信息科学的过去、如今与将来
作者:万景娱乐_万景娱乐集团有限公司欢迎您!    发布于:2018-04-01   
摘要:一、信息与人们长期相关 信息是古老的概念之一,与人们生活长期相关,是人们互相交流的工具。历史上结绳记事就是在文字发明之前,古代人们传送信息
 
 

一、信息与人们长期相关

信息是古老的概念之一,与人们生活长期相关,是人们互相交流的工具。历史上结绳记事就是在文字发明之前,古代人们传送信息最早的方式之一。言语的产生是人类文化开展的主要标志,言语是一种信息,而且是复杂的信息:古代的遗址也为我们研讨当时的文化、社会、

经济提供了牢靠的信息。能够说人类是经过理解自然的信息来理解认识自然,经过理解社会信息(发掘历史遗址,学习历史文献,理解民间传说等)来理解人类社会的过去。人们的生活离不开信息。

固然人们与信息长期打交道,但人们只关怀详细的、单独的信息,特别是只关怀信息的内容,经过信息的内容人们从事运用信息的工作。人们每天在制造信息,但历来不从整体上关怀信息,也未能从更根底的方面认识信息。

社会的开展,使人们与信息的关系越来越亲密,人们对信息的认识也越来越深化,越来越全面。电磁波的发现使复杂信息的传送,能够经过更简单的工具来完成,这就为研讨信息最简单的方式之一——信号的传送性质提供了可能。第二次世界大战固然给人类带来了宏大的灾难,但它也极大地激起了人们研讨科学的积极性,提出了对开展科学的请求,促进了科学的开展。战争期间的电报技术、编码技术、解码技术,使人们对电报信号——这种详细的信息载体有了更深入、更全面的认识,人们己不再关怀电报信号(电磁波〉的能量等,更多的是关怀它的"一、·",两种方式,进而由它组成的整体所反映的内容。二次大战以后,申农在总结战争期间技术的根底上,从电报所产生的作用方面,对它停止总结,提出信息论。

二、对申农信息论的剖析

申农提出的信息论,是信息科学开展历史上的里程碑,申农以电报信号为对象,总结、归结了信息的作用是去掉人们认识的不肯定性,并从数学上用定量的方式,对最简单状况下的不肯定性停止了描绘,在此根底上给出了信息在去掉不肯定性上所服从的规律,树立了信息论。总结起来,申农的信息论以电报信号为根底,应用概率论数学工具,从信息作用的角度对信息停止了剖析。

也正由于如此,它使我们对信息的研讨走到了偏重在信息作用的方向上。当人们再来研讨比拟复杂的信息时,发现信息的作用多种多样,而且信息的作用主要在于与人们对客观世界的认识亲密相关,这就使信息科学研讨一开端就与主体、与过程联络在一同。

在科学研讨的历史中,人们为了树立描写客观世界状态的量,经常想方设法去掉客观的、去掉与详细过程有关的局部。为了防止信息与过程联络过于严密的缺憾,人们模拟做功、传热与能量的关系,树立信息娟的概念。信息娟用来描绘在信息传输过程开端,系统所具有的不肯定性:也即是人们在未得到信息时,对系统不肯定性的认识。人们把信息定义为在传送过程中,人们对系统认识的不肯定性的减少。若经过信息传送,人们对系统的认识没有了不肯定性,完整肯定了,则在传送过程后,人们得到的信息就等于系统的信息婿。这样的定义使

信息熵成为客观量,信息自身可大可小,它与过程、与信息的接纳者有关,能够由此来剖析人们承受到的信息量与过程的关系:但实践上,信息熵的概念并未分开信息作用,人们依然需求经过信息的作用来认识信息、认识信息熵。

信息的作用在于使人们去掉不肯定性,这样的信息定义与人的客观认识严密联络在一同,然后由于信息概念的普遍应用,信息的作用不只与信息自身有关,而且还与接纳体(人)有关。而且越复杂的信息,它的作用与人的客观联络越严密。音乐经过各种乐器奏出了不同频率的声音,使人们取得信息,信息的作用影响了人们的感受,有的乐曲使人激昂奋进,有的乐曲使人温馨幸福,也有的乐曲使人伤感苍凉。而且对不同的人,在不同的时辰对音乐(信息)的感受也不一样。这就使信息成为一个十分复杂的物理量。以后,人们以信息作用为根底,进一步开展信息概念,将与信源、信道、信宿相联络的,可以去掉不肯定性的称为信息。为此人们提出了更复杂的信息定义,例如钱学森院士就把信息定义为:“从信源发出的,经过信道传输,被信宿接纳能去掉信宿某种不肯定性的东西。”这样把信息自身又同信源、信道、信宿联络在一同。这一定义只是申农信息定义的扩大。由于它包含了信息与信宿之间的作用,因而它反映了信息作用的复杂性,带来了信息的客观颜色,带来了信息的多值性。此定义固然扩展了信息的范围,使它能够包括言语、图像等现代通常所讲的各种信息,但它愈加强调了过程、强调了客观的认识。这就使得人们更难从事定量的剖析,无法计量、无法计算,无法给出诸如申农信息论一样的数学理论框架。

