爱华网一、信息概念 什么是信息?在日常生活中，信息通常是指消息、指令、情报、密码、数据、知识等等。但这只是日常的说法，而不是科学定义。作为一般化的科学信息概念,目前说法还不一致。据1973年有人的统计，已发表的定义有39种之多。这些定义从不同角度、不同侧面对信息提出了解释、界说。 一般认为信息的科学概念是申农在1948年首先在通信领域中提出的。申农认为信息是系统确定程度的标记，是“用来消除不定性的东西”。所谓“不定性”，是指人们对事物尚不了解因而表现出对这个事物不清楚、不肯定。而得到信息,就意味着这种不定性有所减少或消除。信息是消息中不确定性的消除，这就把信息从一般消息中区分了开来，并由此可以对信息作出定量的描述。 控制论的创始人Ｎ·维纳也对信息进行了长期深入地研究，他认为信息是控制论中一个最重要的范畴。他曾多次指出，从控制论观点看，信息是控制系统进行调节活动时，与外界相互作用，相互交换的内容。他在《人有人的用处》中说：“信息是我们适应外部世界，并且使这种适应为外部世界所感到的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称”按照控制论的理论，外部世界对于控制系统的输入表现为信息，受控装置输出的某种行为也是信息，反馈装置对这种行为结果的回收和把它反馈给控制装置的也表现为信息。这样，控制系统中一切行为都表现为信息的联系、交换。维纳还进一步指出，信息是系统的组织程度的度量。维纳说：“消息本身就是一种模式和组织的形式。实际上就象外部世界的各种状态所组成的集合那样，……消息集合所携带的信息就是组织程度的度量。”“事实上，完全可以将消息所携带的信息解释为负熵。即其概率的负对数”。维纳所说的组织程度还应该从组织结构、排列组合去理解，即系统内部的组织结构、排列组合不同，给出的信息也不相同。由于维纳的信息概念已远远超出申农所论述的通信范围，所以，人们把它称之为广义的信息概念，而把申农从通讯角度提出的称为狭义的信息概念。 60年代以来，信息概念被赋于更为广泛的含义。信息论的创始人之一艾什比在1956年发表的《控制论导论》和1964年发表的《系统与信息》中指出，信息论本质上是组合论的一个分支，并提出了“变异度”概念，把信息称为“变异度”。他说，变异度是指某一集合中元素的差异程度。当某一集合只包含某一同类元素时，这一集合是没有差异的，它的变异度等于零。 整个世界是无限的，即无限复杂、无限变化、无限发展的，它的变异度也是无限的，需要无限多的信息来表征。但如从一个个别事物看，它是有限的，变异度也是有限的，因而信息量可以计算。人们认为，艾什比的这种对信息的理解是一种更普遍的信息概念。总之，现在人们对信息概念的认识越来越深刻、广泛。对信息，现在甚至有这样一些更普遍的看法：信息是指存在于自然界、人类社会和机器等组织系统中的一种普遍联系方式，是自然界一切物质系统相互联系和相互作用的特定形式……。 什么是信息的本质呢？有人认为信息是物质或物质性的东西，有人认为信息是与物质、意识并列的独立的第三种东西，有人认为信息是由物质、意识融合起来的特殊新质，也有人认为信息是非物质的、精神性的东西。现在国内一般比较赞成把信息看作是一切物质的普遍属性的观点：信息是一切物质的普遍属性。但是信息不等于物质，也不可说它是物质的。信息是与物质既有联系又有区别的不同范畴。 二、信息方法 信息方法就是信息概念的具体运用，也就是利用信息的观点，把事物的具体的运动变化过程抽象为信息及其变换过程，通过信息的获取、传输、加工、处理、利用、反馈等过程来揭示对象的本质和规律进而认识对象和调控改造对象。 应用信息方法时，首先要把握信息的传输过程，了解信源、编码、信道、解码、信宿的联系。申农首次阐明了信息流通的基本过程。他在《通信的数学原理》一书中提出了通信系统的模式，这是他对信息科学发展的重要贡献。他提出的通信系统的一般模式，可以简要示意如图5： 信源编码 信息方法中，信息的度量也很重要。