第1章节信息技术总论幻灯片

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1、辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院,第一章 信息技术总论,1.1信息的基本概念,1.1.1 什么是信息 信息者，“音信消息”也。 美国数学家、控制论奠基人维纳在1948年出版的控制论：动物与机器中的通信与控制问题。一书指出：“信息就是信息，不是物质也不是能量”。 另一美国学者、信息论创始人仙农在通信的数学理论论文中,明确地把信息量定义为随机不定性减少的程度，表明他把信息理解为“用来减少随机不定性的东西”。这里的随机不定性是指由于随机因素所造成的不肯定性，数值上用概率墒来计量。 法裔美国科学家布里渊在他的名著科学与信息论一书中指出，信息就是负墒，并且还创造了一个新词Negentropy来表示负

2、墒的概念。,维纳在1950年出版的控制论与社会一书中也曾经指出：正如熵是无组织程度的度量一样，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的信息解释为负墒。 M. Tribes等人在1971年9月的科学的美国人杂志上发表了题为“能量与信息”的论文指出：“概率是对知识状态的一种数值编码。某人对一个特定问题的知识状态可以用这样刚方法来表示，即对这个问题的种种想得出来的答案各分配一定的概率；如果他对这个问题完全了解，他就能够对所有这些可能的答案(除了其中一个之外)赋予概率零，而剩下的那个则赋予概率1。 既然可以把知识状态编码成这样的概率分布，我们就可以给信息下一个定义：信息就

3、是使概率分布发生变动的东西。这个定义看上去和仙农的定义很不一样，实质却完全相同。这里需要指出的是，用概率分布来表示知识状态并没有考虑知识的效用或价值。,控制论的另一位奠基人，英国生物学家W. R. Ashby在控制论导论一书中对信息提出了另一种理解他首先引入了一个“变异度”的概念：任何一个集合所包含的元素数目的以2为底的对数就称为这个集合的变异度 (也可以把集合的元素数目直接定义为它的变异度)。 然后，他就把变异度当做信息的概念来使用。不难证明，变异度实际上是均匀概率分布条件下的仙农熵。 基于变异度的概念后来还发展出一些新的说法，其中意大利学者G. Longo在1975年出版的信息论：新的趋势

4、与未决问题一书序言中就曾经指出：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。,事实上，半个多世纪以来，科学文献中所提出过的信息定义数以百计，百花争艳，众说纷纭呈现一片繁荣兴旺而又扑朔迷离的景象。 其实，这是由于不同的作者从不同的角度在不同的条件下对信息进行考察的结果。为了避免“以偏概全”，在定义信息的时候必须十分注意定义的约束条件。为了得到科学合理的认识，应该根据不同的条件，区分不同的层次来给出信息的定义，同时根据约束条件的增减，使信息的定义随之进退。 可以认为，没有任何约束条件的层次是最高的层次，也是最普遍适用的层次，通常称为“本体论层次”。如果在最高层次

5、本体论层次的基础上引入一个约束条件，最高层次的定义就退变为次高层次的定义，次高层次定义的适用范围就比最高层次定义的范围要窄。引人的约束条件越多，定义的层次就越低，适用的范围就越窄；于是，根据引入的条件的不同，就可以给出不同层次和不同适用范围的信息定义，这些信息定义的系列就构成信息定义的自恰体系。,最典型的情况是，对本体论层次信息定义引入一个特殊约束必须有主体(人、生物或机器系统)的存在，且须从主体的立场出发来定义信息。在这个条件下，本体论层次信息定义就转化为认识论层次信息定义。 在(无约束条件的)本体论层次上，信息的存在不以主体的存在为转移，因此，在这个层次上就可以认为：在地球上出现人类以前，

6、信息就已经存在了，只是没有人去感知和利用它而已。 但是在认识论层次上则认为：没有主体就没有认识论层次的信息。因此在人类出现之前不存在(以人类为观察主l车的)认识论层次信息。 可见，讨论的条件不同，信息的层次不同，它的定义也就不同。颇为有趣的是，这两个看似矛盾的结论之间并不互相矛盾，因为它们的定义条件各不相同且可以随着条件的增减而互相转化。,本体论层次的信息定义,某个事物的本体论层次信息，是该事物运动的状态及其变化方式的自我表述。,定义中所说的“事物”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。 定义中所说的“运动”泛指一切意义上的变化，包括机械运动、物理运动、化学

