郑开琪《关于信息的定义及其分类》

发布者:郑开琪发布时间:2008-09-01浏览次数:173

 

信息的历史渊源

 

“信息”一词是我国汉语的固有词汇,并非外来语。在我国古代的诗词歌赋、小说野史中早已有人使用,只是用于“消息,音信"之意,并没有赋予信息以严格的科学定义。如西晋陈寿的《三国志》中记载的诸葛恪围合肥新城,城中遣士刘整出围传消息。王子俭期曰:“正数欲来,信息甚大”句中“信息”即指“消息”之意。南唐李中的《碧云集·暮春怀故人》诗: “梦断美人沉信息,目穿长路倚楼台”,句中“沉信息”即指渺无音信之意。南末陈亮的《梅花》 诗:“欲传春信息,不怕雪埋藏”,句中“春信息”即指“梅花报春”之意。明代李昌棋的《剪灯余话· 至正妓人行》诗:“荡子江湖信息稀,疲兵关塞肌肤裂”,句中“信息稀”即指音信稀少之意。明代施耐庵的《水浒传》 第四十四回:宋江大喜,说道:“只要贤弟去得快,旬日便知信息”,这里的“知信息”是消息即将返回的意思,等等。由此可见,上述例句中的“信息”一词的含义都是消息、音信之义。但人们往往认为得到的“消息”数量越多,所获得的“信息量”也就越大,这就是人们几千年来度量信息的古老方法。其实,消息不等于信息。消息不过是信息所包含的内容,而信息只是消息的形式而已。假如所获得的“消息”全是假的就等于没有获得任何信息。反之,如得到的信息虽很短,但却包含许多闻所未闻的新内容,那就获得了较多或较有价值的信息。这说明,人们原有的对“信息”涵义的认识已远远不符合客观世界发展的实际。

信息作为科学概念的提出,是19 世纪以后的事情。一些科学先辈早在19 世纪下半叶已在探讨信息问题。如奥地利的科学家波尔兹曼于1872 年提出了信息与不定度间的可测关系的概念。美国科学家费希尔于1918 年从古典统计理论的角度研究了信息量的量度问题。卡松于1922 年提出了边带问题理论,指出了信号在调制(编码)过程中频谱展宽的信号保护法则。美国的奈奎斯特和德国的开夫曼尔提出,一定速率的电报信号的传送,要求与一定的带宽相适应。美国科学象哈特莱在《信息传输》一文中,从通讯理论的角度出发,首次提出了信息量概念,他认为信息是消息中不定性的排除,用消息可能数目的对数来度量消息中所含的信息量,人们对信息量这一问题才有了深刻的认识。波特于1945 年发麦了《声音的可视图形》 一文,1947 年他又与柯普等人写了《可视语言》,介绍了各种声音的谱图。此外,苏联戈尔莫戈洛夫《在无噪声情况下预测信号》 一文,着重研究了接受信号的问题,这一切都为信息论的创立创造了有利的条件。

  第二次世界大战以后,1948 年美国数学家申农在《贝尔系统技术杂志》上发表了《通信的数学理论》一文,从理论上阐明了信源(信息发出者)、信道(信息传递渠道)和信宿(信息接受者)的特征以及编码(把信息变换成可传递信号的措施)等有关通信方面的一些基本问题。该文从量的方面来描述信息的传输和提取方面的问题,从而推导出通信过程中信息量的数学计算公式。该文从理论上初步澄清了对信息的认识,从此,信息作为科学概念进入了通信领域。该文标记着信息论的诞生。申农创立的信息论为狭义信息论。

