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1701018821 由控制论带来的工业自动化能够使生产效率大幅度提高。例如,钢铁企业在实现了全面自动化后,可以使生产能力提高数倍到数十倍,生产人员却大大减少;现代汽车制造几乎都已在自动化流水线上完成。而根据控制论原理制造出来的机器人已能够代替人类下煤矿开采,入深海作业,上火星探险。日本大阪煤气公司制作的机器人可以钻进煤气管道,检查煤气泄漏。科学家相信,人类不久将有能力运用纳米技术制造机器人,它甚至可以进入人体血管内,直接进行药物治疗或手术,等等。正如维纳所说的,工业自动化带来了第二次工业革命。
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1701018823 然而,维纳同时指出,新的工业革命是一把双刃刀,它可以用来为人类造福,也可以毁灭人类。确实,自动化提高了工作效率,节省了人类的时间和精力,但它同时也带来了一系列问题:全面实行自动化是否会造成大规模的失业?那些因自动化而失去原有工作的人群将怎么安排?如果所有的事情都可以让机器人来做,而且做得比人还要好,那么人的存在还有什么意义?
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1701018825 特别是机器人与人类的关系问题,正在日益受到关注:如果机器人有了情感,并且有了自我意识,那么,它们是否该做人类合法的奴隶?还是允许它们与人类平等相处并享有“人”权?抑或它们竟会反过来,成为人类的主人?有关机器人与人类之间可能会有的各种关系,给科学幻想小说和电影带来了无穷的灵感和想象。一些以此为主题的电影,如《星球大战》、《终结者》以及《黑客帝国》等,曾经吸引了无数的观众。
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1701018827 幸好就目前来说,机械自动化所引起的失业问题还不是很严重。按照现在的科技水平,尚不可能造出思维和行动都全面胜过人类、而且带有情感和自我意识的机器人来。也许永远都做不到。即使有一天真的做到了,相信人类也会有足够的智慧来解决与机器人和谐相处、共同发展的问题。著名的科幻作家阿西莫夫(Isaac Asimov,1920—1992),曾经在20世纪50年代提出过关于机器人行为的约法三章,即
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1701018829 (1)机器人不可伤害人类,或听凭人类被伤害而无动于衷;
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1701018831 (2)机器人必须服从人类的命令,除非该命令与第一条冲突;
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1701018833 (3)机器人必须保护自己的生存,只要这样做不与第1条或第2条冲突。也许真的有一天,要为机器人如此立法。
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1701018835 4.维纳创立控制论的清华渊源
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1701018837 维纳出生于一个崇尚教育和学习的犹太人家庭,其一生受父亲利奥·维纳(Leo Wiener,1862—1939)的影响很大。利奥出生于白俄罗斯,曾在波兰华沙大学医学院学习,后到德国柏林求学,不久又只身一人前往美国的新奥尔良,那时他年仅18岁。他在美国打过工,种过地,但一直没有放弃学习,最后竟当上了哈佛大学的斯拉夫语教授。利奥对其儿子维纳的教育倾注了很大的心血,有时甚至采取相当粗暴的方法,这给年幼的维纳带来心灵创伤,直到他长大成人也难以抹去。然而总的来说,儿子并没有辜负父亲的期望。维纳从小就以神童著称,他三岁半就开始识字读书,七八岁时已经在大量阅读文学名著、科幻小说,以及包括物理学和生物学在内的各种科学著作,14岁时从塔夫茨大学数学系毕业,而后到哈佛大学,先学动物学,又改学哲学和数理逻辑学,18岁获哲学博士学位。
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1701018839 接着他远赴欧洲,先来到英国跟随著名的哲学家和数理逻辑学家罗素(Bertrand Russell,1872—1970)学习数理逻辑,同时跟随哈代(Godfrey Harold Hardy,1877—1947)进一步学习函数论和勒贝格积分,他又遵从罗素要求研读了爱因斯坦的相对论、卢瑟福的电子理论和波尔的学说。两年后去德国哥廷根大学,跟随希尔伯特学习微分方程,并跟随兰道(Edmund Landau,1877—1938)学习群论。最后又回到罗素身边学习了一段时间。在欧洲的游学让年轻的维纳眼界大开,学问大长。特别是有幸受到罗素、哈代、希尔伯特和兰道这四位伟大数学家的言传身教,令他一生受益无穷。
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1701018841 1915年回到美国后,维纳曾在哈佛大学讲授逻辑和哲学课,在这期间结识了一位特别要好的朋友,那就是年轻而富有才华的中国人赵元任。
