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第七章 控制的興起 7.3 抽水馬桶:套套邏輯的原型

第七章 控制的興起

7.3 抽水馬桶:套套邏輯的原型

為炮製更為精確的射擊表,一戰時期徵召了一批人力計算實驗室的數學家去阿伯丁試驗場,而在這批被徵召的數學家中,沒有幾個人像列兵諾伯特·維納那樣擁有遠超水準的資質。這位前數學神童具有一種異端的天賦。
實施過程中,以一個厚薄規測量新軋出的金屬板的厚度(輸出),然後把這個信號傳送回控制拉力變數的伺服電動機上,這信號在鋼材進入軋輥之前,一直維持它對鋼材的影響。憑著這樣一個簡單的單迴路,就理順了整個過程。因為所有的因素都是相互關聯的,所以只要你控制住其中一個對產品的厚度直接起作用的因素,那麼你就等於間接地控制住了所有的因素。不管出現偏差的傾向來自不平整的金屬原料、磨損的軋輥,或是不當的高溫,其影響都不太重要。重要的是這個自動迴路要進行調節,使最後一個變數彌補其它變數。如果有足夠的餘地(確實有)調節拉力,來彌補過厚或熱處理不當的金屬原材料以及因為軋輥混入了鐵屑而導致的偏差,那麼最終出來的將會是厚度均勻的鋼板。儘管每個因素都會幹擾其他因素,但由於這種迴路具有連續性和幾乎瞬間響應的特性,因此仍然可以把這些因素間的那個深不可測的關係網路引向一個穩定的目標,即穩定的厚度。
拉蒂爾說,頗具諷刺意味的是,這一突破性進展——這個反饋迴路——從技術上說其實頗為簡單,而且「如果以一種更為開放的心態去處理的話,它本可以提前15年或者20年就被引進來……」。而更局諷刺意味的是,其實採納這種觀念的開放的心態,20年前就已在經濟學圈子裡建立起來了。弗里德里克·哈耶克以及具有影響力的奧地利經濟學學院派已經剖析過那種在複雜網路中追蹤反饋路徑的企圖,結果認為這種努力屬於徒勞。他們的論證當時被稱為「計算論證」。在一種指令性經濟體制中,比如當時還處在胚胎狀態的由列寧在俄羅斯建立起來的那種自上而下的經濟體制,是通過計算、權衡和溝通管道的控制來分配資源的。而對一個經濟體中的分佈節點間的多重反饋因素進行計算,哪怕是控制不那麼強的計算,和工程師在鋼鐵廠中追蹤那些狡猾的、相互關聯的因素一樣,是不可能成功的。在一個搖擺不定的經濟體中,要想對資源分配進行計算是不可能的。相反,哈耶克和其他的奧地利學派的經濟學家在二十世紀二十年代論證說,一個單一的變數——價格——可以用來對其它所有資源分配變數進行調節。按照這種學說,人們就不用在意到底每個人需要多少塊香皂,也不用在意是不是應該為了房子或者書本去砍伐樹木。這些計算是并行的,是在行進中進行的,是由下而上、脫離了人的控制,由相互聯結的網路自主自發的。秩九-九-藏-書序會自發形成。
因此,諾伯特·維納肩負著很高的期望降生了。他3歲能讀,18歲獲得哈佛的博士學位。到了19歲,他開始跟隨羅素學習元數學。30歲的時候,他已經是麻省理工的數學教授和一個徹頭徹尾的怪物了。身材矮小,體魄健壯,八字腳,留著山羊胡,還叼著一支雪茄,蹣跚而行,就像一隻聰明的鴨子。他有一項傳奇式的本領,就是在熟睡中學習。不止一個目擊證人說過這樣的事情:維納在會議進行中睡著了,然後在什麼人提到他的名字的時候突然醒來,並且對他在打盹的時候錯過的那些交談發表評論,還常常提出一些具有穿透力的見解把其他人弄得目瞪口呆。
以利·惠特尼的可互換的標準件以及福特的流水線理念的引入,已經讓生產方式發生了根本性的變化。但是,這些改進需要大規模地更新設備、投入資金,而且也不是處處都適用。另一方面,家用的自動電路——這種價格便宜得可疑的輔助設施——卻能夠被移植到幾乎所有業有專屬的機器上。就好象一隻醜小鴨,經過印製,一下就變成了優雅的鵝,而且還下金蛋。
