Flugschreiber

In diesem Artikel geht es um das abstrakte Konzept von Black Box -Systemen. Für schwarze Kisten in Flugzeugen siehe Flug Rekorder. Für andere Verwendungen siehe Black Box (Disambiguation).
Black Box -Systeme
Blackbox.svg
System
Flugschreiber · Oracle Machine
Methoden und Techniken
Black-Box-Tests · Blackboxing
Verwandte Techniken
Nach vorne füttern · Verschleierung · Mustererkennung · weiße Kiste · White-Box-Test · Systemidentifikation
Grundlagen
A priori Information · Kontroll systeme · Offene Systeme · Unternehmensforschung · Thermodynamische Systeme

In Wissenschaft, Computer und Ingenieurwesen, a Flugschreiber ist ein System, das in Bezug auf seine Eingaben und Ausgänge betrachtet werden kann (oder Übertragungseigenschaften), ohne Kenntnis seiner internen Arbeiten. Seine Implementierung ist "undurchsichtig" (schwarz). Der Begriff kann verwendet werden, um sich auf viele innere Arbeiten zu beziehen, wie z. B. die von a Transistor, ein Motor, ein Algorithmus, das menschliches Gehirnoder eine Institution oder Regierung.

Analysieren und analysieren offenes System Mit einem typischen "Black Box -Ansatz" wird nur das Verhalten des Stimulus/der Reaktion berücksichtigt, um die (unbekannten) zu schließen. Kasten. Die übliche Darstellung davon Black Box -System ist ein Datenflussdiagramm zentriert in der Schachtel.

Das Gegenteil einer schwarzen Box ist ein System, in dem die inneren Komponenten oder die Logik zur Inspektion verfügbar sind, was am häufigsten als als bezeichnet wird weiße Kiste (Manchmal auch als "klare Box" oder "Glasbox" bezeichnet.

Geschichte

Ein Black -Box -Modell kann verwendet werden, um die Ausgaben von Systemen zu beschreiben

Die moderne Bedeutung des Begriffs "Black Box" scheint um 1945 in die englische Sprache eingetreten zu sein Kreistheorie der Prozess von Netzwerksynthese aus Übertragungsfunktionen, was dazu führte, dass elektronische Schaltungen als "schwarze Kisten" angesehen wurden, die durch ihre Reaktion auf Signale gekennzeichnet waren, die auf ihre angewendet wurden Häfen, kann auf verfolgt werden Wilhelm Cacher der 1941 seine Ideen in ihrer am besten entwickelten Form veröffentlichte.[1] Obwohl der Kauer den Begriff nicht benutzt hat, beschrieben andere, die ihm folgten, die Methode sicherlich als Black-Box-Analyse.[2] Vitold Belevitch[3] stellt das Konzept der Black-Boxen noch früher und führt die explizite Verwendung von Zwei-Port-Netzwerke als schwarze Kisten zu Franz Breisig 1921 und argumentiert, dass 2-terminale Komponenten vorher implizit als Schwarzkästen behandelt wurden.

Im Kybernetik, eine vollständige Behandlung wurde von gegeben Ross Ashby 1956.[4] Eine schwarze Box wurde von beschrieben von Norbert Wiener 1961 als ein unbekanntes System, das mit den Techniken von identifiziert werden sollte Systemidentifikation.[5] Er sah den ersten Schritt in Selbstorganisation Um das Ausgabeverhalten einer schwarzen Box kopieren zu können. Viele andere Ingenieure, Wissenschaftler und Erkenntnistheorogen, wie z. Mario Bunge,[6] Die Black Box -Theorie in den 1960er Jahren verwendet und perfektioniert.

Systemtheorie

Das Offene Systemtheorie ist die Grundlage von Black Box -Theorie. Beide konzentrieren sich auf Eingabe- und Ausgangsströme, die den Austausch mit der Umgebung darstellen.

Im Systemtheorie, das Flugschreiber ist eine Abstraktion, die eine Klasse von Beton darstellt offenes System die ausschließlich in Bezug auf seine betrachtet werden können Stimulieingaben und Ausgangsreaktionen:

Die Verfassung und Struktur des Kastens sind für den betrachteten Ansatz insgesamt irrelevant, der rein extern oder phänomenologisch ist. Mit anderen Worten, nur das Verhalten des Systems wird berücksichtigt.

