控制论 或动物与机器的控制和通信的科学

　当我在大约13年前写《控制论》第1版时，我是在非常困难的条件下写作的，因而遗憾地留下了好些印刷错误和一些内容上的错误。现在我认为是时候对控制论做重新考虑了，这不仅是因为控制论将成为未来某个时期要执行的一个计划，而且是因为它已是现存的一门科学。因此，我借此机会，应读者要求，对它做必要的修订；同时，根据该学科的现状和自第1版以来新出现的相关思维模式对其进行增补。
　　如果一门新的科学学科具有真正的生命力，那么对它的兴趣焦点就必然而且应当在几年中发生转移。当我次写《控制论》时，我发现阐明我的观点的主要障碍是，有关统计信息和控制理论的概念不仅是全新的，甚至可能会对当时的既定观点造成冲击。而现在，作为通信工程师和自动控制设计的工具，这些概念已经变得如此熟悉，以致我主要担心的是本书的内容是否会变得有些陈旧和平庸。反馈在工程设计和生物学中的作用已经得到很好的确立。对于工程师、生理学家、心理学家和社会学家来说，信息的作用以及测量和传递信息的技术已构成一个完整的学科。在本书第1版面世时，自动机还仅仅是一种预言，而现在它们已经流行开来，我在本书以及在另一本科普小书《人有人的用处》中所警告的由此带来的相关的社会危险已经明显可见。
　　因此，控制论专家有必要迈向新的领域，将他的大部分注意力转移到过去10年里发展起来的新思想上去。对简单的线性反馈的研究曾在唤起科学家研究控制论方面起到非常重要的作用，但现在人们认识到，这些反馈既不像其初看起来那么简单，也远非线性。事实上，在早期的电路理论中，对电路网络做系统处理的数学手段没有超出电阻、电容和电感的线性串并联。这意味着对整个研究对象，运用传输信息的谐波分析，以及传输信息的电路的阻抗、导纳和电压比值，就可以充分地予以描述。
　　早在《控制论》出版以前，人们就已开始认识到，这个框架并不适用于研究非线性电路（如我们在许多放大器、电压限幅器、整流器等电路中看到的情形）。然而，由于缺乏更好的方法，因此许多人试图将旧的电气工程里的线性概念扩展到远远超出新型器件可以自然运用这些概念来表示的程度。

诺伯特·维纳（Norbert Wiener）是美国应用数学家、控制论创始人，维纳的这本《控制论》是系统控制理论这门学科的奠基之作。之所以这么说，是因为虽然这门学科的发展今天已经渗透到自然科学和社会科学的方方面面，但我们都可以在本书中找到这些发展和应用的源头。本书初版写于20世纪40年代，当时维纳就已经透彻地看清了信息反馈控制在工程研究、医学研究和社会科学等领域的应用前景，提出了控制论这一跨学科的新概念，对20世纪的多个学科产生了极为深远的影响。今天，控制论的发展已经从单机自动化跨越到处理多因素、多输入-输出的非线性大系统（如宏观经济系统、生态系统和资源配置系统等），维纳当年的预言很多变成了现实。再次捧读本书，当有追根溯源之效。本书还引发了一系列哲学问题，不仅对理工学科，对人文社会科学的学者及普通读者而言，也是一本启人深思的著作。

诺伯特·维纳（Norbert Wiener）是美国应用数学家、控制论创始人，维纳的这本《控制论》是系统控制理论这门学科的奠基之作。之所以这么说，是因为虽然这门学科的发展今天已经渗透到自然科学和社会科学的方方面面，但我们都可以在本书中找到这些发展和应用的源头。本书初版写于20世纪40年代，当时维纳就已经透彻地看清了信息反馈控制在工程研究、医学研究和社会科学等领域的应用前景，提出了控制论这一跨学科的新概念，对20世纪的多个学科产生了极为深远的影响。今天，控制论的发展已经从单机自动化跨越到处理多因素、多输入-输出的非线性大系统（如宏观经济系统、生态系统和资源配置系统等），维纳当年的预言很多变成了现实。再次捧读本书，当有追根溯源之效。本书还引发了一系列哲学问题，不仅对理工学科，对人文社会科学的学者及普通读者而言，也是一本启人深思的著作。

诺伯特·维纳（Norbert Wiener，1894—1964），美国应用数学家，控制论创始人。维纳在其50年的科学生涯中，先后涉足哲学、数学、物理学和工程学，后转向生物学，在各个领域中都取得了丰硕成果，是一位多才多艺和学识渊博的科学巨人。他一生发表论文240多篇，著作14本。主要著作有《控制论》(1948)、《人有人的用处》（1950）、《维纳选集》(1964)和《维纳数学论文集》(1980)。

译者简介：

王文浩，中国科技大学近代物理系，本科、硕士，博士。现为清华大学工程物理系高级工程师。译有约翰·冯·诺伊曼《计算机与人脑》 、霍金、埃利斯《时空的大尺度结构》、 罗杰·彭罗斯《通向实在之路》等。

