Černá skříňka - Black box

Systémy černé skříňky
Systém
Černá skříňka  · Stroj Oracle
Metody a techniky
Black-box testování  · Blackbox
Související techniky
Posun vpřed  · Obfuscation  · Rozpoznání vzoru  · White box  · White-box testing  · Identifikace systému
Základy
Apriorní informace  · Řídicí systémy  · Otevřené systémy  · operační výzkum  · termodynamických soustavách
proti t E

Ve vědě, výpočetní technice a strojírenství je černá skříňka systém, na který lze pohlížet z hlediska jeho vstupů a výstupů (nebo přenosových charakteristik ), aniž by věděl o svém vnitřním fungování. Jeho implementace je „neprůhledná“ (černá). Tento termín lze použít k označení mnoha vnitřních funkcí, jako jsou tranzistory , motory , algoritmy , lidský mozek nebo instituce či vláda.

K analýze otevřeného systému s typickým „přístupem černé skříňky“ se bude vyvozovat pouze chování podnětu/reakce, aby se odvodilo (neznámé) pole . Obvyklou reprezentací tohoto systému černé skříňky je diagram toku dat se středem v rámečku.

Opakem černé skříňky je systém, kde jsou k nahlédnutí vnitřní součásti nebo logika, který se nejčastěji označuje jako bílý rámeček (někdy také známý jako „čistý box“ nebo „skleněný box“).

Dějiny

K popisu výstupů systémů lze použít model černé skříňky

Zdá se, že moderní význam pojmu „černá skříňka“ vstoupil do angličtiny kolem roku 1945. V teorii elektronických obvodů je proces syntézy sítě z přenosových funkcí , který vedl k tomu, že elektronické obvody jsou považovány za „černé skříňky“ charakterizované jejich reakcí na signály aplikované na jejich porty , lze vysledovat u Wilhelma Cauera, který publikoval své myšlenky v jejich nejrozvinutější podobě v roce 1941. Ačkoli Cauer sám tento termín nepoužíval, ostatní, kteří ho následovali, tuto metodu určitě popsali jako analýzu černé skříňky. Vitold Belevitch staví koncept black-boxů ještě dříve, přisuzuje explicitní použití dvouportových sítí jako black boxů Franzovi Breisigovi v roce 1921 a tvrdí, že 2-koncové komponenty byly před tím implicitně považovány za black-boxy.

V kybernetice poskytl úplné zpracování Ross Ashby v roce 1956. Norbert Wiener v roce 1961 popsal černou skříňku jako neznámý systém, který měl být identifikován pomocí technik identifikace systému . První krok v samoorganizaci viděl v tom, že dokáže kopírovat výstupní chování černé skříňky. Mnoho dalších inženýrů, vědců a epistemologů, jako například Mario Bunge , v šedesátých letech využilo a zdokonalilo teorii černé skříňky.

Systémová teorie

Teorie otevřený systém je základem černého teorie boxu . Oba se zaměřují na vstupní a výstupní toky, které představují výměny s okolím.

V teorii systémů je černá skříňka abstrakcí představující třídu konkrétního otevřeného systému, který lze vnímat pouze z hlediska vstupů a výstupních reakcí podnětů :

Ústava a struktura krabice jsou zcela irelevantní pro uvažovaný přístup, který je čistě vnější nebo fenomenologický. Jinými slovy, bude zohledněno pouze chování systému.

-  Mario Bunge

Pochopení a černé skříňky je založen na „vysvětlující princip“, na hypotézy části kauzální vztah mezi vstupem a výstupem . Tento princip říká, že vstup a výstup jsou odlišné, že systém má pozorovatelné (a relatable) vstupy a výstupy a že systém je pro pozorovatele černý (neotevíratelný).

Záznam pozorovaných stavů

Pozorovatel provádí pozorování v průběhu času. Všechna pozorování vstupů a výstupů černé skříňky lze zapsat do tabulky, do které se v každém sledu časů zaznamenávají stavy různých částí krabice , vstupu a výstupu. Na příkladu od Ashbyho by tedy zkoumání krabice, která spadla z létajícího talíře, mohlo vést k tomuto protokolu:

Každý systém je tedy v zásadě zkoumán sběrem dlouhého protokolu, nakresleného v čase, ukazujícím posloupnost vstupních a výstupních stavů. Z toho vyplývá základní dedukce, že veškeré znalosti, které lze získat z černé skříňky (o daném vstupu a výstupu), jsou takové, jaké lze získat překódováním protokolu ( pozorovací tabulky ); to všechno a nic víc.

Pokud pozorovatel také ovládá vstup, vyšetřování se změní na experiment (ilustrace) a hypotézy o příčině a následku lze testovat přímo.

Když je experimentátor také motivován k ovládání boxu, existuje aktivní zpětná vazba ve vztahu box/pozorovatel, podporující to, co se v teorii řízení nazývá architektura dopředného přenosu.

Modelování

Proces modelování je konstrukce prediktivního matematického modelu s využitím existujících historických dat (pozorovací tabulka).