-Mario Bunge[6]

Das Verständnis von a Flugschreiber basiert auf dem "erklärenden Prinzip", das Hypothese von a kausale Beziehung zwischen den Eingang und die Ausgang. Dieses Prinzip besagt, dass Eingang und Ausgang sind unterschiedlich, dass das System beobachtbare (und zuordenbare) Eingänge und Ausgänge aufweist und dass das System für den Beobachter schwarz ist (nicht offenbar).[7]

Aufzeichnung beobachteter Zustände

Ein Beobachter macht im Laufe der Zeit Beobachtungen. Alle Beobachtungen von Eingängen und Ausgängen von a Flugschreiber kann in einer Tabelle geschrieben werden, in der in jeder Abfolge von Zeiten die Zustände der Boxs Verschiedene Teile, Eingang und Ausgabe, werden aufgezeichnet. Somit verwenden Sie ein Beispiel von AshbyUntersuchung einer Schachtel, die von einem gefallen ist fliegende Untertasse könnte zu diesem Protokoll führen:[4]

Zeit Zustände der Eingabe und Ausgabe
11:18 Ich habe nichts getan - die Schachtel hat ein stetiges Summen von 240 Hz abgab.
11:19 Ich drückte den Schalter mit K: Die Note stieg auf 480 Hz und blieb stabil.
11:20 Ich drückte versehentlich den mit „!“ Markierten Knopf - die Temperatur erhöhte sich um 20 ° C.
... Usw.

Somit wird jedes System im Grunde genommen durch die Sammlung eines langen Protokolls untersucht, das rechtzeitig herausgezogen wird und die Abfolge von Eingangs- und Ausgangszuständen zeigt. Daraus folgt dem grundlegenden Abzug, dass alle aus einer schwarzen Box (von angegebenen Eingabe und Ausgabe) erhältlichen Wissen durch Wiederkodieren des Protokolls erhalten werden können (die Beobachtungstabelle); All das und nichts weiter.[4]

Wenn der Beobachter auch die Input steuert, wird die Untersuchung in eine Experiment (Illustration) und Hypothesen herum Ursache und Wirkung kann direkt getestet werden.

Wenn der Experimentator auch motiviert ist, die Box zu kontrollieren Kontrolltheorie wird als a genannt nach vorne füttern die Architektur.

Modellieren

Das Modellierungsprozess ist die Konstruktion einer Vorhersage mathematisches Modellmithilfe vorhandener historischer Daten (Beobachtungstabelle).

Testen des Black Box -Modells

Eine entwickelte Black Box -Modell ist ein validiertes Modell, wenn Black-Box-Tests Methoden[8] sorgt dafür beobachtbar Elemente.

Bei Backtests werden keine Zeitdaten verwendet, wenn das Black -Box -Modell getestet wird. Daten müssen niedergeschrieben werden, bevor sie für Black Box -Eingaben gezogen werden.

Andere Theorien

Das beobachtete Hydrographie ist eine Grafik der Reaktion von a Wasserscheide (eine Blackbox) mit seiner abfließen (rot) zu einem Niederschlagseingabe (blau).

Black Box Theories sind diese Theorien nur in Bezug auf ihre Funktion definiert?[9][10] Der Begriff Black Box -Theorie wird auf jedes Feld angewendet, Philosophie und Wissenschaft oder auf andere Weise, wenn eine Untersuchung oder Definition in die Beziehungen zwischen dem Erscheinungsbild eines Systems (äußerlich/außen), d. H. Hier speziell der Schwarzkastenzustand des Systems, in Bezug auf seine Eigenschaften und sein Verhalten innerhalb (Innen-/Innen-) eingereicht wird.[11][12]

Insbesondere konzentriert sich die Untersuchung auf ein System, das keine unmittelbar offensichtlichen Merkmale aufweist und daher nur Faktoren für die Berücksichtigung aufweist, die in sich selbst vor der sofortigen Beobachtung versteckt gehalten werden. Der Beobachter wird in erster Linie als die meisten verfügbaren Daten wird in einer inneren Situation von einfachen Ermittlungen abgehalten. Das Flugschreiber Das Element der Definition wird als durch ein System gekennzeichnet, in dem beobachtbare Elemente ein möglicherweise imaginäres Feld mit einer Reihe verschiedener Ausgänge eingeben, die ebenfalls beobachtbar sind.[13]

