Caja negra

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Este artículo trata sobre el concepto abstracto de sistemas de caja negra. Para cajas negras en aviones, consulte Registro de vuelo. Para otros usos, consulte Caja negra (desambiguación).

Sistemas de caja negra

Sistema
Caja negra máquina Oracle
Métodos y técnicas
Las pruebas de recuadro negro cajanegrizar
Técnicas relacionadas
Alimentar hacia adelante ofuscación Reconocimiento de patrones Caja blanca pruebas de caja blanca La identificación de sistemas
Fundamentos
A priori información Sistemas de control Los sistemas abiertos Investigación de Operaciones sistemas termodinámicos
v t mi

En ciencia, informática e ingeniería, una caja negra es un sistema que puede verse en términos de sus entradas y salidas (o características de transferencia ), sin ningún conocimiento de su funcionamiento interno. Su implementación es "opaca" (negra). El término puede usarse para referirse a muchos trabajos internos, como los de un transistor, un motor, un algoritmo, el cerebro humano o una institución o gobierno.

Para analizar un sistema abierto con un típico "enfoque de caja negra", solo se tendrá en cuenta el comportamiento del estímulo / respuesta, para inferir la caja (desconocida). La representación habitual de este sistema de caja negra es un diagrama de flujo de datos centrado en la caja.

Lo opuesto a una caja negra es un sistema en el que los componentes internos o la lógica están disponibles para inspección, lo que comúnmente se denomina caja blanca (a veces también conocida como "caja transparente" o "caja de vidrio").

Contenido

1 Historia
2 Teoría del sistema
- 2.1 Registro de estados observados
- 2.2 Modelado
- 2.3 Prueba del modelo de caja negra
3 Otras teorías
- 3.1 Adopción en humanidades
- 3.2 Teoría de la caja negra
4 aplicaciones
- 4.1 Computación y matemáticas
- 4.2 Ciencia y tecnología
- 4.3 Otras aplicaciones
5 Véase también
6 referencias

Historia

Se puede utilizar un modelo de caja negra para describir las salidas de los sistemas

El significado moderno del término "caja negra" parece haber ingresado al idioma inglés alrededor de 1945. En la teoría de circuitos electrónicos , el proceso de síntesis de red a partir de funciones de transferencia, lo que llevó a que los circuitos electrónicos fueran considerados como "cajas negras" caracterizadas por su respuesta a Las señales aplicadas a sus puertos se remontan a Wilhelm Cauer, quien publicó sus ideas en su forma más desarrollada en 1941. Aunque Cauer no usó el término, otros que lo siguieron ciertamente describieron el método como análisis de caja negra. Vitold Belevitch pone el concepto de cajas negras incluso antes, atribuyendo el uso explícito de redes de dos puertos como cajas negras a Franz Breisig en 1921 y argumenta que los componentes de 2 terminales fueron tratados implícitamente como cajas negras antes de eso.

En cibernética, Ross Ashby dio un tratamiento completo en 1956. Norbert Wiener describió una caja negra en 1961 como un sistema desconocido que debía identificarse utilizando las técnicas de identificación de sistemas. Vio que el primer paso en la autoorganización era poder copiar el comportamiento de salida de una caja negra. Muchos otros ingenieros, científicos y epistemólogos, como Mario Bunge, utilizaron y perfeccionaron la teoría de la caja negra en la década de 1960.

Teoría del sistema

La teoría del sistema abierto es la base de la teoría de la caja negra. Ambos se centran en los flujos de entrada y salida, que representan intercambios con el entorno.

En la teoría de sistemas, la caja negra es una abstracción que representa una clase de sistema abierto concreto que se puede ver únicamente en términos de sus entradas de estímulos y reacciones de salida:

La constitución y estructura de la caja son totalmente irrelevantes para el enfoque en consideración, que es puramente externo o fenomenológico. En otras palabras, solo se tendrá en cuenta el comportamiento del sistema.

- Mario Bunge

La comprensión de una caja negra se basa en el "principio explicativo", la hipótesis de una relación causal entre la entrada y la salida. Este principio establece que la entrada y la salida son distintas, que el sistema tiene entradas y salidas observables (y relacionables) y que el sistema es negro para el observador (no se puede abrir).

Registro de estados observados

Un observador hace observaciones a lo largo del tiempo. Todas las observaciones de las entradas y salidas de una caja negra se pueden escribir en una tabla, en la que, en cada una de una secuencia de tiempos, se registran los estados de las diversas partes de la caja, entrada y salida. Por lo tanto, utilizando un ejemplo de Ashby, examinar una caja que se ha caído de un platillo volante podría llevar a este protocolo:

Tiempo	Estados de entrada y salida
11:18	No hice nada, la caja emitía un zumbido constante a 240 Hz.
11:19	Pulsé el interruptor marcado con K: la nota subió a 480 Hz y se mantuvo estable.
11:20	Accidentalmente presioné el botón marcado “!” - la caja aumentó de temperatura en 20 ° C.
11:21	Etc.

Por tanto, cada sistema, fundamentalmente, se investiga mediante la recopilación de un protocolo largo, trazado en el tiempo, que muestra la secuencia de estados de entrada y salida. De esto se sigue la deducción fundamental de que todo el conocimiento que se puede obtener de una Caja Negra (de entrada y salida dadas) es tal que se puede obtener al volver a codificar el protocolo (la tabla de observación); todo eso y nada más.

