第1节 维纳定律

为了介绍赛博管理,首先得介绍著名的维纳定律,即了解生命系统是如何运行的,或生命系统的行为规律。其实,科学的目的,就是要探索宇宙万物运行变化的规律。当然,既包括生命系统的运行规律,也包括非生命系统的运行规律。但是,这确实是一个艰苦而漫长的过程。

大约150亿年前,当宇宙通过大爆炸的方式产生后,非生命系统就一直按照它固有的方式运动着。但是,直到300多年前的1687年,才由牛顿在其名著《自然哲学的数学原理》中,首次论述了非生命系统的宏观物体低速运动规律,即牛顿三大运动定律:

牛顿第一运动定律:孤立质点保持静止或做匀速直线运动;用公式表达为

式中,∑Fi为合力,v为速度,t为时间。

牛顿第二运动定律:动量为p的质点,在外力F的作用下,其动量随时间的变化率,正比于该质点所受外力,并与外力的方向相同;用公式表达为

根据动量的定义,有

式中,r为曲线段的长度。

若质点的质量不随时间变化(即),则质点运动加速度的大小,正比于作用在该质点上的外力,加速度的方向和外力的方向相同;用公式表达为

牛顿第三运动定律:相互作用的两质点间的作用力和反作用力,总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上的;用公式表达为

F12=-F21

式中,F12表示质点2受到的质点1的作用力;F21表示质点1受到的质点2的反作用力。

又过了200多年,直到1923年以后,才由法国物理学家路易·维克多·德布罗意、奥地利理论物理学家埃尔温·薛定谔和德国物理学家爱因斯坦等科学家,先后发现了高速微观粒子的某些运行规律。

类似地,大约在36亿年前,地球上开始出现生命后,这些生命系统也一直按照某些固有的方式运行着。但是,直到一百多年前达尔文提出进化论后,人类才发现了生物演化运行规律的蛛丝马迹;后来,又有不少生物学家、心理学家在各自领域中,也发现了生命系统的几乎相同的运行规律;一直到1948年左右,才最终由美国数学家诺伯特·维纳集各家之大成,在创立“控制论”[2](其实应该翻译为“赛博学”[6])的同时,也揭示了生命系统的重要运行规律。为了与非生命系统的“牛顿定律”类比,我们称之为“维纳定律”。

维纳定律:在所有生命系统的运行过程(状态行为)中,都包含着“赛博链”。这里的“赛博链”有多种等价的表述方式,比如:

(1)若用纯文字表述,赛博链=反馈+微调+迭代。

(2)若用流程表述,则为“…→反馈→微调→反馈→…”。

(3)若用流程图表述,那么其流程图如图2-1所示。

图2-1 赛博链

(4)在离散时间的情况下,若用数学公式表述,则“赛博链”就可为以下的递推公式:

y (n+1)=J (y(n), w(n)),y(0)=y0,n=1,2,3,…

式中,wn)表示n时刻的反馈,yn)表示n时刻的输出,Jyn),wn))表示n时刻的微调。换句话说,上述递推公式表示:生命系统在n+1时刻的输出(状态行为),取决于n时刻的反馈和微调。注意:还有某些随机因素影响着微调,而维纳创立的所谓《控制论》(赛博学)的核心,其实就是在存在不可控的随机因素(影响微调)的情况下,能否以及如何确保经过若干轮的迭代后,系统的递推输出能无限接近预定目标,无论该目标是静止的,还是运动的。

(5)在连续时间的情况下,若用数学公式来表示,则“赛博链”既可用微分方程的形式表述为

也可以用积分方程的形式表述为

y(t)=∫J ( y(t-τ), w(t-τ))dτ

关于上述维纳定律,我们做以下五点说明:

(1)此处的“系统”,就是指贝塔朗菲等所称的“一般系统”,即由若干要素以一定结构形式联结构成的、具有某种功能的有机整体;或者,由一些相互关联的元素组成的集合。此处的“生命系统”,既包括生物系统,也包括生物创造物的系统,还包括生物与其创造物的融合系统等。比如,蚂蚁群是生命系统,蚂蚁窝也是生命系统,若干蚂蚁与若干蚂蚁窝也形成生命系统。注意:这里是从过程角度来看的,是有一定的持续时间背景的,比如,蚂蚁窝,并不只是当前的那个静止孤立的蚂蚁窝,而是在一定的历史阶段,不断演变过程中的蚂蚁窝。更形象地说,是用一架相机分时采样拍摄的胶卷,当按正常速度播放出来时,所看到的那个动态的蚂蚁窝,比如,正在长大的蚂蚁窝。

