全信息概念及其相关问题探讨

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1、精品论文全信息概念及其相关问题探讨张连成，黄善国（北京邮电大学信息光子学与光通信研究院，北京 100876）5摘要：当今时代，是信息时代。信息科学技术既是一个新兴学科，也是一个正在蓬勃发展的 热门学科。信息，作为信息科学技术领域最为基本的概念，对其概念的正确理解，无疑有着 至关重要的理论和现实意义。“信息”概念本身，也随着科学技术的发展在不断演进。本文 介绍了信息概念发展演进的过程，并总结为三个阶段：模糊认识阶段、理性认识阶段、哲学 本质认识阶段。重点阐释了对全信息概念体系的理解，并针对全信息相关的几个问题进行探10讨。关键词：信息论；全信息概念；信息科学；中图分类号：N05The Conce

2、pt of Comprehensive Information and Several15Problems with ItZHANG Liancheng, HUANG Shanguo(State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876)Abstract: The modern era is information age. Information science an

3、d technology is a new subject and20is in the process of rapid development. Information, as the most fundamental concept of information science and technology, is essential to both researching and engineering. The concept of information itself is also evolving. This paper summarized the evolution of

4、information concept, and divided the process into three stages. Then focused on the understanding into the concept of comprehensive information. The paper also discussed serveral frequently asked problems with the concept of25comprehensive information.Key words: information theory; comprehensive inf

5、ormation concept; information science;0引言随着信息技术的发展，越来越多的信息化应用和产品已经以各种方式渗透到人们日常生30活的方方面面。信息，已成为一个使用非常频繁的基本词汇。信息，不仅作为重要的基本概 念在信息科学领域的被使用、讨论和研究，而且也早已在其他学科诸如生物学、哲学、心理 学等众多学科中被广泛使用，用于研究各种自然界和非自然界的现象。黑格尔曾经说过:“熟 知的东西所以不是真正知道的东西，正因为它是熟知的”。对于“信息”这个概念，似乎早 已非常熟悉，然而，“究竟信息是什么”仍是一个很难回答和值得深入研究的问题。35本文首先介绍了对“信息”概念认

6、识的演进过程，并划分为三个不同阶段，对各阶段的 理解进行总结和归类。在此基础上，着重阐释对以“全信息”为核心的概念体系的理解，对 “全信息”相关的几个问题展开探讨。1信息概念的发展演进信息，在被作为科学对象进行研究之前，其含义是浅显的、模糊的，很容易和其他概念作者简介：张连成（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向：PCE 与多层多域智能光网络 通信联系人：黄善国（1978-），男，副教授，主要研究方向：数据光网络及自动交换光网络（ASON）关 键技术，传送网规划与优化等. E-mail: shghuang- 8 -40混淆。那时，信息常常被当作是“消息”、“音信”、“知识”、“情报”等的

7、同义词，甚至在很多学术性场合都不做区分地交替使用。在计算机出现之后，很多时候，信息也被作为 “数据”、“媒体”的同义词。这一阶段是“信息”概念认识的初级阶段模糊认识阶段， “ 信息”同其他概念的边界处在模棱两可的状态。第一次将信息概念作为科学对象进行深入研究，是从通信领域开始的。通信技术工作者45的核心工作就是传输信息，他们打交道最多的就是信息。因此，为了解决通信过程中的各种 问题，客观需要决定了必须要对信息的本质既做定性的研究和理解，又要在数学上给出量化 的度量。1948 年，美国数学家 Shannon 发表了一篇名为通信的数学理论的论文，奠定 了通信理论的基础。Shannon 在文中以数学

8、中的概率论作为工具，对通信过程中的各种基本 问题，进行了深刻阐释。从信源信息量的度量，到信道容量的计算，从编码到信息的还原，50都给出了一系列组合重要的数学表达，对通信工程中的问题起到了至关重要的指导作用。在 该文中，信息量被计算为不确定性的减少，即信息是能够减少不确定性的东西。信息在数值 上表达为NH s ( p1 , ., pN ) = pi log2 pii =1(1)即，为概率熵。Shannon 对信息量的定义，不仅解决了通信工程中的基本问题，更将“信息”55这一概念推向科学研究的前沿。从此，“信息”在各类自然学科逐渐出现了各种不同的定义， 形成了百花齐放的局面。“信息”同其他概念的边