Testování modelu černé skříňky

Rozvinutý Model black box je ověřený model při testování black-box metody, zajišťuje, že je, na základě pouze na pozorovatelných prvky.

Při zpětném testování se při testování modelu černé skříňky vždy použijí data mimo čas. Data je nutné před vstupem do černé skříňky zapsat.

Jiné teorie

Pozorovaný hydrograf je grafem reakce povodí (blackbox) s jeho odtokem (červená) na vstup dešťových srážek (modrá).

Teorie černé skříňky jsou teorie definované pouze z hlediska jejich funkce. Termín teorie černé skříňky je aplikován na jakýkoli obor, filozofii a vědu nebo jinak, kde je provedeno nějaké zkoumání nebo definice vztahů mezi výskytem systému (vnější/vnější), tj. Zde konkrétně stav černé skříňky systému související s jeho vlastnosti a chování uvnitř (vnitřní/vnitřní).

Konkrétně je vyšetřování zaměřeno na systém, který nemá žádné bezprostředně zjevné vlastnosti, a proto má v sobě skryté faktory pro zvážení skryté bezprostřednímu pozorování. Pozorovatel je v první instanci považován za ignoranta, protože většina dostupných údajů je držena ve vnitřní situaci daleko od snadného vyšetřování. Černá skříňka prvek definice je zobrazen jako se vyznačuje tím, systému, kde pozorovatelné prvky vstupují do asi imaginární krabici se sadou různých výstupů vznikajících které jsou také pozorovatelné.

Přijetí v humanitních oborech

V humanitních oborech, jako je filozofie mysli a behaviorismus , je jedním z použití teorie černé skříňky popis a porozumění psychologickým faktorům v oblastech, jako je marketing, při aplikaci na analýzu spotřebitelského chování .

Teorie černé skříňky

Teorie černé skříňky je v aplikaci ještě širší než odborné studie:

Dítě, které se pokouší otevřít dveře, musí manipulovat s klikou (vstupem) tak, aby v západce (výstupu) vytvářelo požadovaný pohyb; a musí se naučit ovládat jeden druhým, aniž by viděl vnitřní mechanismus, který je spojuje. V našem každodenním životě jsme na každém kroku konfrontováni se systémy, jejichž vnitřní mechanismy nejsou plně přístupné inspekci a se kterými je třeba zacházet metodami odpovídajícími černé skříňce.

-  Ashby

(...) Toto jednoduché pravidlo se velmi osvědčilo a je ukázkou toho, jak lze princip černé skříňky v kybernetice použít k ovládání situací, které, pokud se dostanou do hloubky, se mohou zdát velmi složité.
Dalším příkladem principu Black Box je léčba duševně nemocných. Lidský mozek je bezpochyby černá skříňka, a přestože probíhá mnoho neurologického výzkumu s cílem porozumět mechanismu mozku, pokrok v léčbě se dosahuje také pozorováním reakcí pacientů na podněty.

-  Duckworth, Gear a Lockett

Aplikace

Když pozorovatel ( agent ) může také udělat nějaký podnět (vstup), vztah s černou skříňkou není jen pozorováním, ale experimentem .

Výpočetní technika a matematika

• V počítačovém programování a softwarovém inženýrství se testování černé skříňky používá ke kontrole, že výstup programu je podle očekávání, vzhledem k určitým vstupům. Pojem „černá skříňka“ se používá, protože skutečný prováděný program není zkoumán.
• V oblasti výpočetní techniky obecně je program černé skříňky takový, kde uživatel nevidí vnitřní fungování (možná proto, že se jedná o program s uzavřeným zdrojovým kódem ) nebo takový, který nemá žádné vedlejší účinky a jehož funkci není třeba zkoumat, což je rutina vhodná pro opětovné použití.
• Také v oblasti výpočetní techniky se černá skříňka vztahuje na zařízení poskytnuté prodejcem za účelem použití produktu tohoto dodavatele. Často se stává, že prodejce toto zařízení udržuje a podporuje a společnost, která obdrží černou skříňku, je obvykle bez pomoci.
• V matematickém modelování omezující případ.

Věda a technika

• V neuronových sítích nebo heuristických algoritmech (počítačové termíny obecně používané k popisu „učících se“ počítačů nebo „simulací AI“) se k popisu neustále se měnící části programového prostředí používá černá skříňka, kterou programátoři nemohou snadno otestovat. Tomu se také říká bílé pole v kontextu, na který je vidět programový kód, ale kód je tak složitý, že je funkčně ekvivalentní černé skříňce.
• Ve fyzice je černá skříňka systém, jehož vnitřní struktura je neznámá nebo nemusí být zvažována pro konkrétní účel.
• V kryptografii zachytit pojem znalosti získané algoritmem prostřednictvím provádění kryptografického protokolu , jako je protokol odolný proti nulovým znalostem . Pokud se výstup algoritmu při interakci s protokolem shoduje s výstupem simulátoru s určitými vstupy, potřebuje pouze znát vstupy.

Další aplikace

• Ve filozofii a psychologii vidí škola behaviorismu lidskou mysl jako černou skříňku; viz další teorie .

Viz také

Reference