科学网

 找回密码
  注册

tag 标签: 信息

相关帖子

版块 作者 回复/查看 最后发表

没有相关内容

相关日志

就信息本质定义问题与洪昆辉老师探讨
nipy 2008-6-28 22:58
就信息本质定义问题与 洪昆辉 老师探讨 洪昆辉 老师在潜科学网站上发表的关于哲学层次信息定义的观点 : 信息就是存在者状态及过程的同态映射及同态显示 从哲学的抽象层次和普适层次来考虑信息的本质 , 可以将哲学层次的信息定义为 信息就是存在者状态及过程的同态映射及同态显示 是存在者间接的非实体性存在 . 这里的 存在者 包括一切具体存在的对象 , 甚至可以是一个信息对象 ( 与特定载体结合在一起的信息对象 ) 这里的 状态 指对象相对静止时的存在总和包括组成对象的要素 , 要素之间的关系即结构 , 对象的功能 , 性质等存在 . 这里的过程是指状态的集合 . 这是一个可以适用于认识论层次 , 具体科学层次 , 甚至是技术层次的信息定义 , 也是适用于简单系统和复杂系统的信息定义 . 欢迎讨论 洪昆辉 2008.2.27 对广义信息界定的补充说明: 可以简化地将哲学层次的信息定义为 : 信息是通过特定媒介对存在者状态及过程的映射和显示 , 是存在者间接的非实体性存在 . 1 ,为什么要用存在者来界定信息,本来可以选择的对象,有事物,现象,物质,存在对象,结构,属性等,但我觉得只有 存在者 最具普适性存在者无论作为日常用语或哲学语言都是比较普及的。凡具体存在对象都可以落入存在者范畴。 2 、为什么要强调特定媒介这个对象,这是信息对象区别于物质对象的特点决定的,信息不可能单独存在,信息必须与特定的载体结合在一起才能存在,载体在信息就在,载体消失信息就消失。信息无论是在信源环节还是信道环节还是信宿环节都与载体同在。所以与信息同在的这个 媒介 是不能省略。 3 、为什么要用状态与过程,状态主要指对象的相对静止存在的总和,过程指状态的历时态集合,这二个对象概括了存在者各种情况,态势,在日常用语和哲学语言上都是比较普及的概念。 4 ,为什么要用映射和显示,映射指的是过程,显示指的是结果。映射与显示是日常用语和数学、逻辑语言使用的语言也是比较普及的。 5 ,为什么要用存在者的间接存在表述,信息不是物质不是能量,信息也不是对象的直接存在。但信息可以反映出对象及影响力的存在。所以称它为间接存在。 6 、信息是非实体存在,这是它与物质能量存在最本质的区别。 欢迎争论 !!!! 洪昆辉 2008.2.28 倪鹏云讨论 : 洪昆辉 老师,你好!我们曾在钻石联盟论坛就信息本质、信息度量等问题有过初步的交流和讨论,很高兴在此潜科学论坛再次与你进一步探讨信息有关问题。 根据你对信息本质定义的基本表述: 信息是通过特定媒介对存在者状态及过程的映射和显示 , 是存在者间接的非实体性存在 . 我觉得我们对信息本质的探讨的思路是比较一致的,在以下方面有基本的共识: l 从哲学层次来分析各种具体信息现象的共性来揭示信息的本质。 l 追求信息的本质定义应在本体层次、认识层次以及本体与认识层次之间都具有最大的普适性。 l 探求信息与物质的界别与关系以明确回答信息是什么?的问题。 l 在事物相互联系、相互作用的关系中探求信息的形成与内涵。 但在对一些基本概念的理解与表述方法上仍然有一些问题需要进一步讨论: 一 关于客观世界的本质表述。 物质、物体、事物?存在?存在者?物质存在? ( 1 )从哲学层面上讲,物质相对于精神;存在相对于思维和意识,物质与存在都是哲学上最重要的基本概念,物质与存在几乎是同义词,它们强调的是:物质世界是不依赖于人的意识、精神的客观存在。这一点,可能我们论坛上的朋友都有基本共识,这也是我们讨论问题的基础。 ( 2 )但从具体科学和日常生活层面上看,我认为,物质概念比存在概念使用得更广泛,如物质生活、物质世界、非物质遗产等,而存在的概念则似乎更纯粹的哲学味些。虽然我们从哲学层次上进行信息定义,使用哲学上的基本概念更利于揭示信息本质,但要使信息本质定义在多种层面上都具有普适性,也不宜过于抽象和概念化。所以比较起来我认为在信息本质定义中使用物质概念比使用存在或存在者概念更好些。而且物质概念外延为物体和事物也比较流行, 物体延伸了物质概念的实体性和系统性,事物概念延伸了物质概念的运动性、时空性,但都没有影响对物质本质概念的理解。 ( 3 )注意到洪昆辉信息定义中使用存在者而不是存在。细想起来,物质与存在概念似乎也不是完全等同的,客观存在是任何具体事物都具有的共同本性,所以存在具有存在性的意思, 洪 老师的存在者是否是 客观存在的者的含义,作为物质的代名词?但这样使用更感到别扭,人们要追究问者的含义,之、乎、者、也, 者一般是古文对人的一种称谓,现在使用作者、读者等,也是指人,用在信息定义中似乎也不太合适。 ( 4 )洪昆辉信息定义表述中还提到间接性存在、非实体性存在等概念,这又可能使定义中的存在者要加上实体性、直接存在的限定词,否则也容易混淆。事实上,当人们提出信息是否客观存在?知识、意识是否可客观存在?的问题时,也不是一、两句话能解释清楚的。所以我认为,为了使信息本质定义既简洁又明了,还是使用物质、事物的概念比用存在、存在者概念更好一些。 二、用什么来表征具体事物客观存在的差异? 状态、过程、结构、属性? ( 1 )我们的客观物质世界是由许许多多具体事物组成的,这些不同的具体事物有一个共性就是客观存在性,但它们又通过许多不同的特性如不同的运动特性、系统特性、物理特性、化学特型、时空特性、能量特性等等来表征具体事物之间的千差万别。我们用一个统一的概念属性来统称不同事物的不同特性,使它具有哲学层次上更本质的内涵。许多社会科学或哲学的词典中对属性都有事物固有的特性、特点、特征的基本定义,并且强调属性是物质的属性与物质实体是不可分割的,也有物质是属性的载体的提法。这使物质与物质属性也有了明确的界定。属性既是一个很清楚的哲学概念也在日常生活和具体科学中广泛使用。我与陈雨思曾讨论过如何 把哲学上的物质概念与科学上的物质概念联系起来?是否可用 物质是具有某种属性的客观存在。或者物质是用某种属性来表征的客观存在来表述?所以,我觉得 在信息本质定义中使用属性概念来与物质、信息概念关联,可能使定义具有更大普适性。 ( 2 )洪昆辉信息定义中使用状态来与信息关联。状态按一般的理解应是指事物的形状和态势,例如天气的阴、晴、风、雨等气象状态;水的液态、固态、气态;飞行运动中的直线、升降、加速、盘旋状态、掷铜板的正反两种可能状态、甚至人有喜、怒、哀、乐的不同精神状态等等。这说明状态确实是区分不同具体事物的一种重要的普遍特性。但无论如何,状态概念似乎仍不能涵盖事物所有的其他特性。而且从所举的例子看,状态一般也是指事物比较表面的一种属性。所以用状态关联信息与物质的关系所得出的信息定义有可能缺乏广泛的普适性。例如,如果我们通过尝一杯糖水和一杯盐水来获得两杯水的不同味道信息并区分出糖水和盐水,我们获得了信息,但不是从糖水和盐水的状态获得的,糖水与盐水都是无色的液态,而是从水的味道知道水中成分不同而获得的。相同结构的事物可能有不同状态,相同状态事物可能有不同结构。同样理由,我觉得也不宜用结构、系统复杂性、不均匀性等任何具体特性来替代能涵盖一切特性的属性概念。 ( 3 )我注意到洪昆辉定义中使用的状态概念,已经不是上述一般人们所理解的状态概念,洪指出这里状态是指对象相对静止时的存在总和包括组成对象的要素、要素之间的关系及结构,对象的功能、性质等存在,这里过程是指状态的集合。这可能是洪昆辉的状态论的观点和引入的概念。对 于洪 老师的状态论我还未及仔细学习,不好妄加评论。但把这一特定的状态概念用于信息定义中,我认为还是有些问题值得商权的:第一、按照洪对上述状态的解释,状态似乎就是存在的同义词(总和、集合),但定义中用存在者(的)状态应该仍是存在者的一种属性(情况、态势),是否有矛盾?;第二、洪的状态概念把传统系统概念中的结构、要素、功能都包含进去了,并似把状态看成是比系统更高层次的物质存在,这与传统的系统概念也是有矛盾的。传统系统概念中状态就是指系统的状态,是系统的一种表面属性、结构就是指系统的结构,是系统比较内在的属性。用系统的可能状态数来表征系统的复杂性和度量信息量的研究也正在深入,这里用的状态和状态与系统的关系与 洪 老师特定的状态概念显然也是不同的。当然,科学是要发展的, 相信洪 老师多年研究形成的状态论是有道理和有意义的,但目前似还未能得到广泛的公认,至少还存在争议(值得进行专门的讨论)。所以我认为目前在信息本质定义中使用这种特定的状态概念,可能会引起对状态概念本身的争论和二义性理解或者需要进行特别地注释,这又会影响信息本质定义的简明性和普适性。 三、用什么来表述信息形成过程及与物质对象的关系 映射?反映?反应?表征?对应?同态?显示? ( 1 )讨论这个问题,我们有以下一个基本共识:信息是事物之间相互作用而产生的,所以这个关系用词的选择,既要能体现产生信息的结果和性质,也要能体现产生信息的过程。 ( 2 )我注意到许多朋友如张学文、于宏义、冯向军和洪昆辉等都在信息本质定义讨论中使用映射这一词汇和概念,我查阅了一些有关资料,得到的印象是:映射基本上是数学上的一个专用词汇,指两个集合中元素之间的一一对应关系,把它用在系统中系统要素之间的一一对应关系应该也是可以的,但这样理解的映射概念用在表述信息与信息物质对象的关系上,我觉得还是有些问题值得探讨的:第一、信息不是物质也不是物质属性,映射能否准确表示两种不同概念东西之间的一一对应关系?第二、信息具有多样的形式,尤其是认识层次中用文字、语言等编码符号形成的知识信息可能难以找到一一对应的物质对象;第三、信息映射某种事物的某种属性但可能是很少部分或很表面的,似也难以构成一一对应关系;第四、由于事物之间普遍的相互作用,信息可能是对多个事物属性的综合反映,也不一定是一一对应关系(如儿子的某种特性,可能是遗传父母亲某些特性的综合);第五、信息内容还可能不完全正确反映客观事物,尤其是认知层次有一定主观性,可能产生错误的认识更不能与对象形成一一对应关系,但错误的信息也是一种信息;第六、映射的原意确实只是表明像与原像的一一对应关系,是结果,并没有说明也没有限制映射的过程,两个具有一一对应映射关系之间的事物并不一定有相互作用。因此也不能体现信息形成过程尤其是不能体现通过许多中间事物相互作用的信息传递过程。 ( 3 )注意到洪昆辉信息定义后来把映射改为同态映射,这可能体现了陈雨思关于信息本质是一种同态现象的命题,我对 陈 老师的同态学也未及仔细学习,也不好评论,仅从雨思关于同态概念的通俗解释:系统的一部分之间存在着一一对应关系称为同态关系,如果两个系统的一部分之间状态相同,它们就是同态。我理解,洪昆辉用同态映射把映射概念关于两个系统之间所有元素都具有一一对应的关系放松为两个系统中部分元素之间具有一一对应关系,应该可以扩大信息定义对各种信息现象的普适范围,但上述一一对应关系表述信息现象的局限性问题似仍基本存在。我觉得许多信息现象并不像照片与原物那样一种简单的同态关系。另外,雨思同态概念中的状态似乎仍然是传统系统的状态概念,与洪昆辉状态论中包括系统结构、功能 . 的存在总和的状态概念.似乎也并不相同,如果是这样,在洪昆辉息信息定义中同时使用两种不同含义的状态.是否也不太合适? ( 4 )我为什么倾向使用反映这一概念?.第一、反映确实是一个比较清楚的哲学范畴,在哲学基本问题中就使用了思维能否反映存在的提法,反映是认识论的一个核心概念。同时,反映在具体科学与日常生活中也被广泛使用,并且没有太多歧义。因此在信息本质定义中使用反映来表述信息与信息物质对象的关系,可以使定义既有哲学层次上的本质高度又便于普适于各种层次的信息现象;第二、在许多有关辞典中对反映都有比较明确和公认的定义,如反映是一事物与他事物相互作用时通过自身内部再现他事物某些特点的能力,反映都表现为物与物之间的相互作用,是在相互作用的基础上发生的,反映是物与物相互作用的结果。我们一再强调信息是在事物之间相互作用的基础上形成和产生的,所以使用反映的概念能比较清楚的通过相互作用过程体现信息形成和信息传递过程,也能通过相互作用的结果体现信息是什么的本质内涵;第三、人们已研究了反映形式发展的三个阶段:无机界的机械、物理和化学的反映形式(反应)、生物的反映形式和人的高级能动地反映形式。因此,联系反映得到的信息定义就很容易在本体层次、认识层次以及认识过程中具有最广泛的普适性。并且对各层次之中与之间的信息传递过程也可得到统一的清楚地解释;也有利于体现信息在物质世界运动、发展和进化中的作用;第四、信息概念之广,没有一一对应的限制,也没有必须是正确、全面反映的限制,认识论中就包含主观、片面认识的讨论,这使信息的概念中既包含正确反映客观事物的信息,也包含不完全正确以致完全不正确反映客观事物的信息。正是承认信息反映客观事物可能的主观性、不可靠性,才要求我们要反复实践、反复检验,不断积累知识充实信息资源,用知识信息来推动社会发展。陈雨思在贴子中也讨论了同态与反映的关系,值得进一步探讨。 四、关于媒介概念的讨论 ( 1 )洪昆辉信息定义中使用了通过特定媒介 . 映射 . 。强调信息不可能脱离称为媒介的物质载体而单独存在的基本观点,我是赞成的。它使信息与物质有了明确的界别。 ( 2 )既然媒介作为信息载体提出的,那么媒介应该也是一种物质(存在着),在一个定义中有没有必要使用物质与媒介两个不同的术语和概念呢?媒介与物质有区别吗?也许可以说媒介是承载信息的物质,作为信息载体的物质,但这又产生一个问题,有没有不承载信息的物质呢?如果按客观事物普遍存在相互联系和相互作用的观点,任何事物的属性中都应反映有与它有联系的它事物的属性信息,也即任何事物实际上都是承载信息的载体,都可以是信息的媒介。信源,信道,信宿都是物质也都是媒介。所以我认为在信息本质定义中使用物质与媒介来表述相互作用的两事物,不如使用一事物与他事物或作用物与被作用物更为清楚。 ( 3 ) 媒介这一术语本身也还有多义性的麻烦,同一英文词 Media 的中文泽词有媒体、媒介、媒质、介质等等,含义并不尽同,通常把电信号、光信号称为传输媒体是一种可传播的物质,而把导线、光纤、磁盘、光盘等称为传输介质和存储介质,是一种较明显的实体性物质,而多媒体中的媒体则表示声音、图像、视像、数据等不同的信息编码形式,根本不是物质实体,日常生活中则又把广播、报刊、电视等整个系统也称为媒体,又是一番含义。当然,洪昆辉在定义中谨慎地使用了媒介以突出的中介之意,但它的英文词仍然是 Media 与应用很广的媒体、介质等难免会混淆,人们追问起来,仍得费一番口舌来解释,这也会影响定义的简明性。 五、关于信息是存在者间接的非实体性存在的讨论 ( 1 )关于非实体性存在。我查阅了马克思主义百科要览中对存在概念的这样一段表述:存在是表征万事万物普遍特性的哲学概念,既包括一切物质实体的存在,也包括一切物质属性和关系的存在,其中包含物质的特殊属性,即意识、思维的存在。如果承认这一存在概念的表述,信息似也可以勉强如意识、思维一样作为一种物质的特殊属性称为一种非实体性存在。所以感到有些勉强是因为信息与意识、思维并不等同,信息与属性也并不等同,信息能否称为物质的特殊属性也还待研究(我称信息为广义属性,指包含了所反映的他事物属性内容的事物属性)。 ( 2 )在上述百科要览和其他一些词典对存在概念的表述中,更强调的是存在的物质性与客观性,强调存在是物质的同义语,离开了物质就无法理解存在,存在范畴就其实质来说就是物质范畴等。基于这样的认识,在我们努力求证信息不是物质的情况下,提出信息是存在者的间接的非实体性存在是否有可能引起信息是一种特殊物质的误解。其实洪信息定义的前半段已经基本明确地说明的信息的本质概念,后半段关于信息不是物质但又不能脱离物质的性质,可以作为对本质定义的更详细的说明,简单作为本质定义的延伸不容易说清楚。 ( 3 )从信息是存在者间接的非实体性存在的语法结构上看,如果去掉限定词,就成为信息是存在者 的存在,似有循环定义之嫌。如果解读为信息 是 物质(事物)间接的非实体性存在或信息是直接的实体性存在者间接的非实体性存在,也都感到比较别扭,含义不够清楚。另外,实体性存在的概念似也有歧义,如电磁场、光、引力场等不是实体粒子结构也不具有静质量的物质存在,是实体性存在还是非实体性存在呢? ( 4 )关于间接的存在。直接和间接的概念,通常用于表述事物之间相互作用和相互联系的方式,我们曾分析信息的形成与传递过程,由于事物之间物质与能量的直接相互作用的接力可以产生跨时空的事物之间信息的间接联系。也就是说,两个没有物质、能量之间直接相互作用和联系的事物之间,可以产生信息的间接联系,信息具有间接联系的特征。如同我们现在在网上讨论信息问题就是一种间接的信息联系,我们之间现在肯定并没有物质和能量的直接相互作用和联系。由此分析,我们可以得到这样一个具有哲学意义的认识: 如果说属性可以表征事物的直接存在(因为属性是直接依附于直接存在的事物的),那么信息不仅可以表征事物的直接存在,而且可以表征事物的间接存在 。这个间接存在的含义包括空间域中事物表面看不到的内部的存在(如内部微观粒子),近处看不到的远处的存在(如宇宙中遥远的星球)、也包括时间域中现在已不存在但曾经存在过的事物(如从恐龙化石中获得亿万年前曾经存在过的恐龙)以至将来可能存在但现在还未存在的事物(如天气预报信息)。因此信息概念比属性概念可以更准确地表征一个相互联系的、动态发展变化的客观物质世界。所以我觉得,如果要在信息概念中引入间接存在概念,用信息不仅可以表征事物的直接存在,而且可以表征事物的间接存在(对信息一种重要特征的表述)比用信息 是存在者间接的非实体性存在 (作为一种信息定义的表述)是否更准确和清楚些? 以上个人见解,欢迎争论! 倪鹏云 2008.2 . 我和洪昆辉、邱嘉又、张学文、邹晓辉等老师前两年在潜科学等网站上曾对信息本质概念等问题进行过很有意义的讨论,很高兴我们现在又在科学网上相聚,继续探讨这一世界科学难题。我把科学网上己有的有关博文选择链接一下,以便在己有讨论基础上深入下去!欢迎科学网上对此有兴趣的朋友参加讨论! 2010年8月5日 。 相关链接 * 广义信息界定的共性模式图示 洪昆辉 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=300325 * 对广义信息界定的说明 1 洪昆辉 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=299991 * 对广义信息界定的说明 2 洪昆辉 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=299988 复杂系统与简单系统在信息处理层次上的八个区别 洪昆辉 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=339258 * 关于信息定义与本质概念讨论的我见 倪鹏云 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=22513 * 就信息本质定义问题与洪昆辉老师探讨 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=30667
个人分类: 信息本质探索|3681 次阅读|1 个评论
整理一下对信息本质问题研究的思路
nipy 2008-6-25 23:06
整理一下对信息本质问题研究的思路 . 信息( Information )这个概念,其使用如此广泛和通用,人们在使用信息概念或术语时似乎都可以 心领神会 ;而其准确定义或实质含义又是如此复杂和不定,以致我们可以不困难地收集到上百种不同的信息定义,并且至今仍然没有很统一的认识。这可能也正是为什么把 信息是什么? 作为 21 世纪 100 个难题之一的原因吧! 面对上百种不同的信息定义,如何进一步把信息本质问题的讨论更深入下去,我认为有必要对我们的研究思路进行一下整理和讨论。 雨思先生对收集的许多信息定义进行科学分类( 关于信息的 83 种定义 ),我认为是研究信息本质的一个重要思路,因为这些众多的信息定义可能是不同人,以不同知识背景、在不同范围,从不同角度、以不同方式对各种信息现象进行分析研究得到的认识,除了极少数确实与信息概念无关的定义以外,它们都应该在不同程度或某一方面揭示了信息概念中的内涵。因此,,在这些不同定义之中必定应该存在一些内在联系,对它们分类就是分析不同信息定义之间的内在的共同点以归为一类。在大量不同信息定义之间研究分析其中的相关性与共同点,就有可能逐步接近对信息本质的认识。当然,如何进行科学分类是个大问题,如果分类方法不科学,也难以达到目的。 在讨论信息本质与信息定义过程中,许多朋友已提出了信息定义(或概念)的体系问题,如钟义信提出的给出不同约束条件下信息定义的分层体系,邹晓辉提出的 信息概念体系由三个层次的宏观子系统构成 ,鲁晨光提出的广义信息理论等。我赞成信息概念应该存在一个树型的分层的信息概念体系的观点,陈雨思强调的对信息定义进行科学分类的最后结果,也应该会形成这样一个科学的信息概念的分层体系。如果我们能在 信息概念存在一个科学的信息概念分层体系 这个观点上取得基本共识,那么我们是否可以提出这样一个认识:在这个信息概念分层体系树的树顶上的那个信息定义就应该是我们苦苦探求的能够体现信息本质概念的信息定义,这个信息定义应该就是钟义信所说没有约束条件、具有最大普适性的那个信息定义,也应该是鲁晨光、邹晓辉等所说的 广义信息 的概念。 进而,我们是否可以对这个树顶上的本质信息定义提出以下基本判据: 第一、它应该明确回答 信息是什么? 的问题。 信息不是物质,不是能量 ,因此,这个本质的信息定义应该与物质、能量的概念有明确的界定区别,与精神、属性、知识等已有概念有明确的区别,不能混淆。可以说,所有下层的信息定义实际上只是在一定条件下回答 什么是信息? 的问题,因为他们都有限定或约束条件,都是信息的一些具体的表现形态。 第二、它应该具有最大的普适性。也即,本质信息定义应该对它属下的所有各种信息定义都适用,因为它们是种属关系。换句话说,所有下层的各种信息定义,无论它表现出何种具体形态,它都应体现本质信息定义的内涵。如果某种信息定义,不能体现这一本质信息定义的内涵,我们就有理由来质疑它的科学性。 我们不妨以 人 的定义树为例来做一个比喻,如果我们把 人是具有高级智能的动物 作为人的本质定义,那么无论中国人、俄罗斯人、美国人;黑种人、白种人、黄种人;无论男人、女人;老年人、青年人、儿童等等都适用这个定义。而且,它也使人与其他所有动物有了明确的界别。 基于以上认识,我认为研究信息本质的思路是否可以归结为以下两方面同时进行:一方面:继续收集各种信息定义,对他们进行科学分类,分析它们之间的本质内在联系,探求其体现信息本质的因素,当然也包括剔除那些不科学或者与信息基本概念无关的定义;另一方面:进一步讨论对本质信息定义的应有判据,争取取得基本共识,并以此判椐去检验各种具体信息定义,更合理地对它们归类,并从中发现和构造树顶的本质信息定义。 以上个人意见,欢迎批评讨论。 倪鹏云
个人分类: 信息本质探索|3649 次阅读|2 个评论
以代谢物组学为参照介绍血液指纹图谱中医药信息学研究方法
zhj71626 2008-6-23 13:11
