Siyah kutu - Black box

Kara kutu sistemleri
sistem
Kara kutu  · Oracle makinesi
Yöntemler ve teknikler
Siyah kutu test  · Blackboxing
İlgili teknikler
İleri besleme  · Gizleme  · Örüntü tanıma  · Beyaz kutu  · Beyaz kutu testi  · Sistem tanımlama
temel bilgiler
Ön bilgi  · Kontrol sistemleri  · Açık sistemler  · Yöneylem araştırması  · Termodinamik sistemler
v T e

Bilimde, hesaplamada ve mühendislikte kara kutu , kendi iç işleyişi hakkında herhangi bir bilgi olmaksızın girdileri ve çıktıları (veya transfer özellikleri ) açısından görüntülenebilen bir sistemdir . Uygulanması "opak" (siyah). Terim, bir transistör , bir motor , bir algoritma , insan beyni veya bir kurum veya hükümet gibi birçok içsel çalışmaya atıfta bulunmak için kullanılabilir .

Tipik bir "kara kutu yaklaşımı" ile açık bir sistemi analiz etmek için, (bilinmeyen) kutuyu çıkarmak için yalnızca uyaran/yanıtın davranışı hesaba katılacaktır . Bu kara kutu sisteminin genel temsili, kutunun ortasındaki bir veri akış şemasıdır .

Kara kutunun tersi, iç bileşenlerin veya mantığın inceleme için mevcut olduğu ve en yaygın olarak beyaz kutu (bazen "şeffaf kutu" veya "cam kutu" olarak da bilinir) olarak adlandırılan bir sistemdir .

Tarih

Sistemlerin çıktılarını tanımlamak için bir kara kutu modeli kullanılabilir.

Dönem "kara kutu" modern anlamı elektronik 1945'te etrafında İngilizceyi girmiş görünüyor devre teorisi sürecini devre sentezi gelen transfer fonksiyonlarının elektronik devreler yol açtı verdikleri yanıt ile karakterize "kara kutular" olarak kabul ediliyor, Limanlarına uygulanan sinyaller , 1941'de fikirlerini en gelişmiş haliyle yayınlayan Wilhelm Cauer'e kadar izlenebilir. Cauer terimi kendisi kullanmamış olsa da, onu takip eden diğerleri yöntemi kesinlikle kara kutu analizi olarak tanımlamışlardır. Vitold Belevitch , 1921'de iki kapılı ağların kara kutu olarak açık bir şekilde kullanılmasını Franz Breisig'e atfederek, kara kutu kavramını daha da erkene koyar ve bundan önce 2-terminal bileşenlerinin dolaylı olarak kara kutular olarak ele alındığını iddia eder.

Gelen sibernetik , tam bir tedavi ile verilen Ross Ashby tarafından tarif edilmiştir, 1956 bir kara kutu içinde Norbert Wiener teknikleri kullanılarak tespit edilecek olan bilinmeyen bir sistem olarak 1961 yılında sistem tanımlama . Kendi kendini organize etmenin ilk adımını bir kara kutunun çıktı davranışını kopyalayabilmek olarak gördü . Mario Bunge gibi diğer birçok mühendis, bilim adamı ve epistemolog, 1960'larda kara kutu teorisini kullandı ve mükemmelleştirdi.

sistem teorisi

Açık sistem kuramı temelidir kara kutu teorisi . Her ikisi de, çevre ile alışverişi temsil eden girdi ve çıktı akışlarına odaklanır.

Olarak sistem teorisi , kara kutu beton bir sınıfını temsil eden bir soyutlama açık bir sistem kendi açısından sadece izlenebilir uyaranlara girişler ve çıkış reaksiyonları :

Kutunun yapısı ve yapısı, tamamen dışsal veya fenomenolojik olan, söz konusu yaklaşımla tamamen ilgisizdir. Başka bir deyişle, yalnızca sistemin davranışı dikkate alınacaktır.