Annahme in den Geisteswissenschaften

Im Geisteswissenschaften Disziplinen wie zum Beispiel Philosophie des Geistes und Behaviorismus, Eine der Verwendungen der Black -Box -Theorie besteht darin, zu beschreiben und zu verstehen psychologisch Faktoren in Bereichen wie Marketing, wenn sie auf eine Analyse von angewendet werden Verbraucherverhalten.[14][15][16]

Black Box -Theorie

Black Box -Theorie ist noch größer in der Anwendung als professionelle Studien:

Das Kind, das versucht, eine Tür zu öffnen, muss den Griff (die Eingabe) manipulieren, um die gewünschte Bewegung am Riegel (die Ausgabe) zu erzeugen. Und er muss lernen, wie man den einen nach dem anderen steuert, ohne den internen Mechanismus zu sehen, der sie verbindet. In unserem täglichen Leben werden wir auf Schritt und Tritt mit Systemen konfrontiert, deren interne Mechanismen nicht vollständig für die Inspektion geöffnet sind und die mit den Methoden, die dem Black Box entspricht, behandelt werden müssen.

-Ashby[4]

(...) Diese einfache Regel erwies sich als sehr effektiv und zeigt, wie das Black -Box -Prinzip in Kybernetik verwendet werden kann, um Situationen zu kontrollieren, die, wenn sie tief in die Lage sind, sehr komplex erscheinen können.
Ein weiteres Beispiel für das Black Box -Prinzip ist die Behandlung von mentalen Patienten. Das menschliche Gehirn ist sicherlich eine schwarze Box, und obwohl eine Menge neurologischer Forschung den Mechanismus des Gehirns versteht, wird auch Fortschritte bei der Behandlung erzielt, indem die Reaktionen der Patienten auf Stimuli beobachtet werden.

-Duckworth, Ausrüstung und Lockett[17]

Anwendungen

Wenn der Beobachter (ein Agent) kann auch einige Stimulus (Eingabe) ausführen, die Beziehung mit der Black Box ist nicht nur eine Beobachtung, sondern auch eine Experiment.

Computer und Mathematik

  • Im Computerprogrammierung und Softwareentwicklung, Black Box -Tests wird verwendet, um zu überprüfen, ob die Ausgabe eines Programms angesichts bestimmter Eingaben erwartungsgemäß ist.[18] Der Begriff "Black Box" wird verwendet, da das tatsächliche Programm nicht untersucht wird.
  • Im Computer Im Allgemeinen a Black Box -Programm ist einer, bei dem der Benutzer die inneren Arbeiten nicht sehen kann (vielleicht weil es a ist geschlossene Quelle Programm) oder eine, die keine Nebenwirkungen hat und die Funktion nicht untersucht werden muss, eine Routine, die zur Wiederverwendung geeignet ist.
  • Auch in ComputerEine schwarze Schachtel bezieht sich auf ein Gerät, das von einem Anbieter zur Verwendung des Produkts dieses Anbieters bereitgestellt wird. Es ist häufig der Fall, dass der Anbieter diese Ausrüstung unterhält und unterstützt, und das Unternehmen, das die Black Box erhält, ist in der Regel Hands-Off.
  • Im mathematische Modellierung, ein begrenzter Fall.

Wissenschaft und Technik

  • Im neuronale Netzwerke oder Heuristische Algorithmen (Computerbegriffe, die im Allgemeinen zur Beschreibung von Computern oder „AI -Simulationen“ verwendet werden.) Eine schwarze Box wird verwendet, um den sich ständig ändernden Abschnitt der Programmumgebung zu beschreiben, der von den Programmierern nicht leicht getestet werden kann. Dies wird auch als a genannt weiße Kiste Im Zusammenhang mit dem Programmcode ist der Code so komplex, dass er einer schwarzen Box funktional äquivalent ist.
  • Im Physik, Eine schwarze Box ist ein System, dessen interne Struktur unbekannt ist oder für einen bestimmten Zweck nicht berücksichtigt werden muss.
  • Im Kryptographie Um den Begriff des Wissens zu erfassen, der durch einen Algorithmus durch die Ausführung von a erhalten wurde Kryptografisches Protokoll so wie ein Null-Wissen-Beweis Protokoll. Wenn die Ausgabe eines Algorithmus bei der Interaktion mit dem Protokoll der eines Simulators entspricht, das einige Eingänge bezeichnet, muss er nur die Eingänge kennen.