三、信息的定义

人类认识客观世界的过程是对客观世界的事物不时停止分类、总结、提炼的过程,找出它们之间的联络与区别,总结它们的演化规律。我们从信息与物质(质量)、能量三者的比拟来认识信息。经过对物质、能量、信息的认识过程的剖析,得到启示。

“物质是标志客观真实的哲学范畴,这种客观存在是人经过觉得感知的,它不依赖于我们的觉得而存在,为我们的觉得所复写、摄影、反映。”质量、能量、信息全是物质(哲学范畴)的属性,但是信息是比质量、能量更普遍的一个物理量。认识物质属性要经过运动变化来认识,也即在一变化过程中来认识。

首先我们简单回忆一下人类对质量与能量的认识。它们是严密联络在一同的,是反映客观世界的两个物理量,反映不同的性质。质量是物质惯性大小的量度,最初是作为物质几的量度;能量是物质运动的一种量度。物理学研讨问题的方法之一是寻觅守恒率。经过实验,研讨在什么条件下,它们是不变的。人们发现了物质不灭定律:即物质不能无中生有,也不能随意产生,它只能从一种方式转变成另一种方式,并且在转变的过程中物质的量不变。同样,人们也发现了能量守恒与转换定律:即物质所具有的能量不能无中生有,也不能随意消逝,它的总量是不变的:它只能从一种方式转变成另一种方式。进一步,爱因斯坦发现并提出了质能关系定律。它通知我们在物质的变化过程中,质量和能量彼此有亲密关系,当物体的质量发作变化△m时,其所具有的能量也发作变化△E,且有△E=△mc2,把能质变化与物质质量的变化联络起来。通常在简单运动方式中,能量、质量是决议系统性质较好的变量。

鉴于申农信息论中信息定义依赖人的客观性,思索到信息与质量、能量均可作为物质某种性质的物理量,我们提出:信息能够定义为对物质认识的一种量度。在物质(事物)运动变化过程中,不改动的那些性质,能够被称为信息,信患是对这一类物理量或这一类性质的总称。

例如,在声音的传播过程中,随着声音的传播,由于空气阻力,声音具有的能量会不时减少,而频率是不变的。我们能够把声音的频率作为声音(声波)的信息,而不能把声音的能量作为信息。声音频率作为言语的根底,也是我们了解言语这种如今最常见的信息的动身点。在各种媒体上书写的符号在传送过程中普通是不会改动的,它同样是最常见的信息之一,它又是文字信息的根底。人的性别在人的终身中普通是不会改动的,而身高、体重在不时变化,对人来讲,性别能够作为辨认人的一种信息。当然人的指纹在人的终身中也是不变的,同样能够作为辨认人的一种信息;DNA也能够作为辨认人的一种信息。

在研讨信息定义时,一种常见的观念是维纳的定义,他说:什么是信息?信息就是信息,既不是物质也不是能量。维纳的定义在强调对信息需求深化研讨上是有益的,定义标明信息是与质量、能量平行的、还未研讨的、新的物质的性质。但是采用穷举法停止定义,又无法说清一切可能性时,是不适宜的。由于我们同样能够说。信息不是热量,不是温度……还能够举出很多。在我们提出信息作为物质的一种属性的观念时,很容易想像,物质有多种属性,信息只是一种属性,因而仅谈信息不是什么,显然是不够的。

申农只研讨了一种详细的信息,他把无线电码作为信息无疑是正确的。由于在无线电波传输过程中,电码是不变的。但是由于电码作为信息,不只在传输过程中不改动,而且在人们收到电码时,电码也不改动:电码对人有作用,去掉了人们认识的不肯定性。申农进一步发掘在传输过程中电码的不变性,引申出人们收到电码,相当于在未传输来电码之前,人们假如存在认识的不肯定性,在得到电码以后去掉不肯定性这一事实,运用数学上概率论的理论,树立了电码信息理论。这一理论的根底在于把信息定义局限在“信息的作用”上,并未对

信息自身停止剖析,由于申农理论的深入全面,而且能够处理电码传输中的大量实践问题,使后人将信息定义锁定在申农定义之上。

20世纪末电子网络技术的开展,人们把大量图形、文字、声音等信息材料数字化成计算机能够操作的信号(·、一〉。这就用0、1字符串描绘了绝大多数信息,使我们就有可能从最简单方式的信息来研讨问题。

