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【1984.信息学漫谈】一切真知都是由信息提炼出来

已有 2151 次阅读 2021-9-24 20:58 |个人分类:信息科学原理|系统分类:科研笔记

                   一切真知都是由信息提炼出来的   
   
       信息是知识的源泉,是解开自然之谜的向导。一切真知都是由信息提炼出来的。因此,了解和研究信息是一个极为重要的科学课题。


       近年来,越来越多有战略眼光的人们预言:未来的世纪将是一个信息化的时代。作者深信,这个预言在科学上是有充分的根据的,本书就是以此为着眼点来介绍信息科学的。
                                           (钟义信.《信息学漫谈》1984)
      
       什么是信息? 它有什么用途?为什么要研究信息? 这是钟义信先生在1984年著的《信息学漫谈》里首先提出来的三个问题。
                 
                   人类自产生就生活在信息的海洋

       远古时期的人类就已经发现: 信息可以被掩盖和被检测(感知)。比如,蚩尤与黄帝作战时,蚩尤就利用大雾使黄帝迷失方向,为了在大雾中检测出方向,黄帝发明了指南车。
       不仅如此,远古时期的人类还发现: 信息可以被计算和存储计算。于是便有了“石子计数”、“结绳记事”。
       与此同时,人类还发现信息可以被传送。比如,通过打拍子,喊号子,发口令,燃烽火,打旗语,吹军号,带口信,写书信,拍电报,打电话发送消息。早在中国殷商时代,人类就开始在山头修筑烽火台,利用烽火警示对面山头“有险情”发生。
       这种古老的“烽火告警”系统可以看做最原始的光学通信系统,从形式上看,和现代通信系统中的微波接力通信、卫星通信都有着异曲同工之妙。比如,微波站和烽火台一样设置在高山之巅,甚至距离地面四万公里左右的卫星上,都是由信源发出无线电波(信号),通过天线次第传导,直到信宿。

     什么是信息? 作为感知来源的信息,促进了人类进化。作为消息传递的信息,就像看不见的激流。用于运算和处理的信息,彰显了计算机的神通。

     信息到底是什么?人类自产生就生活在信息的海洋,置身其中,为何不识庐山真面目? 只缘身在此山中,是时候跳出此山,进一步探讨信息的本质了。
    信息论与控制论的创始人之一,美国已故著名数学家诺伯特.维纳(N.Wiener)发现,“信息就是我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中,同外部世界进行交换的内容的名称。”

     如果进一步追问,人们在与外部世界发生联系的过程中所交换的内容又是什么呢?维纳虽然没有给出进一步的明确说明。但却强调“信息就是信息,既不是物质,也不是能量。”钟义信据此进一步观察发现,人类可以把自然界的物质和能量转化自身生存和发展所需物质和能量。这种转化依靠人类从外部世界所获取的各种事物运动变化着的状态及其规律(知识),由此,钟义信推导出一个信息的定义“信息是关于事物运动的状态和规律,或者说,是关于事物运动的知识。”他认为这个定义概括了信息的一般含义。并进一步站在哲学的角度进一步总结到,世上万物都在不停地运动变化,生生不息。因此,信息的存在是普遍的,无所不有,无处不在的。这个定义还告诉我们,信息是一种知识(P16,注本书内容提要表达为信息是知识的源泉),因此,它对人类的生存和发展,至关重要。因为没有物质和能量,就不存在事物的运动,也就谈不上什么运动状态和规律(知识),当然也就没有信息。这是信息对物质和能量的依赖性。但是,反过来看,事物在运动,这种运动的状态及其规律可以被人类所摄取、传递、加工和处理成为脱离事物本身而相对独立存在的信息和知识。比如,通过摄像机,无线电广播和卫星广播系统转播一场在美洲举行的世界杯足球赛,传送给全世界的球迷。正是利用信息的这种特性,在研究天体的过程中,并不需要所有天文学家都亲自遨游太空,只需要利用科学仪器或少量学者获取的信息即可。

      人体包含物质(人体的生物学构造),能量(体格和体力)和信息(感觉和思维)三个基本方面,研究物质结构的材料科学,研究能量状态及其转化的能量科学,以及研究信息(事物运动的状态和规律)关系的信息科学共同构成了现代自然科学技术的三大支柱。其中,材料与能量科学趋“实”,信息科学趋“虚”,虚实互相依赖,互相制约,互相支持。只有材料、能量和信息科学都充分发展,巧妙地、有机地结合起来,科学才能真正给人类提供强大的生产力。

     例如“自动化防空体系”,由雷达,计算机,指挥中心,导弹发射井等组成。首先雷达需要不断搜索空中目标,一旦发现敌情,立马把检测到的原始信息通过通信系统发送给计算中心,后者根据这些原始信息计算出敌机距离,方位,航向和航速等参数。再根据这些参数,按照最佳预测及最佳瞄准方法推算出我方导弹发射的参数,由指挥中心控制导弹发射。这时,雷达继续监视目标,同时把目标与导弹的相对运动信息传给计算机。计算机根据这些信息修正调整我方导弹飞行参数,直到命中目标为止。综上所述,不难看出,导弹具有强大打击力量(能量),但若是没有精确灵敏的信息系统(雷达、通信、计算机和控制设备)来提供目标信息和控制它的飞行,那么,它就只能是一个盲目的破坏力量。同样,信息系统虽然精确灵敏,若没有导弹强大的摧毁能力,也达不到击毁敌方目标的目的。而且,如果没有强大的电能供应,信息系统本身也无法开动。因此,制造导弹和信息系统需要材料(物质),但驱动材料需要能量,获得信息也需要能量,而驾驭物质和能量需要信息。材料(物质)、能量与信息三位一体,相辅相成。

     



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