7、运动、生物运动、思维运动和社会运动等等。 “运动状态”是指事物运动在空间上所展示的形状和形态，“运动状态的变化方式”是指事物运动状态随时间而变化的过程样式。,宇宙间一切事物都在运动，都有一定的运动状态和状态改变的方式，也就是说，一切事物都在产生信息。这是信息(在本体论层次上)的绝对性和普遍性。 而一切不同的事物都具有不同的运动状态和状态变化方式，这又是本体论层次上信息的相对性和特殊性。这是最广义的信息，是无条件的信息，在本体论层次的信息定义中，没有出现主体的因素。因此，本体论意义的信息与主体的因素无关。 任何事物都具有一定的内部结构，同时也与一定的外部环境相联系，正是这种内部结构和外部联系两者

8、综合作用，决定了事物的具体运动状态和状态变化方式。因此，可以把上述本体论层次的信息定义叙述得更为具体：本体论层次的信息，就是事物运动的状态及其变化方式的自我表述，也是事物的内部结构与外部联系的状态及其变化方式的自我表述，所以，为了获得一个事物的信息，就要同时了解这个事物的内部结构的状态及其变化方式和它的外部联系的状态及其变化方式。 本体论信息定义“事物运动状态及其变化方式的目我表述”中强调了事物的“自我表述”。这就是说，本体论信息是一种客观的存在，不以主体的存在为转移无论有没有主体，或者无论是否被某种主体感知，都丝毫不影响它的“自我表述”。这是本体论信息的一个非常重要的特征。,认识论层次的信息

9、定义,主体关于某事物的认识论层次信息，是指主体所感知(或所表述)的关于该事物的运动状态及其变化方式，包括这种状态/方式的形式、含义和效用。,本体论层次与认识论层次的信息定义对比,它们之间有着本质的联系，这表现在两者所关心的都是“事物的运动状态及其变化方式”。 另一方面，它门之间又有原则的区别，这表现在两者的出发点完全不同：前者从“事物”本身的立场出发，就“事”论事；后者是从“主体”的立场出发就“主体”而论事。 本体论层次信息定义之所以会转化为认识论层次信息定义，关键在于约束条件。 引入主体这一条件，本体论层次信息定义就转化为认识论层次信息定义；取消主体这一条件，认识论层次信息定义就转化为本体论

10、层次信息定义。,认识论层次的信息概念就具有了比本体论层次信息概念丰富得多的内涵,首先，作为认识的主体，他具有感觉能力，能够感知事物运动状态及其变化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力能够理解事物运动状态及其变化方式的内在含义； 再者，他还具有目的性，因而能够判断事物运动状态及其变化方式对其目的而言的价值，而且，对于正常的人类主体来说，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这三者之同是相互依存不可分割的。 因此，在认识论层次上来研究信息问题的时候，“事物的运动状态及其变化方式”就不像在本体论层次上那样简单了，它必须同时考虑到形式、含义和效用三个方面的因素。,事实上，人们只有在

11、感知了事物运动状态及其变化的形式、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，才能做出正确的判断和决策。 把这样同时考虑事物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”，而把仅仅考虑其中的形式因素的信息部分称为“语法信息”，把考虑其中的含义因素的信息部分称为“语义信息”，把考虑其中效用因素的信息部分称为“语用信息”。 认识论层次的信息也是同时考虑了语法信息、语义信息和语用信息的全信息。,本体论层次信息定义和认识论层次信息定义是最基本的信息定义。 如果在认识论层次信息定义基础上再引入某种新的约束条件，那么，认识论层次信息定义将转化为

