程。

1933年任美國國家*院士，并獲美國數(shù)學(xué)會的博赫爾獎。

1935-1936年他在中國清華大學(xué)作訪問教授期間和李郁榮合作研究傅里葉變換濾波器。（維納來清華的直接是當(dāng)時清華大學(xué)電機(jī)工程系教授李郁榮，三十年代初，李教授在麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)的時候，與維納建立了友誼，是他邀請維納來清華訪問。維納回國后，又鼓動數(shù)學(xué)家、普林斯頓研究院終身教授馮·諾伊曼來清華訪問，諾伊曼夫婦對此很感興趣，維納還正式向當(dāng)時清華校長梅貽琦、李郁榮和數(shù)學(xué)系主任熊慶來做了推薦，可惜兩個月后抗戰(zhàn)爆發(fā)，這一切也就無從談起了。）

30年代開始，維納關(guān)注*研究的模擬計算機(jī)，他還和生理學(xué)家研究大腦對肢體的控制過程。第二次世界大戰(zhàn)開始后，他參加火力控制研究，從而使他進(jìn)入到控制論的研究和創(chuàng)立的過程中。

大戰(zhàn)結(jié)束后，維納和多種學(xué)科的專家一起對控制論作了深入的探討。

1948年他發(fā)表了劃時代的著作《控制論》。維納還有兩本自傳《昔日神童》和《我是一個數(shù)學(xué)家》。

1964年在瑞典斯德哥爾摩因心臟病發(fā)作去世。

3、控坡郟?

3－1、維納控制論思想的發(fā)展：

統(tǒng)計學(xué)方法的引入

　　維納可以說是本世紀(jì)少數(shù)幾個"探索型"科學(xué)家之一，具有敏銳的哲學(xué)頭腦，總是不斷把探索的目光投向新領(lǐng)域。他從二十年代開始研究"函數(shù)空間積分"。由于不滿足于一般積分理論，他要尋求其物理驗證，這就把他引導(dǎo)到布朗運(yùn)動（布朗運(yùn)動是分子的偶然的隨機(jī)運(yùn)動），維納由此而開始了對隨機(jī)過程的統(tǒng)計問題的研究。這個研究，是他畢生事業(yè)中具有決定意義的一步。二十世紀(jì)的物理革命并不只是相對論和量子力學(xué)，而是統(tǒng)計物理；后者所表現(xiàn)的偶然性世界取代了牛頓的機(jī)械必然性世界。他的這一遠(yuǎn)見卓識，直到他去世后才隨著科技術(shù)的開展而為更多人所理解。

　　從統(tǒng)計問題出發(fā)，三十年代他又轉(zhuǎn)向?qū)εc此有密切的通訊理論的研究，*個把通訊作為統(tǒng)計過程處理，從而使通訊工程成為一門統(tǒng)計科學(xué)。他同中國科學(xué)家李郁榮合作建立?quot;維納濾波"，以*方式把噪聲同信號分離開來。這是控制論的理論準(zhǔn)備之一。

　　四十年代初，第二次世界大戰(zhàn)促使他把他的研究領(lǐng)域從一般通訊過程擴(kuò)大到防空火力控制這樣的實際問題。這是一個如何通過有效的通訊而達(dá)到控制的問題，涉及了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)等學(xué)科。維納清醒地看到，要開拓這個領(lǐng)域，光靠哲學(xué)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和某些電工技術(shù)實踐知識，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要有這些學(xué)科之間的"密切交往"，必須要有某種隨機(jī)的探索過程。

正是由于這種"精神上的需要"，三十年代末他開始參加哈佛大學(xué)一個定期舉行的科學(xué)方法討論會。參加的人形形色色：物理學(xué)家、計算機(jī)科學(xué)家、神經(jīng)生理學(xué)家、心理學(xué)家、社會學(xué)家。維納與計算機(jī)科學(xué)家畢格羅，神經(jīng)生理學(xué)教授阿托羅．羅森布魯特接觸過程中，思路漸趨統(tǒng)一，目標(biāo)漸趨明確，達(dá)到了某些共同認(rèn)識，

1943年他們合寫的文章《行為、目的和目的論》。此文中心思想是：一切控制行為，都是一個從原因到目的之間的隨機(jī)試探、反復(fù)調(diào)節(jié)的曲折過程。這一篇幾乎是純粹哲學(xué)文章，卻提出了控制論的基本概念。

3－2 維納的控制論

1948年，《控制論》問世，這個新領(lǐng)域涉及到神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科，轟動了*。按照這一新的圖景,一切物質(zhì)存在，不管是天體、生物、機(jī)器直到人類社會以至于人的思維過程，都構(gòu)成一定的"系統(tǒng)"，具有不同形式的控制、反饋功能。這就要求一切科學(xué)研究打破傳統(tǒng)的單因素分析方法，著眼于整體研究。

控制論的基本含義是：現(xiàn)代的自動機(jī)器和人都是由感覺裝置（器官）、動作裝置（器官）、傳遞信息的系統(tǒng)（神經(jīng)系統(tǒng)）所組成的一種系統(tǒng)。自動機(jī)器和人都是在接收、處理、傳遞和存貯信息，并利用信息去完成動作，實現(xiàn)與外界的。在系統(tǒng)工作中，反饋控制給定控制信號使動作裝置（器官）動作。動作結(jié)果由感覺裝置（器官）檢測出來，并反饋回去與給定信號相比較。如果比較有偏差，偏差信號會繼續(xù)控制動作裝置（器官）動作，直到偏差信號消失為止。

