这本书属于通识类,没什么数学公式,读起来比其他专业书容易许多
序章
时不变系统
相对于原点变化具有时间上的不变性,比如一个电路实验你无论是在什么时候做,它的现象和持续时长都是恒定的不会今天一个样明天另一个样,这就是时不变性。
而三角函数sinnt与cosnt就是对同一平移群下某种重要不变量,而一般函数$$e^{iw(t+τ)} =e^{iwt}e^{iwτ}$$由欧拉公式可知其本质与三角函数形式相同,对其时间上的平移只是改变其前面的系数不改变形式。
分形结构
“在生物学上模拟某些反映生命核心现象的内容。遗传之所以成为可能,细胞之所以能繁殖,必须靠细胞中携带的遗传信息的成分能够构建出与其自身类似的携带遗传信息的结构。“在工程领域可以使用机器的功能元件为模板制作另一个类似元件类似遗传学中的基因,作者的想法是通过频率来实现,比如分子光谱的频率来作为携带生物特性的模板,基因的自组织性可能是频率自组织性的一种表现。
作者在1961年就提出了学习机(机器学习)的实现可能
导言
科学在各个领域都呈现出日渐狭窄的趋势即再也不会有全能的科学家可以不受限制地称自己既是数学家、物理学家或生物学家了。尽管如此,但在这些科学家遇到与自己领域相邻的领域时只能以自己的见解命名自己的发现,全然不顾本身从属于这一领域的人的意见,这就导致了在某些学科出现了命名和立法纠缠不清的状态,同一件事物在数学,统计学,电气工程领域有着不同的叫法。因此,现代科学对空白领域的探索需要的是一个全能的科学家团队。
微分器
求解偏微分方程的计算机,通过引入电视的扫描过程解决了原先复杂的多变量函数表示问题,而扫描过程会带来大量的数据量,作者和布什博士通过以下方法解决这一问题
- 使用数字的加法和乘法装置,放弃布什微分器的以度量为基础。
- 通过电子管而不是机械驱动来使运算更快速
- 根据贝尔实验室的经验,在仪器上采用二进制而不是十进制,更为经济
- 整个操作顺序由机器本身执行
- 内置存储装置确保快速记录可靠数据和擦除
内置在飞机和飞弹的控制装置预测物体的运动状态
飞机和导弹的运动速度之快无法做到时时刻刻精确地计算出当前状态。”要对曲线的未来进行预测,就要对其过去进行某种运算“
控制工程的反馈
”如果我们希望一个运动遵循给定模式,应将此模式与实际运动间的差值当作新输入值去调节该运动,使受控部件以更接近给定模式的路径“举例:船舶上的转向舵
反馈
作者举例:人要拿起一只笔,无需单独命令每块参与活动的肌肉和骨骼进行收缩,而是让整个身体和神经系统作为一个整体进行。
“整个过程简单地说就是,尚未捡起的铅笔的体积量会在各个阶段逐步减少,且这一部分动作并非完全有意识的”
本体感受
即通过视觉、触觉等人体传感器反馈回神经系统的信号量,没有这些我们无法完成捡起笔这一动作,且人会处于“共济失调”(一种行为笨拙,缺乏规律的神经疾病),作者指出这种神经疾病的缘由是因为脊髓神经传递的运动感觉被破坏。
过度反馈与癫痫
作者提出过度反馈可能与不完全反馈一样对机体产生严重阻碍。提出一个假设“是否存在一种病理状态:患者在尝试某些自发行为时,超出标记范围,进入一种无法控制的振荡”
作者提到他们的观点远超当时神经生理学家流行的观点—中枢神经系统不再是接受来自感官的信息输入并将其释放到肌肉的独立器官,相反,它的一些最典型的活动只能解释为循环过程:从神经系统进入肌肉,再通过感觉器官重新进入神经系统。
建立工程设计科学
对最优预测问题原本难以解决的问题通过引入对预测的均方误差的显式表达式从而转化为最小化问题,进而转变为数学问题。
- 滤波器设计中的最小化思想体现:滤波器设计问题就是通过被背景噪声干扰损坏的信息的算符来恢复原始信息。其最优设计取决于信息和噪声各自以结合在一块后的统计性质。由此将通信工程设计变成了一门统计科学,变为统计力学的分支。
基于信息量的统计科学通信工程
作者与统计学家费雪,贝尔实验室的香农博士同时产生了这个想法(真的牛b),三人产生这个想法的缘由各不相同
- 费雪的动机来源于经典统计理论
- 香农的动机来源于信息编码的相关观点
- 作者维纳的动机来源于电子滤波器中的噪声与信息的观点
信息熵
信息量是对系统有序程度的度量,系统的熵则是对系统无序程度的度量,两者互为对方的负数。
此类问题引导作者等人向热力学第二定律(:孤立系统自发向热力学平衡方向演进)进行思考,此类问题在生命科学领域也有研究即生命的第三种基本现象:应激性(属于传播理论的范畴)
控制论学科的诞生
作者和罗森布鲁斯博士的科学家小组在多年前就意识到以通信工程、控制论和统计力学为中心的一系列问题在本质上是统一的,无论是在机械还是在生物组织中。于是为了填补这块领域的空白,作者等人将这个既是机器又是生物控制和通信理论的整个领域成为控制论,整个名称来源于希腊语”舵手“,选择这个名称是为了纪念关于反馈机制的论文(由麦克斯韦于1868年发表,是一篇关于调速器的文章),作者还希望提及这样一个事实,船舶的舵机是最早出现且发展最完善的一种反馈机制。
作者心中的守护神
“如果让我从科学史中选择一位控制论的守护神,我会选择莱布尼茨。他的哲学围绕两个密切相关的概念—-普遍符号论和推理演算概念展开。当今的数学符号和符号逻辑从中衍生而来。”
控制论创建初期
大师云集,有图灵,香农,作者,沃尔特皮茨等。皮茨很早就开始研究突触将神经纤维连接到具有给定综合性能的系统的问题,增加了香农早期工作中不突出的因素。图灵的思想(用时间作为参数,考虑含有循环的网络以及突触和其他延迟)启发了他们。
真空管和电子管
现代真空管是实现神经电路和系统等效的理想方法。神经元放电的全有或全无特性恰好类似在二进制标度上确定一个数字时所做的单一选择。