以代谢物组学为参照介绍血液指纹图谱中医药信息学研究方法 赵宏杰(吉林市中医院 吉林 吉林 132011 ) 雷钧涛 (吉林医药学院 吉林 吉林 132011 ) 摘 要:血液指纹图谱中医药信息学研究方法是一种新的中医药现代化研究方法,为方便大家了解和认识这一方法,特以代谢物组学为参照介绍了它的一些特点。 中国图书资料分类号: R2-03    文献标识码: A 主题词 : 代谢物组学 血液指纹图谱 中医药信息学 藏象信息模型 近年来,笔者结合系统生物学、中医药信息学和生物信息学等学科的最新研究成果,提出了血液指纹图谱藏象信息模型这一中医药信息学研究新方法。为方便大家了解和认识这一方法,下面以代谢物组学为参照介绍它的一些特点。 - 1. 代谢物组学 代谢物组学是以代谢物分析的整体方法来研究功能蛋白如何产生能量和处理体内物质,评价细胞和体液的内源性和外源性代谢物浓度与功能关系的学科。是系统生物学的重要组成部分。通常采用绘图技术,现代分析测定方法 (NMR,HPLC,MS) ,以及应用计算机技术和统计学方法,以高通量实验和大规模计算为特征,完成细胞或者生物样品所有代谢物的指纹图谱。 其核心思想是它能够通过整体代谢物图谱,直接认识生物体的生理和生化状态 . 代谢物组学通过研究 代谢指纹图谱 的变化,能更直接地反映体内生物化学过程和状态的变化。其研究对象主要是生物体液,如尿液、血液,主要研究手段是核磁共振。代谢物组学在药物模型识别和确证、作用机制研究和安全性评价等方面具有重要的理论意义和应用价值。 - 2. 血液指纹图谱中医药信息学研究方法 在日、年等完整的生命节律时段内,连续提取血液并制作血液指纹图谱,根据中医子午流注和藏气法时等中医时间医学理论,构建动态的有时间变量的中医学的人体生命信息模型,血液指纹图谱藏象信息模型。实现中医学的理论表达,并在此基础上以信息技术实现中医学的研究与实际应用。 - 3. 以代谢物组学为参照介绍血液指纹图谱中医药信息学研究方法 3.1 指纹图谱方法是一种信息学方法,代谢物组学研究表明,指纹图谱方法可以直接认识生物体的生理和生化状态和随时空变化的情况。不仅关心代谢物质的整体也关注其动态变化规律。 3.2 血液指纹图谱能比代谢指纹图谱,更完整的认识生物体的生理和生化状态 . 。代谢物组指生物体内的所有小分子代谢物,是生物体的特定部分在特定环境中,经基因组表达和新陈代谢产生的中介物及终产物。血液所包含的成分比这还要多,血液大致相当于系统整体代谢物组。所以,血液指纹图谱能比代谢指纹图谱,更完整的认识生物体的生理和生化状态 . 。 3.3 中医通过子午流注和藏气法时等中医时间医学理论,对生物体的生理和生化状态即功能单位进行划分,系统生物学以信息建模与系统整合为目标,血液指纹图谱藏象信息模型实现了这一目标,而且遵循了中医对系统 由上而下划分的原则,进行的信息建模。 3.4 藏象生理血液指纹图谱即人体正常的生理和生化状态,藏象病理血液指纹图谱即人体异常的生理和生化状态,也就是证的血液指纹图谱。 1992 年程士德教授在他编写的《内经理论体系纲要》一书中说:藏象学说的实质就是关于人体形态结构、生理功能、物质代谢、病理变化的高度概括,是一个综合性的概念。 中医药学从认识和掌握人体功能状态的变化规律入手,初步揭示了人体生命活动的变化规律。证候既然是中医对疾病过程中人体功能状态的概括和总结,因此,用生理学方法探讨中医证候是证候研究的前提。。   中医学的证候的观点,即对人体状态加以认识、分类和调控的观点,是目前现代医学对人体状态分类所没有的,通过中医对人体所处证候的分类,用现代科技手段通过对生理信息的处理,从而认识人体的状态特征,是中医学证候现代研究的基础性和前提工作。 证是人体在疾病过程中某一阶段的病理概括,是机体对病因的整体反应状态,它反映了藏象、经络、气血津液等功能结构的异常变化。不同的证候标示着机体不同层面的整体功能异常,中医把认识疾病的焦点放在了整体功能上,用各种辨证方法把病人身上出现的整体功能异常辨别为各种有特异临床表现的证,每一种证实际上都是有特征内容和表现的整体功能异常态,可见,证的本质应是整体功能的,而不是解剖形态的。 - 证本质研究又是证型规范化的前提与基础,是中、西医两种医学体系深层次沟通的必由途径。所以深入地探索中医证的诊断或评价指标、尝试对其进行定性定量的表达研究,是中医证型规范化及建立中医疗效评价指标体系的重要指标,具有实际的临床应用价值。 4. 血液指纹图谱突破了制约代谢物组学中医研究的瓶颈 目前,代谢物组学通常采取核磁共振( NMR )、质谱( S )、高效液相色谱( HPLC )为代谢物组绘制图谱。代谢组学之父、英国伦敦帝国理工学院 Jeremy Nicholson 教授认为,人体应该作为一个完整的系统来研究,应用代谢组学和全面性系统策略来理解疾病过程,与中医的整体观念和辨证论治思维方式不谋而合。〔 13 〕 中医界非常多的学者也赞同这个观点,但是,( NMR )这样的昂贵设备限制了代谢物组学中医研究的开展。而血液指纹图谱藏象信息模型的研究,主张以红外和拉曼光谱制作血液指纹图谱,这样,既可以保证指纹图谱的测定简单、可行、有效,又保证了指纹图谱所必须具备的特异性、重现性和再现性。而且大大的降低了血液指纹图谱研究的成本,以红外和拉曼光谱制作代谢指纹图谱,也将大大降低代谢物组学中医研究的成本,推动这一新兴学科快速发展。 参考文献: 赵宏杰、张笑波 . 中医学与信息科学跨越式大联合 . 中国医学报, 2005-04-09 : B05 赵宏杰、张笑波 . 中医学与信息科学学科交叉的几个关键问题 . 医学信息, 2005 ( 9 ): 赵宏杰、张笑波 . 中医取象比类方法现代化:中医现代化的解决之道 . 科学时报, 2005-11-01 赵宏杰、张笑波 . 应用指纹图谱以时测象研究藏象实质 . 科学时报, 2005-12-02 赵宏杰、张笑波 . 中医学与信息科学学科交叉的新方式信息中医学 . 科学中国人 ,2005 年 11 期 魏永燕、刘培勋 . 中药复方现代研究新技术新方法的进展 . 中国中西医结合杂志。 2005 年第 11 期, 1051-1053 刘昌孝 . 代谢物组学在中药现代研究中的意义 . 中草药 2004;35(6):601-605. 黄国荣.关于证与人体功能态关系的方法沦研究 . 中国人体科学, 1996,6(1) : 21-26 任秀玲 . 中医学 现象 -- 状态医学 学科 . 中华中医药杂志 ,2005:20(1):11 ~ 13 任秀玲 . 论中医学的本质特征 . 中国医药学报 ,2004:19(2):113 ~ 115 闪增郁对中医证的现代研究将导致人体状态学的产生 中国中医基础医学杂志 2004 Vol.10 No.12 P.8-8,10 闪增郁,张智,刘洋,中医藏象理论的基础研究是中医学现代研究的起点中国中医基础医学杂志 2003 Vol.9 No.11 P.4-6 合作可喜 前景可期贾伟教授谈代谢组学与中医药研究的结合 . 中国医药报, 2006-04-29 :总第 3175 期 7
个人分类: 重点推荐文章|2566 次阅读|4 个评论
中医学与信息科学学科交叉的新方式——信息中医学
zhj71626 2008-6-23 13:08
在《科学中国人》200511期发表 吉林市中医院 赵宏杰 张笑波(吉林省吉林市, 132011 ) 摘 要:信息中医学是信息科学与中医学交叉的新方式,从信息的层次性 , 信息的稳定性,信息的整体性,信息模型的有效性四个方面, 对比信息中医学与中医药信息学和系统生物学中医研究(包括中医药生物信息学)在处理生命信息上的异同,可以看出信息中医学的优势,根据信息中医学理论,整合现有的信息技术,整合中医药信息学和系统生物学中医研究两支队伍,可以很快实现其应用;将是中国传统科学对当代生命科学的重要贡献。 主题词: 信息中医学 系统生物学中医研究 整体层次性信息 信息的稳定性 信息模型 中国图书资料分类号:R2-03   文献标识码:A 当前学科交叉现象已成为科学技术整体化发展的一个重要趋势。学科交叉既是实现科学知识系统整合的重要通道,同时又是孕育着重大科技突破的温床。 信息科学是主要研究信息及其运动规律和应用方法的一门新兴的综合性的现代科学前沿学科 , 中医学是已有数千年历史的中国传统医学 , 信息科学与中医学交叉形成的中医药信息学和系统生物学中医研究(包括中医药生物信息学),是中医现代研究中最重要的两个方向与成果。笔者更进一步提出信息科学与中医学交叉的新方式 信息中医学,以期实现中医现代化研究的突破。 信息中医学是主要以信息方法研究人的整体层次生命信息及其运动规律和应用方法的中医学。信息中医学在日、年等完整的生命节律时段内,以中医藏象理论为框架,通过连续提取人血液指纹图谱信息,来构建动态的人整体层次的生命信息模型,实现中医学的理论表达,并在此基础上以信息技术实现中医学的研究与实际应用。 1. 信息中医学的特点 信息中医学在信息方法的应用上,有许多方面优于中医药信息学和系统生物学中医研究(包括中医药生物信息学)。 1.1 信息的层次性 系统生物学的中医研究主要采用系统生物学的研究方法,它主张整合数据、建立数学模型并预测生物行为。但是系统生物学目前所要整合的数据是基因数据和蛋白质数据,这些数据代表不了人整体层次的生命信息,基因药物和基因疗法受到重挫就反映了这个问题;另外,水、电解质等生命活动所必需的重要物质,也不能在这些数据里得到完整的动态反映。所以说,系统生物学的方法还需要不断发展,目前用它研究中医有较大局限性。 中药指纹图谱的研究和运用表明,中药指纹图谱具有整体、宏观与微观兼具等特点,特别适应于研究中医药传统理论的需要。 生理学认为,内环境(血液组织液)是机体内部各结构之间以及机体内外物质、能量、信息交换的关键场所。信息中医学运用血液指纹图谱来获得内环境信息,因此能够获得整体、宏观与微观兼具的内环境信息,也是内环境成分的全息反映。 1.2 信息的稳定性 目前的中医药信息学主要是应用信息技术于传统中医活动过程,其代表是四诊客观化即四诊信息化。传统的望闻问切四诊方法因其灵活性过强而不易掌握,以信息方法分析,则主要是从人体表象提取生命信息,目前真正的四诊信息化仍然进展较慢。 信息中医学直接采取血液以获取信息,现代医学检测理论和实践已经从侧面确认了这种方法的稳定性和准确性,从而克服了四诊信息化的不足。 中医诊断学的根本原理是有诸内形诸外,司外揣内,四诊合参的目的是取得对 内 的认识。历史上,扁鹊: 视见垣一方人,以此视病,尽见五脏症结,特以诊脉为名耳 ,李时珍: 内景隧道唯返观者能照见之 等, 就是直接得到对内认识的特例,但这些并没有现实可行性。信息中医学根据中医形气神理论结合现代生理学,把中医气血论中气血的有形部分诠释为生理学之内环境即血液组织液,就可直接从体内获得气血的信息,直接获得了对 内 的认识。这样,较之四诊以后再合参的方法,就从信息获取、传递、处理 / 再生的环节上减少了信息失真的机会。所以,比实现信息化以后的四诊,还要稳定和准确。 1.3 信息的整体性 董向辉、戴汝为:时间维上世界的同源性是空间维整体规律普遍性的基础(例如,生物进化的同源性保证了绝大部分生物的遗传密码是一致的),而空间维上每一局部既遵循整体规律,又作为对整体规律的补充,而这也就是中医有效性的基础。 中医的整体观即东方整体观认为时空是一个整体,时空整体观是生命信息的本质特征之一。 信息中医学,在生命节律时段内,连续提取信息,从时间整体与空间整体两方面保证了生命信息的整体性。而中医药信息学和系统生物学中医研究还未能充分重视中医时空整体观之中的时间结构。 1.4 信息模型的有效性 《黄帝内经》中所阐释的阴阳五行、脏腑经络,以及天人相应等观念和理论体现了丰富而深刻的信息观念和信息思维方式。学界公认人体功能态是藏象划分的基础,这说明藏象学说建立在信息方法基础之上,所以藏象学说就是中医学的人整体层次的生命信息模型,中医学数千年医疗实践的历史和几十年来的中医现代实验研究,均证明了这一模型的有效性。 而系统生物学距离建立同层次模型为时尚远。 因此,藏象理论模型就是目前唯一的人整体层次的生命信息模型,信息中医学用分子水平的内环境信息完善了这一模型,并将在此基础上,实现其当代信息技术水平上的中医学的研究与实际应用。 2. 建立信息中医学的意义 信息中医学把中医药信息学视为自己的重要组成部分,主张内外信息合参,其研究与应用,将因此更完整准确及时和有效。 信息中医学对内环境信息的利用,将从信息整体层次整合生理学、病理学和药理学的研究成果,是传统中医理论、西医理论以及信息科学、系统科学理论的有机结合,也实现了对中医现代化客观化、规范化的目标要求。 根据信息中医学理论,整合现有的信息技术,整合中医药信息学和系统生物学中医研究两支队伍,可以很快实其应用。与系统生物学相比,可大大简化研究过程和降低研究难度。 一直以来,系统生物学研究对象的生命层次逐渐提高,从基因组到蛋白质组,其中血浆蛋白质组研究已经可以大致反映内环境信息。因此,生物信息学在不久的将来也很可能发展出与信息中医学极为一致的观点,即以内环境整体为研究对象,以指纹图谱为工具,构建动态的人体信息模型。到那时、亦步亦趋的系统生物学中医研究,或许也已经与信息中医学有了更多的相似之处。但是却会彻底丧失了中华民族在生命科学上做出极其重大的原始创新的机会,相关的原创学科群和原创产业群也就胎死腹中了,这是值得我们深思与重视的。 生命科学作为当代科学的龙头,它的突破性发展将带动国家科学技术和产业群的腾飞。信息中医学的创立实现了这一突破,它的理论创新、方法创新是一项重要的原始创新,将是中国传统科学对当代生命科学的重要贡献,还将诱发和促进东方科学体系的现代化,加速世界科学中心向中国转移。 参考文献: 赵宏杰、张笑波.中医学与信息科学跨越式大联合.中国医药报,2005-04-07:B05 赵宏杰、张笑波.中医取象比类方法现代化:中医现代化的解决之道.科学时报,2005-11-01: 赵宏杰、张笑波. 应用指纹图谱 以时测象 研究藏象 实质. 科学时报,2005-12-02: 赵宏杰、张笑波.中医学与信息科学学科交叉的几个关键问题. 医学信息,2005(9): 金光亮、马淑然.中医基础理论学科学术发展专题讨论纪要.中国医药学报,2004(19)7:428-431 作者简介:赵宏杰,男,1971年生,吉林省吉林市人,主治中医师,学士学位,从事中医药理论及临床研究,联系电话:04326510433. E-mail:hyltzhhj@126.com
个人分类: 重点推荐文章|1893 次阅读|0 个评论
信息是有意义的数据?
nipy 2008-6-20 22:57
信息是有意义的数据? 一位过路人对我 关于 信息定义与本质概念讨论的我见 博文以 信息是有意义的数据 为题发表评论,转摘如下: 倪 老师归纳了那么多的信息定义,独不见信息就是有意义的数据。也许研究信息理论的学者认为这太粗陋了,算不上一个关于信息的定义,但这个朴素的理解,却是信息技术领域最普遍的观念。 我回复如下,以供进一步讨论: 信息定义和信息本质概念至今仍然是一个正在探讨问题,我这里归纳肯定不能涵盖所有已提出的各种信息定义。欢迎一切关心信息问题的朋友提出自己的不同观点和看法,这肯定有利于信息本质问题更深入的探讨。 关于 信息是有意义的数据 的信息概念,在信息技术领域确实有较多人认可,也容易比较自然地接受,但作为信息定义或信息本质概念的探讨,我觉得有以下问题值得商权: ( 1 )数据通常也是人通过某种编码结构形式表述某种事物属性的认识(如月球探测数据、地震检测数据、遥感航拍数据等),所以 信息是有意义的数据 的信息定义,也应是一种是认识层次的信息概念,可能不能普适于本体层次。 ( 2 )如果信息是有意义的数据,是否意味着没有意义的数据就不是信息?或者意味着:信息是数据的一种(有意义的)?那么数据究竟是什么概念呢?物质?能量?信息?所以我认为:应该是 数据是认识层次知识信息的一种表现形态,是知识信息中比较低层次或比较原始的信息。数据是信息的一种 。 ( 3 )数据的意义对于不同的人或应用可能不同,因此,如果 信息是有意义的数据 ,什么样数据是信息可能有很大不确定性。 以上个人意见,欢迎讨论! 另外,我在博文 信息与知识、科技关系的进一步探讨 中有一段关于信息与数据关系的讨论,也摘录于此,供参考与进一步讨论: ( 3 )认识层次的知识信息根据它们所反映客观事物的正确、深入和全面程度具有不同的价值层次:由人类社会积累并经反复验证的科学知识是具有较高价值的知识信息,也是传统被称为知识或科学知识。嫦娥探月系统中由各种探测器采集的属性信息经过编码等初步处理后形成的数据是直接反映月球表面属性的信息,因此是属于较低层次的知识信息,也可称为数据信息,我们所以把经过编码的数据信息也称为知识信息是因为编码方法是一种体现人智能的技术方法,也是一种简单的智能处理。这些数据信息再经过复杂的信息处理,形成月球三维地图等信息就是比处理前的数据信息价值更高的知识信息,它更本质和全面的反映月球的属性。由此可见,通常所说的知识和数据都应该是知识信息的不同价值层次的表述。把知识、信息、数据并列比较是不恰当的。在数据中提取信息,在信息中提取知识的说法值得商权,这种说法把数据和知识看成是不同于信息的什么?
个人分类: 信息本质探索|4773 次阅读|4 个评论
关于钟义信的信息定义的讨论
热度 3 nipy 2008-6-19 22:22
关于钟义信的信息定义的讨论 钟义信教授是北京邮电大学教授、付校长,他的代表性著作 信息科学原理 及对信息与信息概念的论述,在国内外有重要影响。在潜科学网站关于“信息是什么?”的讨论中,四川大学的陈雨思教授,根据我发表的 关于信息定义与本质概念讨论的我见 一文的观点提出一个问题:“ 倪鹏云先生的信息定义与钟义信的信息定义有什么区别? ”我因此回复了陈雨思一个贴子,谈了我对钟义信息定义的一些看法,现转贴于此。欢迎科学网上朋友进一步讨论。 雨思先生:你好 ! 很高兴在网络学术论坛上与你交流。 我对信息概念与定义的基本认识在 关于信息定义与本质概念讨论的 我见 一文中已表述如下。 *********************** 4.1 关于体现信息本质概念的信息定义 我们理解,作为能够体现信息本质概念的信息定义应具有以下两个基本条件: ( 1 )它应从哲学意义上明确回答:信息既不是物质也不是能量,信息究竟是什么? ( 2 )它应该涵盖一切具体领域中各种有关信息定义和概念的内涵,即具有普适性。 据此,我们试用了以下定义来表述信息的本质概念: ( 1 )“ 信息是客观事物普遍属性的表征 ”。 ( 2 )“ 信息是被反映的物质属性 ”。 ( 3 )“ 信息是在一事物属性中所反映的另一事物的属性 ”。 ( 4 )“ 信息是以一事物属性为形式所反映的另一事物的属性内容 ”。 以上几种信息定义表述的应是基本相同的信息本质概念,只是具体方式与程度不同。究竟如何更准确地表述能体现信息本质概念的信息定义,也还有待进一步研究。 ************************ 应该说明一下,这不能说是我的定义,因为所列举的几条定义,除了第四条是我在第三条基础上补充了一下,其余都是在收集到的众多信息定义中,根据我理解的,能够体现信息本质概念的信息定义条件选择出来。其中第二条( 信息是被反映的物质属性 )好像是从你收集的信息定义中取出的刘长林的定义(我不认识刘长林,但我认为他的这一信息定义比较精辟,比较接近信息概念的本质,希望刘长林先生也能来参加我们的讨论,共同进一步探讨)。当然,我选择这几条,是根据我在“我见”文中的对有关问题作了分析后形成的认识,也是我多年来对信息问题思考的一点体会。这些认识和体会仍然是很初步的(包括试用了几种定义表述),所以拿到网上与大家共同交流和探讨。 我对钟义信(我与他也有过几次直接和间接的交流)提出的信息定义体系思路是赞成的。他把本体论层次视作无条件约束的最高普遍层次(最大普适性)与我的认识也是一致的。也即探讨“信息是什么?”的信息本质概念,应该着重从本体层次上研究信息概念的形成和信息与物质的关系入手。但钟义信对本体层次的信息定义是:“ 信息是事物运动的状态和方式 ”,这与我上述对信息概念的认识是有很大区别的: 第一、我认为事物运动状态虽然是事物的重要普遍属性之一,但似不能涵盖包括质量、能量、系统结构等事物许多其他重要属性。用某一种事物属性来联系信息概念和定义信息,会降低信息定义的最大普适性。所以我认为在本体层次探讨信息概念,还是直接使用物质(事物)属性和普遍属性而不用任何具体的事物属性(运动状态、系统结构、能量不均匀性等等)为好,这样更能直接切入信息与物质的关系问题。物质存在是通过物质属性来表征的,能够说清楚信息与物质和物质属性的关系,就可以更接近信息概念的本质。 第二、钟义信信息定义中直接把事物运动状态定义为信息,实际上也就是把物质属性直接定义为信息,把信息等同于物质属性,我认为这有很大的问题,它可能会使信息概念许多重要问题的认识产生歧义,例如: ( 1 )它没有反映客观事物普遍联系和相互作用的重要特性。一般属性概念中,属性是依附于它所表征的物质实体,所以只能表征物质的直接存在,而不能表征物质的间接存在(曾经存在过的事物、空间相距很远的事物和表面“看”不到的事物等),而 “被反映的物质属性”的信息概念,则正是建立在事物普遍联系和相互作用的基础之上的,不仅可以表征物质的直接存在,而且可以表征物质的间接存在。说白一点,如果孤立的看世界,用属性表征物质存在就足够了,但如果按事物普遍联系和相互作用看世界,任何事物属性中反映着与它相联系的其他事物的属性,就需要引入“被反映的物质属性”的,不同于属性概念的信息概念,才能更完整、全面和深刻的表征事物普遍联系的客观物质世界。。 ( 2 )它可能导致人们误认为信息只是事物属性反映到人脑中形成人对客观事物认识才产生的,是人类社会产生以后才有的。在本体层次的自然物质世界中,既然信息等同物质属性,那又何必引入一个与属性不同的信息概念呢?而使用“被反映的物质属性”的信息概念,就明确了信息与物质属性的差别与联系,也表明信息在自然世界中也是客观存在,信息是与物同在的。 ( 3 )它也可引起人们对信息可传递性的质疑。李炳铁先生正是定义“ 信息是物质自身状态的变化 ”,认为物质在外界作用下引起状态变化而产生信息,信息是事物自己产生的,不是外界传递来的,因此,坚持认为信息不是和不可传递的。而使用“被反映的物质属性”的信息概念,信息的形成和信息的可传递性就可自然统一起来。正是信息的可传递性把客观自然世界、主观认识世界和人造科技世通过信息传递联系起来。 ( 4 )它还可能引起本体层次信息概念与认识层次信息概念的不一致和断裂。钟义信对认识层次的信息定义为“ 认识主体所感知或所表述的事物运动的状态和方式 ”,实际上也就是人脑对事物属性的反映(高级的、能动的反映),这与本体层次中把信息直接定义为运动状态(属性)是很不一致的。实际上,客观世界中确实普遍存在事物相互作用中一事物属性反映到另一事物属性中的事实,。使用“被反映的物质属性”的信息概念,则可自然地把本体层次信息概念与认识层次信息概念联系起来,统一起来。 以上个人认识,,欢迎各位朋友共同探讨。也希望 钟义信 先生上网来和我们一起讨论。 致礼 倪鹏云
个人分类: 信息本质探索|10719 次阅读|5 个评论
申农信息定义的局限性与潜在的普适性
nipy 2008-6-16 23:03
申农信息定义的局限性与潜在的普适性 信息论创始人申农的信息定义: 信息是能用来消除和减少信宿关于信源不确定性的东西 (申农信息定义的准确表述,我也没有考究,但基本内涵应该是不差的)。长期被作为经典的、权威的信息定义,在信息科学发展中具有重要影响。但随着信息应用的普及,信息概念的深化,不少朋友对申农信息定义的普适性提出疑义或对申农信息定义提出修正意见。因此,我认为,有必要对申农信息定义中所反映的信息概念内涵做进一步分析,我的初步看法如下,欢迎讨论: 申农的信息在当时历史条件下,它确实有一定局限性,我认为主要有以下几点: 第一、它是在人造通信系统这个有限范围内研究的; 第二、消除不确定性的程度主要依靠收信人的判断,具有主观性和相对性; 第三、 从信息具有消除不确定性的作用来研究信息,确实没有说明信息究竟是什么?东西本身就是一个含糊的概念。 但是,如果更深入研究申农的有关论述,我觉得申农信息概念确实具有很深刻的内涵,具有潜在的普适性,例如: 第一、申农从信息传输过程来研究信息,具有重要意义。只要不限定信源与信宿是人或物,申农的信息传输模型很容易扩展到人对客观世界认识过程和本体层次物与物之间相互作用过程中信息概念的研究; 第二、申能信息概念建立在信宿消除对信源的不确定性上,说明他是把信息概念建立在两种事物之间的相互联系和相互作用的基础之上的,信源消除对信宿的不确定性,实际上正是信源的某种属性内容被反映到信宿的属性之中。在人与人的通信中,甲告诉乙一条消息,如果乙原来不知道,他就会接收这一消息存储在他大脑中,从而获得了信息,消除了对甲的某种不确定性(消息是从甲传过来的),乙在他大脑中存储了甲传送过来的信息,就是改变了他的大脑的属性,而这一属性的变化是由于甲向乙传送信息的作用,是甲大脑中的某种属性内容(甲大脑中的消息)在乙大脑中的反映,这也就把申农信息概念与事物之间相互作用引起的属性反映与信息传递的物理过程联系起来了; 第三、申农信息的度量建立在消除不确定性的程度上,虽然可能与人的主观性有关,但也有它的客观性,一个众所周知的掷骰子的例子表明,事物可能的状态越多,得知其确定的一种状态所消除的不确定性就越大,因而得到的信息量越大,与试验者无关。申农正是在此基础上建立了度量信息的单位比特的重要概念,这也使信息概念与客观事物的运动状态和复杂性建立了联系,有可能使认识层次的信息概念与本体层次的信息概念建立联系。 综上所述可见,申农的这一表述非常简明的信息定义,虽有它的局限性和问题,但也确有极深刻的内涵,包含有许多揭示信息本质的因素,因此具有潜在的普适性。对探讨信息本质确有奠基和开创性意义。因此我们对待申农信息定义和概念的研究或修改,应持科学和慎重的态度。 倪鹏云