Si el observador también controla la entrada, la investigación se convierte en un experimento (ilustración) y las hipótesis sobre causa y efecto pueden probarse directamente.

Cuando el experimentador también está motivado para controlar la caja, hay una retroalimentación activa en la relación caja / observador, promoviendo lo que en la teoría del control se llama una arquitectura de avance.

Modelado

El proceso de modelado es la construcción de un modelo matemático predictivo, utilizando datos históricos existentes (tabla de observación).

Probando el modelo de caja negra

Un modelo de caja negra desarrollado es un modelo validado cuando los métodos de prueba de caja negra aseguran que se basa únicamente en elementos observables.

Con backtesting, los datos fuera de tiempo siempre se utilizan al probar el modelo de caja negra. Los datos deben escribirse antes de extraerlos para las entradas de caja negra.

Otras teorías

El hidrograma observado es un gráfico de la respuesta de una cuenca (una caja negra) con su escorrentía (rojo) a una entrada de lluvia (azul).

Las teorías de caja negra son teorías definidas solo en términos de su función. El término teoría de la caja negra se aplica a cualquier campo, filosofía y ciencia o de otro modo donde se realiza alguna investigación o definición de las relaciones entre la apariencia de un sistema (exterior / exterior), es decir, aquí específicamente el estado de caja negra del sistema, relacionado con su características y comportamiento interior (interior / interior).

Específicamente, la investigación se centra en un sistema que no tiene características inmediatamente aparentes y, por lo tanto, solo tiene factores de consideración que se mantienen ocultos a la observación inmediata. Se supone que el observador es ignorante en primera instancia, ya que la mayoría de los datos disponibles se mantienen en una situación interna lejos de las investigaciones fáciles. Se muestra que el elemento de caja negra de la definición se caracteriza por un sistema en el que los elementos observables entran en una caja quizás imaginaria con un conjunto de salidas diferentes que emergen y que también son observables.

Adopción en humanidades

En disciplinas de humanidades como la filosofía de la mente y el conductismo, uno de los usos de la teoría de la caja negra es describir y comprender los factores psicológicos en campos como el marketing cuando se aplica a un análisis del comportamiento del consumidor.

Teoría de la caja negra

La teoría de la caja negra tiene una aplicación aún más amplia que los estudios profesionales:

El niño que intenta abrir una puerta tiene que manipular la manija (la entrada) para producir el movimiento deseado en el pestillo (la salida); y tiene que aprender a controlar unos por otros sin poder ver el mecanismo interno que los une. En nuestra vida diaria nos enfrentamos a cada paso con sistemas cuyos mecanismos internos no están completamente abiertos a la inspección, y que deben ser tratados con los métodos adecuados a la Caja Negra.

- Ashby

(...) Esta simple regla resultó muy efectiva y es una ilustración de cómo el principio de la Caja Negra en la cibernética puede usarse para controlar situaciones que, si se profundizan, pueden parecer muy complejas. Otro ejemplo del principio de la caja negra es el tratamiento de pacientes mentales. El cerebro humano es ciertamente una caja negra, y aunque se está llevando a cabo una gran cantidad de investigación neurológica para comprender el mecanismo del cerebro, también se están logrando avances en el tratamiento mediante la observación de las respuestas de los pacientes a los estímulos.

- Duckworth, Gear y Lockett

Aplicaciones

Cuando el observador (un agente ) también puede hacer algún estímulo (entrada), la relación con la caja negra no es solo una observación, sino un experimento.

Computación y matemáticas

En programación de computadoras e ingeniería de software, las pruebas de caja negra se utilizan para verificar que la salida de un programa sea la esperada, dadas ciertas entradas. El término "caja negra" se utiliza porque no se examina el programa real que se está ejecutando.
En informática en general, un programa de caja negra es uno en el que el usuario no puede ver el funcionamiento interno (tal vez porque es un programa de código cerrado ) o uno que no tiene efectos secundarios y cuya función no necesita ser examinada, una rutina adecuada para reutilizar.
También en informática, una caja negra se refiere a un equipo proporcionado por un proveedor con el fin de utilizar el producto de ese proveedor. A menudo ocurre que el proveedor mantiene y respalda este equipo, y la empresa que recibe la caja negra generalmente no interviene.
En modelización matemática, un caso límite.

Ciencia y Tecnología

En redes neuronales o algoritmos heurísticos (términos informáticos que se utilizan generalmente para describir computadoras de 'aprendizaje' o 'simulaciones de IA'), se usa una caja negra para describir la sección en constante cambio del entorno del programa que los programadores no pueden probar fácilmente. Esto también se denomina caja blanca en el contexto en que se puede ver el código del programa, pero el código es tan complejo que es funcionalmente equivalente a una caja negra.
En física, una caja negra es un sistema cuya estructura interna se desconoce o no necesita ser considerada para un propósito particular.
En criptografía para capturar la noción de conocimiento obtenida por un algoritmo a través de la ejecución de un protocolo criptográfico como un protocolo de prueba de conocimiento cero. Si la salida de un algoritmo al interactuar con el protocolo coincide con la de un simulador dadas algunas entradas, solo necesita conocer las entradas.

Otras aplicaciones

En filosofía y psicología, la escuela del conductismo ve la mente humana como una caja negra; ver otras teorías.