第2版序言

部  分初版(1948年)

引言

第1章  牛顿时间与柏格森时间

第2章  群和统计力学

第3章  时间序列信息和通信

第4章  反馈和振荡

第5章  计算机和神经系统

第6章  格式塔与一般概念

第7章  控制论与精神病理学

第8章  信息语言与社会

第二部分  补充章节(1961年)

第9章  关于学习和自增殖机

第10章  脑电波和自组织系统

索引

译后记

诺伯特·维纳（Norbert Wiener）是美国应用数学家、控制论创始人，维纳的这本《控制论》是系统控制理论这门学科的奠基之作。之所以这么说，是因为虽然这门学科的发展今天已经渗透到自然科学和社会科学的方方面面，但我们都可以在本书中找到这些发展和应用的源头。本书初版写于20世纪40年代，当时维纳就已经透彻地看清了信息反馈控制在工程研究、医学研究和社会科学等领域的应用前景，提出了控制论这一跨学科的新概念，对20世纪的多个学科产生了极为深远的影响。今天，控制论的发展已经从单机自动化跨越到处理多因素、多输入-输出的非线性大系统（如宏观经济系统、生态系统和资源配置系统等），维纳当年的预言很多变成了现实。再次捧读本书，当有追根溯源之效。本书还引发了一系列哲学问题，不仅对理工学科，对人文社会科学的学者及普通读者而言，也是一本启人深思的著作。

诺伯特·维纳（Norbert Wiener，1894—1964），美国应用数学家，控制论创始人。维纳在其50年的科学生涯中，先后涉足哲学、数学、物理学和工程学，后转向生物学，在各个领域中都取得了丰硕成果，是一位多才多艺和学识渊博的科学巨人。他一生发表论文240多篇，著作14本。主要著作有《控制论》(1948)、《人有人的用处》（1950）、《维纳选集》(1964)和《维纳数学论文集》(1980)。

译者简介：

王文浩，中国科技大学近代物理系，本科、硕士，博士。现为清华大学工程物理系高级工程师。译有约翰·冯·诺伊曼《计算机与人脑》 、霍金、埃利斯《时空的大尺度结构》、 罗杰·彭罗斯《通向实在之路》等。

 《控制论》

    拒绝由麦克斯韦妖产生的问题要比解答这个问题简单。否认这种东西或这种结构存在的可能性是容易不过的事了。实际上我们下面将看到，对一个处在平衡状态系统，严格意义上的麦克斯韦妖不可能存在；可是如果我们一开始就接受这一点而不加以论证，那我们就要失去一个难得的机会来学习关于熵和关于在物理学上、化学上、生物学上为可能的系统的知识，
　　麦克斯韦妖在动作以前，必须收到有关前来的粒子的速度和它们碰到壁上的位置的信息，因此，无论在这些碰撞中是否发生能量的传递，麦克斯韦妖和气体之间必然要有相互联系，我们知道，熵增加定律只能适用于完全孤立的系统，并不适用于系统的非孤立部分。因此，我们要关心的仅仅是气体。妖这个系统的熵，不是气体的熵。气体的熵仅仅是这个大系统的总熵的一部分。问题是，我们能不能同时求出麦克斯韦妖对总熵贡献的那一部分熵呢？
　　完全可以肯定，我们能。麦克斯韦妖只有根据收到的信息才能动作，而这些信息，如我们在下一章看到的，表示一负熵。信息必须通过某种物理过程来传递，譬如说通过某种形式的辐射来传递。这些信息当然完全可以在很低的能量下传递，而且粒子与麦克斯韦妖之间能量传递的意义一般比信息传递的意义小得多。但是，根把量子力学，如果我们不积极去影响试验粒子的能量，使得它超过某一极小值（由试验所用光的频率决定），我们要得到有关粒子位置和动量的任何信息都是不可能的，要同时得到位置和动量的任何信息就更不可能了。因此，所有各种联系严格说来都是能量的耦合；一个处在统计平衡状态的系统，就是对熵和对能量这两者都达到平衡的系统，麦克斯韦妖早晚总要陷于和它周围温度相应的无规运动，正像莱布尼茨所说的某些单子（monads）-样，它收到大量的微小印象，以致陷于“晕头转向”而没有清楚的知觉。事实上，这时麦克斯韦妖已不再作为麦克斯韦妖而动作了，
　　虽然如此，在麦克斯韦妖失去调制力以前还是有一段相当显著的时间，我们可以认为它在这段时间中的动作状态是亚稳的，我们没有理由认为亚稳的麦克斯韦妖事实上不存在；其实，我们完全可以认为酶就是亚稳的麦克斯韦妖，不过它的熵减少也许不是由于快粒子和慢粒子的分离，而是由于其他某种相当的过程。我们可以用这个见解来看待生命机体，例如人本身。酶和生命机体肯定都是亚稳的：酶的稳定状态就是失去调制力，生命机体的稳定状态就是死亡。所有的催化剂终都要中毒：它们能够改变反应速度，但不能改变真正的平衡状态。
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