另一方面,生物、化学,以及控制论等一大批原来以物理学的牛顿定律(满足线性定律、叠加原理)、能量守恒及转换定律为根底的学科,目前研讨的对象愈加复杂,它们不再满足原来的叠加原理了,人们不能采用复原论的方式停止逐一合成,并且研讨。如今已成为热点的非线性科学、系统科学对这方面的研讨提供了新的思绪,能量在这些学科中的作用正在削弱,对这些现象的认识需求从信息来理解。生物控制论曾经超出了原来经典控制论中主要强调能量的局限,即输入信号能质变化,输出也变化〈正反应或负反应)。实践上,原来控制信号十分简单,人们不留意其信息特性,只关怀其能量大小:如今则不然,信息对系统演化的作用十分明显。另外化学反响、生物生长繁衍也不能局限在对能量守'恒的研讨,原来的化合合成反响、吸热放热反响、光协作用等理论,多数已成为这些学科中的经典。如今人们更关怀化学大分子的构造、特种酶的催化作用、生长中如何维持物质中的蛋白质的各种构造,以及它们如何在繁衍中坚持下来等。化学信息论、生物信息论应运而生。特别是生物信息论在人们完成了基因图谱,进而讨论蛋白质组学,制造各类蛋白质图谱的时分,迫切需求对信息有进一步的理解。

经济学的开展原本就与信息亲密相关,各种买卖市场的买卖,以及消费的开展全靠市场上信息的调理和影响。如何把申农的电报信号、日常生活中所讲的音讯、言语等所反映的信息,以及化学大分子构造、生物遗传、经济开展所依赖的信息统一同来,将成为21世纪研讨的热点,而且一定会有所打破。

四、学科的根本特性

信息触及到各个学科,而且越来越重要,能够说如今简直没有一个学科前沿的开展不触及信息,这相似于18世纪科学研讨中无不触及能量一样。信息科学的研讨,除了在定义上会有打破外,还有几个问题需求留意。

1.信息的度量

信息是过程量。人们经过过程认识事物,但事物过程千万种,一个量仅与过程联络则无法认识它。在能量的讨论中,热量、做功与过程有关,最后找到仅与状态有关的能量:找出能量、做功、传热三者之间的关系——热力学第一定律,使能量脱离过程,成为客观对象状态的变量,才得以真正认识它。

人们局限在信息对人的作用,使信息带有客观性。同一信息对不同的人作用不同,这是信息与人的关系,不是信息的性质。要认识信息必需将信息客观化。

由于在传输过程中,不变的物理量能够作为信息,实践上不变的东西很多,故对各个不变的局部,都能够定义信息。质量作为惯性的量度,其量值能够经过惯性的大小来量度。能量作为运动的量度,其量值能够经过运动的大小来量度。将申农信息定义推行,从信息作用的角度来度量信息存在艰难,由于信息作用很多,无法提出普通办法。详细到一类信息,比方关于电码信患,不肯定性大小容易计量,能够从去掉不肯定性的几来量度。更多的信息不存在与不肯定性的直接严密的联络,无法将申农的度量办法停止推行。能够想象,即便想方设法找到了普遍的去掉了不肯定性的度量方法,对很多信息也无法度量,由于不肯定性的数量无法认定,某一种声音的频率是一信息,但由于声音的频率是连续散布的,我们无法肯定共有几种不肯定性,同时我们也无法比拟600Hz的频率与1000Hz的频率,哪个带来的信息更多。

2.信息理论研讨

人们在物质的互相作用中认识物理量,树立其服从的理论。信息在传输的过程中,它是不变的,信宿感知到信息,就是感知到这一不变量的详细数值。由于在传输过程中没变化,信源所具有的信息依然不变,而且这个不变的量能够被多个信宿所感知。从这个意义上来讲,信息应是个状态变量,在传输过程中不发作变化,不管这个信息是如何产生的,如何停止控制均不改动这种属性。声音的频率在传送过程中不发作变化,频率能够作为信息。我们收到一个信息,原对象所具有的信息并未减少,能够以为整体上信息的散布发作变化,普通不说

信息增加了,或减少了。从与能量比拟来看信息量是不守恒的,它不因被信宿所感受而减少,也与如何产生没有关系。

信息使人们换一种思绪研讨问题,它是对多个具有不变性质的物理量统一的称谓,它的性质、理论也应是对多个物理量性质的综合。系统科学以为信息与能够作为信息的详细物理量不在一个层次。

虽然信息从定义、度量到性质,还未全弄分明,但是它的应用范畴非常普遍。生物的繁衍和进化、言语、文字全都离不开信息。对由多个变量描绘的复杂系统停止刻圃,都普遍地运用信息。

3.信息与信息的作用

正像能量有多种方式一样,信息的详细方式更多。依照我们给出的定义,物质各种不变的性质都能够作为信息。

前面我们曾经指出,要辨别信息与信息的作用两个概念。信息的作用触及客观的内容,特别是与我们人类亲密相关的信息,如文字、书报、播送、图像等,其作用更是离不开人的觉得、知觉。生物遗传信息不触及客观,它是生物繁衍的控制因子。生物繁衍能够由生物控制论研讨生物信息(即基因的组分、外形等),来控制着蛋白质的构成。新蛋白质的合成要有本身能量、物质的变化,但新蛋白质的质量增加时,由基因控制的蛋白质的构成是不变的、互相关系是不变的。我们能够由复制来阐明这一点。

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