《1信息科学概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1信息科学概论（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 信息科学概论什么是信息科学？它的内容、体系、范畴是什么？什么是信息科学的研究背景？它是如何产生和发展起来的？它对人类的生存和发展具有什么意义？有关信息科学的更为精确的定义是：信息科学是以信息作为重要研究对象、以信息的运动规律作为重要研究内容、以信息科学措施论为重要研究措施、以扩展人的信息功能（特别是其中的智力功能）作为重要研究目的的一门科学。1.1 信息科学1.1.1信息科学的研究对象以信息作为重要研究对象，这是信息科学区别于其她科学的最主线的特点之一，也是信息科学之因此可以成为一门独立学科的最主线的前提。信息从本体论的意义上来说，它是事物运动的状态和（状态变化的）方式；从结识论的意义
2、上说，它是结识主体所感知或所表述的事物运动的状态和方式。“事物”，既可以是外部世界的实在客体，也可以是主观世界的精神现象；“运动”既可以是物体在空间中的位移，也可以是一切意义上的变化；“运动的状态”是指事物在特定期空中的性状和态势，“运动的方式”是指事物运动状态随时空的变化而变化的式样和规律。第一， 信息是普遍存在的一类研究对象。第二， 信息与物质是既有联系又有区别的两个概念。第三， 信息与能量也是既有联系又有区别的两个概念。第四， 人类要结识事物就必须要获得信息，要变革事物也必须要有信息。既然信息对于人们结识事物（世界）和变革事物（世界）是十分必要的，那么，为了可以更好地完毕结识世界和改造世
3、界的使命，就有必要进一步的研究信息问题。既然信息是普遍存在的一类研究对象，那么，人们对信息问题的研究就具有普遍的意义。既然信息不等同于物质也不等同于能量，那么，对信息问题的研究就自然成为一门独立的学科。两个问题：第一， 既然上述结论表白信息问题的研究对人类结识和改造世界具有十分重要的意义，那么为什么在人类进入二十世纪中叶此前，信息科学始终没有放到“议事日程”上来？第二， 有关信息科学的独立性的问题。老式的自然科学的基本研究对象是多种层次、多种形态的物质和能量，重要研究内容就是天体物质、地球物质和生命物质的物质构造以及其间所涉及的机械的、化学的、生物的等多种形式的能量的转换规律。尽管都随着有不同
4、限度的信息问题，然而老式自然科学所关怀的却只是其中的物质和能量的问题。信息科学把信息（而不是物质和能量）作为新的研究对象，它是一种独立的对象，于是，信息科学的研究必然会形成为一门与老式科学有重大区别的新科学。1.1. 2信息科学的研究内容研究内容：研究信息的运动规律。第一类结识论意义的信息第二类结识论意义的信息 图1.1.1 信息科学研究内容的抽象模型抽象模型：对象产生本体论意义的信息。本体论意义的信息转变为第一类结识论意义的信息。第一类结识论意义的信息转变为第二类结识论意义的信息。第二类结识论意义的信息反作用于对象客体，使对象产生新的运动的状态和方式。信息的产生信息的获取信息的再生信息的施效
5、或运用信息运动规律涉及：（1） 信息产生的规律（2） 信息获取的规律（3） 信息再生的规律（4） 信息施效的规律（5） 信息传递的规律（6） 信息系统优化或自组织的规律（7） 信息过程智能化的规律在AKT中分为：获取、建模、再生、检索、传播、维护。信息感知：完毕本体论意义的信息向第一类结识论意义的信息的转变。信息辨认：对所感知的信息加以辨识和分类。信息变换：将辨认出来的信息施行合适的变换（一般是变换它的载体），以利于下一步的传递。信息传递：将信息由空间的某一点转移到另一点，以供使用。信息存储：收到信息后要以合适的方式存储起来，以备使用时检索。信息检索：需要使用信息的时候，就要把存储着的有关信息
