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 mecanismos 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", sólo 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 su inspección, lo que se conoce más comúnmente como caja blanca (a veces también conocida como "caja transparente" o "caja de vidrio").
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 redes a partir de funciones de transferencia , lo que llevó a que los circuitos electrónicos se consideraran "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. [1] Aunque Cauer no usó el término, otros que lo siguieron ciertamente describieron el método como análisis de caja negra. . [2] Vitold Belevitch [3] sitúa 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 sostiene que los componentes de 2 terminales fueron tratados implícitamente como cajas negras antes. eso.
En cibernética , Ross Ashby dio un tratamiento completo en 1956. [4] Norbert Wiener describió una caja negra en 1961 como un sistema desconocido que debía identificarse mediante técnicas de identificación de sistemas . [5] Consideró 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 , [6] utilizaron y perfeccionaron la teoría de la caja negra en los años 1960.
En teoría de sistemas , la caja negra es una abstracción que representa una clase de sistema abierto concreto que puede verse únicamente en términos de sus estímulos, entradas y reacciones de salida :
La constitución y estructura de la caja son totalmente irrelevantes para el enfoque que estamos considerando, que es puramente externo o fenomenológico. En otras palabras, sólo se tendrá en cuenta el comportamiento del sistema.
—Mario Bunge [6]
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). [7]
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 momentos, se registran los estados de las distintas partes de la caja , entrada y salida. Así, usando un ejemplo de Ashby , examinar una caja que ha caído de un platillo volante podría conducir a este protocolo: [4]
Así, cada sistema, fundamentalmente, se investiga mediante la recopilación de un largo protocolo, elaborado en el tiempo, que muestra la secuencia de los 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 una entrada y una salida determinadas) es el que se puede obtener recodificando el protocolo (la tabla de observación ); todo eso y nada más. [4]
Si el observador también controla los aportes, 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 retroalimentación activa en la relación caja/observador, promoviendo lo que en la teoría del control se llama una arquitectura de retroalimentación .
El proceso de modelación es la construcción de un modelo matemático predictivo , utilizando datos históricos existentes (tabla de observación).
Un modelo de caja negra desarrollado es un modelo validado cuando los métodos de prueba de caja negra [8] garantizan que lo es, basándose únicamente en elementos observables .
Con las pruebas retrospectivas, siempre se utilizan datos fuera de tiempo al probar el modelo de caja negra. Los datos deben escribirse antes de extraerlos para las entradas de caja negra.
Las teorías de caja negra son aquellas teorías definidas únicamente en términos de su función. [9] [10] El término se puede aplicar en cualquier campo donde se realice alguna investigación sobre las relaciones entre aspectos de la apariencia de un sistema (exterior de la caja negra), sin intentar explicar por qué esas relaciones deberían existir ( interior de la caja negra). En este contexto, la teoría de la gravitación de Newton puede describirse como una teoría de caja negra. [11]
Específicamente, la investigación se centra en un sistema que no tiene características inmediatamente aparentes y, por lo tanto, sólo tiene factores a considerar que se mantienen dentro de sí mismos, ocultos a la observación inmediata. En primera instancia, se supone que el observador es ignorante, ya que la mayoría de los datos disponibles se mantienen en una situación interna alejada de investigaciones fáciles. El elemento de caja negra de la definición se muestra caracterizado por un sistema en el que elementos observables entran en una caja quizás imaginaria de la que emerge un conjunto de resultados diferentes que también son observables. [12]
En disciplinas humanas como la filosofía de la mente y el conductismo , uno de los usos de la teoría de la caja negra es describir y comprender factores psicológicos en campos como el marketing cuando se aplica a un análisis del comportamiento del consumidor . [13] [14] [15]
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 el uno por el otro sin poder ver el mecanismo interno que los vincula. En nuestra vida diaria nos enfrentamos a cada paso con sistemas cuyos mecanismos internos no están completamente abiertos a inspección y que deben ser tratados con los métodos apropiados a la Caja Negra.
-Ashby [4 ]
(...) Esta sencilla regla resultó muy eficaz y es una ilustración de cómo el principio de la Caja Negra en cibernética puede utilizarse 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 si bien se están llevando a cabo muchas investigaciones neurológicas 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 [16]