信息的计量有两方面的要求：一方面，要求提高通信系统传输信息的能力，即通信系统的工作效率，就是要解决在同一个信道中怎样加大信息的容量，或加快信息传输速度，从而提高通信的经济性，减少能量消耗问题，另一方面，又要求提高信息传输的可靠性，力求减少噪声的干扰，提高通信的质量。信息方法暂时撇开信息的语义方面，单从技术方面研究信息量的计算问题，要运用数学理论寻找合适的数学模式。 1948年，申农、维纳和费希尔采用数理统计方法，几乎同时给出了计算信息量的公式，对信息论的创立、发展和应用产生了重大的推动作用。对于离散型信源，他们提出的计算信息量的公式是： I=-nKPilogPi 其中：K为常数，由系统参数决定，一般取为1；n----事件的个数；Pi----第ｉ个事件发生的概率；I代表信息，若Log以2为底则1单位为比特（bit），若以10为底，则1单位为笛特（Det）。 例：若甲、乙两袋各装２０个球，其中 白球（只）黑球（只）红球（只） 甲袋装１０５５ 乙袋装８８４ 现从两袋中各摸出一个同色的球，问哪一个结果具有更大的不确定性，或者说为清除这种不确定性，摸出这个球花费更多的信息量？ 现给出各自的概率P 可见，要摸出某个同色的球，从乙袋中摸出要比从甲袋中摸出来具有更大的不确定性，或者说从乙袋中摸出同样一个球需花费更多的信息量。上述方法给出的信息量完全是统计量，因此又称为统计信息或概率信息。这里特别要提出来加以深刻理解的一个问题，就是上述的信息计算公式与物理学中计算熵值的公式正好相差一个符号。维纳指出：“一个系统中信息量是它的组织化程度的度量，一个系统的熵就是它的无组织程度的度量”，因此，“这一个正好是那一个的负数。”信息等于“负熵”，这就指出了信息和熵是从不同的方面对一个系统的统计特征的描述。当然，统计信息只讨论不确定性，而不涉及信息的意义和有效性，因而也暴露出统计信息概念的局限性。 运用信息方法，主要通过获取、传输、加工、处理和利用信息来认识改造对象。 (１)信息的获取。获取信息是研究信息、利用信息的前提，这主要依靠特殊的信息检测装置对外界输入的信息进行检测来实现。对一般动物来说，它们的检测装置就是它们的感官，而人类除了自身的感觉器官之外，还可以借助各种仪器来获取外界信息。 (２)信息的传输。所谓信息的传输，就是将信息经编码后送入信道，待传送到接收端后再进行译码还原为信息输出。信源发生信息，经编码器转化为信号在信道中传输，信号在传输过程中会受到噪声干扰而使信号失真。信号进入译码器后，将噪声过滤并还原为原来的信息，最后被信宿接收，完成信息传输的全过程。 (３)信息的加工处理。送入信宿的原始信息还比较繁杂零乱，不能直接反映事物的本质和规律。因此，必须对这些原始信息进行分门别类、归纳演绎、分析综合等一系列的加工处理，这样才能使其中包含的有效信息暴露出来，使人们能够从中找出事物的本质特征和必然联系。 (４)信息经加工处理后，将被系统输出利用。对于闭环系统，输出的信息还要通过反馈回路反送入系统的输入端，对系统再产生影响。由于信息反馈的作用.，系统可以及时矫正偏差，提高水准。对于开环系统，就不存在信息反馈的问题，输出的信息效果如何，人们无法得知，因而也就无法矫正系统出现的偏差。 信息方法的流程大致可用如图6—6表示： 输入检测加工 处理利用输出结果 信息 反馈 图6信息方法流程示意图 信息方法的流程图虽是定性的，但它可以简要地说明该方法的基本步骤：首先对输入信息进行检测，达到符合目的的净化，然后经加工处理，再进行利用，最后的输出分两支，一支是结果，另一支进行信息反馈，从而循环往复提高水准。(回页首) 三、信息方法的作用 任何一个系统，都是由相互联系、相互制约的若干部分，按一定的规则组成的并同周围环境进行物质、能量和信息交换的?/FONT>过程的复合体?/FONT>。通过物质、能量和信息的运转，构成系统有规律的状态。因此对系统的研究，无非就是对物质、能量和信息的研究。但同传统方法以对物质、能量具体运动形态为主研究不同。信息方法是以信息的运动作为分析和处理问题的基础，完全撇开对象的具体运动形态，把系统的有目的的运动抽象为信息变换过程。