在古代人的眼裡,天才應該是某種被賜予而不是被創造出來的東西。但是,世紀之交的美國,卻是成功地顛覆傳統智慧的地方。諾伯特·維納的父親列奧·維納到美洲來是為了創辦一個素食主義者的團體。結果他卻被另外一些非傳統的難題弄得頭疼,比如說對神的改良。1895年,身為哈佛大學的斯拉夫語教授的列奧·維納決定:他的頭生子要成為一個天才。是刻意製造的天才,不是天生的天才。
儘管能夠理解這本書的人不多,但是維納那些發聾振聵的理念,還是進入了公眾的頭腦之中。原因就在於他為他的觀點以及他的書起了那個奇妙的、富有色彩的名字:控制論。正如很多作家指出的,控制論這個詞來源於希臘文中的「舵手」——掌控船隻的人。維納在二戰時期研究過伺服系統,被它那種能夠給各種類型的轉向裝置提供輔助的神秘能力所震撼。不過,人們通常不會提及,在古希臘語中,這個詞也被用來指國家的治理者。據柏拉圖說,蘇格拉底曾經說過,「舵手/治理者能夠在重大的危險中拯救我們的靈魂,拯救我們的身體,拯救我們所擁有的物質財富。」這個說法,同時指向該詞的兩種不同的含義。所謂治理(對希臘人來說,指的是自我治理),就是通過對抗混亂而產生出秩序。同樣的,人也需要掌控船隻以避免沉沒。而這個希臘詞被拉丁語誤用為kubernetes之後,就派生出了governor(治理者、調控者),瓦特就用它來標記他那個起控製作用的飛球調節器。https://read•99csw•com
第二個迴路控制著第一個迴路的波動範圍,而第一個迴路則控制著水。從抽象的意義上來說,第二個迴路給出的是一種二級控制:對控制的控制,或者說,元控制。而有了這個元控制,我們這個新出爐的二級馬桶的行為方式就是「有目的的」。它可以依據目標的變化進行調整。儘管為第一個線路進行目標設定的第二線路也同樣是機械的東西,但整個機制本身確實在選擇自己的目標的事實,使這個元迴路獲得了某種生物的感覺。
不過,維納意念中的定義更為明確。他在那本書的標題中就顯眼地表述了這個定義:《控制論:關於在動物和機器中控制和通訊的科學》。隨著維納關於控制論的概略想法逐漸為後來的計算機具體化,又由後來的理論家加以補充豐富,控制論漸漸地具有了安培所說的治理的意味,不過除去了政治的意味。
對於說法語的人來說,這個具管理意味的詞還有更早的前身。維納所不知道的是,他並不是第一個重新賦予這個詞鮮活意義的現代科學家。在1830年左右,法國物理學家安培(安培,我們用來衡量電量的那個單位安培,以及簡寫「安」,就是隨了他的名字)遵循法國大科學家的傳統做法,為人類知識設計了一個精細的分類系統。其中,安培定義了一個分支學科叫做「理解科學」,而政治學是這個分支下面的一個子學科。在政治學中,在外交這個亞屬的下面,安培列入了控制論學科,即關於治理的學說。read.99csw.com
就是這麼簡單的一個反饋迴路,卻可以在一種無窮無盡的整合過程中縫合在一起、永遠共同地工作下去,直到形成一個由各種具有最不可思議的複雜性和錯綜複雜的子目標構成的塔。這些迴路塔會不斷地給我們帶來詫異,因為,沿著它們流轉的信號,會無可避免地相互交叉自己的路徑。A引發B, B引發C, C又引發A。以一種直白的悖論形式來說:A既是原因,又是結果。控制論專家海因茨·馮·福斯特把這種難以捉摸的循環稱為「循環因果」。早期人工智慧權威沃倫·麥克洛克把它稱為「非傳遞性優先」,意思是說,優先順序的排序上會像小孩子玩的石頭—剪刀—布那樣無休止地以一種自我參照的方式自我交叉:布能包石頭,石頭能崩壞剪刀、剪刀能裁剪布,循環不已。而黑客們則把這種情況稱之為遞歸循環。不管這個謎一樣的東西到底叫做什麼,它都給了傳承3000年的邏輯哲學以猛然一擊。它動搖了傳統的一切。如果有什麼東西既是因又是果的話,那麼所謂的理性,豈非對任何人來說都是唾手可得之物?