个人分类: 信息本质探索|4960 次阅读|1 个评论
信息度量与系统复杂性问题分析
nipy 2008-6-14 22:17
信息度量与系统复杂性问题分析 . --- 关于信息定义与本质问题讨论的我见 一文的补充 信息科学与系统科学都是建立在事物之间存在普遍相互作用和相互联系的哲学观基础之上的。信息的度量直接涉及与系统复杂性的关系,从而进一步揭示信息概念与系统概念的内在联系。我们试作如下分析: 1. 信息定义与信息度量的关系 信息如何度量与信息是什么?应是信息概念研究中两个层次的问题,它们既有联系又有区别,不应等同,不应混淆 。对信息是什么?的不同答案可能会导致对 信息如何度量的不同理解。例如:如果定义信息是事物运动状态,那么事物状态的丰富程度可能成为度量信息量的基本参数。如果把信息定义为结构的表达,那么结构的差异、结构的复杂性等可能成为度量信息量的基本参数。但如果把丰富程度、复杂程度、差异程度、不均匀程度、有序性、组织程度等度量参数直接定义为信息,作为信息是什么?的答案,就容易使信息与信息量的概念产生混淆,也会影响对信息本质概念的认识。一般的说,似乎应该是在认清信息是什么?的基础上,再去探讨 信息如何度量问题,可能更容易搞清楚。但这两个问题也确实很难分割,信息概念和理论恰恰是在通信系统中研究如何提高传输效率(单位时间内传输更多的信息量)和收信者如何获得对它有用的信息(实得信息量)开始和形成的。因此,通过进一步研究信息度量问题来加深对信息本质概念的理解也是有意义的。 2. 本体层次与认识层次信息度量问题的关系 信息如何度量问题与信息的分类也有关,本体层次的属性信息与认识层次的知识信息两大类信息,虽然在被反映的物质属性这个信息本质概念上具有同一性,但在信息的表现方式、传递方式,利用方式等方面确实存在许多重要的差别和特点,因而导致这两类信息在 信息如何度量问题上也会有很大差别与不同特点,需要分别进行研究。但本体层次属性信息的度量问题具有更本质意义,它应该是认识层次的知识信息度量的基础。 3. 本体层次的信息的度量问题 。 本体层次的信息能否度量和如何度量问题,也应结合本体层次的信息本质概念进行分析。根据客观世界中事物之间存在普遍联系的哲学观,我们用 被反映的物质属性 作为信息本质概念的基础,并使用了 信息 是以一事物的属性为形式所表现出来的相关事物的属性内容 的信息定义。这种建立在事物普遍联系基础上的信息概念实际上也体现了系统观和系统概念,系统观也就是把客观世界相互联系的事物,看成是相互联系的系统,而每一个具体系统又由许多按一定结构关系联系的子系统(要素)组成。系统之间和系统要素之间的联系虽然是由物质、能量的相互作用形成的,但也必然产生属性的反映和信息的传递,并最终形成信息的联系。因此我们可以进一步 从信息与系统概念相结合的层次上研究事物联系的内涵和方式以及被反映物质属性的信息内容 。 辩证唯物主义哲学观认为:时空也是物质存在的形式,因此 事物的普遍联系也应该包括空间域与时间域的普遍联系。空间域中又包括横向无限交叠扩张的联系和纵向无限层次可分的联系;时间域中又包括后向无限历史过程的联系和前向无限发展趋向的联系 。事物时间域的联系体现了事物运动发展的特性。因此,任何一个给定时空域的具体事物(系统)属性中,也应反映以下信息内容:第一,横向空间相关事物属性的信息内容,也是系统环境属性在系统属性中的反映;第二,纵向空间相关事物属性的信息内容,也是系统所含子系统属性及内部结构属性在系统整体属性中的反映;第三,后向时间相关事物属性的信息内容,也即系统发展过程中过去的系统属性在当前系统属性中的反映;第四,前向时间相关事物属性的信息内容,也即在当前系统属性中应反映其发展趋势的各种可能性信息。 为了表明本体层次信息概念中信息与属性概念的联系和区别,我们还引入了 广义属性 和 属性信息 的概念。广义属性和属性信息的含义是:一个具体事物(系统)的属性不仅是它的表面属性,而且包括表面属性中所反映的内在本质属性以及与它相联系的其他事物的属性。传统的属性可称为狭义属性,它只能表征物质的直接存在,而 广义属性和属性信息则不仅可以表征物质的直接存在,而且还可表征物质的间接存在,因而能够更本质的表征客观物质世界事物存在普遍联系和运动发展的普遍属性。 根据上述对本体层次信息概念的分析,探讨本体层次属性信息能否度量和如何度量问题, 应该着眼于度量事物之间相互联系的特性和程度 。据此,我们是否可用 复杂性 和 有序性 来作为度量属性信息的两个基本参数。按一般理解,复杂性是指事物之间相互联系的复杂程度,用系统科学的概念来说就是,系统中要素数量大、层次多、结构关系复杂;有序性则表示事物之间相互联系的紧密或松散程度、稳定或不稳定程度、确定或不确定程度。如果把事物之间联系的不稳定性、不确定性也作为复杂性内涵(系统复杂性也还没有统一的定义),那么,我们是否可以直接使用系统复杂性作为度量本体层次属性信息量的基本的客观标准呢?从物理概念上,我们是否可以这样理解:一个复杂系统由于它所含子系统多、层次多、结构关系复杂、环境复杂、发展过程复杂、不确定和不稳定因素多,在它的表面属性中所反映的内部结构属性和相关事物的属性内容也必定非常丰富,因此广义属性信息内容的信息量也越大。例如,在自然界中,一个人比一棵树要复杂得多,因此表征人属性的信息量比表征树属性的信息量应该大得多。 4 . 认识层次的知识信息的度量问题 认识层次的信息是由人对客观事物的认识而形成和产生的,是客观事物广义属性在人脑中的高级反映。也可以说是客观世界的属性信息通过人的认知信息系统传递到人的大脑中去的。基于这一认识,我们引入了知识信息与广义知识概念。知识信息与广义知识涵盖了一切基于认识层次的各种具体形式的信息,如文字信息、图像信息、狭义的知识、数据信息、新闻、消息等等。这样在讨论认识层次信息度量问题时就可以有一个相对统一的信息概念的基础。 相对本体层次属性信息而言,认识层次知识信息有两个重要特点会影响知识信息的度量问题。这两个特点:第一是知识信息表达形式的特点;第二是知识信息的使用价值的特点。下面我们对此做一些具体分析: ( 1 ) 用编码结构量化属性来间接度量知识信息 按照知识信息是对客观事物属性的认识或反映的概念, 知识信息的度量应是对知识信息内容的度量,应该直接反映认识对象(事物)的复杂性 。也即人对复杂事物的认识所获得和产生的信息量应比对简单事物认识所获得的信息量大。因此,从总体上讲,认识层次的知识信息也是可以度量的,它直接建立在本体层次属性信息用复杂性度量的基础之上。当然这种度量仍然是定性的。在人类智能发展的进程中,人创造了语言、文字( 广义语言包括话音、文字、图像及各种编码数据 )来表述人对客观世界的认识,语言通常被设计成一种多层次的体系结构,即选择少量的语言基元如笔划、字母等、由这些基元按一定关系编码组合形成字、词、句、段和文来具体表述某种具体的知识信息内容,所以语言是一种用以表述和承载知识信息内容的通用编码结构形式。人类创造和使用语言来表述知识信息内容以后,自然就会想到使用语言中所用基元的数量来度量所表述知识信息内容的信息量,例如,一篇文章,人们自然会用文章所用字数来度量这篇文章内容的信息量,并且通常认为:一篇5万字长的文章比一篇5千字文章的信息量大。 但语言编码结构仅是人类智能设计的一种信息表述形式,实际上很难量化,但在人类社会中实际进行信息的传递、存储和处理过程中,这种语言编码结构形式又都要以及某种物质载体,如电、磁、光等的属性变化来表示,也即用物质载体的属性变化来反映语言编码结构的结构属性,这些物质载体的属性则是比较容易量化的,例如纸张的面积、张数、电平高低、磁化极性都可成为信息存贮载体的量化参数,因此语言基元数量实际上被映射到物质存贮载体的存贮量(所用存贮单元数)。换句话说, 人类社会中知识信息内容通常是用语言编码结构形式存贮在某种物质存贮载体中所占用的存贮单元数来度量的 。一篇文章的字数,只有写到纸上才能数得出来。一篇文章或一张照片存入到计算机的磁盘或光盘中,如果占用的存贮量越大,通常也就认为文章或照片中知识信息所含的信息量越大。 这种用存贮载体存贮量来度量知识信息内容信息量的方法,从信息本质上讲还是有意义的。因为知识信息的内容正是人脑对客观事物属性的反映、所反映的客观事物越复杂,人表述事物认识所用的语言基元数量和占用物质载体存贮单元数量也应该越大。但是这种信息度量方法,由于下几个因素,显然也存在很大局限性: * 个人智能因素 。个人智能和知识水平不同,观察同一事物所获得该事物属性的信息量是不同的。有人只看到事物的表面属性,获得的信息量就少,有人能通过表面属性观察到事物的内在、本质属性,获得的信息量就大。所以用存贮单元量表示的知识信息量,不一定能完全反映所观察对象的实际复杂程度。 * 个人认识主观性因素 。个人认识的主观性,有可能使基于认识所产生的信息并不完全是客观事物属性的正确反映,甚至可能是完全错误的。如某些迷信的思想也可以写成大块文章,占用一定的存储量。但这种脱离客观实际属性反映的认识(是否还能称为信息?)失去了本体层次复杂性的度量标准,用占用载体存贮量来度量其信息量,似乎更没有意义了。 * 个人语言表达能力的因素 。同样的信息内容,有人可能用几百字简练的表述,有人则可能噜嗦地用几千字才能表述。存贮量显然是不同的。 * 使用不同语言的因素 。同样一篇文章,用中文输入和用英文输入计算机占用的存贮量,也是很不相同的。 可见,用存贮载体存贮量来度量知识信息内容信息量的方法,只具有相对的意义和正确性,虽然它目前仍是比较常用的度量知识信息的方法。 ( 2 ) 知识信息价值与信息度量的关系 知识信息价值有两个既有区别又有联系方面:一是为人类共享的知识信息价值;二是个人使用知识信息所体现的价值。信息对使用者的价值与使用者获得的信息量是密切相关的。 人类共享的知识信息是指人类通过长期认识与实践所积累的科学知识,也是人类推动社会发展的主要信息资源。这种共享知识信息的价值取决于人类对客观世界认识的正确、全面和深刻程度。所以这种共享知识信息的度量,基本上可与本体层次的属性信息度量标准 复杂性对应。复杂的客观事物的属性在人认识层次上总是需要更多的信息量来反映和表述的。前面所用载体量化的属性来间接度量知识信息的方法,主要应是对这种人类共享知识信息而言。 人类共享知识库中的信息总量大体上应能对应人类在现阶段对客观世界整体认识的程度 。但它亦有相对性,因为人类对客观事物的认识是一个长期认识和反复实践的过程,客观世界也在不断运动、发展,人类共享知识库的知识信息也需要不断更新,随着人类对客观世界认识的不断深入,共享知识库中的信息总量应是不断增长的。 人类共享知识信息库中的共享知识信息虽然对人类社会整体来讲有它客观存在的价值和信息量,但对于每一个使用者体现的价值却可能大不相同,因为这与每个人的智能和他已有的知识有关。同样一本书,不同的人看后所获得的信息量是大不相同的,同一条消息对有的人可能会大吃一惊,对有的人可能是当耳边风。传统经典信息概念和信息定义中信宿对信源消除不确定性的程度实际上就是个人获得信息的度量,但似不应成为信息是什么?的答案。 研究知识信息的价值和度量问题,应该处理好共享知识与个人知识信息的关系。一本中学物理课本中的知识,对于大学生来说可能没有多少价值,看后可能得不到多少信息,但并不能因此否定该课本的知识信息价值,或认为没有多少信息量,只要课本中的知识确实是正确反映了客观世界的规律,它的价值和信息量仍然是客观存在的,中学生可以从中学习到对他有价值的知识,获得有用的信息。反过来讲,人类所有共享知识库中的知识信息,又都是由个人知识通过学习、交流逐步积累起来的。并最终通过个人的利用来体现其价值。因此, 在认识层次中考虑信息度量和信息量问题,不能不考虑具体信息内容对具体使用者的价值 。 倪鹏云
个人分类: 信息本质探索|5454 次阅读|1 个评论
现代信息论的创立人--申农
zhangxw 2008-5-7 21:49
现代信息论的创立人--申农 (本文写于2001年,刊于熵.信息.复杂性网站,张学文) 申农是现代通讯理论--信息论的创始人、影响人类社会进程的科学家 2001年2月24日,享年85岁的信息量创始人(美国) C.E.Shannon 申农(香农)辞世(1916-2001)。有的文章称他为伟大的科学家。回顾20世纪的信息革命风暴,想想这个革命的理论基础就是新创立的信息论,把信息论的创始人称为伟大的科学家并不为过。确实,他对人类贡献远远超过了一般的诺贝尔获奖者。 历史证明质量、能量和信息量是三个非常重要的物理量。而如何度量信息的数量问题是在信息论中解决的。 人们很找早就知道用称或者天平计量物质质量的多少。然而,我们关于热、燃料、能力、活力等等的计量的问题迟至19世纪中叶,随着热功当量的明确和能量守恒定律的明确才清楚起来。能量一词就是它们的总称,而计量能量问题也通过卡、焦耳等新单位的出现而得到解决。 我们关于图画、文字、数字、声音的知识有几千年了。但是它们的总称是什么?如何统一地计量它们的数量的问题迟至19世纪末还没有正确地提出来,更谈不上如何去解决了。20世纪中期,随着电报、照片,无线电、电话、雷达、电视等等的出现和发展,如何计量讯号中的信息的多少的问题被隐约地提上日程。1928年哈特利(R.V.H.Harley)考虑到从D个彼此不同的符号中取出N个符号并且组成一个字(词)的问题。如果各个符号出现的概率相同,如果选取的随机的,就可以得到D N 个不同的字。从这些字里取了特定的一个就对应着带来了一个信息量I。哈特利建议用用N LOGD这个数量表示这个信息量,即I=N LOGD 。这里的LOG表示以10为底的对数。 到了1949年控制论的创始人维纳也研究了度量信息的问题,还把它引向了热力学第二定律。但是就讯号(信息)传输给出基本数学模型的核心人物是年仅32岁的申农(C.E.Shannon)。1948年申农的通讯的数学理论(The mathematical Theory of communication),长达数十页的论文,成了信息论正式诞生的里程碑。在他的通讯数学模型中,信息的度量的问题被清楚第地提了出来,他把哈特利的公式扩大到概率不同的情况,得到了著名的计算信息熵的公式: H =- p i log p i 如果计算中的对数(LOG)是以2为底的,那么计算出来的信息熵就以比特(Bit)为单位。今天在电脑和通信中广泛使用的的字节(Byte)、波特、KB、GB等等名词都是从比特(有的含时间)演化而来。比特的出现标志着人类知道了如何计量信息量了。申农的信息论为明确什么是信息量概念做了决定性的贡献。 于是在20世纪中叶,人类终于对三个非常重要的概念:质量、能量、信息量都有了定量的计量办法了。 为阐明质量概念做出突出贡献的是发现物质的力学定律的牛顿。 为阐明能量概念做出突出贡献的是热力学第一定律的发现者们(迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule、赫尔姆霍兹 H.Helmholtz、开尔文 Lord Kelvin)。 为阐明信息概念做出突出贡献的应当是申农(C.E.Shannon)。 控制论创始人维纳说信息不是物质,哲学家说信息与物质的关系是大问题。这些观点妨碍信息论进入物理、化学、生物、社会等这些物质科学领地。某些唯物论者曾经为信息论扣上了唯心论、伪科学的帽子。信息论在科学版图和哲学版图中究竟如何定位在今天并没有很好地解决。 20世纪中期随着原子弹(核能)的出现,物理学成为最荣耀的科学学科。在随后的50年里晶体管、人造卫星、集成电路、电脑的飞跃发展无不与物理学知识的应用有关。 但是我们也惊奇第发现这些新技术都是为提高信息的处理能力服务。光荣的物理学忙了半个世纪,终于发现自己仅是给信息科学当仆人。这是物理学的喜剧还是悲剧? 信息量能进入物理学吗?但信息不是物质!在物理学的的版图中人们不知道把信息论放到那里合适。人类知识体现的这种新的混乱局面可能要继续下去。 信息论、控制论、系统论等等标新立异的新学科的出现,晃动着古老的科学框架。最后的结局可能到本世纪后期才会明朗一些。到那时申农的某些工作可能被历史遗忘,但是经他阐明的信息概念,连同比特这个单位肯定是我们进行科学思维时离不开词汇。
个人分类: 统计、概率、熵、信息、复杂性.1.|10156 次阅读|0 个评论
气象预报问题的信息分析
zhangxw 2008-4-29 22:13
气象预报问题的信息分析 张学文 2008-4-29 最近终于把 1981 年出版的《气象预报问题的信息分析》一书的电子稿整理完,并且放到了我的个人网站 http://zxw.idm.cn 2009-, http://xjqxsc.idm.cn/zhangxw%20web/index.htm 2008-2009 上。 《气象预报问题的信息分析》用信息论的观点系统分析了气象预告问题的很多侧面。今天看来它对认识气象预报依然有重要的理论和现实意义。 我国各地、各季的天气的复杂程度并不相同, 8 月北京的降水量就是 4 月的 10 倍,如何科学的度量各地的天气的复杂程度?如何评价各地各季的天气预报任务的大小?传统气象学并不能科学回答这个问题。当我们学习了信息论知识以后容易认识到:各个地方各个季节的 天气气候的复杂性的最合理的计量方法,就是计算各个地方各个季节的天气气候所对应的 气候熵,即根据各个气象现象的出现概率计算出对应的各种天气的出现的不确定性。为此《气象预报问题的信息分析》一书介绍了信息论里的对应概念、公式并且给出了很多天气气候上的计算实例。 知道了当地的气象变化的不确定性(信息熵)也等于知道了天气和气候预报的任务有多大。所以用信息论分析气象预报也就提供了评价天气预报质量的科学依据(可惜 20 多年来依然没有贯彻到天气预报的评定中去) 寻找好的预报方法始终是气象部门的超级任务。传统气象学提示这样的方法应当存在,问题仅是你是否找到了它。但是信息论的学习使我冷酷的认识到,使输出的信息量大于输入的信息量的方法根本就不存在,盲目寻找好的预报方法类似于要我们制造永动机。不从信息论的 角度分析我们认识不到这一步。 该书在介绍了随机过程概念以后,把气象资料、天气图看作是随机过程或者随机场,它还分析了气象信息在时间和空间上的弥散情况。即当前本地的气象资料对多远以外,多久以后的气象情况含有多少信息。这类数据说明了气象资料的最大的预报能力是多少。 该书 13 万字,有 5 章,分别是: 第一章熵与信息 第二章 . 预告因子和预告任务的熵 第三章 信息性质在天气预告中的某些应用 第四章 随机过程( 91 ) 第五章 气象信息的时空分布 欢迎有兴趣的读者到 http://xjqxsc.idm.cn/zhangxw%20web/index.htm ,或者 http://zxw.idm.cn 看电子稿。
个人分类: (熵+统计)气象学|8654 次阅读|1 个评论
关于信息定义与本质概念讨论的我见
热度 9 nipy 2008-4-21 22:26
关于信息定义与本质概念讨论的我见 倪鹏云 摘要: 本文把信息明确划分为本体层次属性信息与认识层次知识信息两大类。根据事物之间普遍存在相互联系、相互作用的基本哲学观点,文章把“被反映的物质属性”作为定义信息和理解信息本质概念的基础,通过深入分析信息与物质属性关系、信息可传递性以及信息形式与信息内容关系来揭示这一信息本质念的丰富内涵。据此,着重分析了本体层次与认识层次这两类信息在本质概念上的同一性与具体形态上的不同特点。文章基于对这一信息本质概念的认识,还广泛地讨论了信息与物质、能量、智能、语言、知识、科技和生产力等有关重要概念的关系,并提出一些有意义的哲学思考问题。文章最后提出了一个新的科学体系结构 框架 模型用以表述在现代科学发展中信息科学与系统科学相结合及各种交叉科学涌现的意义与趋势。 关键词: 信息;信息定义;信息本质概念;属性信息;知识信息 1. 引言 信息概念与信息有关理论,从申农在通信领域创立“信息论”以来已有数十年历史,在此期间,信息概念已从狭隘的通信领域进入人类生产、生活和科学研究等一切人类活动的更宽广的领域。信息资源、信息技术革命、企业信息化、社会信息化、信息社会等也成为当代社会生活中最热门的话题。信息科学正在逐步发展成为一门重要的新兴科学,它与传统的自然科学、社会科学以及系统科学、哲学都有密切的联系,许多前沿的科学的研究,例如生命起源、遗传机制、大脑思维机制、量子计算机等,也都越来越多的需要依靠信息科学概念的支持。信息和信息科学对人类社会的发展正在产生越来越重要的影响。 但与此信息科学、信息技术应用蓬勃发展情况似很不相适应的情况是,信息的基本定义与本质概念却一直还没有比较公认、明确和科学的定论。目前可以搜寻到的有关信息的定义和概念的论述不下百种,虽然人们从不同领域、不同角度提出的信息定义和概念仍然存在很大差异甚至相互矛盾,并且不断还有人提出新的观点和看法,但毕竟已逐步在深化对信息的认识,长期争论本身也说明信息概念的深刻性和复杂性。近几年,一些学者提出全信息理论、统一信息理论、一般信息学及广义信息论等,都是试图在更宽广的领域和更深层次上揭示信息概念的实质。中国科学院编写的< 21 世纪 100 个交叉科学难题 >一书中已把“ 信息是什么 ”列入这 100 个难题之一。在广大科学工作者的努力下,相信这个科学难题终究会得到更好解决。而对信息本质概念的清楚认识,又必将对进一步推动信息科学的发展。 本着学习和探讨的态度,本文也将对信息的本质概念进行一些分析和探讨。定义是揭示概念内涵的重要逻辑手段,概念清楚了,正确和准确的定义自然可以形成。如何分析信息概念的本质和得到体现信息本质概念的信息定义,我们有两个基本出发点: 第一、力图从辩证唯物主义哲学高度探讨信息的实质。维纳的“信息不是物质,信息不是能量,信息就是信息”的信息概念应该有所突破,我们应该在分析物质、能量和信息的基本关系中明确回答:信息究竟是什么? 第二、应使所分析的信息定义和本质概念在所有具体领域中具有普遍适用性,也即应涵盖各种具体领域中有关信息定义和概念的内涵,尤其是在客观物质世界与主观认识世界这两个不同层次的领域中,信息概念应具有本质上一致的联系。 这也是我们分析信息本质希望达到的目标。 2. 客观物质世界中的信息概念分析 客观物质世界中的信息又可称为本体层次的信息,也有人称之为“客观信息”或“本征信息”。分析客观物质世界中本体层次的信息概念,本质上就是要分析信息与物质的关系,要明确回答:信息在人类社会形成以前和人意识以外是否客观存在?为此,我们有必要首先对辩证唯物主义哲学物质观的基本观点简述如下: (1) 世界是物质的,物质是不依赖于人的意志而独立存在的客观实在。 (2) 物质世界是处于永恒运动之中的,运动是物质存在的普遍属性和存在方式。 (3) 运动的物质必处于一定的时、空间之中,时间、空间也是物质客观存在的形式。 (4) 运动的物质总是具有一定能量。 (5) 运动的物质又处于全面、普遍的相互联系、相互作用之中。 本体层次信息概念正是在上述辩证唯物主义物质观基础上形成和建立的。 2.1 本体层次信息概念的形成 — 信息与事物属性关系的基本分析 根据上述辩证唯物主义的物质观,客观现实世界中的任何事物( 事物可以理解为运动的物质 )都具有以下普遍属性: (1) 运动属性,运动方式、运动状态等。 (2) 空间属性:形状、大小等。 (3) 时间属性:年龄、生命期、发展阶段等。 (4) 物理属性:重量、质量、速度、颜色、强度等。 (5) 化学属性:分子结构、原子量等。 (6) 系统属性:组成要素、内部结构、有序性等。 (7) 反映属性:与其他事物的联系方式、联系程度等。 (8) 能量属性:能量的性质、大小等。 这些普遍属性既是各种客观事物共同本质特性的反映,也是事物之间千差万别的表现。事物之间的差别,实际上就是事物属性之间的差别。物质的客观存在也正是通过事物的属性来表征的。我们注意到,在已经提出的各种信息定义中,有许多都是与事物属性有关的,有的则直接把信息定义为客观事物的某种属性,如事物的运动状态、系统结构、有序性、不确定性、能量不均匀性及反映属性等等。虽然这些信息定义的内涵仍很不相同,概念也比较混乱,但至少说明信息概念的形成是与客观事物属性有密切关系的。它启示我们有可能从分析信息与事物属性的关系入手来进一步探索信息概念的本质。在本体层次中,信息与事物属性的关系也实际上反映了信息与物质的基本关系。 信息与事物属性究竟是什么关系?它们之间有什么区别?有什么联系?我们首先可以列举一些自然界中很容易观察到的现象和比较自然形成并容易被接受的信息概念来进行分析,例如: (1) 两物体相撞而互相产生的裂痕、凹痕等印记,都反映了对方质量、速度、形状等属性的信息。 (2) 地球上的昼夜变化,反映了地球绕太阳自转的运动状态信息。 (3) 地震现象反映了地球内部结构状态和能量的变化信息。 (4) 树干横截面上的树轮数反映了此树的年龄信息。 (5) 恐龙化石的样式反映和传递了亿万年前曾经实际存在过的恐龙动物的基本属性信息等。 由以上例子可以看出,信息概念的形成是与客观事物相互联系和相互作用的特性密切相关的。事物在相互联系和相互作用过程中,一事物的属性可能会反映到与其有联系的另一事物的属性之中。这个在“ 一事物属性中所反映的另一事物的属性 ”常被自地然称为“ 信息 ”,我们认为,这应该是信息概念最基本的内涵。信息的这一基本概念也可考虑使用“ 信息是被反映的物质属性 ”的信息定义,它直接表述了信息与物质和属性的基本关系。“ 信息是客观事物普遍属性的表征 ”的信息定义也表述了相似的信息概念内涵。因为“ 属性的表征 ”与 “属性的反映” 具有基本相同的含义。“表征”这一术语,英文与 token 、 representation 或 characterization 等词义相近,具有代表、表示、表现、象征、印记等含义。可以说,“ 信息是被反映的物质属性 ”和“ 信息是客观事物普遍属性的表征 ”,是对信息概念较抽象的概括,而“ 信息是一事物属性中所反映的另一事物的属性 ”则表述得更具体和“直白”。 基于以上认识,我们可以对 信息 与 属性之间既有区别又有密切联系的辩证关系 作进一步分析:一方面,信息并不等同于属性,它是“属性的表征”,“属性的反映”或“被反映的属性”。“属性”与“属性的反映”显然是不相同的概念。事物的属性是与它所直接依附的事物不可分割的,当事物发生变化或消失(转化),该事物的属性也将发生变化或消失,但反映在他事物属性中的该事物的属性信息,由于它已脱离了它所表征事物的客体,即使该事物已经消逝,表征该事物属性的信息却还可能在他事物属性中继续存在。如我们所举的恐龙化石的例子,实际的恐龙早已在亿万年前消逝,但表征恐龙属性的信息却仍然在恐龙化石的属性中反映出来,告诉我们亿万年前的恐龙是什么样子的;另一方面,信息的概念仍是与属性密切相关和不可分割的,这不仅因为信息是事物属性的表证,任何信息的内涵总是表征或反映某种客观事物的某种属性,而且任何信息又都是在某一具体事物的某种具体属性中反映出来的,离开具体事物的具体属性,也不可能有任何信息存在。 这里还应强调指出,在上述信息定义中,我们使用的是“ 普遍属性 的表征”,也就是说,信息可以表征或反映包括运动状态、结构、质量、形状、速度、能量、有序性、不均匀性等一切物质属性,而不仅是某一种具体属性。这样定义,就更能揭示信息概念的本质,也更具有普适性。 根据以上分析,我们可把本体层次的信息用“ 本体层次的属性信息 ”来表述,或简称为“ 属性信息 ”,它一方面表示信息与属性既有区别又密切联系的关系,一方面也为了与以后要讨论的“ 认识层次的知识信息 ”区别。 2. 2 本体层次信息概念的深化 — 信息可传递性分析 上面对信息概念形成的基本分析中,我们已经指出了信息可以脱离它所表征的事物而被反映到与它相联系的另一事物的属性之中,因而已初步揭示了信息的可传递性,它可以从一事物传递到另一事物之中。所举恐龙化石的例子,也说明了信息在时间域的可传递性。信息的可传递性对于理解信息的本质具有特别重要的意义。众所周知,信息论正是在通信工程中研究信息的传输特性而产生的,人的认知过程以及后面我们要讨论的认识层次的信息概念,都是以本体层次上信息的可传递性为基础的。 为了进一步分析信息的可传递性,我们构造了如图 1 所示的信息传输系统模型。图中原端事物通过一系列的中间事物与目标事物相联,以便研究原端事物属性是如何通过中间事物反映到与它并不直接联接的目标端事物属性之中的。 根据辩证唯物主义的物质观,事物之间相互作用首先也应该是物质的作用,但运动的物质都具有一定能量,在物质相互作用过程中,必定同时伴随着能量的作用。在物质、能量的作用下,作用端事物的某种属性就会反映到被作用物中而留下“印记”,这个“印记”,实际上就是作用端事物的属性信息通过物质、能量的作用“传输”到被作用端物体中的表现。 所以,事物之间普遍存在的相互联系,除了物质和能量的相互作用外,必定伴随着信息的传输和作用。 事物之间物质的相互作用、能量的相互作用、属性的反映和信息的联系是一个统一的不可分割的过程 。在此过程中,物质的相互作用是本质的,能量的作用是派生的,属性信息的反映则是物质、能量作用的结果。 图中显示,事物之间的联系有直接联系和间接联系两种:直接联系通过事物之间物质、能量的直接作用而影响和改变事物的属性;间接联系则是事物之间通过若干中间事物而形成的联系,在这种间接联系过程中,原端事物的属性通过若干中间事物之间的直接联系被间接地反映到目标端事物的属性之中,形成一种 间接的信息联系 。在这种情况下,目标端事物并没有与源端事物产生直接物质和能量的相互作用,但却反映了源端事物的某种属性。正因为此, 人们有时对直接联系的相互作用,较多的看到物质和能量的作用;而对间接联系的相互作用,则更多地看到信息的作用 。实际上,无论是直接联系还是间接联系,物质、能量与信息的相互作用都是不可分割的,但间接联系中的信息作用确实是更明显和更重要些。物质 世界事物之间存在的普遍联系中有许多直接的联系,但更大量是间接联系。 因此, 间接联系的系统有时被称为信息传输系统或通信系统 。作为信息传输系统,图中原端事物可称为 信源 、目标端事物可称为 信宿 ,中间事物则可称为 信道 。 根据以上对信息传输过程的基本分析,我们可进一步指出客观物质世界中信息传 输 的以下一些重要特性: (1) 信息传输的广泛性。 事物之间的普遍联系,包括空间域和时间域的广泛联系,因此图中所示信息传递模型,不仅表示信息在空间域的传递,而且也表示在时间域的传递。事物空间域的联系应包括横向和纵向两个方面的联系:横向联系是事物与它的周围相关事物(环境)的联系,事物通过这种空间横向的联系和作用,一定会在它自己的属性中反映出它周围相关事物的某些属性;纵向联系是事物通过表面的属性反映出它内部结构的一些本质属性,例如地震的现象反映地球内部热能、地质结构等属性信息的变化 。 事物时间域的联系体现了事物运动和发展的特性。地球结构的演变、生物物种的进化和人类本身的发展等都是信息在时间域传输作用的体现。所以,信息的传递在客观物质世界中具有时、空域中无限的广泛性。 (2) 信息传输的综合性 。也由于事物联系的普遍性,图中目标端事物属性中所反映的与其相联系事物的属性信息,是多方面信息传递的综合,如地球上植物的生长情况,既反映了太阳光和热传递过来的太阳的属性信息,也反映了地球土地土质、肥、水等的属性信息。即使同一事物传递过来的信息,也可能是该事物各方面属性信息的综合。而且,事物又是不断在运动、变化和发展的,在客观物质世界中,任何具体事物在给定时空所呈现的属性,也是不同时期获得相关事物属性信息的综合。如树干的年轮,就是每年增加一圈,而综合反映出树的树龄的,并且它也反映了地球绕太阳公转的运动属性。 ( 3) 信息传输的不定性 。图中目标端事物(信宿)通过中间事物(信道)从原端事物(信源)得到的属性信息最终也是在物质、能量的作用下被反映到目标端事物的属性之中的。因此,信宿最终获得信源多少信息,不仅与信源端发出信息的多少,而且与信道的属性和信宿的属性都有关,而这三方面的因素,由于受到环境变化的影响,都有很大的不确定性,因此,在事物普遍联系的客观物质世界中,任何一个具体的信息传输过程,信宿能够经信道从信源获得多少属性信息有很大的不确定性。例如,地球上生物进化的过程中,不同地域、不同时期产生不同的物种,有的物种被淘汰了,有的物种发展了,都是这种信息传递不确定性的体现。 ( 4) 信息传输的级联性 。也由于事物普遍联系的特性,图中源端事物、中间事物和目标端事物都是相对的。事实上,在普遍联系的客观物质世界中,任何一个具体事物,它既可作为信宿从与它相联系的事物接收信息,也可作为信源向与它相联系的事物发送信息,当然它也可作为中间事物传递信息。图中的目标端事物,并不是信息传递的最终点,它可级联的传递下去。我们现代人虽然与几万年前的古代原始人已有很大差别,但仍然反映着原始人的许多基本属性信息,这些信息就是一代、一代人级联的传递过来的,而且还将继续级联的传递下去。信息传递的这种级联特性不仅在客观物质世界中存在,而且还将把客观物质世界的属性信息级联的传递到主观认识世界和人造技术世界,对于建立认识层次的信息概念也有重要意义。 2.3 信息概念中内容与形式的辩证关系 根据上述对信息传递过程及有关特性的分析,我们可以看出,信息的传递,仍然是通过物资、能量的作用来 改变 目标端事物的属性而实现的。因此,源端事物的属性,是被融入到了目标端事物属性之中,成为目标端事物属性的组成部分,只能通过目标端的属性和 属性变化 被表征出来。换句话说, 源端事物的属性信息内容是以目标端事物属性的形式表现出来的 。一般而言,在事物普遍联系的客观物质世界中,任何具体事物的属性中,都综合的反映着许多与它相联系事物的属性信息内容,并通常以它比较外在和表面的属性,如颜色、形状和状态等比较容易“观察”到的属性为形式,来表征它比较内在和本质的属性内容,包括环境影响、内部结构、历史情况和发展趋势等。这些内容也正反映了与相关事物联系中传递过来的属性信息。因此,信息概念应该是信息形式与信息内容的结合,也即以事物外在和表面属性为形式来表征其内在和本质属性的信息内容。例如树干截面的同心圆形状是树的一种表面属性,它表征着树龄的内在属性信息内容,地球昼夜变化是地球表面的一种状态属性,它表征着地球自转周期及地球与太阳相对运动规律的本质属性信息内容。信息形式与内容既是有区别的,又是密切联系、不可分割的,任何信息内容都需要一定信息形式来表现,任何信息形式必定反映一定的信息内容。 信息的概念,总是信息内容与信息形式的统一体 。并且,无论是信息内容还是信息形式又都是与事物属性密切联系的。考虑到信息内容与信息形式的这种对立统一的辩证关系,我们是否可以把信息的本质定义和概念进一步表述为:“ 信息是以一事物属性为形式所反映的另一事物的属性内容 ”。 信息的这一概念,实际上也是把传统的属性概念引伸和扩展了,也即,客观物质世界中,任何事物的属性,应该是它表面属性与它所反映的本质属性(传递过来的与该事物联系的其他事物的属性信息内容)的统一。从这个意义上讲,我们也可以把 属性信息 的概念用“ 广义属性 ”的概念一来表述,而把传统的,在给定时空域中“看”到的具体事物属性称为 狭义属性 。这也体现了信息与属性之间深刻的辩证关系。 还应指出,从信息传递的过程看,信息内容与信息形式的关系又是可变的:这一方面是指同一信息内容可以不同的信息形式表现和传递,信息在通过中间事物传递过程中,源端事物发出的属性信息内容是反映到不同中间事物的不同属性中的,也即是通过不同中间事物的不同属性形式进行传递的;另一方面是指信息内容与信息形式的相对和嵌套关系,源端事物属性信息通过中间事物传递给目标端事物过程中,从中间事物和目标端事物看,传递和接收的是源端事物发出的信息内容,但从源端事物本身看,它发出的属性信息,往往只是他比较表面的属性的反映,也即是它的信息形式,它还反映着更多的信息内容。信息形式与信息内容的这种既统一又矛盾的辩证关系,反映了客观事物普遍联系的复杂性和多层次性。 关于信息形式与信息内容辩证统一的概念,事物通过表面属性形式表征其内在属性信息内容的概念以及以变换不同信息形式来传递和存贮信息内容的概念,在后面我们要讨论的认识层次信息概念中,也具有极为重要的意义。 2.4 本体层次信息概念的有关哲学思考 我们曾指出,本体层次信息概念是在辩证唯物主义哲学物质观基础上形成和建立的的,实际上,信息概念的建立,也将丰富和发展辩证唯物主义物质观,对此我们可进一步讨论如下: ( 1 ) 信息是物质存在的表征 辩证唯物主义哲学的物质观强调了物质的客观存在性,把物质与存在视为同义语,但具体事物仍是千差万别的,事物的差别正是事物属性的差别。物质客观存在的概念体现了各种具体事物的同一性、统一性,而属性的概念则体现了各种具体事物的差异性、多样性。离开客观存在谈“物质”就无法与唯心主义哲学观区分;但如果离开属性谈“物质”,则物质也将成为难以认识的抽象概念,也容易被唯心主义利用。因此,从哲学的角度,人们常直接把属性作为“ 物质存在的表征 ”。信息的概念扩展了属性的内涵,它不仅体现在给定时空域中某一具体事物的属性,而且还体现在无限时空域中与该事物有联系的其他事物的属性。因此,如果说用属性概念表征客观事物的直接存在,那么, 信息概念不仅可以表征事物的直接存在,而且还可以表征事物的间接存在 ,即可以表征现时已不存在但曾经存在过的事物,以及表面上不存在而实际上存在的事物。 ( 2 )信息概念更明确地揭示了物质世界普遍联系和运动发展的本质 辩证唯物主义哲学观不仅要在唯物观上与唯心主义者划清界限,而且要以辩证思维方法与形而上学严格区分。形而上学观也可以承认物质的客观存在,因此仅用“属性”表征物质的直接存在,仍可能被形而上学观点接受,因为它容易被理解为静止、孤立物质的“属性”。信息概念则正是在强凋事物普遍联系和运动发展的辩证思维方法基础上形成和建立的,因此是与形而上学观点完全对立的。信息在时空域的可传递也进一步揭示了物质世界运动变化和发展的本质和规律。 ( 3 ) 信息在人类社会以前、以外与物同在 由于信息概念和有关理论的研究是从人类社会中人与人之间进行通信和信息交流开始的。因此,在信息科学发展中,一直有一种观点认为:“信息只在人类社会之中存在,在人类社会以前和以外不存在信息”,或者认为“被人感知的客观事物属性才成为信息”。这种观点,只承认认识层次的信息存在,而不承认本体层次的信息存在。容易把信息概念误解为只是人类精神领域的东西。根据信息是被反映的物质属性的基本概念,只要承认客观事物是普遍联系、相互作用的,就应该承认信息在人类产生以前就是与物同在的。近代生物信息学,发现 DNA 双螺旋分子结构(结构是一种属性)中反映了遗传信息,使生物遗传机制的研究有了重大突破,也科学地说明了信息在自然界生物进化中的关键作用,也证明了信息在自然界中的客观存在。人类社会认识层次的信息概念,仍是自然物质世界本体层次信息概念的延伸和发展。 ( 4 ) 丰富了 形式与内容 这对哲学范畴的内涵 形式与内容 本来是一对哲学范畴,其基本含义是:事物内在的本质属性内容需要通过某种外在的表面属性的形式来表现,它反映了客观事物的层次性和复杂性。信息概念的引入,从时、空域广泛间接信息联系的分析,扩展和延伸了事物内部本质属性的内涵,因而揭示了传统哲学范畴中, 形式与内容 和 现象与本质 的关系,都是事物之间信息联系和传递的结果,而信息概念也由于通过信息内容与形式的辨证统一而得到深化。信息是物质存在的表征也正是从事物本质属性与表面属性的结合上表征的。这也正是人类大脑思维能够通过事物表面属性认识事物本质属性的客观物质基础。 ( 5 )物质、能量、信息关系的辩析 人们常把物质、能量和信息相提并论,如称它们为人类社会发展可利用的三种基本资源,也有人称它们为组成世界的三基元。前者从人类社会可利用资源的角度把它们并列为三种基本资源,似有一定道理;但后者把它们并列为组成世界的三基元,从本体层次的哲学意义上,似值得商权。辩证唯物主义哲学的物质观有一个重要观点是:“世界除了运动的物质,什么都没有!”,世界只有通过各种属性信息来表征的物质存在,运动状态、系统结构和质量等也都是一些表征物质存在的属性信息,能量虽然在事物相互作用及信息传递中起着重要作用,但它仍然是运动物质的一种属性 — 做功的能力,事物能量的性质和大小,仍然是信息表征的一种事物属性内容,能量也不可能脱离物质单独存在。物质、能量、信息三基元组成世界的提法,容易使人误解为物质、能量、信息是并列的组成世界的三种不同成分(元素)。 3. 主观认识世界中的信息概念分析 主观认识世界中的信息概念,又可称为 认识层次的信息 概念,也有人称为“主观信息”。分析主观认识世界中的信息概念,本质上是要分析信息与认知,信息与知识以及信息与科技的关系,也应进一步揭示哲学意义上存在与意识,物质与精神的关系。为此,我门也先把辩证唯物主义认识论的基本观点简列如下 : (1) 物质、存在是第一性的,精神、意识是第二性的。 (2) 物质世界是可以被感知的。 (3) 人通过实践认识客观世界,从感性认识能动地发展到理性认识,然后再通过实 践改造世界。 (4) 实践 — 认识 — 再实践 — 再认识,这个过程不断反复,使认识逐步逼近客观世界的实际,逼近真理。 认识层次信息概念正是在上述辩证唯物主义认识论基础上形成和建立的。 3.1 认知过程的基本信息分析 人是在自然界长期演化和进化过程中形成的一种具有生命和大脑思维功能的高级自组织体,但他仍然是客观世界中的一个客观物质实体。所以在客观世界事物之间普遍相互联系和作用的过程中,人与他周围的客观事物之间也必定存在着各种联系和相互作用。客观事物的属性通过各种力、场、光、声及分子物质扩散等物质的传输介质作用于人的各种器官并传递给大脑。在大脑中产生对这些客观事物属性的印记或反映,就形成了人对客观事物的初步感性认识。由此可见,所谓人对客观事物的认识,实际上就是对客观事物 属性 的认识,是表征客观事物属性的信息 。 所以,在人类的主观认识世界中,我们可以把信息的基本概念直接归结为“ 人对客观事物的认识 ”。它是客观事物属性在人脑中留下的印记,或者说,是“ 在人脑属性中所反映的客观事物的属性 ”。这与本体层次属性信息的概念是基本一致的。人脑的反映属性是物质反映属性的高级形式 为了进一步研究客观事物属性是如何反映到人的大脑中去的,我们构造了如图 2 所示的个人认知系统模型。如图所示,人的各种外部器官,如眼的视觉、耳的听觉、鼻的嗅觉、舌的味觉、皮肤的感觉及皮肤的触觉等都具有信息采集功能,大脑具有信息处理和存贮功能,遍布人全身的神经系统具有信息传输功能,口、手、足在大脑信息控制下的动作,则体现了信息的利用功能。人的自然器官所具有的这些功能被称为人的 自然信息功能 。人正是利用这些自然信息功能来开始认识客观世界和适应、改造客观世界的。 我们 以眼看到事物的过程为例:当光线照射到被观察的客观物体时,光将产生反射和折射,并使光的频谱特性因此产生变化,光谱特性的变化正是被观察事物的形状、颜色和质地等属性的反映,也即被观察事物的某些属性信息被反映到光的属性变化之中。光是具有流动性的物质,它“携带”被观察事物的这些属性传递给人眼,眼的特殊感光作用把光谱中所反映的事物属性又反映给眼神经系统并引起眼神经的某种属性变化传递给大脑,大脑又以脑神经网络的某种属性变化存储了所观察事物的属性信息,从而使客观事物的属性信息间接地传递到人的大脑之中;耳闻客观事物的声音信息、是发出声音的事物以它音频的震动推动空气的振动而形成空气波,空气波的振动频率与幅度变化反映了声源事物的震动声音属性,空气波携带着声源发出的声音属性信息扩散到人的耳朵并推动耳膜产生同步的音频震动,耳膜震动再通过耳神经系统把声音信息传递给大脑;鼻嗅客观事物的气味信息,如嗅到花的香味,是花所含的某些具有香味属性的气体分子通过空气扩散直接作用到人的鼻子,通过鼻的嗅觉神经传递给大脑;皮肤触摸客观事物的表面,则直接把该事物表面的硬度、光滑程度等质地属性信息通过感觉神经传递给大脑。由此可见, 人脑对客观事物的认识,确实是客观事物属性在人脑中的反映,是客观事物属性信息传递给人脑的结果。所以人脑对客观事物认识应该属于信息的范畴,我们把它称为 认识层次的信息 。 下面我们将把人类认识客观事物的认知过程与客观物质世界的信息传递过程作一比较,以进一步研究认识层次信息概念与本体层次信息概念的本质联系: ( 1 ) 认知过程中的物质、能量作用 。认知过程中,无论是光对颜色、形状信息的传递,空气波对声音信息的传递,分子扩散对气味信息的传递以及人体神经系统对五官所采集信息的传递,都明显地体现了物质、能量的作用,没有物质、能量作用基础上的信息传递,人脑就不可能认识任何事物。 ( 2 ) 中间事物的级联和间接信息传递 。认知过程中,大脑作为认知的主体并没有与被认知的客体事物有直接的物质和能量的联系,但却获得了客体事物的各种属性信息,这正是由于光、空气波、气体分子以及人体的眼、耳、鼻、皮肤和神经系统这些中间事物的级联,间接传递过来的。 ( 3 ) 广泛、综合信息传递的结果 。人对客观事物的认识是通过眼、耳、鼻、皮肤等多种信息采集器官所采集事物的颜色、形状、声音、气味和质地等信息综合产生的印象,是多种属性信息经过多种途经传递而在人脑中综合产生的结果。如下雨天,人们通过看到下雨、听到雨声、感觉到雨点而综合获得“现在正在下雨”的信息。 ( 4 ) 属性信息确实脱离了它所表征的事物 。认知过程的分析表明,人脑中采集的属性信息确实是客观事物属性的反映和表征,但表征客观事物属性的属性信息也确实已脱离了它所表征的客体而被传递到了作为认识主体的人的大脑之中。并且大脑采集到的属性信息还将通过大脑进一步处理和继续传递,即使被认识客体已经变化或消失。 以上认知过程的特性分析,揭示了信息可传递性的一个非常重要的概念: 即信息不仅在客观物质世界中可传递,而且还可在客观物质世界与主观认识世界之间进行传递 。信息传递的过程与特性也基本上是相同的,这也就说明了本体层次信息概念与认识层次信息概念本质上的同一性。因此,在一些经典的信息概念中,我们也看到有:“ 信息是物质与意识的中介,是认识的中介 ”的信息定义。信息确实是沟通客观现实世界与主观认识世界的中介。但这只是信息的作用,似不应成为信息的定义。 下面我们还要研究一下认知过程中信息内容与形式关系的变化。认知过程分析表明,人脑中所获得的有关客观事物颜色、形状、声音、气味和质地等属性信息,正是大脑所获得的反映客体属性的信息内容。在大脑中,这些属性信息也是通过改变大脑某种属性(如大脑细胞之间触突联系的变化、大脑神经网络结构的变化等)来表征的,也即是以大脑某种属性变化为形式来表征客观事物属性内容的。但我们还注意到,通过人自然器官所感知到的这些颜色、形状、声音等属性信息,一般都只是客观事物的外在、表面属性,所以认知的这个阶段,我们常称为感性认识阶段。由于客观事物的普遍联系特性,在这些表面属性中其实还反映表征着事物更丰富的内在、本质属性的信息内容,这需要大脑思维的加工而进入认知更高级的理性认识阶段后才能获得。人类认知的更重要意义, 就在于能够从感性认识阶段所采集的客观事物的表面、外在属性信息经过理性阶段思维作用,来获得客观事物更为丰富的内在、本质属性,以更深刻的认识客观世界。 3.2 认识层次信息概念的深化 — 信息与思维、智能、知识关系的分析 如上所述,人的感性认识阶段还是一个人与外界客观事物直接联系和作用的感知阶段,是客观事物属性在人脑中比较直接的反映,人脑在这个阶段获得的信息基本上还是事物属性比较表面的反映。人的理性认识阶段则是一个包括概念、判断、推理等过程的思维阶段,这是人区别于其他动物的一个重要特征。 智能就是人脑处理信息的能力,是人脑的重要的属性,也是人的重要属性 。