9、界也逐渐变得清晰，进入了“信息”概念 认识的第二阶段理性认识阶段。1948 年，维纳在控制论初版导言中提出：消息是颁布在时间上可量时间的或连续 的序列确切地说，就是统计学家的所谓时间序列。601948 年，维纳在控制论中提出：信息就是认识论。信息就是信息，不是物质也不是能 量。不承认这一点，唯物论在今天就不能存在下去。1维纳将信息与物质和能量并列起来， 作为自然界中的第三种本源，不过维纳并没有采用直面描述的方式，而是以否定判断的方式 描述信息。1950 年，维纳在控制论与社会一书中曾经指出：“正如熵是无组织程度的度量一65样，消息集合所包含的信息就是组织程度的度量。事实上，完全可以将消息所包含

10、的信息解 释为负熵。” 2 即维纳认为，信息是组织程度的度量。1956 年，维纳在人有人的用处中提出，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内容的名称。随后越来越多的不同领域的学者对“信息”提出了不同的定义。英国生物学家艾什比在70控制论导论引入了“变异度”的概念，用来表征集合中元素的差异度，并将信息理解为 事物的变化、差异。3 基于“变异度”的概念后来还发展了新的说法，其中意大利学者 G.Longo1975 年出版的信息论：新的趋势和未决问题一书序言中认为：“信息是反映事 物的形式、关系和差别的东西，它包含在事物的差异之中，而不在事物本身”。2随着科学理论和技

11、术的进一步发展，信息的普遍性和广泛性也引起了哲学家们的关注，75他们发现，人类社会、自然界、思维，乃至宇宙中的一切事物的存在方式及运动状态都有其 固有的规律和特征，由相应的信息来表现这种运行的状态和方式。由于任何事物都有其内部 结构和外部联系，正是这种内部结构和外部联系的综合作用，决定了事物的运动状态和方式。 因此，信息可以说是事物的一种普遍属性。4从此，越来越多的学者去探讨“信息”的哲学 本质，从哲学角度给出“信息”的认识。“信息”概念的认识，进入了第三个阶段哲学精品论文80859095100本质认识阶段。在这一阶段，对“信息”的认识，已经出现了多种不同的层次。信息的定义和哲学本质对现有信息

12、定义分为信宿角度、熵的定义、价值角度、物质 和能量分布和折中的定义方法这样五种，并指出“信息”的哲学本质是：1）信息是客观存 在的，一切物质都具有该属性；2）信息是显示物质的存在方式和状态的属性；3）信息是物 质间接存在性的标志；4）信息是物质自身显示其自身的属性。在此基础上，将“信息”定 义为：“信息是物质存在方式和状态的自身显示，它标志着物质的间接存在性”5。这个定 义坚持了唯物主义的立场和本体论的方法。人们的认识总是从现象到本质，从特殊到一般。要认识“信息”，就要抓住其特征，在 信息运动全过程中，有三个最显著的特征：目的性、系统性和动态性。1968 年 M.贝利斯和 S.高艾斯提出了信息

13、的量质统一量度理论，指出：“一个事件的发生，消除了双重的不确定 性，在数量关系到事件发生的概率，在质的方面关系到达到目的的有效性。”，并给出了有 效性分布，推导出了和 Shannon 公式类似的平均有效信息公式。6有效信息理论，揭开了信 息概念研究的另一层，使用人们开始重视信息的价值和效用问题。我国学者钟义信在对“信息”深入研究并同 30 多种已有概念比较分析之后，针对概念 的复杂性，开创性地通过使用不同限定条件选择不同表述的方式，按照约束层次的不同，给 出了“信息”在不同层次的定义。其中，最典型的两种是本体论层次的信息和认识论层次的 信息。在坚持唯物主义立场基础上，综合考虑各层次内涵和外延，