而信息同具体物质能量形态相比，具有普遍性、综合性、灵活性、同构性、主观性、相似性和形式性等等特点，从而使得信息方法在科学研究中起着重要的作用，在人类认识和实践活动中获得了广泛的应用， 1.信息概念的普遍性和灵活性，使信息方法可用于揭示各类事物特别是某些特殊现象的规律性 传统方法一般是通过物质能量的研究来揭示事物的规律性，但对某些特殊现象就显得无能为力。由于信息过程存在于一切组织系统中，信息量的变化能够反映系统的兴衰，信息质的特征亦能反映系统的目标功能，因此，对任何有组织的系统，都可以使用信息方法。同时由于信息概念的灵活性，不只可以对一般现象运用信息方法，而且可以用于揭示某些用传统方法难于揭示的特殊现象的规律性。例如，生物学史上，对兔子的受精卵为什么一定生成兔子，而不是狗或鱼，以及这类亲代如何将遗传性状传递给子代的问题，先成论者与后成论者为此争论不休，一直没能解决。现代生物学用遗传信息的理论，科学地说明了这个问题。原来兔子的卵子或精子中所包含的是兔子的遗传信息，这种信息随着受精卵的生长发育的复制转录、转译，不断地由反馈信息来控制，保证达到生成兔子的预定目标，最终形成兔子而不是狗也不是鱼，从而科学地解释了兔子的受精卵变成兔子的根本原因。 运用信息方法还可以对某些生物群体活动的现象作出科学的解释。俗话说?/FONT>禽有禽言，兽有兽语?/FONT>，动物之间，特别是群体动物之间， 2.信息概念的普遍性和相似性，使信息方法可用于揭示事物的共同属性 技术系统中的通讯、火箭、导弹制导、电子计算机等；人或生物系统中的生命遗传现象以及社会系统的生产过程、经济管理、交通管理等，用传统方法很难发现它们之间的内在联系。由于信息过程存在于一切组织系统中，并具有普遍性和相似性，因此，对任何有组织的系统，都可以使用信息方法。根据其信息的接收、存贮、加工处理、传递和变换过程的相似性，揭示出它们的共同属性。例如，我们可以揭露人脑和机器之间对应关系和共同本质。人脑由100多亿神经细胞组成，而电子计算机由许多电子器件组成；人脑的神经细胞可以处于兴奋和抑制两种状态，而电子计算机则有接通或断开两种状态；人脑利用神经脉冲从外界获得信息、传递信息、加工处理信息，而电子计算机则利用电脉冲获取、传递、加工处理信息。由于它们具有上述的一般的共同特征，因此可以撇开它们的具体的不同的运动形态，而把它们看作是一个信息变换系统，把其内部运动过程看作是抽象的信息变换过程，这就为利用机器模拟人脑的某些功能提供科学根据。 3.信息的形式化，使信息方法可用于突破研究对象的局限性。 为揭示自然规律，对各种不同的物质系统，都可以撇开具体内容，就其单纯的形式和关系上，应用量的信息(等于“不确定性”的排除)定量地研究一些平均结果，并给以形式化的表述。例如，控制系统可表述为H(x)≥H(d)即必要变异度≥干扰不确定性；组织系统可表述为 HdHm≥HmdH
dtdt 即减熵率≥增熵率。 非平衡热力学系统，可表述为 ds=des+dis,这些形式化的表达式，简单明确地揭示了系统的本质。如ds表达了现实的系统(一般都是非平衡态，开放系统)存在着内部增熵与外部熵流的对立统一关系；dis作为负熵流是现实系统中决不可少的东西，因为系统与环境、系统与系统、子系统之间在在着一一对应的变换关系，这种同构变换实际上也就是信息的传输过程，必须用信息方法分析。 4.信息方法的主观特性，使信息方法可用调整人的行为，发挥人的能动性。 人是具有多目的、多自由度的高等动物，对外部世界的适应不是消极的，更不会盲目接受外界刺激而使自己信道过载，相反，人总是在一定目的指导下感知外部世界，并与之不断交换?/FONT>内容?/FONT>；可以出于不同的目的，采取不同的方式，根据不同的要求，将事物无限多方面的质的特征转化为信息变换；依据环境的变化，调整自己的行为，改变自己与外部环境斗争的策略，达到适应并改造环境为自己服务的目的。从这个意义上说，信息是以主观形式反映客观内容的过程，因而具有主观的特性。 