狭义信息论是一门应用概率论和数理统计方法研究信息处理和信息传通的科学。它主要研究信息的变换和传递,研究通讯和控制系统中普遍存在的信息传递的共同规律。正如申农所说的:“通信的基本问题是在通信的一端精确地或近似地复现另一端所挑选的消息……至于通信的语义方面的问题,与工程方面的问题是没有关系的。”这就是说,通信的任务只是单纯地复制消息,只要在通信接收端把发送端发出的消息从形式上复制出来就行了,无需对信息的语义作任何处理和判断。所以,形式化是狭义信息论的优点。换言之,狭义信息论所关心的只是准确地选择和传递信息符号,以及信息符号所表现的概念、数量和可靠性,而不关心这些信息符号所表达的实际内容。正如长途电话台的话务员所关心的只是通话的清晰度、距离和时间,而不管人们在电话里谈些什么。又如一个不懂外文的人收到一封外文信,只能辨认出外文字母和标点符号,却不懂外文信件的内容,实际上就没有获得任何信息。任何信息都包含着语法结构(即形式的)方面,同时也必然包含语义(信息的含义)和语用(信息的主观价值)三个基本方面。狭义信息论只研究了语法结构方面而回避了语义和语用方面。此外,狭义信息论还研究信息的度量问题。信息是一个从不确定性到确定性的运动变化过程。申农认为,度量信息的基本出发点是把信息看作用以消除不确定性的东西,信息量的大小可用被消除的不确定性的多少来表示。信息量是从信息接受者的角度来考察的,信息从信源发出,接受者在没有收到之前,存在一定的不确定性。当收到之后,这种不确定性就部分或全部消除了。消除不确定性愈多,所获得的信息量越大。如果接收者收到的信息内容是早己预料到的,那么这一信息量就等于零。

狭义信息论对信息只作定量描述,而对信息的质、内容和其他方面,如信息的使用价值,受信者的反应等等都不作考虑。实际上信息不仅有量的方面,而且也有质的方面以及与使用信息的接受者主观认识相联系的一面,但这些都没涉及,这是狭义信息论的很大的缺限,这就使得申农的信息在实际应用中有着一定的局限性。

美国科学家维纳在研究电滤波器中噪声与消息的问题时也涉及到信息。他从不同的角度给出了相同的信息量的数学表达式。因此,控制论的创始人维纳对信息论的诞生作出了不可忽视的作用。维纳试图从哲学上讨论信息的本质。他说:“信息就是信息,不是物质也不是能量。维纳这句话强调的是信息具有它独特的质的方面,而没有明确地说出信息到底是什么?此外,维纳又试图从信息的内容上给信息下定义。他说:“信息是我们适应外部世界,并且使这种适应为外部世界所感到的过程中,同外部世界进行交换的内容的名称。”但这一定义没有明确划定信息的范围,也没有明确回答信息的“内容到底是什么?可是这一定义已明确地把信息的概念推广到人,即指出了信息与信息接受者的主观认识有关。应该说,这一定义要比在通信意义下的信息有着更为广泛的意义。

许多学者认为,在任何物体中所凝聚的信息都具有多层级性,信息的质量在信息的多层级的关系中显示出来的。信息的多层级性向我们揭示了信息本身潜在的丰富、复杂的内容。信息一般具有三个层级的质。第一性级的质指的是对物质直接存在形式前一级客观显示。它与信源物本身的直接存在有关。信息第二性级的质是凝结在信源物中的信息。它是在人的意识能动的分析、识辨中被把握的。由于每个人内在存储的信息的量与质不同,便不可避免地造成了信息第二性级的质对于不同的认识者在同一性级的范围是必然会具有相对认识的差异性。信息的第三性级的质是信息主观约定的质。它是意识对信息关系的一种重新分解组合。信息第三性级的质是人类认识赋予信息一个崭新的高级的质。从信息的三个性级的质的规定性中我们可以看到,信息质的规定,不仅来源于物质方面,而且也来源于精神方面,这更增加了人们对信息认识的复杂程度。由于维纳把信息的概念推广到人,指出了信息与信息接受者的主观认识有关,所以维纳的定义实质上是对申农狭义信息论的补充、发展和完善。

 

二、各种信息定义的提法

 