(2)据我们所知,过去很少有人用如此直白的方式表达“维纳定律”,所以,此处对它略加说明。首先,生物学家们经过几百年的前赴后继地研究,已经证实:生物演化过程,其实就是物种为了适应环境而进行的不断“微调”过程;微调的依据,来自生物个体对外部环境的“反馈”;“迭代”不但会出现在个体生命周期中,更表现在生育后代的演变过程中。简而言之,通过不断的“反馈+微调+迭代”,某些物种继续繁衍,某些物种灭绝,某些新物种诞生等。即使只针对某种个体生命,“赛博链”也随处可见,比如,动物的血压、体温等的自动调节,也是经过“反馈+微调+迭代”而完成的。甚至,生物的基因,也永不停歇地在进行着“反馈+微调+迭代”,从而导致基因的演变。作为蚂蚁的安身之地,蚂蚁窝也在不断地演变,其过程也是“反馈+微调+迭代”的“赛博链”。“社会”是名叫“人”的这种生物的创造物,社会学家们已经证实:社会的演变过程(比如,从家族到部落,再到古国,再到国家,再到帝国,最后再到今后有可能的国家消亡等),也是“反馈+微调+迭代”的过程。总之,虽然任何人都无法穷举所有生命系统中的“赛博链”(赛博演化过程),但是,名目繁多的诸如工程控制论、经济控制论、人口控制论、生物控制论、社会控制论、管理控制论、项目控制论、情报控制论、控制论化学、会计控制论、中医控制论、教育控制论、文艺控制论、货币控制论、财政控制论、内部控制论、体育控制论、表演控制论、国家控制论等,其实也是“赛博链”广泛存在的旁证。

(3)既为了形象,也为了方便今后的类比,下面我们重点介绍一个特殊的“赛博链”,即导弹打飞机:在广阔的天空中,即使在其射程内,你也很难用步枪把飞机打下来;因为,当你瞄准飞机并扣动扳机后,当子弹射向飞机的原来位置时,飞机也在移动甚至有意躲避攻击,并早已离开你曾经瞄准的点了。但是,如果用导弹去打飞机,那么导弹在射出之前,就已经将目标信息存储在其记忆系统中,导弹在射出之后,它会不断地、迅速地根据飞机的当前位置,及时获得“反馈”;然后,根据该反馈,对自己的飞行方向进行“微调”;最后,经过一段时间的“迭代”,越来越靠近目标,并最终将其击毁。由此可见,导弹打飞机的过程,就是一个典型的“反馈+微调+迭代”过程。如果“反馈”被切断(比如,反馈信号被敌方干扰等),那么导弹攻击飞机就可能失败;如果“微调”不及时(比如,时间间隔太长或调整幅度过大)或“迭代”的频率过低(比如,反应不迅速等),那么导弹也可能脱靶;导弹精准度的改进,关键就是优化由“反馈+微调+迭代”组成的“赛博链”。总之,只要反馈足够及时,微调足够细致,迭代足够迅速,那么导弹几乎就能够击中所有的飞机。甚至一个导弹,也可以击中另一个有意逃跑的导弹。当然,导弹袭击的目标,也可以是静止的,这时成功的可能性就更大了。

(4)维纳定律其实还暗含着另外一些结论,比如:被“赛博链”反馈的东西,其实是信息,因此,生命系统中一定存在信息;“微调”的对象,也可以仅限于信息,即把机械等微调,只看成信息微调的衍生品;从行为角度看,并不区分人与物,只从黑箱角度考察相关生命系统的“输出”与“输入”关系等。

(5)为了突出重点,本书所涉及的生命系统,仅限于人工系统,即人或人造系统。更准确地说,我们将重点研究那些反馈及时、微调细致、迭代次数庞大的人工系统,比如,人工智能系统、互联网或物联网系统、大数据、云计算,以及黑客攻击系统和信息安全保障系统等信息系统。这些系统都有一个共同的特点:它们都有明确的目的性。