14、建立了较为完备“全信息” 的概念体系，将人们对“信息”概念的认识推向了一个全新的高度。“全信息”体系提出后， 在信息科学界反响强烈，经历了十几年的考验，目前已得到相对广泛的认同和共识，并且其 指导下的智能信息技术的应用已如雨后春笋不断涌现。2全信息概念与度量1051101152.1 全信息概念体系全信息概念体系中，对信息概念的阐述，是以约束条件划分层次，并在不同层次下给出 信息的定义的。这个思路的独特性和优越性在于，根据不同的约束条件，可以得到一系列的 层次，而对应这一系列的不同层次又可以形成一系列不同的定义。约束条件的不同，定义的 适用范围就不同：约束条件越少，定义层次越高，则定义越普适，可

15、应用范围越广阔；约束 范围越多，定义层次越低，则定义越狭隘，可应用范围越窄，或者说越具体。最高的层次，即是无任何约束的层次，在全信息概念体系中被称为“本体论层次”。本 体论层次的信息定义为：某事物的本体论层次信息，就是该事物运动的状态和状态变化方式 的自我表述/自我显示。2本体论层次信息定义的核心点有三个：事物、运动状态、运动状态 的变化方式。其中的“事物”在信息科学原理（第三版）（以下简称原理）中被描 述为“泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客体，也包括主观世界的精神现象”； 而“运动状态”中的“运动”则同哲学中所言“一切事物都是运动的”保持一致，具体含义 为“泛指一切意义上的变化，

16、包括机械运动、物理运动、化学运动、思维运动和社会运动等”， “运动状态是指事物运动在空间上所展示的性状和态势”；而“运动状态的变化方式” 则是指“事物运动状态随时间而变化的过程样式”。2本体论层次的信息，具有典型的特点：1）绝对性与相对性、普遍性与特殊性的对立和统一。本体论层次的信息定义内涵中包含有 “两个一切”，这体现了本体论层次信息的绝对性和普遍性。不同事物所具有的不同运动状 态和状态变化方式，这又体现了本体论层次的信息的相对性和特殊性。2）客观实在性。本120125130135140145150155体论层次的信息，也是客观的，是不以人的意志为转移的，它是“自我表述/自我显示”，不涉及主

17、体。3）至高的普适性。本体论层次的信息，约束条件最少，甚至可以说是无条件 的，其应用范围最为广阔，是最为广义的定义。在对本体论层次的信息引入约束条件，以使其降低层次，即可得到相对较低层次的定义。 在所有约束条件中，最为重要的显然是主体的引入。当存在认识主体时，本体论层次的信息 定义就转换为了认识论层次的信息定义。认识论层次的信息定义描述为：主体关于某事物的 认识论层次的信息，是指主体所感知或表述的关于该事物的运动状态及其变化方式，包括状 态及其变化方式的形式、含义和效用。2注意到认识论层次的信息既有联系又有区别。联系 是两者均言及“事物的运动状态”和“变化方式”。认识论层次的信息相对于本体论层

18、次的 信息有两个重要的区别：1）“主体所感知或者表述的”，体现了认识论层次的信息是从主 体的角度出发的，而非从“事物”本身的角度出发的；2）“包括状态及其变化的方式的形 式、含义和效用”，值得注意的是这里引入了三个方面，分别是“形式”、“含义”和“效 用”。可见，认识论层次的信息相对本体论层次的信息有着更为丰富的内涵。全信息的概论，是建立在认识论层次的信息基础上的，其表述为：“同时考虑事物的运 动状态及其变化方式的外在形式、内在含义和效用价值的认识论层次信息称为全信息。 而把仅仅计及其中的形式隐私的信息部分称为语法信息，把计及其中的含义因素的信息 称为语义信息，把计及其中效用因素的信息部分称为

19、语用信息。”2。全信息定义 中的“全”字并非是包容一切、不可附加的意思，而体现的是外在形式、内在含义和效用价 值的三位一体，体现的是语法信息、语义信息和语用信息三者的统一，体现的是三者的相互 依存、不可分割。全信息概念之所以可被称为一个概念体系，至少有两方面的原因。第一，在不同约束条 件下形成不同层次的一系列定义，可以形成一个定义体系。第二，有关“信息”的现有的各 种标志性定义，都是和全信息概念相通的，都能够在不同的条件下找到各自的位置。典型地， 维纳认为的“信息就是信息，不是物质也不是能量”，是一种通过否定而非直面描述的方式 的定义，但即便如此，也同全信息的“事物运动的状态及其变化方式”并不