思维过程运用大脑中已存贮的信息对各种事物感知的信息进行综合加工、处理,从而可以更进一步更深刻地认识事物的内在、本质属性。例如,当人观察到树干截面的年轮时,它直接看到或感知到的仅是一些由于颜色深浅不同而形成的同心园的形状,如果他没有树轮与树龄之间内在关系的知识或经验(如一个未上学的孩子),他就不可能从看到的树轮同心园的数目来得知树的树龄。但如果他已有了这方面的知识(从自已的经验或学习获得,并存于大脑中的知识信息),他就不难在看到一棵树干截面的同心园形状时,可以通过数同心园的数目来判断出这棵树的树龄。这个数数与判断的过程,就是人脑思维的过程。至于人们要通过感知的地球昼夜变化、四季变化的现象来认识地球自转和绕太阳公转的运动规律,则更需依靠思维的分析、判断和推理的作用了。上述例子也告诉我们:人脑这种认识事物内在、本质属性的思维能力,不是凭空形成的,而仍然是 建立在客观事物表面属性中确实已经反映了它内在、本质属性内容这一客观事实的基础之上的 (这也是我们一再强调信息概念与属性概念的区别),人脑思维只是通过直接感知的表面属性信息去揭示出它所包含的内在属性信息内容。所以,理性认识阶段获得的对客观事物的认识,本质上仍然是客观事物属性信息,包括表面和内在属性信息,通过各种物质和能量作用传递给或反映到人大脑中去的。大脑的这种反映属性,是一种具有思维或智能的高级反映属性。 对“智能”的概念,还有一种广义的理解,即泛指“处理信息的能力”。这就使上述人脑处理信息能力的智能概念向两个方面延伸:一方面是人以外的动物,它们也具有根据环境信息做出适应性反映及动物之间交流和理解信息的能力,体现了动物也有一定处理信息的能力,可称为较低级的智能;另一方面是人造的计算机等智能机器,它们也有相当强的处理信息的能力,常被称为人工智能,同因为它的处理信息能力是人赋予它的。但今后我们讨论智能问题,仍将侧重指人脑具有思维特征的高级智能。 高级智能的处理信息能力更具有目的性与能动性 。 由以上分析可见,在理性认识阶段,通过大脑思维对大量感性认识所获取的信息进行分析、判断和推理后形成对客观事物比较本质认识的过程,这也正是人获得 知识 的基本过程。因此,知识仍应属于信息的范畴。“认识层次的信息”概念与“知识”的概念是统一的,我们可以直接称为“ 认识层次的知识信息 ”,或简称为“ 知识信息 ”。这里我们使用“ 知识信息 ”的术语和概念,一方面是为了与前述本体层次的“ 属性信息 ”区别;一方面也是为了强调“ 知识就是一种信息,是人类社会产生以后形成的一种特殊信息类型 ” 。 但知识信息概念比传统的知识概念要更广义一些,它包括基于人对客观事物认识所产生的一切信息形态,如知识、数据、新闻、消息、文字、语言等,还包括基于认识在人脑中产生的思想、观念和信仰等,都可属于认识层次知识信息的范畴。因此,我们也可把“ 知识信息 ”称为“ 广义知识 ”,而把传统概念中的“ 知识 ”称为“ 狭义知识 ”。 3.3 认识层次知识信息与本体层次属性信息特点的比较 由以上分析可见,认识层次的知识信息与本体层次的属性信息在 被反映的物质属性 这一信息的本质概念上是一致的、统一的,但由于知识信息形成过程中,经过了具有高级思维能力的大脑的信息处理,使它与本体层次的属性信息仍存在重要的区别,我们可指出以下几点: ( 1 ) 能动反映性 。这有两方面的含义:一是指知识信息是经过大脑思维信息处理后形成的对客观事物比较内在、本质属性的认识,而不仅是事物外在、表面属性的直接反映和属性信息的简单传输;二是指人脑获得的知识信息还可通过大脑智能的控制去积极、能动地适应和改造客观世界,而不是对客观世界简单、消极的反映。因此,人们也曾有“ 信息是人脑对客观事物属性的能动反映 ”的定义。 ( 2 ) 主观片面性 。由于受到人自然信息功能的局限、环境干扰的影响以及客观世界本身的复杂性,基于认识而形成的知识信息仍很难完全准确和正确地反映客观世界的真实情况和内在规律。换句话说,知识信息虽然总体上应该是客观事物属性的反映,但仍可能包含一些不完整的片面认识,甚至完全主观的错误认识,尤其是个人的认识。正确反映客观世界的正确认识的形成是一个长期反复的无限过程。 ( 3 ) 获得信息的相对性。 人脑具有存贮信息的记忆功能,基于认识而获得的知识信息是经过大脑思维处理而存储到大脑中去的。如果人观察到他已经知道的事物,经过大脑智能的判断就不会再把这一信息存贮到大脑中去,也就不会产生新的信息。这是认识层次知识信息的一个重要特性。而且,由于每个人智能和知识水平不同,不同的人观察同样的事物可能产生很不相同的认识,也即同样的客观事物属性信息传递给不同人所获得的知识信息却可能很不相同。 ( 4 ) 抽象、间接的表述特性。 人的认知从感性认识上升为理性认识以后,也即经过大脑信息处理以后,知识信息中感性、形象的成份减少,理性、抽象的成份增加。尤其是逐渐产生的对客观事物内部结构、变化规律、发展趋势等更为理论性的知识,以及从认识上升为思想、观念等更抽象的表述。使主观认识世界中的知识信息相对客观自然世界中的属性信息具有更为抽象和间接地反映事物属性的特征。 ( 5 ) 编码特性。 由于知识信息这种抽象、间接的特征,在人脑中需要有一种特殊形式来存储和表述。在人脑智能长期进化的过程中,逐渐形成了表述知识信息的编码方法。即用少数有限的基本元素(基元)的不同编码组合来表达更多的信息内容。如图像用基本的图形、颜色组合,语言用基本单音拼音组合,文字用基本笔画、符号编码组合。数字数据用基本数字编码组合等。因此,编码结构逐步成为表述知识信息内容的基本方式。知识信息无论是在人脑中的存储和处理以及以后输出到客观现实世界后的传输、存贮和处理,都将以某种编码的形式实现。而语音、文字、图像和数字数据等也就成了知识信息的一些基本表现形式,体现了知识信息具体形态的多样性。可以说, 编码结构是知识信息存在的基本结构形式 。 ( 6 ) 生命短暂性。 基于认识的知识信息形成于个人的大脑之中。但人的生命期是有限的,人一旦死亡,人脑中存储的知识信息也将消失。知识再丰富的人也不可能把他大脑中的知识直接传给他的后代,每个小孩都必须从小学从头学起。个人头脑中的知识信息只有通过输出并融入到人类社会中去形成社会共享知识,才能使知识信息继续传递下去和更长久地保存下去。 由以上分析可见, 认识层次的知识信息确实是在本体层次属性信息的基础上形成的,没有本体层次属性信息的客观存在,就不可能产生知识信息,本体层次的属性信息是认识层次知识信息的本原。但知识信息的产生又确实是信息概念的一次质的飞跃,因为它通过人脑高级智能对信息的加工处理,可以更本质地认识世界和能动地改造世界。 3.4 主观认识世界中知识信息的输出 — 信息与科学技术的关系 我们曾反复指出,世界上客观事物之间是普遍相互联系和相互作用的。人与外界事 物的联系和作用也是相互的。一方面,外界事物对人进行作用,使人从外界获得物质、能量和信息以获得对客观世界的认识,并维持、延续人的生命和发展人类本身;另一方面,人也必定以各种方式向外界事物输出物质、能量和信息以适应、影响和改造客观世界。并且我们也已强调指出,由于人已发展成为具有思维和高级智能的自组织体,无论是外界对人的作用或人对外界的作用,信息的作用已起着越来越重要的作用。 如图 2 所示,人从主观认识世界向客观现实世界输出的信息可以归纳为以下两种类型: 第一、知识型信息输出 — 人类可共享的信息库 这类输出是指人大脑中储存的知识信息,直接以比较抽象的符号编码形式 输出,是一种 “单纯”的信息输出。这类信息输出也可分成两种:一种是输出给某种物理介质存储的信息,如存储在书本、纸张上的文字信息;存储在唱片、录音带上的声音信息;存储在画报、照片、录像带上的图像信息;以及存储在计算机系统存储器中的各种数字数据信息等。这些存储在各种物理介质中的知识信息构成了全人类共享的知识库、信息库,是人类社会发展的重要信息资源;另一种是人与人之间的直接信息交流,如面对面对话、会议、课堂教学、新闻电视广播、电话对话等。人通过这种与他人的直接信息交流而提高自己的文化程度、知识水平,也即丰富和增强了存储于自己大脑中的信息内容。 当然个人知识还于以从共享信息库中 获得( 如书本学习 )。 这种个人知识信息与社会共享知识信息的不断交互和融合,也不断丰富了人类共享知识信息库内容和不断加深了人类对客观世界的认识。 第二、技术型信息输出 — 知识创造的科技世界 这类信息输出是指人在大脑指挥下通过人手、脚等各种运动器官直接作用于客观事物的输出。从人类原始的获取食物和各种直接生产劳动,一直到制造生产工具、技术设备和所有发明创造的东西,都是基于人脑对客观事物的认识,也即是利用知识来进行的,因此都可以看成是人和人类从主观认识世界向客观世界输出信息的结果,是知识信息的物化。在现代生产制造过程中,无论是研究、设计、试验、生产操作、测试、管理等都离不开技术的指导,离不开人脑中知识的作用。一切人造设备、工程的各种技术属性,无不深深反映了设计、生产者大脑中思想、知识的印记。科学是人类知识的体系,技术则是科学知识在生产中的体现,都是源于人对客观世界的认识,都是知识信息活动和作用的结果。因此,我们同样可以把科学、技术看成是认识层次知识信息的一种表现形态。 我们在本体层次信息概念的讨论中强调了信息在时空域中广泛的可传递性,并指出它对自然物质进化以至人类产生的重要意义。在认知过程的讨论中我们指出了本体层次属性信息从客观现实世界传递到人的主观认识世界而形成认识层次的知识信息。现在,知识信息从主观认识世界又输出到客观现实世界,显然又是信息可传递性的继续,而且它是更 有意识和有目的性的信息传递 。这种信息传递自然也是需要依靠物质和能量作用的。例如,人讲话输出话音信息的过程,是由大脑控制把人脑中存储的知识信息通过神经系统传递和控制喉舌的震动,把语音信息转换为喉舌振动频谱的变化,喉舌震动推动空气波的同步振动而把语音信息传递给听话人的耳膜并通过推动耳膜的震动又把信息传递给听话人的大脑,大脑通过思维的智能处理而理解发话人所传递过来的信息内容。又如,人的写字过程则是人脑直接通过神经和肌肉系统控制人手指的动作而把人脑中的知识信息内容以文字的形式表达出来;人制造工具和技术设备的过程,也是人脑控制双手的操作实现的。这个过程似乎物资、能量的作用更为明显,但实际上知识信息的作用仍然是主导的。有很多动物的力气比人要大得多,但它们并不会制造工具。制造工具过程中,知识信息被直接转换为工具和技术设备的功能和性能。它们也是属于客观世界中客观事物的一种属性信息。因此,这仍然可以看成是一种信息传递,是主观认识世界中的知识信息,传递到客观世界并转换为工具或技术设备的属性信息。 知识信息输出的结果,形成一个与自然世界很不相同的人造世界,这个人造世界,既是人类通过劳动用自己的双手创造的,更是用自己的知识和智慧通过科学技术力量创造的。因此,我们可称它为人造科技世界。由此可见,科学技术确实已成为现代社会发展生产力的最重要因素,甚至被称为“ 第一生产力 ”,知识信息正是通过科学技术形成的生产力来改造客观世界的。当然,这个人造科技世界仍然是客观现实世界的一部分,但它比客观自然世界增加了自然世界中所没有的知识的属性。由此可见, 认识层次的知识信息既可存在于主观认识世界之中,也可存在于客观现实世界之中 ,而且也可在主、客观世界之间交流、传递。有人把主观认识世界中的知识信息称为“ 隐形意识知识 ”,客观现实世界中知识信息称为“ 显型编码知识 ”。这种显形编码知识信息在人造科技世界中具有很强的活力。它不仅是推动人类社会发展的重要动力,也进一步深化了信息概念的内涵。对此我们可进一步分析如下: ( 1 ) 社会共享性 。人类是以社会群体方式生活和发展的,基于个人认识而形成的个人知识信息必须汇入到社会中进行交流、学习、分析和积累才能逐步形成人类社会对客观世界比较正确、全面和本质的认识,形成可为人类社会共享并可代代相传的科学知识和信息资源。因此,也有“ 信息是指人类共享的一切知识 ”的定义。 ( 2 ) 层次性与多样性。 在人类社会中,知识信息的具体形态是多种多样的,除了文字、语言、图像、视像、二进制编码数据等不同的信息表现形式外,人们常使用的消息、新闻、数据、知识和科学等术语,也可看成是知识信息的一些不同的具体形态,因为它们都是基于认识而产生的。当然,知识信息依照它们所反映客观世界事物属性的正确、全面和深刻的程度而有层次性。例如某个人观察到的某种现象、从某具体事物直接采集到的数据、听到的某一条消息等,应是比较低层次的知识信息;而经过科学研究和实践检验形成的科学知识,应是比较高层次的知识信息。小学、中学和高等学校的不同课本知识,当然也反映了知识信息的层次性。人们设计各种信息系统的目的,也正是要把较低层次的知识信息提升为较高层次的知识信息以形成可为人类共享和更有价值的信息资源。流行的“从数据中提取信息,从信息中挖掘知识”的提法值得商权,因为它所反映的信息和数据、知识的关系,比较含混。 ( 3 ) 价值与价值相对性 。 正确反映客观事物属性的知识信息是社会发展的重要战略资源,因此是具有社会价值的。其价值大小,总体上取决于知识信息所反应客观事物属性的正确、全面和深刻程度。但其价值也具有相对性:这一方面由于客观世界不断发展变化,知识信息的价值有其时效性;另一方面,由于人的主观因素,同样的知识信息对不同的人可能有不同的有效价值。 ( 4 ) 信息与 技术融合。 主观认识世界知识信息的输出,创造了生产工具也发展了各种信息技术来支持知识信息在人类社会中更高效的交流和积累。知识信息在客观世界中的采集、传输、处理、存储和利用控制,已越来越多的依靠各种不断发展的信息技术来实现,这与属性信息在客观自然世界中完全自然传递的情况已有很大的差别,它更有目的性。知识信息发展信息技术,信息技术又推动知识信息的积累是相辅相成的,也是信息和技术融合的体现。 3.5 知识信息的内容与形式问题 — 信息与语言关系的进一步分析 由于知识信息是通过人脑思维处理后而形成的对客观世界的认识,因此知识信息的“信息内容”本质上就是人脑中产生的“ 对客观世界的认识 ”,也即是客观世界各种具体事物属性在人脑中反映的内容。前已指出,知识信息以一种特殊的、编码的方式来表述,与本体层次的属性信息相比,其信息内容与信息形式的关系问题,具有更加复杂和深刻的内涵,我们将在这里作进一步的讨论: ( 1 ) 广义语言 — 知识信息编码结构的一般形式 。“语言”本是人类最早通过话音进行信息交流的一种编码方法,随后又创造了文字、图像、数字等各种编码方法来表述与交流信息。近来,人们逐步使用 广义语言 的概念来统一描述这些不同的信息编码方法。例如,文字被称为可书写或可存贮的语言、图像可称为描绘性语言、二进制编码则是专为计算机而设计的机器语言,进而在人–机通信中还设计了各种编程语言等。聋哑人用手势和表情来交流信息,我们也称为哑语或肢体语言。可见, 广义语言已成为表述和承载知识信息的通用编码概念 , 是 知识信息编码结构的一般形式, 这对我们进一步理解知识信息的特性具有重要意义。 ( 2 )语言中的语义和语法。 语言要表述和承载的知识信息内容是非常丰富的,因此,任何一种语言,都需要定义一定数量的 语言基元 ,然后把这些不同的语言基元按一定关系组织起来表述一定的信息内容。使用不同基元以不同的关系组合就可以表述不同的、较多的信息。基元之间的组合关系,可以是空间位置关系或时间顺序关系,这种组合方法就称为编码,所以基元有时也可称为码元。为了以较少的基元产生更多的信息组 合, 语言一般都是一种层次结构的语言体系 。在语言体系中,通常由基元先组成字,字的信息含义称为字义,若干字按一定关系组合成词,字与字组成词的关系称为字法;词的含义称为词义,若干词按一定关系组成句,词与词组成句的关系称为词法:若干句再按一定关系组成可以最后表述比较完整信息内容的语言,句与句组成语言的关系称为句法。语言所表述的信息内容称为语义( Semantic ),语言的这种编码层次结构称为语法( Syntax ),是语言信息的形式。 语言信息存在于语义和语法的双重规定之中 。这也体现了信息内容与形式的统一。 ( 3 )语言与存贮、传输介质属性的关系。 用语言编码体系所表述的信息必需通过某种物质介质存贮和传输,这需要通过物质、能量的作用,把语言的编码结构反映到存贮、传输介质的某种属性变化之中。如把文字写在纸张上,就是把文字语言的编码结构用颜色反映到纸张上,也即改变了纸张的属性;人们讲话交流信息时,就是把话音语言的编码结构通过喉舌振动反映到空气波的频谱属性变化之中;计算机存贮的二进制编码信息就是把二进制编码语言的 0 、 1 数字编码结构(时序结构)反映到存储设备磁介质的状态属性之中。也就是说, 知识信息的信息内容以语言编码结构的形式表现,而语言编码结构又以存贮或传输介质属性变化的形式表现 。介质属性变化属于本体层次的属性信息,因此,我们可以说, 知识信息最终还是要以本体层次的属性信息形式来表现的 ,但它具有多层次嵌套关系。知识信息的各种语言编码结构,对于它们所表征的知识信息内容而言,是信息内容的表现形式;但对于存储和传输介质而言,它们又是以介质属性变化信息形式所表征的信息内容,是实际存储和传输的“信息内容”。与本体层次属性信息相似,这仍然体现了信息形式与内容的嵌套和多层次性。 ( 4 )通信系统中的语法信息 。我们曾指出,信息的可传递性是信息的一个重要本质特性,在人类社会中,人们设计了各种人造通信系统来更高效、更可靠和更有目的的对知识信息进行传输,因此研究知识信息在通信系统中的基本特性具有重要意义,它是信息交流、共享、处理和再生利用的基础。 存贮是暂停的传输、传输是流动的存贮 ,它们并无本质的区别。前已指出,通信系统是以传输介质属性变化反映语言编码结构来实现信息传输的。因此,通信系统在实际传输知识信息过程中,只“知道”它所传输的各种知识信息的具体编码结构,而并不知道,也不必知道编码所表达的真正“知识信息的内容”。通信系统只要在传输知识信息过程中,保证编码结构不失真和不产生错误,就可自然实现知识信息内容的正确传输和存贮。前已指出,语言的编码结构体系称为语法,因此,也有人把通信系统中传输的信息称为 语法信息 。语法信息的内容就是编码结构,语法信息的形式就是介质属性的变化。在通信系统传输语言信息的过程中,有可能要使用不同的传输介质,如使用空气波、电磁波、光波等。不同介质的属性不同,可能会改变所传输语法信息的形式,但只要保证所传输的语法信息的内容,即编码结构的结构内容不变,即可完成语言信息的正确传输。有时,为了信息传输的高效和安全,还可能对所传输语言信息进行压宿或加密等处理,这种处理将改变语言信息的编码结构,即语法信息内容,但只要信息处理系统通过对应的解压或解密过程能够完全恢复原来的编码结构,则也不会影响信息的正确传输。 ( 5 )信息处理系统中的智能和语义信息 。人类在通过语言进行的信息交流中,通信系统把发送方的语言编码结构信息(语法信息)正确地传送给接收方,接收方需要从得到的编码结构信息形式中获得发送方传递过来的信息内容,就需要对编码结构体系的语法进行分析,包括对字法、词法、句法的分析,这就要求接收方具有信息处理的能力 — 智能。这种分析过程,也就是对语言信息内容的理解过程,这对于具有高级智能的人来说,如果他已非常熟悉这种语言,这个过程是在他大脑中瞬间完成的。接收方经过智能的分析和理解,获得语法信息中的语义,被称为 语义信息 。语义信息的形式是语言的编码结构,其内容就是发送方所传递的信息内容。所以我们说, 通信系统的功能主要是正确传输语法信息,语义信息是寓于语法信息之中被自然传送的;而要从分析语法信息中获得语义信息则需信息处理系统来实现 。它们的功能不同,但又有密切联系,语义信息始终是存在于语法信息之中。信息处理系统也始终离不开信息传输和存贮系统的支持。通信系统中压缩 / 解压或加密 / 解密等变换编码结构的处理,也常需要信息处理系统的支持。除了人具有高级智能的信息处理能力外,人造的计算机也具有相当强的信息处理能力。计算机“认识”二进制编码语言,因此可以在理解二进制编码语言写的指令信息含义后去执行有关操作。这就是计算机的智能,它是由人赋予的,因为,计算机、计算机语言、计算机指令系统和计算机程序都是人利用自己的高级智能设计、制造的。语言交流信息中还有一个重要问题是:不同语言的翻译问题。无论是中文与英文之间或编程语言与计算机机器语言之间,都需要经过语言翻译才能实现信息交流。语言翻译也是一个智能的信息处理系统,它需要分析一种语言的编码结构并理解其语义信息内容后,再用另一种语言的语法来表述它所理解的语义。 语言翻译就是一种改变语法信息形式但保持语义信息内容的一种信息处理。 当然, 智能的信息处理,并不仅是理解信息的内容,它还可以在理解信息内容的基础上,进行计算、综合、判断、推理等更复杂的处理,因而可以产生新的信息内容。如计算 1+1=2 ,或分析地质勘探数据信息获得地层中石油存贮状况的信息。新的信息内容也是一种新的语义,因为它总是要以某种编码结构形式进行存储和继续传输的。 ( 6 ) 信息使用者获得的语用信息和信息价值 在信息交流中,接收方通过语法分析获得的语义信息,只是发送方发送信息内容的完全拷贝,它对于接收者可能有用,也可能无用,或者部分有用,部分无用。因此,具有智能的接收者,对于所接收到的信息内容,一般还会进行选择和过滤的处理,并只把对自己有用的信息内容留下而拒收对自己无用的信息,这种对具体接收和使用者有用的信息,被称为 语用信息 。它应是收到语义信息中的一个子集。语用信息被具体使用者收下以后,仍将以一定的编码结构形式(语法)存储和继续传输。接收者对收到信息的选择过程,也是一个复杂的信息处理过程,它不仅要正确理解所收到信息的语义内容而且要与自己已有的知识信息比较、分析和决策。在人类社会多方信息交流中,发送方发出的信息,经过通信系统对语法信息的正确传输,所有接收方可以收到相同的语义信息,但每个接收者最后得到的语用信息却可能是不同的。如学生在课堂上听同一老师讲课,每个学生获得的语用信息是不同的;许多人可能看过同一本书,各人从书中获得的有用信息也是不同的。因此,语用信息体现了信息价值的相对性和主观性。但对于社会共享的知识信息,信息价值仍有它的社会性和客观性,如前所述,这取决于知识信息反映客观事物规律的正确与深刻程度。语义信息的知识信息内容经过具有一定智能的信息处理系统处理后,有可能改变或提升其使用价值。人们设计各种信息处理系统常有两种基本目的:一是使输入的语义信息内容经过处理后,能更全面、正确和本质的反映客观世界属性以提高其社会共享的价值,这是面向社会共享的语用信息;二是根据不同使用者的不同目的和环境,使输入信息经过处理后能更有效地满足具体使用者的要求,这是面向个体使用者的语用信息。两者也是有密切联系的,前者是基础,知识信息的社会共享价值越高,具体使用者可能获得的具体使用价值也越高,任何社会信息资源的价值,最终还是要通过具体使用者的使用来体现的。由此可见,语义信息与语用信息的关系,基本上是信息处理系统的输入与输出的关系。当然这种关系也是相对的,经过处理后的语用信息,仍是一种新的语义信息,它仍将以某种编码结构形式存储或继续传输。 ( 7 )探讨语言编码结构之源 虽然我们这里是把语言编码结构作为知识信息的一种特殊表现形式来讨论的,也即认为语言是基于人的高级智能创造形成的。但如同知识信息源于自然界的属性信息,表述知识信息的语言也应与自然界生物体属性信息表现方式具有联系。首先我们可以注意到,在不具有高级思维能力的一般动物之间,实际上也会使用一些不同的声音来传递和交流信息,如呼叫同伴、发现猎物、通知险情和求偶等,这实际上也是一种原始的、简单的编码语言,我们也常称为鸟语、兽语。其次,近代生物信息学发现生物体中存在的遗传信息和生命信息也是以 DNA 基因组的大分子编码结构方式体现的,人们也把它称为遗传语言或生命语言。可见,这种以编码结构的语言来表现信息内容的方式,是在自然界生物体进化过程中逐渐形成和发展的。生物进化到了具有高级思维能力的人类,创造了人类语言、文字、数字等各种高级的编码结构语言,应该是自然界生物体中基因组编码结构生命语言自然延伸的高级发展。当然,在人的大脑中究竟是如何对基于认识的知识信息进行编码并存贮于大脑中的?它与生物体中基因编码结构以及人类社会中各种语言的编码结构有何联系?还有待我们更深入地研究和探讨。 