—  Mario Bunge

Bir kara kutunun anlaşılması , girdi ve çıktı arasındaki nedensel ilişki hipotezi olan "açıklayıcı ilke"ye dayanır . Bu ilke, girdi ve çıktının farklı olduğunu, sistemin gözlemlenebilir (ve ilişkilendirilebilir) girdi ve çıktılara sahip olduğunu ve sistemin gözlemci için siyah (açılamaz) olduğunu belirtir.

Gözlenen durumların kaydı

Bir gözlemci zaman içinde gözlemler yapar. Bir kara kutunun girdi ve çıktılarının tüm gözlemleri , her bir zaman dizisinde kutunun çeşitli bölümlerinin, girdi ve çıktılarının durumlarının kaydedildiği bir tabloya yazılabilir . Böylece, bir örnek kullanarak Ashby , bir düşmüş bir kutu inceleyerek uçan daire Bu protokole yol açabilir:

Böylece her sistem, temel olarak, giriş ve çıkış durumlarının sırasını gösteren, zaman içinde çizilen uzun bir protokolün toplanmasıyla araştırılır. Bundan, bir Kara Kutudan (verilen girdi ve çıktıya ilişkin) elde edilebilecek tüm bilgilerin, protokolün ( gözlem tablosu ) yeniden kodlanmasıyla elde edilebileceği temel çıkarımı takip eder ; tüm bunlar ve daha fazlası değil.

Gözlemci aynı zamanda girdiyi de kontrol ederse, araştırma bir deneye (illüstrasyon) dönüşür ve neden ve sonuçla ilgili hipotezler doğrudan test edilebilir.

Deneyci kutuyu kontrol etmek için de motive olduğunda, kutu/gözlemci ilişkisinde aktif bir geri bildirim vardır ve bu da kontrol teorisinde ileri besleme mimarisi olarak adlandırılan şeyi destekler .

modelleme

Modelleme işlemi bir öngörü yapıdır matematiksel model mevcut tarihi veri (gözlem tablo) kullanılarak.

Kara kutu modelini test etme

Geliştirilmiş bir kara kutu modeli , kara kutu test yöntemlerinin yalnızca gözlemlenebilir öğelere dayalı olmasını sağladığında doğrulanmış bir modeldir .

Geriye dönük test ile, kara kutu modeli test edilirken her zaman zaman aşımı verileri kullanılır. Kara kutu girişleri için veri çekilmeden önce yazılmalıdır.

Diğer teoriler

Gözlenen hidrograf , akışı (kırmızı) ile bir su havzasının (kara kutu) bir yağış girdisine (mavi) verdiği tepkinin bir grafiğidir .

Kara kutu teorileri , sadece işlevleri açısından tanımlanan teorilerdir. Kara kutu teorisi terimi , herhangi bir alana, felsefeye ve bilime ya da bir sistemin görünümü (dış/dış) arasındaki ilişkilere ilişkin bazı araştırma veya tanımlamaların yapıldığı, yani burada özellikle sistemin kara kutu durumu ile ilişkili olduğu herhangi bir alana uygulanır. içindeki özellikler ve davranış (iç/iç).

Spesifik olarak, sorgulama, hemen belirgin özelliklere sahip olmayan ve bu nedenle yalnızca, doğrudan gözlemden gizlenmiş, kendi içinde tutulan dikkate alınacak faktörlere sahip olan bir sisteme odaklanır. Eldeki verilerin çoğunluğu, basit araştırmalardan uzak bir içsel durumda tutulduğundan, gözlemcinin ilk anda cahil olduğu varsayılır . Kara kutu tanımının elemanı olarak görülebilmektedir da gözlenebilir ortaya çıkan farklı çıkışları bir dizi ile, belki de hayali kutusuna girebilir bir sistem ile karakterize edilen edilmiş olarak gösterilmiştir.

Beşeri bilimlerde evlat edinme

Gelen beşeri disiplinler gibi zihin felsefesi ve davranışçılık , kara kutu teorisinin kullanımlarından biri açıklamak ve anlamak için psikolojik bir analiz uygulandığında pazarlama gibi alanlarda faktörleri tüketici davranışları .