6、精确迅速地取出来。信息解决：在大多数状况下，信息都不能直接使用，而应当先对它们进行某些合适的解决，涉及进行分析比较和运算等等。信息再生：通过信息解决，就也许获得有关对象运动的规律性的结识（即获得更为本质的信息），在这个基本上，主体形成自己对对象的方略，换句话说，就是再生出第二类结识论意义的信息。信息表达：主题再生出第二类结识论意义的信息后，要把它用合适的方式表达出来。信息变换：这里的信息变换的作用同前面的很类似，就是对以某种方式表达的第二类结识论意义的信息进行变换，以利背面的传递。信息传递：把通过变换的第二类结识论意义的信息从空间的某个位置（主体所在处）转移到另一种位置（对象所在处）。信息检测
7、：通过传递的信息也许收到噪音等因素的干扰，信息检测的目的和任务就是要把第二类结识论意义的信息从干扰的背景中分离出来。信息解决：为了便于第二类结识论意义的信息发挥效用，还需要对它进行合适的加工。信息施效：第二类结识论意义的信息体现了主体的意志应当如何对对象的运动状态和方式进行调节，这种调节（即控制）的作用就称为施效。可见只有当上述所有单元都正常发挥作用的时候，主体才干从本体论意义的信息中提取第一类结识论意义的信息，并从中对对象形成对的的结识，在这个基本上产生出反映主体意志的第二类结识论意义的信息，并通过它的反作用实现对对象的变革或改造。 应当指出，在许多状况下，信息施效体现为“控制”按照主体发出
8、的第二类结识论意义的信息所规定的“状态和方式”来调节或变化对象本来的运动的状态和方式。因此控制是上述整个信息过程的一部分。这也正好印证了控制论的奠基者维纳(NWiener)的一种重要论断：“控制工程的问题和通信工程的问题是不能辨别开来的，并且，这些问题的核心并不是环绕着电工技术而是环绕着更为基本的信息概念。“因此工程中的控制论，不管是有关人、动物还是机器，都但是是信息理论中的一部分罢了。”这些分析和论断表白了控制与信息的关系，也表白了控制理论与信息科学的关系。另一方面，还应当指出，无论是抽象模型还是典型模型都非常清晰地表白：整个信息过程总是始于对象初始运动的状态和方式，结束于对象终了运动的状态
9、和方式。后者是主体所盼望的对象的运动状态和方式，因此可以称之为主体的目的状态和方式。整个信息过程就是不断地控制对象，使它逐渐由初始的状态和方式转移到目的的状态和方式。于是，从主体的立场来看，整个信息过程实质上就是对于对象的运动状态和方式进行优化的过程，或者，如果我们把“对象”看作是某种“系统”，那么，这个信息过程事实上就是运用信息通过控制(即信息的反作用)来优化系统的过程。图1.2 信息科学研究内容的另一种模型这个模型的含义是：当主体与对象(即系统)打交道的时候，主体通过获取信息和解决信息来结识系统的初始运动状态和方式；然后在解决这些信息的基本上“再生”第二类结识论意义的信息：规定系统由初始状
10、态转变到目的状态和方式；控制的作用则是理解和执行这个新的信息，引导系统达到规定的目的状态，完毕主体对对象施行的变革。如前所说，在获取、解决、再生和理解信息等过程中，主体应当具有智能，并且，主体智能水平越高，相应的信息过程就越有效，反之则越差。因此，智能乃是结识世界、改造世界此类信息过程的基本特性。事实上，智能自身也并不是什么神秘的东西，它在本质上正是种运用信息的能力。信息科学的研究内容归纳为：（1） 探讨信息的基本概念和本质。（2） 研究信息的数值度量措施。（3） 阐明信息感知、辨认、变换、传递、存储、检索、解决、再生、表达、施效（控制）等过程的一般规律。（4） 揭示运用信息来描述系统和优化系