3.6 认识层次信息概念的有关哲学思考 我们也曾指出,认识层次信息概念是在辩证唯物主义认识论基础上形成和建立的。而认识层次信息概念的引入也进一步发展和丰富了辩证唯物主义的认识论。对此,我们 可以简要讨论如下: ( 1 ) 认知过程的信息分析,进一步揭示了物质与精神的基本关系 物质与精神,存在与意识的关系问题,历来是哲学要研究的一个最重要的基本问题。一般地说,意识是人脑对客观世界比较直接和感性的反映;思维则是比较间接和理性的反映,精神是包括意识和思维活动内涵的一种人脑的高级反映,是与物质相对立的一个哲学范畴。认知信息系统所揭示的认知过程也揭示了 意识、思维活动的实质正是一种信息的传输和处理过程 ,由此产生的精神内涵也正是认知过程在人脑中产生的知识信息内容,是客观物质属性信息反映给人脑的结果。这更科学地说明了物质世界是独立于人意识之外的客观存在,是认识的客体、知识之源,是第一性的,而意识、精神是第二性的。 ( 2 )信息也是精神世界存在的表征 根据所分析的认知过程可见,任何意识、思维信息活动都是在人和人脑系统中的物质和能量作用的基础上进行的。认知过程所产生的知识信息,一方面是客观事物属性在人脑中的反映;一方面也是人脑的这种特殊客观事物的物质属性表征。因此,精神虽然不是物质,但它本质上仍是物质的高级反映属性的表征。精神世界的存在仍然是依附于物质世界的。我们所说的“主观认识世界”,也不是独立于客观物质世界以外的,而是依附于它的。如果说,本体层次的属性信息表征物质世界的存在;那么,也可以说,认识层次的知识信息则表征了精神世界存在。通过信息的联系,也说明 物质与精神具有同一性 。可见, 信息不仅是物质世界存在的表征,而且也是精神世界存在的表征,更是物质世界与精神世界相互联系的中介 。 ( 3 )物质可知性的深化 辩证唯物主义哲学强调“物质世界不仅是客观存在的,而且是可以感知和认识的”。属性信息表征物质存在(包括直接存在和间接存在)正是物质世界可知性的基础。人脑所以能够从感知的客观事物表面属性中经过思维的分析、推理、判断等信息处理而获得对事物内在本质属性更深刻的认识,正是因为如本体层次属性信息概念所揭示的,由于客观事物表面属性中客观上已经反映有事物内在本质属性的内容,否则,大脑思维是不可能凭空想象出它表面看不到的事物内部的东西的。而这一切,又都是源于客观物质世界事物之间存在普遍相互联系和相互作用的物质本质。 ( 4 )“实践是检验真理的标准”的辩析 认知过程的信息分析也指出了人对客观事物认识的局限性、片面性和主观性。这是唯心、迷信、伪科学等一切错误思想产生的原因。所谓“真理”也就是对客观事物本质和规律的正确认识。认识源于实践,因此认识是否正确,只有通过实践来检验。从这个意义上讲, “实践是检验真理的标准” 的提法应该是不错的 。 但孤立的使用这句话来来分辩社会政治生活或科学研究中的是非、对错,仍可能产生实用主义的偏差。首先, 真理只有相对性 ,认识的正确性也是相对的,并且需要不断随客观事物发展而发展;其次, 实践也有局限性 ,在给定时空范围和有限人群的实践,也难以获得完全准确的认识;最后, 检验也可能有主观性 ,不同人以不同观点、立场,对同样的实践可能会得出不同的结论。因此,我们还是应该强调, 人类对客观世界的认识是一个反复实践、反复认识的过程,而且由于客观世界本身又是不断变化和发展的,实践、认识、再实践、再认识应该是无限的。 ( 5 )精神变物质,信息与力的关系问题 根据我们对信息与知识、科技关系的分析,认识层次知识信息通过科技形成生产力而实现对客观世界的改造。这正体现了“精神变物质”的哲理。同时也提出了信息与力的关系问题。有人也提出了信息力和信息能的概念。我们认为信息通过科技形成的生产力确实可以改变自然界和人类社会的结构、状态,这是与物理意义上力的作用相似的。从这个意义上讲,信息在一定条件下具有力和能的作用。但我们似仍不能把信息与力混同,它们是不同的但有联系的概念,力和能量都是客观运动物质的一种具体属性,知识信息则是对客观事物本质属性包括力和能量属性的认识,人类运用知识设计各种先进的工具和技术设备而形成生产力,这种生产力对客观世界结构和状态的改变最终仍然是通过物质、能量和力的作用来实现的,只是人类运用知识信息把它们按一定的目的和自然规律组织起来,因而可以达到比自然力和能更大的作用。是否需要专门使用“信息力”和“信息能”的术语和概念,似值得商权,感觉可能会引起信息概念与力、能量概念的混淆。 4. 信息本质概念讨论小结 4.1 关于体现信息本质概念的信息定义 我们理解,作为能够体现信息本质概念的信息定义应具有以下两个基本条件: ( 1 )它应从哲学意义上明确回答:信息既不是物质也不是能量,信息究竟是什么? ( 2 )它应该涵盖一切具体领域中各种有关信息定义和概念的内涵,即具有普适性。 据此,我们试用了以下定义来表述信息的本质概念: ( 1 )“ 信息是客观事物普遍属性的表征 ”。 ( 2 )“ 信息是被反映的物质属性 ”。 ( 3 )“ 信息是在一事物属性中所反映的另一事物的属性 ”。 ( 4 )“ 信息是以一事物属性为形式所反映的另一事物的属性内容 ”。 以上几种信息定义表述的应是基本相同的信息本质概念,只是具体方式与程度不同。究竟如何更准确地表述能体现信息本质概念的信息定义,也还有待进一步研究。 为了揭示信息概念中的深刻内涵,我们着重分析了以下三个重要问题: ( 1 ) 信息与属性的关系问题 。基于“客观事物在无限时空域中存在普遍联系、相互作用”的观点,承认“任一事物的属性中反映着与其有联系的其他事物的属性,任一事物的属性可以在与其有联系的其他事物的属性中反映出来”,因而把信息的概念建立在客观事物“属性的反映”、“属性的表征”、“被反映的属性”等概念的基础之上。建立了信息概念与属性概念既有严格区别又有密切联系的关系,建立了本体层次属性信息和广义属性的概念。信息的“被反映的物质属性”的概念也涵盖了认识层次信息的概念,揭示了认识的本质,因而可把认识层次的信息定义为:“ 人对客观事物的认识 ”、“ 客观事物属性在人脑(属性)中的反映 ”,并据此建立了信息与知识、智能、科技的关系,建立了知识信息和广义知识的概念。无论是人脑中的个人知识或人类社会中共享的知识和各种信息资源,本质上都是对客观事物普遍属性(包括规律)的认识,因此也都是客观事物属性直接或间接的反映。 ( 2 ) 信息的传递和可传递性问题。 基于“客观事物普遍联系和运动发展” 的观点,分析了信息在物质、能量作用下的传递和形成过程,建立了信息传递与属性反映的关系。从而揭示了信息概念的一个重要的本质特性 — 可传递性。在信息可传递性分析中,强调了信息在无限时空域中的可传递性以及信息传递体现事物间接联系的特点。揭示了信息表征物质直接和间接存在的哲学义意,也揭示了信息与物质、能量的区别和联系。信息的可传递性也直接揭示了人类的认知过程,从而也是认识层次知识信息概念形成的基础。信息的可传递性,不仅沟通了客观自然世界、主观认识世界与人造科技世界的联系,而且也揭示了属性信息与知识信息之间的转换关系,进一步说明了信息在自然界物种演化、人类进化、科技发展和人类社会发展中的重要作用。 ( 3 ) 信息内容与形式的关系问题。 基于对 “ 客观世界多样性、层次性与复杂性 ” 的认识,和哲学范畴中“形式与内容,现象与本质”的概念。用“ 信息是以一事物属性为形式所反映的另一事物的属性内容 ”的定义,直接揭示了信息形式与内容既有区别又有联系的辨证关系,强调了信息概念应是信息内容与信息形式统一的概念。它进一步体现了人对客观世界的认识,也是以人大脑某种结构属性变化为形式来反映的客观事物属性内容。但人的高级智能使信息形式与内容的关系产生了更复杂的变化:一方面,人脑智能可以通过感知的客观事物的表面属性信息(形式)来认识客观事物的内部本质性信息内容;另一方面人脑智能产生了表示知识信息内容特有的编码结构形式,建立了广义语言的概念,分析了信息与语言的关系,语言中语义信息、语法信息概念中所体现的的信息内容与信息形式的复杂关系。语言中信息内容与信息形式的概念,在人造信息传输系统、信息存储系统和信息处理系统的实际应用中也有重要意义,它还涉及到知识信息内容、语言编码结构形式与传输存储介质属性形式的关系。 通过上述三个问题的分析,也试图说明,所提出的能够反映信息本质概念的信息定义,无论在本体层次或认识层次的各个不同领域,都具有相当的普适性。 4.2 信息概念的世界模型 信息概念的世界模型把世界划分为客观自然世界、主观认识世界和人造科技世界三个相互联系的组成部分,用以概略地描述本体层次属性信息与认识层次知识信息的形成和相互关系,也反映了人类认识和改造客观世界的基本过程,它实际上也是一个人类社会发展的复杂信息系统模型,初步揭示了信息在增强人的智能、推动科技发展和提高社会生产力方面的重要作用(有关人类社会发展系统的信息分析可参看参考资料 10 ) 。 4.3 信息的基本分类 4.4 本体层次的属性信息与认识层次的知识信息的关系 4.5 对众多信息定义和概念表述的归类和评述 根据上述对信息本质概念的认识,我们这里对已知的众多信息定义的思路和问题也作一些归类和评述: (1) 直接把信息简单定义为事物的属性或某种属性 。如: “信息是事物运动的状态和方式”; “信息是个物质的普遍属性”; “信息是事物的本质属性,是关于事物的结构、状态、关系及其变化的属性”; “信息是物质、能量在时空中分布的不均匀性”; “信息是系统的复杂性”; “信息是有序性的度量”; “信息是负熵”; 这类定义,混淆了信息与属性的差别,没有反映出信息概念的本质,也无法使本体层次与认识层次的信息概念统一起来。 ( 2 ) 把信息定义为事物某种具体属性的反映或表征 ,如: “信息是被反映的特殊性”; “信息是被反映的差异”; “信息是事物组织性、有序性的表征”; “信息是事物相互作用过程的表征”; “信息是结构的表达”; 这类定义,虽然明确了信息是属性的反映这一信息概念的本质,但局限于某种具体属性,缺乏定义的普适性,事物的普遍属性包括事物的多样性、有序性和互相联系特性等等。信息的概念应该是所有这些普遍属性的反映或表征。 ( 3 ) 仅在与人有关的认识层次定义信息 ,如: “信息是人脑对客观事物属性的能动反映”; “信息是物质与意识的中介,是认识的中介”; “信息是人与外界相互作用的过程中所交换的内容的名称”; “信息是作用于人类感觉器官的东西”; “信息是指人类共享的一切知识”; 这类定义,虽然在认识层次上反映了信息概念的许多重要特性,但实际上否认了信息在人类社会以前和以外的客观存在,因而也割断了认识层次信息概念的本源。容易使人误解为:信息只是精神领域的概念。 ( 4 ) 仅从通信领域或其他具体领域定义信息 ,如 “信息是有用的消息”; “信息是对消息接受者来说预先不知道的报道”; “信息是用来通信的事实,在观察中得到的数据、新闻和知识”; “ 信息是通信传输的内容 ” 这类定义多出于早期的比较权威的科学家或经典的词典条目,因为信息论和信息概念的研究正是从通信领域开始的,它们也确实揭示了信息可传递性及信息形式与内容关系的有关重要概念,但它们仍然是局限于人类社会中人与人之间的通信领域,没有涉及本体层次自然界中信息的传输以及认识层次从客观世界到主观世界的信息传输问题,所以也难以从哲学高度揭示信息的本质。也不具有普适性。 ( 5 ) 从信息的作用、功能、特性或度量方法等方面来定义 ,如: “信息是消除随机不定性的东西”; “信息是能用来消除或减少信宿关于信源不确定的东西”; “信息是使概率分布发生变动的东西”; “信息是有序性的度量”; “信息是作用于人类感觉器官东西”; 信息的各种功能、作用能够在不同的方面体现信息的许多重要概念和特性,但毕竟不能作为信息的定义,没有明确回答“信息究竟是什么?”。“东西”本身就是一个比较含糊的词,容易被误解为某种物体或物的性质。 4.6 科学体系结构新探 科学是人类共享知识的体系,也是认识层次知识信息内容的精华,科学体系应由具体领域的分类科学按一定结构关系组成的,我们试用图 6 所示的科学体系结构图来从总体上反映现代科学体系的发展。图中我们试图揭示现代科学体系发展中的以下几个重要特点: ( 1 )提升信息科学与系统科学并列为辩证唯物主义哲学的两大支柱科学,辩证唯物主义哲学通过信息科学与系统科学的原理和方法来指导自然科学与社会科学的研究。 ( 2 )信息科学与系统科学都是在辩证唯物主义哲学关于客观事物存在普遍联系和不断运动发展观点基础上发展起来的,而信息科学与系统科学的发展又丰富了辩证唯物主义哲学的内涵。信息科学与系统科学的进一步发展,也仍需我们更多的从哲学高度上思考和分析问题。信息科学、系统科学与哲学之间也开始出现一些交叉学科,如系统辩证学、信息哲学、系统哲学等。 ( 3 )虽然信息科学与系统科学的研究对象、内容和方法都有所不同,但它们确实存在自然的哲学基础上的密切联系,具体应用上,也几乎是难以分割的。系统的结构和功能在很大程度上是通过信息联系或体现的,而信息的传递则是依靠各种系统的活动实现的。整个人类社会发展就是一个巨型复杂信息系统。信息科学与系统科学如何进一步结合、融合与交叉,还有很多问题需要我们进一步深入研究。 ( 4 )信息科学与系统科学的发展已越来越多和越来越深入地渗透到自然科学和社会科学各种具体科学领域中来,因而也必定推动许多新兴的交叉科学的发展,如生物信息学、化学信息论、量子信息科学、地球信息科学和信息经济学、系统管理学等,它们也将推动社会科学与自然科学的交叉。科学或学科的交叉,既是科学发展的创新点也往往是科学发展的难点,值得我们关注。 参 考文 献 1 毛泽东 . 实践论 . 毛泽东选集 . 第一卷北京 : 人民出版社 . 1991 282-298 2 李 琦 . 哲学信息论导论 . 陕西 : 陕西人民出版社 . 1987 3 乌 杰 . 系统辩证论 . 北京 : 人民出版社 . 1991 4 钟义信 . 信息科学原理 . 北京:北京邮电大学出版社 . 1996 5 倪鹏云 . 信息 • 系统 • 网络 . 系统辩证学学报, 2000.4 6 倪鹏云 . 计算机网络系统结构分析(第 2 版) . 北京 : 国防工业出版社 . 2000 7 倪鹏云 . 从信息化浪潮到知识经济浪潮的思考 . 计算机世界 , 2000(13) 8 倪鹏云 . 社会信息化与知识经清发展的系分析 . 第 46 届国际系统科学年会 , 2002.8 9 倪鹏云 . 系统科学与信息科学相结合的哲学思考 . 系统辩证学学报, 2003 ( 1 ): 61 ~ 66 10 倪鹏云 . 人类社会发展进程的系统分析 . 系统辩证学学报, 2004.3 11 杨平安 . 论信息的哲学意义 . 潜科学网站期刊, 38 期 2004.3 12 邹晓辉 . 论影响人类基本认识的信息概念 . 熵信息复杂性网站 , 2004.9 13 陈雨思 . 信息定义与信息本质 . 潜科学网站期刊, 38 期 2004.12 14 鲁晨光 . 摒弃信息哲学中的朴素反映论思想 . 系统科学论坛, 2005.1 15 姜 璐 . 信息是什么 . 科学出版社 . 21 世纪 100 个交不科学难题, p666 , 2005.1 相关链接 * 埃、意、法三国旅游的信息启示 * 从信息现象探讨信息本质 * 气象风云中的信息传递 * 信息在时间域中的传递 * 看哈勃望远镜十佳图片的信息启示 * 生物体中存在基因信息说明什么 * 信息与知识、科技关系的进一步探讨 * 信息度量与系统复杂性问题分析 * 申农信息定义的局限性与潜在的普适性 * 关于钟义信信息定义的讨论 * 信息是有意义的数据? * 整理一下对信息本质问题研究的思路 * 就信息本质定义问题与洪昆辉老师探讨 * 信息概念中的变与不变 * 信息是对物质属性的反映? * 信息要从知识与数据的夹缝中跳出来 * 信息本质问题值得进一步讨论下去 * 信息是否仅在认识层次中存在? * 信息本质与事物相互作用关系的分析 (2009.1.16 整理编辑 倪鹏云)
个人分类: 信息本质探索|12666 次阅读|31 个评论
关于量子和宏观现象的进一步思考
zhangxp 2008-3-6 01:32
1. 世界是发生的事情,而不是存在的事物。(怎么有点象维特?) 2.量子和信息 U和R。在量子信息里,将没有测量时波函数的线性过程称为U过程,测量时的坍缩称为R过程。 2.1 当把测量仪器和被测物作为一个整体时,R过程就没有了,只有U过程。 2.2 如果只有U过程而没有R过程,信息永远提取不出来。 2.3 读出信息必然导致退相干,见双缝实验中本质上不可能的测量。U过程是时间可逆的,R过程是事件发生,就不可逆了,这个不可逆应该和第二定律的不可逆有明确的逻辑关系。 2.4 波函数的结构信息没有信息,退一万步即使你说有那也是不可知的,实际上我们所知道的结构信息无一例外是来自于以前测量得到的交换信息。所以只要是信息都由测量得到,没有其他来源。 2.5 信息最终要落实到认识主体,即我。 2.6 如果说整个宇宙,那显然包含测量主体在内,那就只有U过程,不会有R。 3. 关于猫 3.1 不能说猫是一半死一半活的,而是我们没有关于猫死和活的信息,除了信息之外,并没有脱离信息的客观实体,我们之所以难以理解这个问题是因为我们有错误的本体观,信息之下的客观实体假设是因为惯性和因果性,而这都是复合信息因统计导致的大概律事件,所以本体观没有大错,可以在经验中使用,但追究到尽头则是没有的。因为猫是复合态,它的生死有多种其他原因可造成,他的生死状态也有多种测量方法可以采取,正是这种宏观物体的复合态淹没了单态导致人的客观实体观念,这样可以说人是被骗了,如果只取少量的信息则宏观物体和量子没什么不同。 3.2 关于魏格纳的朋友,也没有不好解释的,在里面的朋友知道了猫的生死,不代表在外面的魏格纳知道,魏格纳只有从朋友处获得信息或从其他途径获得信息才会知道,我并不直接感知其他人的意识,意识最终要落实到自我意识上,当然是我的自我意识而不是你的,但是对于你来说,就是你的自我意识了。李样说:我为什么不是你? 3.3 说只有人有意识而猫没有意识是荒谬的,只要有相互作用就有意识。 4、时间 坍缩为何发生?不知道。坍缩在何处发生?不知道。坍缩在何时发生?这个知道,在现在发生,现是显现的现,在是存在的在,当存在显现的时候,我们叫它现在,时间不是一个通道,我们不能在其间游来游去,那只是动力学的看法,时间概念的形成是因为记忆,而记忆也是大量信息基于统计产生的惯性。 4. 空间,存在和感知 4.1 波函数内秉属性是粒子在空间各点出现的概率,现实的空间则由测量构建,这样空间概念就有一个鸡生蛋蛋生鸡的问题,或许波函数的内秉空间属性还是由之前的现象空间决定的。(未知) 4.2 如果没有波函数的坍缩,世界啥事也没有,没有空间、时间、事件、意识,当然也就没有存在,这就是传说中不生不灭其大无外其小无内的无极吧?然而只要生命一息尚在,坍缩就在现在发生,现象、存在、变化、因果性都从无中生有了。 4.3 无论如何我们不能否定一个事实:即一切发生的事情都是我的意识。睁开眼睛看到世界----这不是我的意识么?存在就是被感知----还有比这更明显的事实么?我可不想鼓吹唯我论,但至少自在之物不等于现象的存在,而自在是如何成为现象的,这个古老的哲学命题必须要有一个物理解释,并且现在的物理已经被逼着走到了这个问题跟前,绕不过去了。 4.4 究竟是由现象来解释本质还是由本质来解释现象?这不重要,关键是逻辑上无矛盾,即自恰,还要就是要符合经验事实。 5. 因果性 5.1 因果性是指两件发生的事情在时间上呈前后继起的必然性。这在哲学上早就被休谟喀擦掉了。因果性的因是一次测量,果是另一次测量,两次真随机的事件之间是没有因果性的,只有复合态的物体才因量子统计的大概率效应显现出现象上的因果性,波函数的坍缩不属因果性范畴(因为只是一次测量),不能超出因果性的概念定义而在坍缩过程中去找因果性,这属于语法错误。 5.2 如果因果性的概率=1,那就没有偶然性了,也就没有变化了,解释不了事物随时都在变化的事实。 5.3 所以因果性是经验的,只是基于大概率,并不可靠。 6. 宏观事件 6.1 月亮在没看它的时候作为月球仍然存在,这个说法是有问题的,因为忽略了变化,任何东西在两次测量间都有变化,变化中的真随机不可预测,此刻看月亮存在不能保证下一刻看月亮还存在,这只是个大概率事件,量子颤栗有很小的概率可以颤栗出大动作。 6.2 宏观现象不但不和量子力学相违背,正好相反,没有量子力学,宏观现象就无法解释,比如你有一个朋友,一年来没有任何消息,你就不知道他是死的还是活的,直到你什么时候因为测量而得到了这个信息,什么时候呢?在你得到这个信息的时候就是现在了。 7.分析哲学 鉴于信息的这种主客观混合的复杂性,现代的专业基础哲学走向语言分析就是必然且合理的,要不犯了语法错误还不知道,以为在研究一个有意义的问题。 8. 唯信息论 所谓物质性(规律性)是由于信息系统的层次,信息系统可以有多个层次,信息本身是真随机,是没有物质性的,信息系统的下一层支撑对上一层就会呈现出物质性,但是信息系统的层次并非绝对,下层支撑上层,很可能上层又是下层的支撑,就这样循环支撑,形成鸡生蛋蛋生鸡的状态,所以物质性也不是绝对的。比如两个人拳击,他们的拳头呈现物质性,但他们不会认为双方的博弈意识也呈物质性,这就是信息系统的层次,当你去分析拳头的物质性,也要到下层去找,而这种层次可能构成循环,而导致结论是只有定义没有物质,物质性只是在信息系统的局部才有意义,反过来在信息系统的局部必然有物质性。我并不是要否定物质性,而是要找出物质性更基本的解释,否则我们就会迷信物质。 9. 物理 动力学采用的是神目观,默认信息是全知的,相当于没考虑信息问题。所以物理学的统一少了统计力学就不行,统计力学、量子力学、广义相对论,三者要统一,而不只是后两者。
个人分类: 物理|2612 次阅读|10 个评论
从测量概念入手解开量子力学之谜
zhangxp 2008-2-27 23:33