信息论产生以后在科学界引起了巨大的轰动。信息概念和信息论原理己广泛深入到各个学科领域,从而进一步扩大了人们的视野,各个领域的科学家在各自的工作领域里,对信息问题进行了大量的研究,争相试图应用这一理论来解决各自领域的问题。因此,信息的多种定义现象是不足为奇的。据有人统计,目前国内关于信息的定义已有百余条之多,但时至今日仍无一条公认的定义。关于信息的定义,目前人们对信息的理解,大体下有三种情况:

1. 狭义的理解。有人提出:“信息是指具有新内容、新知识的消息”, “信息是消息中不定性的排除”, “信息是指对消息接受者来说预先不知道的报道”, “信息就是研究信息量、信道容量和编码问题”等等。

2. 广义的理解。“信息是对生活主体同外部客体之间有关情况的消息”, “信息就是物质存在的方式或运动的状态以及这种方式、状态的直接或间接表述”, “信息是事物运动的状态以及这种状态的知识,一切事物都在运动,它们的运动状态就给人们提供各种各样的信息”, “信息是客观世界各种事物特征和变化的反映,客观事物的特征不同,反映它的形式也不同,如语言文字反映社会信息,风雨雷电反映自然信息,遗传密码反映生物信息”等等。

3.哲学的理解。“信息是物质的属性”, “信息是物质的一种存在形式,它以物质属性或运动状态为内容,、并且总是借助于一定的物质载体传输或存储”, “信息是物质的普遍属性。所谓物质系统的信息,是指它所属物质系统在同一切其它物质系统全面相互作用的过程中以质、能波动的形式所呈现的结构、状态和历史”; “信息是指反映客观世界中各种事物的变化及其特征的表征,是客观事物的状态经过传递后的再现,对于接受者来说是一种有用的知识。语言文学是社会信息,湖光山水是自然信息,遗传密码是生物信息”等等。

由于三种不同的理解便产生了不同的信息论:

1.狭义信息论。它主要研究信息量、信道容量以及编码问题。

2.一般信息论。它除了上述内容之外,包括噪声理论、信号的滤波、预测、调制等问题。

3.广义信息论。它是以狭义信息论为基础,利用一般信息论的观点来研究所有与信息有关领域的问题,研究人类如何获取、存贮、变换、处理、传递和控制各种信息,掌握其中的一般规律

 

三、本文所采用的广义信息论

 

社会科学是研究各种社会现象的科学。信息概念被广泛运用到社会科学领域以后在各个学科领城中广泛地加以概括,也具有广义信息的概念,属于广义信息论的范畴。而且哲学是一切社会科学的基础,所以我们拟从哲学上来探论信息的本质,界定一个对一切信息现象都能适用的定义。

科学的定义必须具有高度的概括性,它既能概括出各类信息的共同本质,又不排斥信息在各个领域中的特殊含义。据此,我们认为,信息是物质存在方式和运动状态所蕴含的间接存在的物的标志。

物质是指不依赖于意识而存在并为意识所反映的客观实在。它可以指客观存在的一切物体、现象、属性、关系和运动形式等等。

物质的存在方式是指直接、具体的存在方式。它只具有信息载体的意义,而不是信息本身。信息与物质载体密不可分,没有物质载体就不会有信息,如下雨前天空出现了乌云,乌云有各种存在方式,如片状乌云、浓浓乌云、黑压压的乌云等等特征,乌云的这些存在方式向我们预示着雨即将到来的时间和雨量大小的信息。由此可见,信息具有外在表现形式和内含意义的双重性。

运动是物质存在的方式,是由物体内部微观粒子相互作用的结果、也是微观粒子运动的结果。物质运动的动力是能量。物质藉助于能量而发生变化,变化表征出物质的特征,这就会向我们发出各种不同的信息。物质、声量和信息三者密切相关,缺一不可。只要有物质和能量,就必然有信息。如天下雨前出现乌云,乌云由于内部水分子的增加而逐渐变得浓黑,乌云的形态和移动速度的变化,表现出乌云的特征,乌云特征的不同会发出各种不同的信息,预示着雨即将到来的时间和雨量的大小。下雨是乌云特征及其变化的组合结果。信息作为客观事物的特征以其变化的反映,总是在不断地产生和传递。

