Черный ящик

Черный ящик (черный ящик) - это термин, который используется в технике и кибернетике для обозначения объекта или системы, о принципах действия которых ничего неизвестно, кроме того, что определенному входному сигнала соответствует определенный выходной сигнал.


1. Черный ящик

Черный ящик также представляет собой важный элемент в планировании эксперимента и в науке в целом. Используя данное понятие тысячи ученых мира получают возможность использовать тот уровень углубления при исследовании объекта, который необходим для достижения оптимального результата планирования. Впервые введен Вилямом Эшли. Получил широкое использование при моделирование систем и в теории систем. С 1960-х годов используется Закон Бира: Моделирование любой системы предполагает включение в нее черного ящика для моделирования малозначимых факторов внешней среды (погодных явлений и т.п.).


2. Схема черного ящика (его функциональная структура)

Для описания объекта исследования удобно пользоваться представлением о кибернетическую систему, которая схематически изображена на рис.1. Такую схему называют "черным ящиком". Такие системы имеют "вход" для ввода информации и ?выход? для отображения результатов работы. Состояние выходов обычно функционально зависит от состояния входов и т. д.

Если механизм работы не важен, то зависимость результатов от входных данных, как правило, известна; концепция черного ящика при этом используется, чтобы не отвлекаться на внутреннее строение. Однако такой подход может дать ошибку при использовании устройства на пределе его возможностей.

Схематическое изображение черного ящика

Представление объекта в виде следующей схемы базируется на принципе "черного ящика". То есть мы имеем следующие группы параметров:

  1. управляющие (входящие) Хи, которые называются факторами;
  2. выходные параметры Уи., которые называются параметрами состояния;
  3. Wi-воздействия.

Стрелки справа изображают численные характеристики целей исследования. Их обозначают буквой игрек (Y) и называют параметрами оптимизации. В литературе встречаются другие названия:

  • критерий оптимизации,
  • целевая функция,
  • выход "черного ящика" и т. д.

3. Математическая модель черного ящика

Для проведения эксперимента необходимо иметь возможность влиять на поведение "черного ящика". Все способы такого воздействия обозначают буквой икс (Х) и называют факторами. Их также называют входами "черного ящика".

Схема черного ящика

При решении задачи используют математические модели исследования. Под математической моделью понимается уравнение, связывающее параметр оптимизации с факторами. Это уравнение в общем виде можно записать так: y = \ varphi (x_1, x_2, ..., x_K) , Где символ \ Varphi () , Как всегда в математике, заменяет слова: "функция от". Такая функция называется функцией отклика. Каждый фактор может принимать в опыте одно из нескольких значений. Эти значения называются уровнями. Для облегчения построения "черного ящика" и эксперимента фактор должен иметь определенное число дискретных уровней. Фиксированный набор уровней факторов определяет одно из возможных состояний "черного ящика". Одновременно это является условием проведения одного из возможных опытов. Если перебрать все возможные наборы состояний, то получается множество различных состояний "черного ящика". Это будет число возможных различных опытов. Число возможных опытов определяют по выражению:

N = P ^ K ,

где N - число опытов, р - число уровней; K - число факторов.

Реальные объекты обычно имеют огромную сложность. Так, на первый взгляд, простая система с пятью факторами на пяти уровнях имеет 3125 состояний, а для десяти факторов на четырех уровнях их уже более миллиона. В этих случаях выполнение всех опытов практически невозможно. Возникает вопрос: сколько и каких опытов нужно включить эксперимента, чтобы решить поставленную задачу? Именно здесь и применяется планирования эксперимента.


См.. также

Литература


Технологии Это незавершенная статья по технологии.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.