20、矛盾，是相通的。 对于 Shannon 提出的信息概念，在原理中经论证属于“统计型语法信息”。2.2 全信息的描述与度量全信息的三个层次，即语法信息、语义信息和语用信息，也是信息按照性质划分的三大 类别。根据事物运动状态（有限、无限，连续、离散，明晰、模糊）和运动状态变化的方式（随机、半随机、确定），可将语法信息分为 2*2*2*3=24 种不同的类别。但其中最为基本 的只有四种：离散有限明晰状态的概率型语法信息、离散有限明晰状态的偶发型语法信息、 离散有限明晰状态的确定型语法信息、离散有限模糊状态的确定型语法信息，并可分别简便 地称为概率信息、偶发信息、确定信息和模糊信息2。在原理中，概率信

21、息通过概率空间来描述，偶发信息通过可能度空间来描述，确定 型信息可通过状态方程、数据表格、公式曲线、图形文字甚至语言来描述，模糊信息可通过 隶属度空间来描述。对于语义信息，可通过综合逻辑真实度空间描述。对于语用信息，可通 过状态综合效用度空间来描述。语法信息的统一测度在引入肯定度后，其公式有两种表达式，在 (C = P) (C = Q) 时 为：I (C, C * ; R) = I (C* ; R) I (C; R)NN(2) nn nn在 C = F 时为：=n=1c* logc* nnnnNcn=1logcI (C, C* ; R) =1 c* logc* + (1 c* ) log(1

22、c* )160N n =1N(3) 1clogc+ (1 c ) log(1 c )Nn =1nnnn综合语义信息测度公式，在 (C = P) (C = Q) 时，为：I (T , T * ; R) = I (T * ; R) I (T ; R)NN(4) nn nn在 C = F 时为：=n=1T * logT * NTn=1logTI (T , T * ; R) =1 T * logT * + (1 T * ) log(1 T * )nnnnN n =1N(5) 1TlogT+ (1 T ) log(1 T )Nn =1nnnn165综合语用信息测度公式，在 (C = P) (C = Q)

23、 时，为：I (U ,U * ; R) = I (U * ; R) I (U ; R)*NN(6)在 C = F 时为：= n=1U n logU n nnnnNUn=1n logU nI (U ,U * ; R) =N1 N n=1U * logU * + (1 U * ) log(1 U * )(7) 1UlogU+ (1 U) log(1 U )Nn =1nnnn170175180从上面的公式也可以看出，语法信息测度公式、综合语义信息测度公式和综合语用信息的测度公式三者有着非常一致的形式。其中，综合语用信息量公式（7）综合了各种信息量 的关系，可以被理解为“全信息”的测度公式。2全信息度

24、量公式，直观看是非常简洁、优美的，语法信息、综合语义信息和综合语用信 息公式在形式上的一致性也体现了这一点，并且度量值的形式和含义同直观的印象非常吻 合。全信息的度量公式给出了语法信息、综合语义信息和综合语用信息的定量表示，为深入 研究信息的各种运动过程奠定了强大坚实的基础，具有重要的理论意义。3全信息概念相关问题探讨在学习全信息理论过程中，总会有一些问题。我们对一个新的理论的认识，必然要经历 “认识-怀疑-再认识”的不断迭代过程。在阅读相关文献7中，也看到一些对全信息理论质 疑甚至批评的声音，也代表了学习过程中的一部分问题。这里，选择几个有代表性的问题进 行探讨。18519019520020

25、52102152203.1 信息科学是否有必要讨论信息价值判断全信息概念中有三个层次，其中语用信息是“仅仅计及了事物的效用价值部分的认识论 层次信息”。语用信息用于表征信息的效用和价值。文献7介绍了结构语言学和符号学的 研究分支，并引述理论信息学导论指出：“本来，语言学中的语义学和语用学都是关于 语言语义的学问。其间的区别在于：前者研究静态的语义，而后者研究动态语义。但是，有 的学者根据语法学、语义学、语用学的字面意义，望文生义地把语用学说成是关于语言的效 用和价值的学问。在这种误解基础上，把它们借用到信息学中来，提出任何信息都是语法信 息、语义信息、语用信息的统一”，并给出批判：“作为原理一