量子力学发展至今,哥本哈根解释虽然在实验上一再是得到支持的,但物理实在论者还是对它的物理意义的理解存在迷惑甚至怀疑。在我看来,导致迷惑的焦点最终都聚在测量上,而迄今为止人们对于测量的概念还考察得不够,以至于明显地疏忽了测量的一些特性。要找到揭开量子力学迷惑的钥匙,当从分析测量概念入手。 一、测量的初步定义及特性 我这里将测量初步定义为:所谓测量是指测量主体从被测物体获取信息的过程。 既然要获取信息,测量主体必须从被测物体获取能量,否则主体不会有任何改变,没有改变则不可能增加信息。 观点1:测量需要从被测物吸收能量,所以也必然影响被测物。 推论2:根据量子力学的基本观点,能量并非连续的而是量子化的,所以能量的交换当以量子为基本单位。 推论3:如果要对一个光子(光量子)进行测量,因为光子的能量已不可再分,所以必须一次将单个光子的能量全部吸收,不可能吸收部分光子。 二、根据测量的特性对量子力学的各疑问的解答 1、光的双缝干涉 双缝以A、B命名,除此不多介绍实验的具体情况。 这个实验表明单个光子同时通过A、B双缝,所以才产生干涉现象。人们对此的疑问是单个光子是如何同时穿过双缝的?是分成两半各自通过的吗?还是有其它的方式?我们能探测到光子是如何通过双缝的吗? 根据前面的推论3,如果想探测其中一条缝比如B缝,那么在B缝安装的探测仪器必须在该缝将单个光子完全吸收,那就相当于堵上了这条缝,于是双缝变成了单缝,干涉现象消失。 所以不存在这种可能性:既不影响光子从两个缝通过又能够测量到光子是从哪个缝通过。这种测量是从理论上不可能实现的 ,不是没有发现更好的测量方法,也不是没有发明更好的测量工具,也不是因为测量误差问题,而是光子本身的物理特性,所以光子的位置在本质上是不可知的。 不可知这个词是很暧昧的,它的直接意思是不可能被我们知道,但是人们在用这个词的时候,往往隐藏着另一个意思它事实上可能是某个样子,只是我们不能知道而已。因此,鉴于人类的这种好奇心,我们有必要进一步分析光子是不是事实上可能是某个样子。 在双缝实验中,因为有干涉现象,所以单个光子必须同时通过A、B两个缝,又因为单个光子的能量不可能分成两半分别通过两缝,所以必然的结论就是:对于光子来说,A、B两缝是不分开的,是同一个地方。两个不同的地方是同一个地方这意味着什么?这只能意味着A、B两点的空间概念对于光子来说没有意义,虽然在我们看来光子同时通过两个缝,但实际上它就没有分开过,我们可以说光子既在A又在B,或者说光子既不在A又不在B,或者胡说些别的什么,但是都没有意义,因为我们是用了空间的概念去描述没有空间概念的东西,怎么说都是错的。波粒二象性中的粒子性,其意义只是能量的粒子性,不可以理解为空间的粒子性,实际上迄今为止物理学没有任何信息告诉我们粒子具有空间粒子性。 但是空间概念怎么会对光子没有意义呢?难道空间概念本身有问题,或者我们对空间的认识还有很基本的错误?在上述分析中每个环节都没有问题,问题只能出在空间概念上。那么我们与其以空间概念去思维光子而百思不得其解,不如回过头来仔细分析空间的由来,我们有必要考察如下问题:空间概念是怎么来的?有什么适用范围?适用于不被观察的事物吗? ...(此处省略500字),所以,正是因为测量才产生了空间,未被测量之物没有空间概念。说光子的位置不可知也是不对的,而是我们本就不该以空间概念去衡量它。 2、薛定鄂猫 这一假想实验设计出一个实验方法将微观的量子事件引发出宏观的经典事件,以至于对于容器外的人来说这只猫居然是处于一半死一半活的态矢量叠加态(人们对此不能接受),这种叠加态会一直持续到打开盒子看到猫的时候才坍缩。 这个实验的条件是假设了容器是一个封闭的容器,没有任何信息能通过容器壁,那么,对容器外的人来说观察就是不可能的,所以容器外的人不打开容器就不可能知道猫的死活,这也是一个本质上不可知的事件,对于一个本质上不可知的事件我们凭什么去揣度它的客观状态呢?猫事实上就是处于半死半活的线性叠加态,没有观察就没有事实,窥视是不可能的,而关键正是人们总在想着窥视这回事,所以对这个实验结果不能理解。 所谓的物理实在论,仔细地进行层层分析就能发现:它的本质就是认为客观事物与观察无关,即认为一个事物它没被观察和被观察的时候是同样的,具有完全相同的物理属性,所以实在论必然的另一个意思是:观察对事物是零影响的。 因为零影响的观察是不可能的,所以说实在论内部有逻辑错误。 薛定鄂猫实验中并没有悖论,导致悖论的是人的实在论观念,量子力学同样适用于宏观事物。 为什么人们会在潜意识里假定了一种不需要能量交换的测量?那是因为在日常经验和宏观物理中,测量所需要的能量和被测物体的能量相比非常小,以至于对被测物的影响可以忽略不计,所以人们形成了这种错误认识,比如眼前的桌子,我们会认为当我们看到它和没看到它的时候它都是一样的。这种认识上的错误只有在被测物本身的能量小到和测量所需要的能量具有可比性时才会明显地暴露出来。 我将人们假定的这种不需要能量交换的测量称为神秘的第三只眼,当我们不进行观测而又要想象事物是什么样子的时候就是在潜意识里假定了那只虚无而又神秘的第三只眼。 *这里要加点只取很少量信息这样的内容,否则不清楚。 3、EPR悖论 EPR悖论的错误在于对于信息的传递缺少明确的定义。如前面对双缝干涉的分析一样,一对处于纠缠态的粒子,空间概念对于它们是没有意义的,无论在我们看来它们分开有多远但它们实际上就没有分开过,在量子态坍缩的时候并没有信息或能量在两点之间传递,所以不存在超光速,也就不违反相对论的局域性假设。 我们可以假设一个经典环境下的EPR事件以便更直观地理解: 假设这样一个事件,我将黑白两个球放入一个盒子里,然后由别人搅拌后再分别装入两个木盒子分开,此时我完全不知道哪个盒子装的是白球还是黑球,然后别人将一个盒子拿走送到很远的地方比如是月球,还有一个盒子留下来放在我的桌子上,此时我将桌上的盒子打开,如果发现是白球,那么同时我就确切知道月球上的那个是黑球,在这个事件中只有一次测量,并没有信息从月球传到地球。 这个实验逻辑上等同于EPR实验,两个球的黑白属性处于纠缠态,在我打开盒子的一瞬间波函数坍缩,按照EPR悖论的责难,则有信息在月球和地球之间瞬间传递,我们知道月球和地球相距38万公里,显然这个信息的传递超过光速。 我不知道信息传递的物理定义应该是怎样的,但我初步认为信息传递至少要有两次测量。假设有一个物体带着信息从空间的A点运动到B点,我们必须在A点测量确认该物的存在然后再在B点测量确认该物的存在,这样信息才可能从A点传至B点。在EPR实验中,测量只发生了一次,所以没有信息传递。 三、一些结论 1、对量子理论完备性的指责没有根据,量子力学自恰,和狭义相对论没有冲突,也适用于宏观世界; 2、测不准原理反映的是事物的本质,而不是测量方法或测量仪器有问题; 3、哥本哈根解释是合理的,只是在物理实在论方面结论不明确; 4、对量子力学的解释如果数学形式上没有不同怎么解释都可以,比如多世界、多历史,如果有数学上的不同则不能成立,比如隐变量,因为必然会推翻能量的量子化这个基本前提。
个人分类: 物理|3549 次阅读|9 个评论
为“信息、复杂程度、熵原理”统一定做的知识体系
zhangxw 2007-12-3 13:06
为信息、复杂程度、熵原理统一定做的知识体系--组成理论 张学文( zhangxw@mail.xj.cninfo.net ) 中国气象局,乌鲁木齐沙漠气象研究所,830002 提要: 信息、复杂性和熵都是难理解、难分开的概念。这三者如何准确理解、定义为好,如何准确认识它们的关系?《组成论》是涉及这三者的统一的知识体系。组成理论分析各种客观事物时使用广义集合的概念模型,它指出每个符合这个模型的具体的客观事物(各学科中太多了)必然具有一个分布函数(可能是多个)。它指出对分布函数的一种运算(类似求平均值)可以得到一个数值,这个数值恰好描述了该客观事物内部状态的丰富、复杂程度。复杂程度是复杂性研究中的基础概念。信息(熵)是客观事物的复杂程度的映射(影子)。热力学熵是事物的复杂程度的特例。具有随机性的事物必然使它对应的复杂程度自动达到它力所能及的最大值(称为最复杂原理)。热力学第二定律是最复杂原理的特例。组成理论用清楚的概念和逻辑链条把信息、复杂性、熵融合到一起,也为其他科技领的理论发展提供了机会。 关键词: 组成论 信息 熵 热力学第二定律 复杂性 系统科学 1. 从信息、熵、复杂性的关系谈起 现代科学中有一些已经被广泛使用而含义不是十分清楚的概念。信息、熵、复杂性就是其中的三个。什么是信息,什么是复杂性?它们分别有数十个定义。什么是熵(音商,shang)很多人难理解,可爱因斯坦说熵原理是自然界的最高法则。关于信息、熵、复杂性,人们已经分别发表了大量的见解。其中的一些见解还涉及了这三个概念之间的一些关系。人们已经隐约地感到这三个概念不是彼此孤立无关的概念。人们期待科学界为这三个概念提出清楚的定义、明确的关系使它们在大家的思想中是互相补充、互相印证的概念,而不是互不相容、互相拆台,引发混乱的根源。如果可以引出一种比较严密的理论识,它可以把这三个概念的含义和关系统一地表达清楚,那么它就是我们在认识上的重要进步。 《组成论》 一书用所谓广义集合的模型看待各种具体的客观事物。在这个基础上(含引入的个体概念和标志概念)自然地引出了分布函数概念,并且利用它定义了复杂程度概念。《组成论》给出了复杂程度概念与信息(熵)的定量关系,也指出热力学熵只是客观事物的复杂程度的一种特例、熵原理只是它提出的最复杂原理的特例。可以说组成理论是为信息、复杂程度、熵原理统一量身定做的知识体系。组成理论没有从含糊不清的概念出发泛议它们的关系,它从更基础的、清楚概念出发,慢慢地、逻辑地回答了这些重要问题,并且引出了很多有启发性的新认识。 2.组成问题具有普遍性 现代科学的分科已经有数千种之多, 分科越来越细固然是科学发展的重要趋势,但隔行如隔山,它忽视了对客观事物的某些共同概念、模型、规律的探求。《组成论》提出了一种新的视角,它横向地分析各个领域的客观事物普遍存在的 组成 问题。 天体主要由星系组成的、地球表面由海洋和陆地组成的、生物是由微生物、植物、动物组成的、而所有这些又是由分子、原子或者更小的基本粒子组成的。在社会科学和生活中有大量的组成问题,国土由各个省区组成、社会由不同人群组成、政府由各个职能部门组成、人体由各个器官组成、一本书由各个章组成、一场演出由各个节目组成。一套体操、一首歌曲、一付中药都有组成问题。一切事物尽管极不相同,但是都存在内部组成问题。组成问题的 普遍存在 要求我们设法研究它的共同概念、模型、方法、技术和原理。 组成理论用新视角分析各个领域中存在的组成问题,同时也摆正了信息 -复杂性-熵的关系。 3.新视角下的基本概念 如何摆脱各个领域关于组成问题的具体内容又要在更高的层次体现它的基本特征?组成论认为首先要提炼描述组成问题的通用概念。能否树立通用于描述组成问题的基本概念(模型)是非常重要的一环。组成理论为此提供了三个基本概念: 广义集合、分布函数和复杂程度。 a a b b b 集合论:这里有两种字符 a 和 b 广义集合:这里有5个字符(个体),两个 a 和3个 b 经典的集合概念可以区分一个总体内不同的个体有那些,但是不分析相同的个体有多少。如 对图中的场合,经典集合(set)概念认为框内只有两种不同的元素 a 和 b 。而组成论引入的广义集合概念认为这里有5个个体,两个 a 和三个 b 。在基本概念上的这个很小的区别就引出了新事物。广义集合概念与所谓多重集合概念(multiset)类似,但是强调了个体概念。它首先把研究对象看作是一个总体(系统、集体、客观事物):它由 N 个(整数)大家地位相同、又具有一定的独立地位的个体组成,而且对于某个(可能多个)标志而言,每个个体在给定的时刻都有确定的标志值(如10个学生,每个都有确定的身高)。 在图例中有5个地位相等的个体(字符),其中3个的标志值是 b ,另外两个的标志值是 a 。 面对每个具体的广义集合,都可以提出一个问题:不同标志值的个体各有多少(如一页汉字文章中不同的汉字各有多少,一个班的同学中不同体重的学生各有多少,一药店中不同名称的药品各有多少)。这类问题的答案统称为 分布函数 ,它描述了不同标志值(字符、体重、药品)在该总体内占有的个体的数量(关系)。 如果一个广义集合内的 N 个个体具有 k 种不同的标志值 x 1 ,x 2 ,而且它们分别具有的个体的数量为下表 标志值(如体重) x 1 x 2 x i x k 该标志值的个体的数量(学生数量) n 1 n 2 n i n k 那么组成论推荐计算这样一个综合性的物理量 C N 是总体(广义集合)的个体总量。根据分析 C 不仅总为正值,而且具有描述广义集合内各个个体的状态(标志值)的丰富(复杂)程度的能力。组成理论把这个物理量称为该广义集合的内部状态的复杂程度。 广义集合在描述很多组成问题时简单又得力。每个明确的广义集合必然伴有一个具体的分布函数。对分布函数进行上面的运算就得到一个数值、指标,它恰好描述广义集合(研究对象)的内部状态(组成、构成、成分)的复杂(丰富)程度。这样定义的三个概念符合吴学谋教授提出的建立概念要具有相对普适性、相对确切性和形式的相对具体性 。 广义集合、分布函数和复杂程度是从新视角研究组成问题的三块基石 。组成理论就踩着这很少的基本概念展开其视野。 集合与多重集合概念在数学领域广为应用(广义集合概念中又补进了个体概念),分布函数概念在物理学、概率论中早已应用(组成论仅是利用广义集合定义它,泛化它)。但是现在的广义集合、分布函数、复杂程度概念的应用领域就要广泛的多。组成理论里给出了在多个领域的上百类的例子。分析表明复杂程度概念与信息论中的信息熵成正比例,而物理学中的热力学熵就是事物复杂程度的一种。复杂程度概念的明朗化为信息概念进入物理学以及唯物论搭起了桥梁,也为神秘的熵概念的通俗化、准确化提供了思路和语汇。据此我们 建议把熵改称为复杂程度 。 组成问题是系统科学的初级的,重要的内容。姜璐教授说 熵是系统科学的基本概念,由于熵就是复杂程度,复杂程度也应当是系统科学的基本概念。复杂性研究正在成为一个新的热点,如何研究复杂性?组成论定义的复杂程度应当是复杂性研究的基础部分。组成论与系统科学、信息论、热力学、概率论、复杂性研究都有关系。 4. 通用的规律 如果定义了很多新概念,而没有发现用它们表述的客观规律,那么新概念是否值得提出也会受到质疑。在引入了三个基本概念之后就应当揭示对应的客观规律。组成理论指出一些具有普遍适用(普适)意义的规律。目前主要介绍 最复杂原理 。 介绍三个 基本概念、最复杂原理和它们的应用是组成论的主轴线。 最复杂原理是物理学中神秘的熵原理在新概念下的泛化。也是信息论中的最大熵方法的物质化。最复杂原理存在于具有随机性的客观事物中。它不是说这个原理非常复杂,而是说客观事物的复杂程度自动地最大化。 火车上有1000位乘客,他们的目的地都相同吗?不会,根据最复杂原理。其目的地自动地最复杂化(去向的复杂程度达到最大值)。进商场的每个人都买了相同的商品吗?不会,他(她)们购买的商品自动最复杂化。允许自行谋生以后,大家的收入都一样多么?不会,最复杂原理指出贫穷者与富翁占的比例自动达到最复杂的程度。一场篮球赛结果是80:70。这150分都是靠三分球得到的或者都是靠罚球得的分吗?最复杂原理指出投篮得分 的方式的复杂程度自动地达到最大值。一根麻线缠到一起了,用一把快刀砍上 1000 次,得到的碎线头都一样长吗?不可能,根据最复杂原理,可以计算出不同长度的线段占的百分比符合负指数分布规律 。这个答案恰好定量回答了不同线段所占 的比例(组成)问题。 利用最复杂原理可以从理论上得到很多广义集合的分布函数。 为什么会存在最复杂原理?这里给的答案是它来源于客观事物自身具有随机性(各个个体的独立性)。为了严格这个逻辑链条,组成论引入了一个非常浅显的公理。最复杂原理是这个公理的一种推论。 复杂程度概念帮助信息(熵)概念物质化了,也帮助熵概念走出了热力学。 复杂程度是各个层次的客观事物本身具有的物理量。化学家通过化学变化时物质的总质量的不变性证实了质量守恒性,物理学通过不同形态的能量变化时其总能量不变性证实了能量守恒性,组成论讨论了物质在变化时其不同形态的复杂程度的互相转化变化问题,指出了客观事物的 不同形态的复杂程度也具有互相转化现象 。还提出了信息不可增殖、客观事物的复杂程度(时间平均值)也具有守恒性的观点。即 物质的质量守恒、物质的能量守恒和物质的复杂程度守恒是对称的三个定律 (也可以归入爱因斯坦质量、能量公式的扩大化的思路中)。 由于复杂程度联系着客观事物的组成问题,最复杂原理也就是关于各种事物的组成的通用原理(如果它具有随机性)。这不仅为描述组成问题提供了新的概念,也揭示了关于它的一般原理(实为熵原理的泛化)。而这也使熵原理走出了物理学。 组成论 主张把熵原理改称为最复杂原理 ,这样做通俗,又不失准确性,也有利于它迈入诸如社会科学等这些与物理学相距甚远的领域。 史定华教授提出了关于密度演化的理论和方法 。密度演化也就是分布函数随时间的变化。例如马尔科夫过程、哈密顿方程等等仅是他列举的个例。很显然,这些知识也可以归入组成论中。实际上流体的连续方程以至量子力学中的波动方程都是关于事物的分布函数(或者是其变态)的有关规律。组成论成为一个知识的集中点以后,可以归入其中的规律是很多的。 5. 广泛的应用 组成论把各个学科中的组成问题归入自己的视野,所以各个领域用各种仪器、方法得到的一切资料都是它研究的对象。即各个学科天然地为此提供了非常丰富的客观事实。从应用角度看,组成论可以做四件事: 用统一的语言、公式、表格概括各个领域关于组成问题的客观事实(如某些经验公式); 用最复杂原理等规律与具体约束相结合,定性或者定量解释已经知道的客观事实; 把一般规律与各个具体领域的特殊条件相结合,预言存在某种现象、规律(公式); 把发现的规律用于指导实践(社会实践、生产实践、科学实践)。 各个学科中都存在组成问题,但是它们在描述客观事物组成时用的描述工具各不相同。有的给出一个非常简练的公式表示它,有的使用表格,更多的则是定性语言描述、罗列现象或者数字(也有规定了一些很专门的符号描述它)。组成论认为分布函数是描述组成问题的简繁适度的工具,它还为描述离散型的分布函数给出了一种特殊的 多项式 表示方法 。利用广义集合分布函数概念,容易把组成问题归结为寻找一个表示分布函数的经验公式。 各个领域都发现了大量的经验公式(唯象关系),其中有一部分就是分布函数。对于这些经验公式经常没有理论说明。于是人们期盼着对应的理论的出现。 最复杂原理的最重要的应用就是配合该领域的特殊条件从理论上推导出定量的分布函数 ,即从理论上得出客观事物的组成情况。前面的斩乱麻问题就是例子。 在各个学科努力引用数学的潮流中,统计数学被推广应用到很多领域。统计数学中介绍十多种经常用到的概率分布公式,并且指出很多客观事物符合这种分布或者另外一种。它们为什么符合这一种或者那一种?对此统计学或者概率论没有统一的说明。 组成论中的最复杂原理可以说明符合那一些约束条件的客观事物必然具有那一种分布函数 。最复杂原理为众多的概率分布给出了格式统一(约束条件不同)的理论说明。这不仅使很多经验公式找到了步入理论殿堂的途径,也提高了概率分布函数知识的系统性。 分散在各个学科中的符合分布函数含义的经验公式(概率分布)成千上万,其中80%可能仅停留在经验事实阶段,没有理论解释。最复杂原理就是一个新武器,它很有可能帮助您把它们中的很多经验公式提高到理论高度。理解、掌握和应用最复杂原理既帮助您取得了新的科学研究成果,也提高了科学研究水平、扩大了我们的知识领域。 组成论属于初创,三个概念和一个原理,连同某些概率论、热力学、信息论知识等等都是组成论的最早居民。 6. 与其他学科的关系 组成论是一组定位特殊的知识体系,但是它也与某些科学知识体系有关。 统计与概率 :统计学广泛应用于各个领域。统计学研究的对象是什么?哪些对象可以计算平均值?这些一般统计学问题用组成论中的广义集合等语言会表述的更清楚。概率论中有很多概率分布函数。它们为什么是这样?组成论用最复杂原理对一些概率分布提出了统一的物理(原因性的)说明。 物理学: 组成论基本思想来自统计物理学,但是又设法使它们泛化(也通俗化)了。统计物理学中和概率论中的分布函数概念的泛化就是广义集合的分布函数概念。热力学第二定律(熵增加原理)和信息论中的最大熵原理(方法)的泛化就是最复杂原理。 信息论: 香农的信息论是组成论思想泛化的一种重要基础。复杂程度概念就是落实到物质科学中的信息熵。关于信息量的一些知识是组成论的组成部分。 系统论: 系统论主要研究事物内各个元素的特性、组成、功能、结构和关系。组成论是研究系统组成的基础(初级)工具。它为系统论提供了一些基本概念和规律。系统论强调全量大于分量和,而无以明确这个量究竟是什么,组成论指出有时两个系统(广义集合)的合并可以使新系统的复杂程度大于各个广义集合的复杂程度的和。组成论是系统科学的一部分。 复杂性研究: 近年来复杂性研究逐渐成为热门。但是把各种领域的复杂问题在没有得力的新概念的情况下都罗列出来会使复杂性研究很快进入死路。对复杂进行定量度量是进行复杂性研究的基础一环。组成论中定义的复杂程度正是复杂性研究的基础工作,而这里的最复杂原理是复杂性研究的重要原理。所以把组成论看成是对复杂性的一种(初级、基础)研究是妥当的。组成论不是复杂性研究的全部,但是组成论是复杂性研究不可能回避的部分。 7. 《组成论》的思想来源与初步传播 笔者在探索一些气象问题时发现统计物理学的一些模型对某些气象事例也适用,我们一方面把这归入熵气象学 中,也相信统计物理学的一些模型同样可以用到其他与统计物理学相距甚远的领域。为了推广这个思路,笔者感到需要泛化和提高统计物理学中的基本概念和对应的逻辑关系。上世纪80年代以来笔者先后提出了熵就是复杂程度、熵原理就是最复杂原理等论点。1998年开始在网站上把这些认识系统化,为此补入了广义集合概念,强化了分布函数概念,定义了复杂程度概念,引出了最复杂原理,2001年把这个系统认识概括为《组成论》,2002年《物理与工程》杂志连载介绍它 , 2003年出版了《组成论》。2004年3月 http://www.aideas.com 辟专栏评论组成论。后来这些评论扩展到其他网站。 参考文献 张学文.组成论,合肥:中国科学技术大学出版社,2003 吴学谋.从泛系观看世界, 北京,中国人民大学出版社,76,1990 姜璐. 熵-系统科学基本概念,沈阳:沈阳出版社,1997 张学文,马力.斩乱麻问题,数理统计与应用概率, 12 卷, 4 期, 315-321 , 1997 史定华. 密度演化理论简介,自然杂志,22卷6期,323~327,2000 张学文.字符多项式和表格数学,计算机工程与应用, 38 卷,增刊, 124-126 , 128 , 2002 张学文,马力.熵气象学,北京:气象出版社,1992 张学文.组成论介绍上:广义集合和分布函数,物理与工程,12卷,4期,56-61,64,2002 张学文.组成论介绍中:复杂程度和复杂度定律,物理与工程,12卷,5期,61-64,2002 张学文.组成论介绍下:广泛的应用,物理与工程,12卷,6期,57-61,2002
个人分类: 统计、概率、熵、信息、复杂性.1.|6034 次阅读|1 个评论
组成论对“信息与熵的关系”的认识
zhangxw 2007-7-1 09:23
组成论对信息与熵的关系的认识- - --张学文2004.07.19 (答邹晓辉先生问) 1. 对仙农的信息熵和由此引出的定量的信息概念,本人是承认者、使用者、宣传者和看重者。我认为准确认识质量、能量和信息是同等重要的事,是人类认识史上的大事。哈特利和仙农是这个重要概念的重要确立者。仅此,他们的功绩应当受到特殊的尊重。仙农(他没有得诺贝尔奖)的工作价值远高于很多的诺贝尔获奖者。 2. 仙农把从概率角度定义的一个物理量称为信息熵,这里有冯 . 诺曼的的功绩。冯 . 诺曼的这个建议非常尖锐、本质,这迅速推进了信息知识与热力学熵知识的联系。 3. 在信息熵和热力学熵的关系方面,科学界目前普遍观点认为它们是完全等价,我认为这个认识不准确。我认为热力学熵是信息熵的特例,信息熵的外延比热力学熵宽。在很多没有热的领域依然有信息熵存在,信息的本质不是热;把热力学概念和原理乱推广是有害的。 4. 信息熵是立足于概率、抽样、通信这些非确定性概念引出来的概念。它的思维路径与自然科学把客观事物放到第一位的做法是有距离的。某些唯物论者批评它是唯心论就使信息论难进自然科学,物理学不知道如何摆好信息概念在物理学中的地位,这也从另外一个侧面说明了仙农信息论的思路的结构性弱点。 5. 组成论也可以说是挖空心思把信息论拉向唯物论和物理学。但是它不是从信息论出发,而是从客观事物的一个简单模型,广义集合,出发。在广义集合视角下的各个具体客观事物必然具有对应的分布函数,而对分布函数的一种运算可以得到一个数,我们称这个数为复杂程度。复杂程度是立于客观事物存在基础上的概念。它非常容易让唯物论和物理学接纳。组成论余下的事就是证明这样得到的物理量,复杂程度,在一定认识途径下与信息熵成正比例(系数为个体数量),在一些热力学系统内,复杂程度恰好等于热力学熵。 6. 组成论这样做既介绍了一个重要的物理量:复杂程度,又使信息熵得到了新理解,也使熵概念的本质得到了新认识。它使热力学定律超出了热力学,使信息论得到了唯物论和物理学的承认。它克服了熵这个词的神秘性,推进了重要知识的融合。
个人分类: 统计、概率、熵、信息、复杂性.1.|4190 次阅读|5 个评论
质量能量信息的统一性与三角关系
热度 2 zhangxw 2007-6-21 13:33