Kara kutu teorisi

Kara Kutu teorisi , uygulamada profesyonel çalışmalardan daha geniştir:

Bir kapıyı açmaya çalışan çocuk, mandalda (çıkışta) istenilen hareketi üretebilmek için kolu (giriş) hareket ettirmek zorundadır; ve onları birbirine bağlayan iç mekanizmayı göremeden birini diğeriyle nasıl kontrol edeceğini öğrenmek zorundadır. Günlük hayatımızda her an iç mekanizmaları tam olarak denetime açık olmayan ve Kara Kutu'ya uygun yöntemlerle işlenmesi gereken sistemlerle karşı karşıya kalıyoruz.

-  Ashby

(...) Bu basit kuralın çok etkili olduğu kanıtlanmıştır ve sibernetikteki Kara Kutu ilkesinin, derinlemesine incelenirse çok karmaşık görünebilecek durumları kontrol etmek için nasıl kullanılabileceğinin bir örneğidir.
Kara Kutu ilkesinin bir başka örneği, akıl hastalarının tedavisidir. İnsan beyni kesinlikle bir Kara Kutudur ve beynin mekanizmasını anlamak için çok sayıda nörolojik araştırma devam ederken, hastaların uyaranlara tepkilerini gözlemleyerek tedavide ilerleme kaydedilmektedir.

—  Duckworth, Dişli ve Lockett

Uygulamalar

Gözlemci (bir etmen ) de bir miktar uyaran (girdi) yapabildiğinde, kara kutuyla olan ilişki sadece bir gözlem değil, bir deneydir .

Bilgisayar ve matematik

• Gelen bilgisayar programlama ve yazılım mühendisliği , kara kutu testi bir programın çıktısı olarak belirli girdileri göz önüne alındığında, beklenen olup olmadığını kontrol etmek için kullanılır. Yürütülen gerçek program incelenmediği için "kara kutu" terimi kullanılır.
• Genel olarak hesaplamada , bir kara kutu programı , kullanıcının iç işleyişini göremediği (belki de kapalı kaynaklı bir program olduğu için) veya hiçbir yan etkisi olmayan ve işlevinin incelenmesi gerekmeyen, uygun bir rutin olan bir programdır. yeniden kullanın.
• Ayrıca bilgi işlemde kara kutu, bir satıcı tarafından o satıcının ürününü kullanmak amacıyla sağlanan bir ekipman parçasını ifade eder. Satıcının bu ekipmanın bakımını yapması ve desteklemesi çoğu zaman söz konusudur ve kara kutuyu alan şirket genellikle müdahalecidir.
• Gelen matematiksel modelleme , dava sınırlayıcı.

Bilim ve Teknoloji

• Gelen nöral ağ veya sezgisel algoritmalar (bilgisayar terimleri genellikle bilgisayarları ya da 'AI simülasyonları' 'öğrenme' tanımlamak için kullanılır), bir kara kutu kolayca programcılar tarafından test edilemez programı ortamının sürekli değişen bölümünü tanımlamak için kullanılır. Buna program kodunun görülebildiği bağlamda beyaz kutu da denir , ancak kod o kadar karmaşıktır ki işlevsel olarak bir kara kutuya eşdeğerdir.
• Gelen fiziği , bir kara kutu olan iç yapısı bilinmeyen veya ihtiyaç belirli bir amaca dikkate alınmayacaktır bir sistemdir.
• Gelen kriptografi bir yürütülmesi yoluyla bir algoritma ile elde edilen bilginin kavramını yakalamak için şifreleme protokolünün bir şekilde sıfır bilgi geçirmez protokolü. Bir algoritmanın çıktısı, protokolle etkileşime girerken bazı girdiler verilen bir simülatörün çıktısı ile eşleşiyorsa, yalnızca girdileri bilmesi gerekir.

Diğer uygulamalar

• Gelen felsefesi ve psikoloji , okul davranışçılık bir kara kutu olarak insan aklını görür; diğer teorilere bakın .

Ayrıca bakınız

Referanslar