26、书基石的全信息概 念中有三分之一（语用信息的观念是错误的。”，同时指出“同一则消息中所载荷的信息 可以使一些人欢天喜地，而使另外一些人如雷轰顶。信息价值问题显然不是一个科学问题， 我们讨论信息概念和信息科学原理，怎么可以拿它作为基础呢？”。这里提出两个观点：第 一个是原理一书对“语用学”的望文生义和误用；第二个是原理引入研究信息效用 和价值的“语用信息”本身就是一个错误。对于第一个观点，初看全信息概念的三个层次， 确实用到了“语法”、“语义”、“语用”三个关键词，且和结构语言学及符号学中的三个 分支的名字刚好一致。并且在符号学分支中“语用学”确实同“效用和价值”风马牛不相及。 经仔细审查，在原

27、理中仅仅对全信息的三个方面进行了定义，对“语用信息”定义描述 为“把计及其中效用因素的信息部分称为语用信息”，这同文献7的引文也完全相同。 可见，原理中并没有给出任何有关“语用学就是研究效用和价值的”的断言和结论。当 然，必须承认，原理中使用“语法”、“语义”、“语用”这样三个词作为全信息的三 个层次的信息的名字的一部分，这种非常一致的“巧合”，确实有望文生义之嫌。对于第二 个问题，该不该在信息科学中讨论信息的价值和效用问题？这也是一个常见的、容易让人不 解甚至质疑的问题。对于这个问题的回答，应当肯定的。正是因为“同一则消息中所载荷的 信息可以使一些人欢天喜地，而使另外一些人如雷轰顶”，才体现

28、出效用和价值方面的不确 定性，这也应当是认识论层次的信息的一部分。原理中已经阐明：“事实上，人们只有 在感知了事物运动状态及其变化形式、理解了它的含义、判明了它的价值，才算真正掌握了 这个事物的认识论层次信息，并作出正确的判断和决策”。并且，“在信息理论发展的初期， 人们故意排除语义信息和语用信息的因素，先从语法信息入手来解决问题，这既是迫不得已 的事情，同时又是很明智的选择。问题在于我们不能总是停留在语法信息这个相对简单的层 次上，而应当继续深入地研究和解决语法信息和语用信息的问题。因为，语法信息只是解决 通信工程这样一类传递信息的问题，而凡是有智能、有目的的系统，都必然要设计到语 义信息和

29、语用信息的问题”。基于全信息的信息科学原理着眼于信息过程的全体，“在一定 意义（但不是严格意义上），信息获取过程和信息传递过程可以只关注语法信息，把信息的 形式因素（语法信息）提取下来，传递下去，但是在信息认知和信息再生过程中，光有语法 信息就不够了，必须了解信息的含义和价值（语义信息和语用信息），才能通过处理得到真 知（达到认知），产生能够有效解决问题的策略信息”。因此，对于信息价值和效用问题的 研究是非常必要的，将其纳入到全信息概念中作为一个重要的层次，有着重要的理论指导意 义。那么，信息价值和效用问题，到底是不是科学问题？文献7断言“信息价值问题显然 不是一个科学问题”。依据原理中科学技

30、术发生学、科学技术生长学、科学技术共生学 和科学-技术-经济-社会互动律可知，科学技术始于人类提高自身认识世界和改造世界的需求 之根，科学技术因“辅人”而生，循“拟人”之路而行，结能力“共生体”之果，成“科学精品论文225230235240245250255-技术-经济-社会”互动之象。因此，“信息价值问题”是不是一个科学问题，要看是否具有“辅人”之功能。从这个角度讲，信息价值问题显然是一个科学问题。3.2 观点：科学就是科学，哲学就是哲学全信息理论中有些部分有着浓重的哲学色彩，如“本体论层次的信息”和“认识论层次 的信息”等等。有些学者认为：“原理作为信息科学的一本专著，其信息的定义却属于