质量能量信息的统一性与三角关系 (2000.012) 张学文 (新疆气象科研所,乌鲁木齐,830002) ( 说明:本文原写于1994年,发表在1996年三期《新疆气象》上,1998年敲入电脑。其一些观点和语言是1994年的(有些改为1998年的)。用现在的复杂程度概念描述一些问题会更清楚,这留待将来再改吧。张学文于2000/1/5 )   2007.6.21:把个人网站的文章转过来,出现了一些编辑小问题,我无能为力,遗憾。读者可以在我的个人网站看到编辑得更清楚的稿子。 摘要 把涉及物质质量的质量不灭律、涉及能量的能量不灭律的表述方式改为使它们增值的方法不可能存在,并发现由于信息也有不增殖性,故而我们把涉及能量和信息的规律统一表述为一个不增殖原理。还把爱因斯坦的质量关系E==MC 2 进而扩展为信息与质量、信息与能量的三角关系。 关键词: 质量,能量,信息 ======= 现在很多人承认信息这个概念与另外两个概念-----质量与能量是同等重要的科学概念。本文现在把问题在向前引伸一步去研究制约这三个概念的基本规律是否也有共同性。我们发现,如果把质量守恒定律、能量守恒定律改变一下表述方式,那么它们就可以和关于信息的不增殖性统一表述成一个不增殖原理。而不增殖原理的提出不仅仅是质量定律、能量定律的一种升华,也是信息在科学上的地位的巩固与提高。而这对科学和哲学都有重要意义。 在欧洲,曾经有过一阵永动机的研究热,希望设计出一种机器在没有输入的条件下能永远向外输出动力(能量)。这个研究最终以能量守恒定律的发现而将永动机判了死刑。能量守恒定律的告诉我们:宇宙间不可能存在着一种机器(或方法)使输出的能量大于输入。即能量是不可能增殖的。 永动机的不可能实现和无米之炊的不可能实现都是用否定的方式表述了能量和质量的守恒定律。而表述中机器、方法 这类词汇不妨在哲学上统称为变换机构。即使质量或能量增殖的变换机构是不存在的。当然,世界上不使质量或能量增殖的变换机构还是很多的,图1给出了示例。 本文还引入了一个大胆的假设,即信息与质量(能量)之间也类似地存在着爱因斯坦提出的能量与质量的E=MC 2 型的关系。 1 . 永动机与无米之炊 在中国,曾经有一句民谚说巧妇难为无米之炊。这个话的科学表述就是法国科学家发现的物质的质量守恒定律。这个定律告诉我们宇宙间不可能存在着一种机器(方法)使其输出的物质的质量大于输入,或者说使质量增殖的机器(方法)是不存在的。 图1. 三种(质量、能量、信息)变换机构模型与个例   模型 输入 信息 信息变换机构 输出 信息 个例 电磁波 电视机 电视图象 个例 气象资料 气象台 气象预告 使 { 质量 能量 信息 } 增殖的机构是不存在的 ===========   模型 输入能量 能量变换机构 输出能量 个例 电能 电动机 动能 个例 化学能量 发电厂 电能 模型 输入质量 质量变换机构 输出质量 个例 木材 木工厂 桌子 个例 小麦 面粉厂 面粉 作为能量变换机构,电动机、发电厂、电灯炮、水磨 都是其例。作为质量变换机构,面粉厂、木器厂、各种化工厂,以致一切工厂都是其例。那么什么是信息变换机构呢?显然,信息变换机构的核心任务是对输入信息进行加工处理后在输出。图1中给的收音机的例子就是把承载于电磁波上的信息经过检波、放大等最终以声波形式输出信息。而电视机、计算机、语言翻译人员、气象预报人员、老师 都是其例。 如果把数学家在专业书籍中所表述的内容变成大众化的哲学语言,那么它的含义就是 对变量作任何变换,都不能使它的信息含量增加,最好的情况仅仅是使信息不减少。 从能量定律引申出能量变换机构(如电动机)不能使能量增殖,从质量守恒定律引申出质量变换机构(如化工厂)不能质量增殖。现在又从信息论中引申出信息变换机构(如收音机、气象预告人员)也不能使信息增殖。这样,我们不仅看到了质量、能量、信息三个概念的同等重要性。更进而从规律的层次看到它们的共同性,统一性。 信息:   2. 信息在变换中可以增殖吗 信息变换机构这个词概括了独立于能量变换、质量变换之外的另一大类变换机构(有些变换机构可能同时含有这三大类变换)。这样就引出来另一个问题:能量(质量)守恒定律引申出输出大于输入的能量(质量)变换机构是不存在的,那么对于信息有没有这么一个限制?难道信息在变换中可以增殖吗? 近年来涉及信息革命的文章很多,一些人在讲信息可以放大,一些人说现在是信息大爆炸。这些提法都给人以信息是可以增殖的印象。借来一份资料复印几份了留下后把原件送还,这个过程也给人以信息可以扩大多少倍的印象。 上述信息可以增殖的认识对吗?我认为这是一种误解。信息在变换中的规律性与能量、质量在变换中的规律性是一样地残酷,它们都是不可增殖的。 要论证质量在变换中不可增殖,18世纪拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743----1794)把参与化学反应的物质,看得见的物体和看不见的气体的质量一一测量,从而得出质量不灭定律。在当时条件下如何科学地计量气体、液体、固体的质量是首先要解决的问题。 上世纪要论证能量不可增殖,那么首要的一环是科学的计量不同形态的能量。这一问题是随着焦尔的热功当量的实验成功才克服了最后得到障碍的。 今天要讨论信息是否可以增殖,显然要首先解决一个问题:如何才能定量并且科学地计量信息。 实际上这个问题在1949年以前并未解决。1949年申农(C.E.Shannon)创立了信息论才科学并定量地解决了信息的计量问题。目前,在计算机和通讯领域,常以比特(Bit,或叫位)为单位计量信息的多少。有时更常用字节一词,它等于8比特。所谓1兆(10 8 )内存的计算机实际是说内存为100万个字节,它约折和50 万个汉字。 信息论,原是关于通讯的一种数学理论,对于信息变换问题,它有如下结论: 设有随机变量x和y。现在把变量y含有关于x的信息记为Iy(x).如果把 y变成另一个与y有函数关系的新变量z,那么只有当y与z是互为一一映射时z含有的关于x的信息量Iz(x)才与Iy(x)相等,否则Iz(x)=Iy(x). 看来科学家对科学定义的信息量的研究结果是它在变换中也不可能增殖。而群众中的定性的语言并不是严格意义下的科学结论。资料可以轻易的复印并不代表信息变多了。信息大爆炸仅是说用现代技术传递一个或者仿制一个信息很容易。但它并不代表创生了新的信息。法国取得世界足球赛冠军的消息可以在一分钟传到世界各地。请问,你能创造一条真实的信息说巴西取得了冠军?这显然不可能。 我们应当冷静地看到,质量是客观物质具有的、能量是客观物质具有的它也是个不以人的主观愿望而转移的客观物理量。故而我们必须承认在变换中信息也是不能增殖的。 3. 不增殖原理 对这种共同性可以用如下的语言表述:   也可以把它称为 物质的质量、能量、信息的不增殖原理 。 科学史上还提出过不违反能量守恒定律的第二类永动机。它的原始构想是使温度均匀的物质(如海水)自动变成一部分更热而另一部分更冷(总热能不变)进而利用温度差产生例如电能 。这种机器如真的存在,我们可以从海水中提取人类用不完的能量。 是热力学第二定律宣布了第二永动机的死刑。热力学第二定律可以有几种等价的表述方式,通俗的一种是热量仅自动的从高温转向底温,有时也可以说成第二永动机不可能存在,更抽象一点则说成熵只可能自动增加 质量和能量的不可增殖性在现代是尽人皆知的事了,但是至今关于信息的认识在多数人当中是把握不准的。这导致一些文章仍在宣传信息是可以无限增殖的。这种误导严重地影响了信息不可增殖这一极为重要原理的阐明与传播。 哲学家不是说质量守恒定律、能量守恒定律是自然界的基本规律吗?现在,从一个重要侧面把这两个定律与信息的一个性质作了进一步的升华与综合。显然这对于认识世界的内在关系有这重要意义。哲学家和科学家都会欢迎这个新认识。 如果物质的质量是可增殖的,那么阿拉伯故事中的神灯就成了现实。如果能量是可增殖的,一切大型发电厂都是多余的,每家(人)有个永动机就解决全部的能量需求。如果信息可以增殖的,我就把存折上的存款数字的后面多创造20个零(或者把它复印很多份),使自己变成最大的富翁。今天的信息是16届大力神杯世界足球赛法国得了冠军。如果信息可以增殖的,我就创造另一个信息说巴西得了冠军。A先生在总统竞选中失败了,如果信息可以增殖,我可以发一个信息说A 先生在竞选中胜利了。现在是1998年,我创造的一条新信息是:现在是1000年或者3000年。 看!信息如果可以创生,每个人都可以发财、当总统,可以进入时间隧道回到过去或者提前到达未来。而科学家也成了多余,创造信息的机器可以创造出关于万有引力的另一个或几个公式。 仔细想想不难发现,无论是质量、能量还是信息如果真的可以无中生有,我们这个物质世界就混乱到面目全非的不可思议的境界。 对不可增殖原理的进一步阐述与应用,显然有大量工作等待我们去探索。 4. 第二类永动机 第二类永动机的不可能存在问题也意味着另一类变换机构(机器)是不存在的。现在的问题是我们已经讲了使质量、能量、信息增殖的变换机构是不存在的。那么第二类永动机的不可存在性是否是我们提出的不增殖原理的一个推论,还是除质量、能量和信息之外还有另外的(独立于这三个物理量的)物理量也具有类似性质? 由于信息是个与熵密切相关的概念,而熵又经过热力学第二定律与第二永动机联系,所以我认为第二永动机的不可能存在性是可以通过信息的不增殖原理推导出来的。笔者相信将来会有人完成这个证明。 显然,如果第二永动机的不可能存在性可以从信息的不增殖原理证明(推导)出来,我们也就看到热力学第二定律(有人认为是自然界的最高法则)只是信息原理的一个重要特例。 这些问题显然都是值得深究的科学与哲学问题。 5. 爱因斯坦公式的折射 在爱因斯坦以前,人们是分别承认质量守恒和能量守恒这两个定律,而不知这两个定律应当进一步统一为质量、能量的守恒定律。随着本世纪发现了原子核的反应以及这种反应中生成物的质量竟可以比反应前的质量少,这在当时几乎成了科学危机。而爱因斯坦提出的质量M与能量E 的关系式E=MC 2 则克服了上述理论危机(C 为光速)。这个公式把质量与能量从绝对对意义上联系了起来,质量守恒与能量守恒定律可以融为一个定律了。 现在如果把信息放在与质量、能量同等重要、密切相关的位置并进而明确它们都具有不可增殖的性质,这就提出了一个严肃的问题:在信息与质量或者信息与能量之间是否也应当存在着与E=MC 2 类似的关系?或说爱因斯坦的公式是否也应折射到信息上去。 这显然又是一个极为重要的问题。 对这个问题可以分为两个层次分析。浅层次的分析是问为了荷载单位信息需要多少质量的物质。深一层的问题是1克物质可以变成多少信息。 古代,为荷载一个汉字大概要用1克物质(写到竹子上)。而最近的新闻报道说韩国制成了256兆位的计算机存信息的芯片(这是1994年的语言)。我折算了一下它大约是1克物质可以装上100万个汉字。而随着科学进步1克物质可以装载的信息量还会提高。但是即便将来真的能以单个原子或电子的有无表示信息,1克物质可装载的信息量可以更大,但它仍是个有限值。这个信息与质量的极限比值就初步具有信息与质量的绝对意义下的联系关系了(而这个比值是有待我们去测算的)。 爱因斯坦的质能公式,还含有质量减少M,则能量就增加MC 2 的意义。因而更深层次的信息与质量的关系应当分析例如某种原子核反应中质量的减少过程信息量是否有增加?这些脱离了质量(注意,我没有讲脱离物质)的信息是以能量为载体吗?如果是,那么单位能量最多荷载多少信息(无线电波就是荷载信息的一种能量)?信息论中关于信道宽度与每分钟发送的信息量的关系是否可以回答这个问题?笔者目前无力断言。 再进一步分析尚可看出,如果承认信息是独立于物质的质量和能量的客体,那么就要提出自然会存在着两种过程,在这两种过程中质量或能量减少了,但于之相伴,信息则增加了。与E=MC 2 对应的公式应当给出上述过程中信息的增加量与能量的减少量的比例关系。 这显然是人类认识史上的大问题。限于本文主题的约束,目前不宜在深入议论了。 对目前谈及的质量、能量、信息的三足鼎立的关系我们用图2来表示。在图中引入的信息与质量的换算常数则是自然界的又一基本常数(也可能是已知常数的某种函数)。它究竟是多少尚待科学家研究。   图2. 质量能量信息的关系   6. 结束语 信息的不可增殖的特性的明确有利于认识信息这个量的客观性与物质性,有利于把信息放在与质量、能量对等的三足鼎立的地位。 一旦认识到这三者的对等地位,又会引发出一系列极为重要的科学问题与哲学问题有待研究。 参考文献 张学文,气象预告问题的信息分析,北京,科学出版社,1981
个人分类: 一般科技.1.|7313 次阅读|20 个评论
作为Shannon 理论和Popper 理论桥梁的广义信息公式
lcguang 2007-6-5 06:29
摘要:哲学家K. R. Popper 提出评价科学命题的信息准则。按照这一准则,命题的先 验逻辑概率越小,后验逻辑概率越大(经得起检验),信息量和命题的价值就越大;越是 把原以为偶然的事件预测为必然,信息量和命题的价值就越大;不可证伪的永真命题不提 供信息,因而没有价值。然而,Shannon 信息公式并不能反映Popper 所说的信息――语义 信息或广义信息。本文介绍了从Hartley 信息公式到Shannon 信息公式的演化,分析了 Shannon 信息公式的缺陷。文中兼用逻辑概率和统计概率而不是仅仅使用统计概率,借助 集合Bayes 公式,从经典信息公式推导出广义信息公式――新的信息公式正巧反映了 Popper 的基本思想,成为从Shannon 信息论到Popper 知识进化论的桥梁。同时文中也讨论 了概率命题和模糊命题评价问题以及对Popper 理论的改进。 关键词: Shannon 信息论,Popper 理论, 广义信息,语义信息,知识进化,逻辑概率, 信息准则 详见: http://survivor99.com/lcg/books/GIT/bridge.pdf 最近叙述见这里: http://blog.sciencenet.cn/blog-2056-959865.html
个人分类: 信息的数学和哲学|6201 次阅读|2 个评论
一个错误的口号----信息化
zhangxw 2007-6-1 10:59
一个错误的口号----信息化 (1999.4)2007.6.1转科学网 20世纪后半叶的信息革命席也和其他革命一样有先驱人物为它摇旗呐喊,于是信息化就成了信息革命旗手们的响亮口号!你搞文书工作?要信息化,你用算盘?要信息化,你搞资料工作更要信息化。从国家元首联系群众方法到农民种地的方法都要信息化。为推进这个伟大的事业,有的政府还成立了信息化办公室。 可是信息化是个错误的口号! 信息革命旗手们强迫我们把不能化的东西也要化,于是就出了笑话! 如果有人号召吃饭要物质化,你可能感到可笑,是的,饭本身就是物质,吃饭当然要吃物质!难道看看食品广告就说明你吃过饭了? 如果有人号召燃料要能量化,你也会感到可笑,燃料当然要含有能量。你总不能把1,2,3或者a,b,c 这些符号当燃料吧? 信息化的旗手要我们把什么信息化呢?他们显然不是要我们把大批的粮食或者其他的物资信息化(把粮食变成一堆符号),也不是要把电能、太阳能信息化(把能源变成一堆符号),信息不是物质也不是能量,于是信息化这个口号实际是 把信息信息化 。 让 信息信息化 与吃 饭物质化 都是同样错误和可笑的口号。说它错误是因为信息本身已经是信息了(食品本身已经是物质了),何必你来号召我们化它?说它可笑是因为号召我们搞信息化的人恰恰自己没有弄明白什么是信息! 看到用算盘计算乘法太吃力,号召用计数器是对的,看到手写字太慢号召为作家和秘书配电脑是对的,看到写信邮寄太慢号召用电子邮件也是对的。号召尽量用现代化的电脑和通信工具(只要经济上也上算)都是对的。但是现代化的电脑和通信工具不是把物质和能量变成了信息,它们仅仅是把比较落后的处理信息的工具变成了比较先进的工具。 信息化这个口号的初衷显然是想在信息技术(用电脑、因特网等等)领域尽量现代化。这相当于号召我们吃饭要多样化,营养化,使用燃料要节约、要减少污染等等。这个用意没有错,但是信息化这个口号错了。 不少动物有眼、耳、鼻和大脑,这些器官本身就是处理信息的好工具。人类在大脑里形成概念、有了逻辑分析力又发明了文字和语言,这又是信息处理的大进步。笔、纸、印刷品的出现都是信息处理技术的进步。无线电、电视、电脑和环球通信系统的出现是本世纪在信息领域的新进步。但是我们不能用新进步而否认过去的进步不属于信息领域! 在科学领域出现了错误的口号,这让人不快!让理智慢慢纠正它吧! 后人会为本世纪的科学成就折服,但是他们也为本世纪的错误口号感到好笑。 张学文于1999,4,1
个人分类: 一般科技.1.|4507 次阅读|0 个评论
组成理论
zhangxw 2007-5-28 10:18
组成理论 --斩乱麻问题、幂律成因与组成理论之三张学文2005-9-18 (2007.5.28注:本稿从奇迹论坛移来,也刊于我的个人主页上) 斩乱麻、幂律问题的物理原因可以从组成理论的角度定量说明,这就使人们再问,这个理论从何而来,它属于科学领地归入那一类,它与其他科学是什么关系,有什么内容 50年代大学毕业后我从事气象工作,为探索气象现象的原理,我发现信息论、统计物理学的一些基本思想对它十分有用。经努力,我把这些认识综合在《气象预告问题的信息分析》(1981,科学出版社),《熵气象学》书里。1998退休后我发现这些年的认识放到一个基本模型中既简单,又容易横向推广。这个模型的核心是集体(系统,总体,集合)由有平等地位和独立性的个体组成,于是我把这个知识体系成称为组成理论,介绍它的书就取名《组成论》(2003,中国科技大学出版社,256页,16开本,定价35元) 组成理论属于与物理、化学、生物等自然科学或者社会科学学科互相垂直的横断科学园地中的一个初级(基础)理论。您也可以把它归入科学通论或者一般科学中。从物理学的角度看,它是改造后的熵理论(超出物理学的熵原理),从统计学角度看,它把常用到的十多个概率分布函数统一地(配合不同的约束条件)用最复杂原理推导出来,这提高了统计学的系统性。从系统科学角度看,它应当是这个大家庭的新的初级(基础)知识分支。它提出的广义集合概念来自集合概念的扩充,类似多重集合(multiset)而又丰富了物理内容(把数学中的集合概念与物理中的原子概念合到一起再泛化),它提出的复杂度定律是熵原理的提升。 组成理论中的广义集合概念是由有N个(N0)彼此地位相同,有独立活动性的个体组成(如某班集体由40个学生组成),而每个个体在某确定时刻就某标志(标志也是组成理论中的概念,它相当于物理量,变量)而言必然具有唯一的确定值(如每个学生在每时刻有确定的体重)。 这个模型可以概括物理学、化学、生物、社会科学中的很多(不是全部)客观事物。对于这类客观事物(广义集合)我们总可以问一个问题:不同标志值的个体各有多少。如不同体重的学生各有多少,中国不同富裕水平的家庭各有多少,岛屿上不同物种的生物各有多少,氧气瓶里不同速度的氧分子各有多少麦克斯威问题,材料中不同的化学成分的物质各有多少,中国地域中不同拔海高度的面积各有多少,不同数量发城市各有多少.而对这个问题的回答就是组成理论中说的分布函数。 对分布函数的一种运算可以得到一个数值,它类似于求平均值,在组成理论中称它为复杂程度。于是每个具体的广义集合都在确定时刻具有唯一的复杂程度值。这个值刻画了该客观事物内部状态的丰富程度。如果各个个体的标志值(如所有学生体重都相同)彼此相同,复杂程度就等于0。 复杂程度是客观事物的独立于其质量、能量的另外一个重要的物理量,在特定意义下,它对应物理学中的热力学熵。 广义集合内的各个个体的独立性,对应着广义集合的复杂程度的值可能大也可能小。这种独立性意味着物质内在状态具有随机性,组成理论逻辑地引出一个结论:客观事物(广义集合)的复杂程度总是自动地最偏爱它力所能及的最大值。 广义集合的这个特性我们称为最复杂原理,而容易看到这个独立得到的原理就是广义的熵原理,或者说走出热力学的熵原理就是物质天然地使自己内部状态达到复杂程度最大的一种体现。 复杂程度的计算公式的外型十分类似信息熵公式,所以信息熵的很多规律性都天然地成为复杂程度的规律性;复杂程度有时等价与于热力学熵,所以物理学的熵原理联系的知识成果也自然汇入组成理论中。 组成理论比熵原理容易理解,又便于在非物理学、非热力学领域中应用(包括社会科学)。植根于集合、原子、个体、分布函数这些基础概念上的组成理论在人们理解它以后应当有一个在各个领域热心推广的过程。 更多的话这里不便说了,各位可以在网上读《组成论》,买书的电子信箱是:zhangxw@mail.xj.cninfo.net (张学文)
个人分类: 统计、概率、熵、信息、复杂性.1.|4366 次阅读|0 个评论
《熵、信息和复杂性的关系》
zhangxw 2007-5-27 10:07
他人对我(张学文)在《熵、信息和复杂性的关系》问题上的评述 2007-04-25 21:49 发信人 : weekend ( 心湖 ), 信区 : InfoSci 标 题 : 熵、信息和复杂性的关系 发信站 : 饮水思源 (2002 年 11 月 04 日 15:05:05 星期一 ), 站内信件 对于熵、信息和复杂性的关系进行系统研究的是张学文先生。 张学文指出 ∶ 信息(熵)、热力学熵和复杂程度是互相成正比例的物理量。通讯 讯号的复杂程度就是信息(熵)、微观状态的复杂程度就是热力学熵。 张学文回顾了获得这一结论的过程 ∶ 1986 年笔者指出过 熵值描述的就是该物 质系统中关于该物理量的分布的状态的丰富(复杂)程度 (见《自然杂志》 , 1986 年 11 月号, 847-850 页)。我的这种认识不是出于对复杂性的抽象的正面 研究,而是基于对熵概念的物理意义的探索。此后我觉得把问题反过来说会更好:不是 用复杂性来解释什么是 熵 ,而是直接用 复杂程度 来代替很难理解的 熵 。 1 989 年在我国第二届熵会上,我提的论文的题目就是 复杂度定律 。它也从复杂性的 定量化引出其计算公式,而引入的公式与信息公式、熵公式的一致性就把熵作为是它的 特例、把熵原理扩大为复杂度定律。 10 多年来研究实践使我们体会到把熵改称为复杂 程度不仅是准确的也是通俗的、科学的。它一方面扩大了熵和熵原理的应用领域,也为 复杂性研究提供了一条康庄大道。所以我们宣传一个观点:熵就是客观事物状态的复杂 程度;复杂程度就是熵。 张学文形象地说 ∶ 如果你把信息、熵比做现代科学领域中的 神 ( 信息 神 是神通广大但是被物理学拒之门外, 熵 神是高不可攀但是被囚于热力学中),那么 我们就修了个新庙并请 复杂程度 为神,然后补充说 信息 、 熵 都是先辈们对 复杂程度在不同场合的称呼。 用复杂程度概念统一信息和熵概念也为非物质的 信息 进入物理领地理顺了思 路。 信息熵好似与物质无关、热力学熵神秘又囚于物理学角偶,当它们都承认自己是 复杂程度的某些别称以后,人们很容易明白:我们早就应当为物质的状态的丰富程度定 义一个科学名词,复杂程度一词的出现了却了我们长期的等待。而这也使信息熵和热力 学熵明确了自己的出身。 张学文指出 ∶ 描述物质的微观尺度的运动状态的复杂程度恰好与该系统的热力学 熵成正比例,比例系数是玻尔兹曼常数。 信息不是物质,它是物质状态的映射。复杂程度是对物质状态丰富程度的度量。 由于复杂程度与信息成正比例,所以复杂程度概念帮助我们正确认识信息概念,并且使 信息概念纳入了唯物论。 张学文还谈了通过 复杂程度 概念引入而导致组成论建立的思路,他指出 ∶ 我 们也可以说 复杂程度 是为了把熵概念用到热力学以外的领域、把信息概念纳入物质 科学而引入的新词汇。把这个词汇称为复杂程度本身还使复杂性研究出现了新的思路。 为了引入复杂程度概念就要用到分布函数,而为了说明分布函数的普遍性我们被迫引入 了广义集合概念。一旦引入了广义集合概念,我们好象迎来了等待已久的主人。 张学文对他的研究做了谨慎评价 ∶ 我们这里定义的复杂程度没有一些人希望的那 些高级功能,也自愿承认我们仅研究了复杂性问题中最简单的一个侧面。但是我们也指 出把最基本的概念定量化也就为研究更高级的事物做了概念与理论准备。想跳过简单问 题、基本问题而去研究 复杂性 的最复杂的侧面,可能欲速则不达。 复杂程度 概念的提出是重要的,在学术界对信息的实质众说纷纭的情况下,在 略显神秘的 熵 被人们大量误用和滥用的情况下,使用 复杂程度 概念无疑具有正 本清源的作用。从 表达信源的结构和结构变化 这一点来看,熵、信息、复杂程度在 对结构的描述上是一致性的,三种说法可以并存,熵说法较成熟,信息说法较常用,复 杂程度说法更接近结构描述的实质。 -- ※ 来源 : 饮水思源 bbs.sjtu.edu.cn (上海交通大学BBS)
个人分类: 统计、概率、熵、信息、复杂性.1.|6742 次阅读|0 个评论

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-6-4 13:37

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部