根據(jù)這一理論,一個機(jī)械系統(tǒng)完進(jìn)行運(yùn)算和記憶。1940年，維納開始考慮計算機(jī)如何能像大腦一樣工作。他發(fā)現(xiàn)了二者的相似性。維納認(rèn)為計算機(jī)是一個進(jìn)行信息處理和信息轉(zhuǎn)換的系統(tǒng),只要這個系統(tǒng)能得到數(shù)據(jù),機(jī)器本身就應(yīng)該能做幾乎任何事情。而且計算機(jī)本身并不一定要用齒輪,導(dǎo)線,軸,電機(jī)等部件制成。麻省理工學(xué)院的一位教授為了證實維納的這個觀點，甚至用石塊和衛(wèi)生紙卷制造過一臺簡單的能運(yùn)行的計算機(jī)。

3－3 控制論對計算機(jī)的貢獻(xiàn)：

早在*次世界大戰(zhàn)期間，維納在馬里蘭州的阿伯丁軍械界試驗場工作，參加過火炮火力表的測算的時候，就痛感到高速自動計算手段的必要性。維納雖然是*的數(shù)學(xué)家，但用手工計算的方法來測火力表，說什么都是一項苦差事。

1940年，美軍軍械部又找上門來，請維納去阿伯丁重新制訂火力表，說希特勒的戰(zhàn)斗機(jī)速度很快，飛行員們又大耍曲線、翻筋斗的特技，盟軍的高炮根本打不著他們，需要制訂新的火力表。維納認(rèn)為用手工和器械算肯定不行，只有研制高速的計算機(jī)。他特意去給時任*總統(tǒng)科學(xué)顧問的萬·*寫了一封信，提出設(shè)計新型的電子計算機(jī)的幾條原則，

（1）不是模擬式，而是數(shù)字式；

（2）由電子元件構(gòu)成，盡量減少機(jī)械部件；

（3）采用二進(jìn)制，而不是十進(jìn)制；

（4）內(nèi)部存放計算表；

（5）在計算機(jī)內(nèi)部存貯數(shù)據(jù)。

數(shù)字式的加法和乘法裝置、電子管元件、二進(jìn)制、自動程序運(yùn)算和內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)，對現(xiàn)代計算機(jī)的設(shè)計有著深遠(yuǎn)的影響。萬·*點頭稱是，于是人類歷*誕生了大名鼎鼎的高速計算機(jī)- "愛尼亞克"。

ENIAC：信息時代的蒸汽機(jī)

　　1946年2月10日，世界上*臺電子計算機(jī)正式宣告誕生，它就是"電子數(shù)字積分機(jī)和計算機(jī)"（Electronic　Numerical　Integrator & Computer），英文簡稱"ENIAC"。ENIAC裝有16種型號的18000個真空管、1500個電子繼電器、70000個電阻器、18000個電容器，8英尺高，3英尺寬，100英尺長，總重量有30噸之大，所有的程序和指令都是通過外設(shè)來完成，每當(dāng)所有的真空管都正常工作時，工程師就得忙上忙下，把這6000多根導(dǎo)線插進(jìn)接口，然后啟動"愛尼亞克"進(jìn)行運(yùn)算。ENIAC運(yùn)算結(jié)束后，工程師得把導(dǎo)線拔下來，如果要進(jìn)行另一項運(yùn)算，就必須把這些導(dǎo)線又一根一根插進(jìn)去。因此，與其說ENIAC是一臺計算機(jī)還不如說它是一座計算工廠。

　　不過，ENIAC每秒5000次加法運(yùn)算，50次sin和cos函數(shù)數(shù)值運(yùn)算的計算速度，還是讓人類*次感到了自卑。有人這樣評價ENIAC"彈道計算的速度比炮彈飛行的速度還快"，"這樣的機(jī)器，*只要有兩臺就足夠了"。ENIAC的問世深刻地影響著世界的政治、軍事、經(jīng)濟(jì)格局，影響著人類的工作與生活方式，稱ENIAC為信息時代的蒸汽機(jī)毫不為過。

維納與?？颂亍⒛R利、哥爾斯廷以及后來到的馮·諾依曼非常熟悉，只是由于后來"控制論之父"的名聲益隆，人們反而把他對電腦的關(guān)系和貢獻(xiàn)給淡。

4、關(guān)于本書的背景

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以來，維納一直在信息論的許多分支中進(jìn)行研究。除了有關(guān)消息傳遞的電工理論外，信息論還有一個更加廣大的領(lǐng)域，它包括了：

1. 語言的研究，

2. 消息作為機(jī)器的和社會的控制手段的研究，

3. 計算機(jī)和其他諸如此類的自動機(jī)的發(fā)展，

4. 心理學(xué)和神經(jīng)系統(tǒng)的某些考慮以及一個新的帶有試行性質(zhì)的科學(xué)方法論在內(nèi)。

1948年維納發(fā)表了專著《控制論》后，為了使控制論的觀念能為一般人所接受，維納在1950年發(fā)表了《人有人的用處》一書初版。（有機(jī)體就是消息就是本書的第五章）。隨著形勢的發(fā)展，這門學(xué)科已經(jīng)從申農(nóng)（Claude Shannon）、韋佛（Warren Weaver）兩位博士和維納共同提出的為數(shù)不多的幾個觀念發(fā)展成為一個確定的研究領(lǐng)域了。1954年維納趁重版本書的機(jī)會，把它改寫得合乎的情況，同時刪掉原書結(jié)構(gòu)中的若干缺點和前后不一致的地方。現(xiàn)在世界各國使用都是54版本。

關(guān)鍵詞：濾波器

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