Andere Anwendungen

Siehe auch

Verweise

  1. ^ CAUER, Wilhelm; Theorie der linearen Wechselstromschaltungen, Vol.i, Akademische Verlags-Gegschaft Becker und Erler, Leipzig, 1941.
  2. ^ CAUER, Emil; Mathis, Wolfgang; und Pauli, Rainer; "Leben und Werk von Wilhelm Cauer (1900 - 1945)", Verfahren des vierzehnten Internationalen Symposiums der mathematischen Theorie von Netzwerken und Systemen (MTNS2000), P4, Perpignan, Juni 2000. Online abgerufen 19. September 2008.
  3. ^ Belevitch, Vitold; "Zusammenfassung der Geschichte der Schaltungstheorie", Verfahren des Zorns, Band 50, ISS 5, S. 848-855, Mai 1962.
  4. ^ a b c d Ashby, W. Ross; Eine Einführung in die Kybernetik, London: Chapman & Hall, 1956, Kapitel 6: Die schwarze Box, S. 86–117.
  5. ^ Wiener, Norbert; Kybernetik: oder die Kontrolle und Kommunikation im Tier und der Maschine, MIT Press, 1961, ISBN0-262-73009-X, Seite xi
  6. ^ a b Bunge, Mario; "Eine allgemeine Black-Box-Theorie", Philosophy of Science, Vol. 30, Nr. 4, 1963, S. 346-358. JSTOR/186066
  7. ^ Glanville, Ranulph; "Black Boxes", Cybernetics und Human Knowledy, 2009, S. 153-167.
  8. ^ Siehe für Ex. Der British Standard BS 7925-2 (Software-Komponenten-Test) oder sein 2001er Arbeitsentwurf.
    BCS SIGIST (British Computer Society Specialist Interest Group in Software -Tests), "Standard für Softwarekomponenten -Tests", Working Draft 3.4, 27. April 2001 Website.
  9. ^ Definition von Answers.com
  10. ^ Clara, Parker (1963). "Eine allgemeine Black Box -Theorie". Philosophie der Wissenschaft. Mario Bunge. 30 (4): 346–358. doi:10.1086/287954. S2CID 123014360. Abgerufen 23. Dezember 2020.
  11. ^ Black Box -Theorie wird kurz auf Isaac Newton angewendet
  12. ^ Feshbach, D (1979). "Was ist in der Black Box: Eine Fallstudie zur Allokativen Politik im Hill-Burton-Programm". Int J Health Servic. 9 (2): 313–39. doi:10.2190/Ltd9-C9C7-X1LF-PMNM. PMID 374288. S2CID 10957919.
  13. ^ Physikabteilung, Temple University, Philadelphia
  14. ^ Institut für Arbeiten für Futures Archiviert 26. Juni 2012 bei der Wayback -Maschine Teil des fortschrittlichen Diploms in Logistik und Management. Abgerufen 11/09/2011
  15. ^ Black-Box-Theorie zum Verständnis des Verbraucherverhaltens Marketing von Richard L. Sandhusen. Abgerufen 11/09/2011
  16. ^ Gestaltung von Websites Abgerufen 11/09/2011
  17. ^ Wir Duckworth, AE Gear und Ag Lockett (1977), "Ein Leitfaden für die operative Forschung". doi:10.1007/978-94-011-6910-3
  18. ^ Beizer, Boris; Black-Box-Tests: Techniken für die Funktionstests von Software und Systemen, 1995, ISBN0-471-12094-4
  19. ^ "Geist als Black Box: The Behaviorist Ansatz", S. 85-88, in Friedenberg, Jay;und Silverman, Gordon; Kognitive Wissenschaft: Eine Einführung in das Studium des Geistes, Sage Publications, 2006.