12、更低层次的信息定义；引入的约束条件越多，定义的层次就越低；由此就形成了信息定义的体系。 有了这个定义体系，现在流行的那些有关信息的种种说法就都可以在这个定义体系的相应层次上找到自己适当的位置。 人们研究信息科学，总是希望利用信息为人类(认识主体)服务。 因此，与认识主体相联系的认识论层次信息将受到特别的关注。,语法、语义和语用信息的关系,语法信息是最简单、最基本的层次； 语用信息是最复杂、最实用的层次； 语义信息介于其中。,1.1.2 信息的表现形态和载体形态,比较是认识和区分事物的一种重要方法。 为了把信息的概念掌握得更透彻，本节中将讨论信息的不同表现形态和载体形态。 具体地说，就是一些与信

13、息关系特别密切、因而很客易混淆的相关概念，包括消息、信号、数据、媒体、情报等。,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，同时又是明智的选择。 但不能总是停留在语法信息这个相对简单的层次，而应该继续深入地研究并解决语义信息和语用信息的问题。因为，语法信息只能解决通信工程这样一类问题(只关心传递的波形而不关心波形的含义和价值)，而凡是有智能、有“目的”的系统，都必然要涉及语义信息和语用信息的问题。 信息科学技术要有效地扩展人类信息器官的功能(特别是要扩展全部信息功能的有机整体智力功能)，就不能不利用包括语法信息、语义信息和语用信

14、息在内的全信息。,1.消息与信息,消息与信息的区别很小，消息大体上说可以是信息的俗称，信息是消息的学名。 如果说一定要有所区别，可以认为消息是信息的笼统概念，信息则是消息的精确概念。 所以，消息只有定性的描述没有数值计量的方法：而信息则不仅可以定性刻画而且还可以定量计算。可以说这是一个关于什么问题的消息，也可以说这是一个长消息还是短消息，是一个重要的消息还是一个一般的消息。但是，信息就不但有长短的区别、重要与否的区别和价值大小的区别信息还有信息量大小的区别。 由于信息可以定量测度，它的概念就比消息更细致了。,2.信号与信息,信号与信息的关系与上面的情况有所不同。 一般来说至少是在信息科学或其他

15、自然科学技术的场合，信号一定是主体范踌的概念，是人们用来记录、表示、显示或承载信息的手段，因此是第二性的东西。 信号是信息的载体，它所承载和表示信息的东西才是信息。一个表明信号与信息关系的非常直观的例子就是：对于同样一个后息，既可以用这种信号来承载和表示信息，也可以用那种信号来承载和表示信息。 至于具体采用哪一种信号来承载和表示，取决于具体的应用需要和当时所具备的条件。,3.数据与信息,数据的原意是以数字形式表达的信息。这种术语的由来与“数字”式计算机的应用有着非常密切的关系。 在数字计算机领域通常不使用“信息”这一术语，把信息统统叫做“数据”。但是，数据实际是记录或表示信息的一种形式，不能把

16、它等同于信息本身。 当然用数字来表达信息只是信息表示的一种形式而不是唯一的形式，世上存在着大量的非数据信息，如模拟信息、文本信息、语音信息、图像信息、图形信息等。 不过，由于计算机的应用越来越普遍，数据的概念已经广泛化，变成了与信息一样的概念。,4.媒体和信息,媒体的字面意义是“媒介物”或“中介物”。它的表征性作用是在不同的对象之间实现某种意义上的互相沟通。 与信息技术相关的媒体常见的有：文本媒体、声音媒体、图形媒体、图像媒体等。本来不易被人觉察的信息，嫁接到这些形式的媒体后就很容易被人感觉出来。 如果只利用上述一种媒体来表示信息，这种信息就叫做单一媒体的信息；如果同时利用多种媒体按照一定的技术规则来表示信息，这种信息就叫多媒体信息。,5.情报与信息,情报是对某人或某集团具有特殊意义的情况报道。 最早的情报概念出现在军事领域，后来拓展到其他许多领域。情报也是一种信息，它应该属于认识论的范畴，因为情报一般都要经过人们主观的感知和判断。在这个意义上说，任何情报都一定是信息，而并非任何信息都是情报。 任何没有信息的情