功能模拟法的基本概念

功能模拟法的核心是对事物功能的模拟。要理解什么是功能的模拟，首先要从什么是模拟法谈起。所谓模拟法，就是借助某种事物或过程来再现原型或模式的表象、性质、规律、特征，利用异类事物之间的相似性、相关性进行设计的科学类比方法。模拟法通常在实验室里先依照原型的主要特征，设计出与被研究过程或现象（即原型）相似的模型，然后通过模型间接地研究原型。例如，科学家们为了研究地球上生命的起源，在实验室中模拟早期地球的自然条件，如大气成分、火山爆发、闪电、降雨等过程，最终验证了生命物质在一定的自然条件下可以从无生命物质中产生出来的结论，如图5.2所示。需要指出的是，模拟并不是原封不动地照搬，而是以原型为研究对象，通过创造性思维对原型进行再造或创造。模拟必须逐渐脱离原型，才能出现创造性因素，并可能出现许多意想不到的新成果。

功能模拟法是模拟法发展的新兴产物，是一种不要求系统结构相同而只要求系统的行为和功能相似的方法。功能模拟法不像传统模拟法那样强调对象的物质或结构的相似，而是强调以系统的功能相似为基础，要求模型表现出与原型功能相似的行为。例如，苍蝇的眼睛是由四千多个小眼组成的，分辨率极高，人们忽略掉蝇眼的结构、物质构成等因素，仅模拟苍蝇的这种功能，创造出一种蝇眼照相机，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量，如图5.3所示。此外，工业机器人无论在外形上，还是在内部构成上与人大相径庭，但是机器人却模拟了人的抓取、旋转、识别等特定功能，而且效率更高，如图5.4所示。尽管苍蝇的复眼和蝇眼照相机、工业机器人与人的内部要素和结构都是不同的，但由于运用了功能模拟法，却达到了外部功能行为的相似性。

图5.2　科学家们模拟早期地球的自然条件

图5.3　蝇眼与蝇眼照相机

图5.4　工业机器人与人

功能模拟法是控制论中的主要方法之一，从控制论的观点来看，两个系统之间最重要的相似性在于行为上的相似。因此，当对一个客体的结构不能认识或不能完全认识时，应进行功能模拟，功能模拟法以模拟行为和功能为特征，而且是有目的的行为和功能，在此法中使用的模拟也只能是一种变化、运动的模型。这一方法反映了控制论这一学科的特点和抽象化水平。功能模拟法在控制论中发挥了很大的作用，它不仅具有一般模拟方法的功用，即展现出与原型行为相似的行为，而且在对模拟行为、功能进行研究的基础上，可以揭示出新的、未知的属性。这样的模型本身也具有独立的被研究的价值。如人工智能研究机器用怎样的手段和方式以代替人的智力活动，在这里，机器这一模型既是研究原型的手段，也是研究的目的。