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1701018843 赵元任(1892—1982),著名语言学家,哲学家和作曲家,被尊为“汉语言学之父”。字宣仲,江苏五进人,生于天津。1910年为游美学务处第2批留学生,入美国康奈尔大学,主修数学,1914年获理学学士学位。1918年获哈佛大学哲学博士学位。1919年任康奈尔大学物理讲师。1920年回国任清华学校心理学及物理教授。1921年再入哈佛大学研习语音学,继而任哈佛大学哲学系讲师、中文系教授。1925年6月应聘到清华国学院任导师,指导范围为“现代方言学”、“中国音韵学”、“普通语言学”等。1938年赴美定居。
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1701018845 维纳以后又当过一段时间的兵,还编辑过百科全书,最后经人介绍来到麻省理工学院做数学教师,那是在1919年。他在麻省理工学院一直做到1959年退休,并继续担任荣誉教授。
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1701018847 1929年,维纳因打算为美国电话电报公司贝尔实验室研究“电路分析”的问题,为此他找到了麻省理工学院电气工程系的博士生李郁荣。两个人从此开始了长期的、卓有成效的合作。他们成功地设计出一种能够只允许特定信号通过的电气网络:其中已经蕴含了“滤波器”的概念,这对于维纳创建控制论有重要启发。他们后来为自己的设计申请了美国专利。维纳多次在各种场合,高度评价了李郁荣带给他的帮助。
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1701018849 李郁荣(Lee Yuk Wing,1904—1989),广东新会人,出生于澳门。1920年在上海圣约翰大学读书。1924年赴美国麻省理工学院电气工程系留学,先后获理学学士(1927年)和硕士(1928年)学位,1930年,在维纳的指导下获得理学博士学位。1932年,李郁荣回国,1934年,被聘为清华大学电机系教授。
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1701018851 1935年,在李郁荣的牵线搭桥之下,清华大学成功地邀请了维纳来电机系和算学系做访问教授。
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1701018853 维纳在中国待了一年。他住在李郁荣的家里,除了上课之外,继续与李郁荣进行他们的合作研究,还学习汉语,有时下围棋和五子棋。维纳对于他在中国的经历留下了美好的回忆。
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1701018855 抗日战争爆发后,李郁荣因战乱而失去了与已经南迁的清华大学的联系。后来经维纳介绍,再赴美国,回麻省理工学院电气工程系执教,直到1969年退休。
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1701018857 第二次世界大战期间,维纳致力于研究新式“防空火炮射击系统”,所使用的主要控制设备是一种微分方程模拟分析计算机,这是他在麻省理工学院的同事、当时任美国政府科学主管的布什(Vannevar Bush,1890—1974)所发明的。维纳在研究中逐步形成了“系统辨识”的概念,这后来成为控制论中的一个重要研究领域。
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1701018859 维纳从中国回到美国后,与正在哈佛大学医学院访学的墨西哥医生与生理学家罗森伯吕特(Arturo Rosenblueth,1900—1970)也建立起了长期的研究合作关系。他们通过研究病人的运动失调的现象——比如说不能正常捡铅笔或拿茶杯——发现了人的头脑、神经、眼睛和肌肉之间所形成的控制、通信和反馈机制。这一发现后来成为维纳创建控制论的又一个关键环节。
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1701018861 维纳由于其个人天赋、家庭环境和社会机遇,而终于成长为一名知识渊博、研究领域极其广泛的杰出数学家。而他的工作经历,正好使他能够了解并掌握那些他后来创建控制论所需要的专门知识。就好像命运已经安排好,要让他来完成这一将对人类的发展产生重要影响的开创性工作。
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1701018863 控制论自1948年正式创立以来一直在迅速发展,目前已经成为一门包含了多个分支领域的重要的应用数学学科。其主要分支包括:线性控制系统,非线性控制系统,最优控制理论,分布参数控制系统,系统辨识与过程参数估计,自适应、自学习、自组织的控制系统,随机控制与滤波,微分对策,大系统理论,生物控制论,模糊控制论,等等。从应用范围来看,与工业或物理过程有关的控制理论被称为“工程控制论”——在此领域,我国杰出的科学家钱学森(1911—2009)做出过重要的贡献。我国另一位科学家宋健(1931—)则在人口控制论领域中有开创性贡献。
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1701018869 数学文化教程 第六节 数学证明的机械化之路
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