什么是黑盒？

在本黑盒教程中，我们将学习黑盒一词在生活中不同方面的不同含义。黑盒的使用、历史以及它在不同领域的应用方式。

黑盒是指科学、计算或工程中的计算机、系统或实体，它只能根据其输入和输出来解释（或传递特性），而无需了解其内部工作原理。它以“不透明”（黑色）的方式实现。晶体管、发动机、算法、人脑、组织或政府都是黑盒的例子。

在分析任何被建模为开放结构的系统时，标准的“黑盒”方法只考虑刺激/响应行为，以推断（未知的）盒子。

白盒（也称为“简单盒”或“玻璃盒”）与黑盒相对，因为它允许检查内部组件或逻辑。

历史

大约在1945年，“黑盒”一词的当前含义出现在英语语言中。

电子电路理论中从传递函数进行网络综合的过程可以追溯到Wilhelm Cauer，他于1941年以最精炼的形式发表了他的观点，并导致电子电路被称为由其对端口施加的信号的响应定义的“黑盒”。

虽然Cauer并没有创造这个词，但他的后继者无疑用它来描述这个过程。Vitold Belevitch]认为黑盒的概念可以追溯到更早的时候，声称Franz Breisig是第一个在1921年明确将双端口网络视为黑盒的人，而在此之前，2端组件就已经被间接视为黑盒了。

Ross Ashby于1956年全面阐述了控制论。Norbert Wiener在1961年将黑盒描述为一种未知设备，需要使用系统识别技术来识别。他认为能够复制黑盒的性能行为是实现自组织的第一步。

系统理论

在系统理论中，黑盒是一种抽象，代表了一类具体的开放系统，这些系统只能根据其刺激输入和输出反应来解释。

盒子的组成和构造对正在考虑的解决方案没有影响，该解决方案仅仅是外部的或现象学的。

“解释理论”，即输入和输出之间的因果关系假说，被用来解释黑盒。该理论指出，系统的输入和输出是不同的，系统的输入和输出是可衡量的（且可关联的），并且系统对观察者来说是黑色的（不可打开的）。

观察到的状态记录

因此，任何系统都通过编制一个长期的、随时间变化的协议来对其进行基本研究，该协议描述了输入和输出状态的序列。

当观察者也控制数据时，调查就变成了一个实验（说明），因果关系理论可以直接检验。

在盒子/观察者关系中存在主动反馈，因为实验者也被驱动去操纵盒子，这支持了控制理论中所谓的“前馈”结构。

当黑盒测试方法确保一个已建立的黑盒模型得到验证时，它只关注可测量元素。

当对黑盒模型进行回溯测试时，始终使用非时间序列数据。在可以拉取数据作为黑盒输入之前，必须首先记录下来。

其他理论

仅根据其功能进行描述的事物被称为黑盒理论。“黑盒理论”一词指代任何领域，包括哲学和科学，其中对事物的外观（外部/外面），即事物本身的黑盒状态，以及其内在特征和行为之间的关系进行探究或概念化。

调查基于一个没有明显特征的事物，因此只有内部变量需要考虑，这些变量被屏蔽起来，无法立即观察。由于大部分可用数据保存在一个远离直接询问的内部环境中，因此观察者最初被认为是不知道的。

黑盒的概念被定义为一个系统，其中可观察的元素进入一个可能是假想的盒子，从中出现一系列不同的可观察输出。

在我们日常生活中，我们不断面临着内部过程不完全公开的结构，并且必须使用黑盒方法来处理。

- Ashby

这个基本规则被证明非常成功，它体现了控制论中的黑盒理论如何用于管理那些在深入研究时看起来非常复杂的情况。

人脑无疑是一个黑盒，尽管正在进行大量的神经科学研究来更好地理解大脑的工作原理，但通过研究患者对刺激的反应，在护理方面也取得了进展。

- Duckworth, Gear 和 Lockett

应用

• 黑盒测试用于计算机编程和软件工程，以确保程序的性能符合预期。由于不检查实际正在执行的程序，因此使用了“黑盒”一词。
• 物理学中的黑盒是一个内部配置不明或出于特定原因不需要考虑的设备。