31、哲学本体论和认识论的范围。如此把哲学和科学搅和在一起讨论，怎么可以呢？在 科学发展史上，好不容易把神学、哲学与科学区别开来，科学才取得了独立发展的身份。科 学论著当然应该、也可以把哲学看成是观念基础和更为基本的方法论依据。但是，科学就是 科学，哲学就是哲学。”7。这里提到了科学与哲学的关系问题。科学与哲学既有区别，又 彼此密切联系。哲学为科学提供基础的理论指导和方法论，科学为哲学提供了广泛的素材和 补充。科学与哲学就是互补的，既区别又联系，既对立又统一。至于，讨论“信息”概念问 题，是否可以使用哲学的术语，使用不使用都应当无妨。“信息”的概念问题，已经不仅仅 是信息科学的重要基本问题，也是一个

32、重要的哲学问题。要深入理解“信息”的概念，就必 须深入其哲学本质去探查。因此，使用哲学术语描述“信息”概念非但不可，而且是非常合 理的。文献7对使用哲学来说明科学问题表示了否定，但可以看到该文献作者在论述信息 价值问题时指出：“在理论上说，把信息科学和信息价值混为一谈的问题，休谟早已在哲学 的层次上予以解决”7。可见，文献7既口中否定，却又行动上支持，这所形成的矛盾效果 正说明了科学与哲学的联系密不可分。3.3 基于全信息概念的信息科学原理是否是“拼盘”在全信息概念体系基础上的信息科学原理综合多种理论的成果，形成了相对统一的理 论。有些学者认为：“真正在各门信息学中具有通用性的信息科学不是任何

33、一门具体信 息学的推广。我们还认为，它也不是几个信息学学科的拼盘。原理把通信理论、控 制理论、计算机理论、人工智能理论、对策论、系统理论等综合在一起，构成近 64 万字的 著作。我们认为这种研究信息科学的方法与出版关于信息科学的系列丛书并没有本质区 别”7。基于全信息的信息科学原理，在对信息基本概念的哲学本质深入研究基础上，构建 了全信息概念体系，并以此为基石建立和阐述了全信息测度理论，并从信息全角度过程出发， 阐述了信息获取原理、信息传递原理、信息认知原理、信息再生原理、信息思维原理、信息 施效原理和信息组织原理，不仅对现在各种理论进行了发展和促进，而且统一起来形成了非 常严密的体系，而非已

34、有各种理论的简单“拼盘”。文献7对于全信息概念及其上的信息 科学原理的怀疑精神值得赞赏，但在科学问题讨论中牵扯进个人因素甚至直言“他成为我国 著名的信息学家，任副校长、校学术委员会主任，人工智能学会理事长，等等”，这种近乎 人身攻击的手段很不值得赞同。4结论本文在纵览信息概念发展演进历史的基础上，将对信息的认知划分为模糊认识阶段、理 性认识阶段和哲学本质认识阶段三个阶段，并分别总结了对信息理解和研究的成果。接下来 重点阐释了对全信息概念体系的内容、特点、理论意义的理解，并简要介绍了全信息描述与 测度的方法和意义。针对全信息概念及其基础上的信息科学所容易产生的问题、质疑，分别 给出解释和论证。全

35、信息概念体系，将对“信息”概念的理解推向了一个新的高度，有重要 的理论指导意义。但任何理论都是处在一个相对的稳定状态，否则科学技术将无法进步、停精品论文260265270滞不前。相信随着科学技术的发展和实践的深入，对于“信息”概念的认识也会得到进一步完善和加深。参考文献 (References)1 孙晓明，张文娟. 对信息概念的再认识J. 情报科学，2009，,27（6）：808-811. 2 钟义信. 信息科学原理M. 北京：北京邮电大学出版社，2002.3 W.R.Ashby. 控制论导论M. 北京：科学出版社，1965.4 文庭孝，侯经川，汪全莉，刘晓英. 论信息概念的演变及其对信息科学发展的影响-从本体论到信息论 再到博弈论J. 理论与探索，2009，32（3）：10-15.5 卜炜玮，成昀. 信息的定义及哲学本质J. 思想战线. 2005，31（4）：129-131. 6 陈忠. 信息究竟是什么J. 哲学研究，1984，11（3）：12-67.7 高珊，朱晓刚，田爱景. 关于信息的语法、语义、语用以及全信息兼评信息科学原理（第三 版）J. 医学信息，2006，19（12）：2065-2068.