11、统的措施和原理。（5） 谋求通过加工信息来生成智能的机制和途径。信息科学的研究范畴超过了仙农的信息论，进一步到了控制论科学、系统科学、耗散构造理论、协同理论、人工智能理论、认知科学、思维科学等领域，并且将随着时间的推移和研究的进一步而继续扩展。信息科学的基本学科层次：信息科学的哲学研究，或称之为信息哲学。信息科学的基本理论研究。信息科学的技术应用研究。1.1. 3信息科学的研究措施创立一套新的与这些新对象、新内容相适应的科学措施论。研究对象都是信息现象占主导地位的事物，此类事物的普遍特性是处在高档的运动形式。一方面，物质构造往往都十分复杂，另一方面，能量转换关系往往又不能反映出事物运动的本质。
12、物质的观点和能量的观点是无法解决这些问题的。必须从信息的观点、措施寻找解决问题的出路。三个措施和两个准则：信息分析措施、信息综合措施、信息进化措施、功能准则、整体准则。信息措施的基本意思是：在与高档复杂的事物打交道时，应当从信息（而不是物质或能量）的观点出发，通过度析该事物所涉及的信息过程来揭示它的复杂工作机制的奥秘，通过建立合适的信息模型和合理的技术手段来模拟或实现高档事物的复杂行为。分析解决高档复杂事物的工作机制的结识问题，综合解决高档复杂事物的工作机制的实现问题，进化则解决高档复杂系统的优化和完善问题。1.1. 4信息科学的研究目的信息科学的研究目的：扩展人类的智力功能。随着信息科学研究
13、的不断进一步，主体(人和生物)在获取、传递、解决、再生、施用信息等各个方面内在的机制将逐渐被阐明，这些就为揭开涉及遗传和思维等在内的多种高档复杂信息过程的奥秘开辟了越来越光明的前景；另方面，人们还将逐渐找到越来越有效的措施在机器上复现主体的那些信息过程的机制，甚至在某些方面改善这些机制的工作性能。这就必然会导致大量高档智能信息系统的问世以它们的优秀性能来补充、增强和扩展人的多种天然信息功能，即：获取信息的功能、传递信息的功能、解决情息的功能、再生信息的功能、施用信息的功能，特别是这些功能的综合智力功能。这种前程是必然的。只要信息科学拟定了以信息作为它的重要研究对象，只要信息科学紧紧地抓住信息运
14、动规律并进行进一步研究，那么，扩展人的信息功能持别是智力功能这个目的就势在必达。总之，和以往一切老式科学不同，信息科学破天荒地把信息推上了科学的舞台，使它与物质和能量鼎足而立，并以崭新的思想和措施大大干富了科学的宝序。信息科学的兴起使以物质和能量两者为中心的老式自然科学观念让位于以信息、能量相物质三者为中心的现代科学观，使力量型的科学发展成为智慧与力量相结合的科学，使以解放人类体力劳动为目的的老式科学转变为以解放体力和智力劳动为目的的现代科学，总之，信息科学的兴起极大地变化了整个科学的构造、内容和方向变化了科学发展的图景和科学的思维方式。1. 2信息技术1.2.1信息技术的定义和内涵信息技术就
15、是可以扩展人的信息器官功能的一类技术。（1） 感觉器官，涉及视觉器官、听觉器官、嗅觉器官、味觉器官、触觉器官和平衡感觉器官等。功能：获取信息通过视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知（即获取）外部世界多种事物运动的状态和方式；平衡感觉器官则可以根据运动主体和客体之间的关系来获取平衡信息。（2） 传导神经网络，它又可以分为导入神经网络和导出神经网络等。功能：传递信息通过导入神经网络把感觉器官获得的信息传送给思维器官；通过导出神经网络把思维器官加工出来的信息传送给多种效应器官或内部某些器官。（3） 思维器官，涉及记忆系统、联想系统、分析推理和决策系统等。功能：加工和再生信息事实上它肩负着存储信息、检索信息、加工信息和再生信息的复杂任务。通过存储、检索、加工信息得到对于外部事物运动规律的结识，通过再生信息（即第二类结识论意义的信息）来表达主体对于外部事物进行改造的方略和意图。（4） 效应器官，涉及操作器官（手）、行走器官（脚）和语言器官（口）等。功能：施用信息通过操作器官和行走器官来执行大脑发出的第二类结识论意义的信息，或者通过语言器官来体现第二类结识论意义的信息，使这些信息产生实际的效果。