讓我們以抽水馬桶這個控制裝置原型機為例。給它安上一個把手,我們就可以調節水箱中水線的高度。而水箱中的自我調節機制會隨之把水調節到我們所設定的高度。向下扳,自我調節機制就會保持在一個滿意的低水平,往上扳,它就會放水進來達到一個高水位。(現代的抽水馬桶上還真有這種把手。)現在讓我們走得更遠一點,再加上一個自我調節的迴路來扳動把手。這樣一來,我們就可以連這一部分的活都九_九_藏_書放手不做了。這第二個迴路的工作,是為第一個迴路尋找目標。這麼說吧,第二個機制在感受到進水管的水壓,就會移動把手,如果水壓高,就給水箱定一個高水位,如果水壓低,就給它定一個低水位。
不過,不是每一種自動電路都能產生比爾·鮑爾斯的炮管所擁有的鐵定會產生的即時性。在一個串接的迴路串中,每增加一個迴路,都加大了一種可能:即在這個變得更大的迴路中漫遊的信號,當回到它的起點的時候卻發現事情早在它還在迴路中遊盪的時候就已經發生了根本性的改變。特別是那些環境快速變動中的大型網路,遍歷整個線路所需的那幾分之一秒,都可能要大於環境發生變化所需要的時間。而作為回應,最後一個節點傾向於發出更大的修正作為補償。可是,這樣一種補償性的指令,同樣會因為所需穿越的節點太多而被延遲,於是它抵達時也錯過了移動標記,就又產生了一個無緣無故的修正。這就跟新手開車總是開出之字形道理一樣,因為每次對方向的修正,總是會矯枉過正,超過上一次的過度反應。這種情況會一直延續下去,直到新手學會收緊整個反饋迴路,讓它作出更小、更快的反應,否則他一定會不由自主地(徒勞地)在高速路上改變方向尋找中線。這也是簡單的自動線路為什麼會消亡的原因。它往往會進入「大擺」或者「頻跳」的狀態,也就是說,神經質地從一個過度反應擺盪到下一個過度反應,努力尋求安穩。對付這種過度補償的傾向,辦法有一千種,每個辦法都有上千種已經發明出來的更先進的電路實現。在過去的四十年間,有控制理論學位的工程師們寫了裝滿一個書架又一個書架的論文來交流剛剛發現的震蕩反饋問題的最新解決方案。幸運的是,反饋迴路是可以被整合進入有用的配置之中的。
這種自動控制(或者人類控制缺失)的結果,就是工程師們始終繃緊的神經終於可以放鬆下來,不再操心原材料的規格統一、工序的完美調節。於是他們可以使用不完美的原料和不精準的工序開工了。讓自動化流程所具有的自我修正的特性去進行最優化、從而只放行高質量的產品吧。或者,投入品質劃一的原料,將反饋迴路設置到一個更高的質量水準,給下一道工序提供精度更高的精品。同一理念也可以上溯運用到原材料供應商那裡,他們也可以使用類似的自動迴路來挑選更高品質的產品。如果這一理念貫通了整個產業鏈的上下游,那麼自動化的自我就會在一夜之間變成一部品質管理機器,而原來總是操持要提高精度的人類就可以不費吹灰之力地從物質中獲得了。
維納的書所產生的效果,就是使反饋的觀念幾乎滲透了技術文化的各個方面。儘管在某些特殊情況下,這個核心觀念不僅老舊而且平常,但維納給它安上了腿腳,把它公理化:逼真的自我控制不過是一項簡單的技術活兒。當反饋控制的觀念跟電子電路的靈活性完美組合之後,它們就結合成一件任何人都可以使用的工具。就在《控制論》出版的一兩年間,電子控制電路就掀起了工業領域的一次革命。
為了說明如何通過基本的迴路從不精確的部件中產生出精確性,我沿用了法國作家皮埃爾·拉蒂爾1956年的著作《用機器進行思考》中提出的示例。在1948年以前,鋼鐵行業中的一代又一代技術人員想要生產出厚度統一的薄板,卻都失敗了。他們發現,影響軋鋼機軋出的鋼板厚度的因素不下六七個——比如軋輥的速度、鋼鐵的溫度以及對鋼板的牽引力。他們花費了很多年的時間不遺餘力地一項項調整,然後又花了更多的時間進行同步協調,卻沒有任何效果。控制住一個因素會不經意地影響到其他因素。減慢速度會升高溫度;降低溫度會增加拉力;增加拉力又降低了速度,等等,等等。所有的因素都在相互影響。整個控制進程處在一個相互依賴的網路的包圍之中。因此當軋出的鋼板太厚或者太薄的時候,要想在6個相互關聯的疑犯中追查到那個禍首,簡直就是在耗費力氣。在維納那本《控制論》提出他那睿智的通用化思想之前,問題就卡在那兒了。而書出版之後,全世界的工程師就立刻把握住了其中的關鍵思想,其後的一兩年裡,他們紛紛在各自的工廠里安裝了電子反饋設施。九_九_藏_書
在商品生產中使用自動控制所產生的雪崩效應,並不都是那麼明顯。在車間,自動控制不負期望,具有如前面所提及的馴服高能源的能力。同時,生產的總體速度,也因為自動控制天生的連續性得到了提高。不過,相比起自我控制迴路所產生的出人意料的奇迹,即它們從粗中選精的能力,這些都是相對次要的了。
1948年,他出版了一本為非專業人士寫的有關機器學習的哲理和可行性的書。(因為各種間接的原因)這本書最初由一個法國出版社出版,而在最初6個月中,這本書在美國印了4版,在頭十年中賣出了2.1萬冊——在當時是最暢銷的書。它的成功,可以與同年發行的以性行為為研究主題的《金賽報告》相提並論。《商業周刊》的記者於1949年寫下如此的評論:「從某個方面來說,維納的書和《金賽報告》類似:公眾對它的反應和書本身的內容同樣是意義重大的。」
工程師們發現的這個控制論原理是個一般性的原理:如果所有的變數都是緊密相關的,而且如果你真正能夠最大限度地控制其中的一個變數,那麼你就可以間接地控制其它所有變數。這個原理的依據是系統的整體性。正如拉蒂爾所寫的,「調節器關注的不是原因;它的工作是偵測波動並修正它。誤差可能來自某種因素,其影響迄今仍然無從知曉,又可能來自某種業已存在,而從來沒有受到過懷疑的因素。」系統怎樣、何時達成一致性,超出了人類知識範圍,更重要的是,也沒有知道的必要。