例如，在通讯编码中，“BLacK”一字，可以是英文或中文“黑色”的对应(BLacKà黑色—给出一种信息)；也可以与英文代码2121311对应(按英文26个字母顺序编码，(按大写字母对应1，小写字母对应0的二进码)11001这又是一种信息，可以代表某一事物。 可见，信息既被客体BLacK结构特征的多方面所决定，也随主体意图的多方面(黑色、2121311，11001)而转移。这种“同构变换”的结果，使信息方法应用的范围更为扩大和多样。 5.信息概念的综合性，使信息方法可用于对复杂系统的研究和提高系统的可靠性 信息既以物质能量为载体，但又能摆脱物质、能量的局限。人们在应用信息方法时可以不考虑物质、能量、具体形态，而始终着眼于系统信息的变换；不是对系统内部的元件(或部分)一个一个地进行分析解剖或解剖后再机械的综合，而是直接从整体出发，用信息观点进行综合考察；不是在系统内部研究个别原因和个别结果的对应关系，而是研究整个系统的所有原因与所有结果的关系；不是非把系统内部的情况完全弄清了再动手不可，而是应用“黑箱”理论，选择系统元件装置的总和的组成形式，提高系统的可靠性。 当今，人类社会已进入了信息时代。在一定意义上，人们对信息的利用和掌握信息方法的水平已成为社会发展程度的一个标志。如果在过去，一个国家的经济发展，主要地是依赖于物质和能量，当今则更多地依赖于信息，特别是依赖于科学知识。而在科学研究上，信息方法又是改变科研方式，提高科研效益的重要手段。因此，我们必须要大力提倡和加强“社会信息意识”，在加快我国工业化的同时，注意社会的信息化。 信息方法的上述特点，使它在许多方面都得到广泛应用。 (1)运用信息方法分析人的认识活动。 运用信息方法分析人们认识世界和改造世界的实践活动可以把它简化为一个信息过程。这就是从外界获取信息，再将信息送到大脑中存储(即记忆)，同时经过大脑的思考即信息的加工处理、变换、形成概念……这就是思维活动的过程。再将得到的认识、判断、决策通过效应器官(嘴、手、脚、眼等)输出信息，对外界作出反映。这就是人们的实践活动。人们通过实践检验自己的认识是否正确，通过反馈信息再送回来作比较、修正以影响下一步的思维活动和实践活动。当然，认识的结果也可以暂时不输出，储存在脑中。 运用信息方法来分析人类作群体的认识活动，则可以将人类长期实践活动积累的文化艺术、科学技术知识看成是一个巨大的精神产品的信息库。这时个体的认识就不是简单地接受外界刺激和个体的实践活动的反馈信息，而是必须从人类已有的信息库中提取必需的知识，以及通过语言交流从其他个体获取信息，然后再经过自己大脑加工，将得到的认识付诸实践。这时的实践不只是个体的实践，而是整个人类的实践，以整个人类实践的反馈信息来校正、影响下一步的思维活动。并且个人的认识不断地向信息库输送以充实人类的认识宝库。 (2).运用信息方法作为管理和决策的重要手段。任何一项复杂的社会实践活动，都存在着三股流，即人流、物流、信息流。这三股流中，任何一流发生堵塞、中断，都将造成实践活动的破坏和停顿。在这里，信息流调节着人流和物流的数量、方向、速度和目标，驾驭人和物作有目的、有规则的活动。因此复杂的现代化管理，不能不借助于信息方法。在现代管理中，信息管理已成为一门十分重要的管理。决策过程实际上是一个信息的收集、传递，加工、变换的过程。信息方法是科学决策中不可缺少的环节。 (３)信息方法是促使科学整体化的重要手段。在当前科学发展整体化的趋势中，学科之间的信息渗透和相互交叉成了重要的表现形式。我们自觉运用这种方法，不仅可以加速科学整体化的进程，而且可以较快地达到某一门学科的前沿，并开辟新的学科领域。如天文地质学、宇宙生物学、生物力学、工程心理学等学科。利用信息方法，科学家就能自觉地顺应和发展这种趋势，及时发现新的学科生长点。 (４)电子计算机是信息加工的现代化工具。它的结构表现了信息传递、加工、变换的过程。用电子计算机来代替手工的、机械的信息加工工具，这既是人类认识和实践活动的深化，也是现代化科学技术发展的结果。用电子计算机来逐步实现人类认识和改造世界过程的信息化和自动化，这正是信息方法的又一重要表现。