物质存在方式和运动状态“所蕴含的间接存在物”不是指物质本身而是指物质用直接、具体的存在方式和运动状态来表示另一个间接存在的事物。信息就是另一个间接存在事物的标志,这种间接存在物就是信息的具体内容和含义,即信息的语义内容。信息的语义内容就是指信息符号所表达的意义。任何信息都有一定的语义。信息的语义内容比较抽象,一方面它由物质的直接、具体的存在方式和运动状态所决定,另一方面,它又要由信息接受者的主观认识所决定。加之由于不同信息接受者的内储认识结构的不同,他们对信息的意义会有不同程度的理解。所以信息的语义内容无限复杂多样,难以精确描述。信息语义的具体内容只能由整个信息环境来决定。信息量相等的信息,语义都不尽相同,所以度量信息的语义内容是非常困难的问题。

“标志”即可以表示“表明特征的记号”,又可以表示“表明某种特征”。

分析了上述五个方面字义的内涵,综合起来可见,信息就是指物质用一种直接、具体的存在方式和运动状态来表明间接存在的另一事物的特征,就是这种间接存在的另一事物的特征的标志。间接存在的另一事物的特征就是信息的具体内容。什么样的物质存在方式和运动状态决定着什么样信息内容。物质的直接存在性就是客观实在性。这样实际上就确定了信息内容的范围,就是除了“客观实在”之外的一切存在都是信息,这便是信息是物质存在方式和运动状态所蕴含的间接存在物的真实意义。这一定义无疑将信息的范围扩大到广泛的领域,可以解释一切信息现象

1 自然信息。自然信息是大自然的自我表述,是人类认识自然的响导,是自然界事物变化、特征以及事物之间内在联系的反映。自然界中的物质,如日、月、星、辰等等物质载体以其一定的存在方式和运动状态预示着它们所蕴含的另一间接存在物的存在。如“风和日丽”预示着天气晴和,“凄风苦雨”预示着天气恶劣,“彤云密布”预示着天将降雪,“滴水成冰”预示着天气寒冷等等。生物化石预示着千百万年前古生物的存在,地质的堆积层预示着地球亿万年来沧海桑田的变化。苹果落地预示着地心吸力的存在。宇宙射电波的出现预示着宇宙射电振的存在等等。这一切说明,自然信息在人类诞生之前的亿万年里就已存在了,它不以人们的意志为转移,所以自然信息是客观存在的。

2 生物信息。地球在亿万年的形成过程之中,出现了无数生物物种。生物信息就是生物界中的生物存在方式和运动状态所蕴含的间接存在物的标志,就是说,生物界中的生物,如动、植物以其一定的存在方式和运动状态预示着它们所蕴含的另一间接存在物的存在。如孔雀通过展示尾羽发出求偶信息。动物通过呼叫发出追捕或逃避捕猎对象的信息。花粉通过香味发出蜜源的信息等等。这些都是生物的存在方式和运动状态,它们都表现出了自身所蕴含的另一间接存在物的存在,即发出了各种不同的信息。

3 .社会信息。社会信息即人类信息。人类从其诞生时起是一种社会群体。人类在这群体中都以一定的方式结合起来,以集体为单位,共同进行有意识的活动。凡是由人群所发出的信息可称之为社会信息或人类信息。换言之,人类信息就是人类的存在方式和运动状态所蕴含的间接存在物的标志。人类信息可分为语义信息和非语义信息。

(一)、语义信息。语义信息与人类的语言活动有关。人类的语言活动与人类的概念产生有关。概念是人类思维的基础,一系列概念可以表示一个完整的思想。语言是思维的物质外壳,也是人类的主要存在方式和运动状态之一,它所蕴含的间接存在物就是语言的语义内容,任何语言都有一定的语义。人类通过语言所发出的信息都具有语义性,这种信息便可以称为语义信息。语义信息又可以分为科学的语义信息和非科学的语义信息。

科学的语义信息是指那些用语言反映事物客观发展规律的信息。如日心说反映了太阳系以太阳为中心的学说,太阳的“东升西落”现象反映了地球由东向西自转的规律,“斗转参横”现象反映了天将黎明这一客观规律,‘基润而雨”和“蚁封穴雨”现象都反映了夭将下雨的客观规律,等等。凡用语言反映非客观发展规律,而只反映事物一般存在的信息称为非科学的语义信息。这类信息众多,无时不在,无处不在,可谓不胜枚举。前面论述的自然信息、生物信息,人类信息中很多都是非科学的语义信息,此处便不再一一列举了。

(二)非语义信息。人类信息中非语义信息指的是不以自然语言为载体的信息,而是用能传递思想感情的载体。如有声伴随物,身体动作,空间方位等所发出的信息。这些能传递思想感情的非语言载体也是人类的存在方式和运动状态之一,它们所蕴含的间接存在物在同类人群中是约定俗成地相互理解的,在非同类的民族中由于历史原因而对某些能传递思想感情的非语言载体所蕴含的间接存在物可能有不同的理解,这里不详加论述。非语义信息可分为:类语言信息,体语信息和空间方位信息。

类语言信息是语言中能表达说话者思想情感的有声伴随物,即口语中不同的语调和发音所发出的,含有的间接存在物的信息。如“嘘…… ”声表示肃静;“喂…… ”声表示呼唤;“哈哈”声表示喜悦;“唉……”声表示悲伤;“呀!……”声表示惊讶;“哦……”声表示醒悟;“嗯…… ”声表示答应等等。

有时一句话用不同的语调可以传递完全不同的信息,如“我恨死你了”,说话者说时语调咬牙切齿,则表示恨之深切;如说话者说时语调温柔而多情,则表示爱之深切,所以同样一句话,由于语调和发音的不同,可以产生效果完全不同的信息。

人的身体动作(包括面部表情和手势)也是人类的存在方式和运动状态之一。凡由人的身体动作所发出的,能表示思想感情的间接存在物的信息可称为体语信息。在许多场合下,人们常用体语代替自然语言来传递信息。但判断某一体语动作的含义需与语言环境或其他动作联系起来考虑,因为人的体语是一个统一的系统,有其必然的内在联系,但同动作在不同的语言环境中可能有不同的含义。如人们用点头表示同意,表情是和蔼的,但有时点头不一定表示同意,而表示警告,表情则是凶狠的。摇头表示反对,表情是严肃的,但有时也可能表示敬佩或赞赏,表情则是温和的。有人用大拇指表示赞赏,用耸肩摊手表示无可奈何,高举拳头表示决心。问路时,有人用手指路,这倒不是为了生动,而是为了把意思表达清楚。人的面部表情很丰富,可以表示愤怒、惊奇、兴奋、惧怕等等。人在社会上都处于一定的时空之中,空间方位也是人类的存在方式和运动状态之一。空间方位实际上就是指人与人之间所保持的距离。人际距离是人际关系密切程度的尺码。凡由人的空间方位所发出的,能表示人的思想感情的间接存在物的信息可称之为空间方位信息。关系越是密切,距离越是接近。关系越是松弛,距离越是疏远。人类学家E . T .霍尔将人际距离分为四个区域。亲密区:亲爱者、家庭成员、莫逆之交等关系最密切的人在这个区域内,两人可以互相接触,情人相互依偎等。熟人区:老同事、老同学、师生之间相互比较熟悉,但没有亲密到手拉手的程度。社交区:进入这个区的人彼此相识,但不熟悉,彼此可以寒喧而己。演讲区:在大礼堂作报告,报告入与听众保持一定距离。所以从距离的远近,也可使人获得一定的信息。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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