信息工程概論課件 第二講 信息的定性解析

第2講信息的定性解析2.1信息科學(xué)的定義信息科學(xué)是以信息為主要研究對象、以信息運(yùn)動過程的規(guī)律為主要研究內(nèi)容、以信息科學(xué)方法論為主要研究方法、以擴(kuò)展人的信息功能（全部信息功能形成的有機(jī)整體就是智力功能）為主要研究目標(biāo)的一門科學(xué)。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義從本體論的意義上說，它是事物運(yùn)動的狀態(tài)和狀態(tài)改變的方式；從認(rèn)識論的意義上說，它是主體所感知的“事物運(yùn)動狀態(tài)和狀態(tài)改變的方式”，包括主體所關(guān)心的這些運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的形式、含義和價值?！笆挛铩狈褐敢磺锌赡艿难芯繉ο螅ㄍ獠渴澜绲奈镔|(zhì)客體，也包括主觀世界的精神現(xiàn)象；“運(yùn)動”泛指一切意義上的變化，包括機(jī)械運(yùn)動、物理運(yùn)動、化學(xué)運(yùn)動、生物運(yùn)動、思維運(yùn)動和社會運(yùn)動等；“運(yùn)動狀態(tài)”是指事物運(yùn)動在空間上所展示的性狀和形態(tài)；“運(yùn)動狀態(tài)的變化方式”是指事物運(yùn)動狀態(tài)隨時間而變化的過程樣式。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義由于引入主體這一條件，認(rèn)識論層次的信息概念就具有了比本體論層次的信息概念豐富得多的內(nèi)涵。這是因?yàn)?，首先，作為認(rèn)識的主體，他具有感覺能力，能夠感知事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力，能夠理解事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的內(nèi)在含義；再者，他還具有目的性，因而能夠判斷事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式對其目的而言的價值。因此，在認(rèn)識論層次上研究信息問題的時候，“事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式”就不像在本體論層次上那樣簡單了，它必須同時考慮到形式、含義和效用三個方面的因素。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義我們把這樣同時考慮事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價值的認(rèn)識論層次信息稱為“全信息”，而把僅僅計及其中的形式因素的信息部分稱為“語法信息”，把計及其中的含義因素的信息部分稱為“語義信息”，把計及其中的效用因素的信息部分稱為“語用信息”。換言之，認(rèn)識論層次的信息乃是同時計及語法信息、語義信息和語用信息的全信息。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義下圖是關(guān)于“全信息”概念的一個圖示。狀態(tài)和狀態(tài)變化方式的形式化關(guān)系是抽象的語法信息；其與它的相應(yīng)客體相關(guān)聯(lián)則將給語法信息賦予具體的含義，因而產(chǎn)生語義信息；而語法語義信息與主體的關(guān)聯(lián)則將表現(xiàn)這樣的語法和語義信息對主體的目的而言所具有的效用或價值，從而形成語用信息。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2.1信息的特征第一特征：信息來源于物質(zhì)，但又不是物質(zhì)本身；第二特征：信息也來源于精神世界，但是又不限于精神領(lǐng)域；第三特征：信息與能量緊密相關(guān)，但是又與能量有質(zhì)的區(qū)別；第四特征：信息可以被提煉成為知識，但信息本身不等于知識；第五特征：信息是具體的，可以被主體所感知、處理和利用；第六特征：信息可以被復(fù)制，可以被共享；第七特征：語法信息在傳遞和處理過程中永不增值；第八特征：在封閉系統(tǒng)中，語法信息的最大值不變。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2.2信息的性質(zhì)性質(zhì)一普遍性；性質(zhì)二無限性；性質(zhì)三相對性；性質(zhì)四傳遞性；性質(zhì)五變換性；性質(zhì)六有序性；性質(zhì)七動態(tài)性；性質(zhì)八轉(zhuǎn)化性。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2.3信息的功能信息具有是一切生物進(jìn)化的導(dǎo)向資源，是知識的來源；信息是控制的靈魂；信息是思維的材料。信息的最重要的功能是：信息可以通過一定的算法被加工成知識，并針對給定的目標(biāo)被激活成為求解問題的智能策略，進(jìn)而按照策略求解實(shí)際的問題。這是信息的最核心最本質(zhì)的功能。信息-知識-智能（策略），這是人類智慧的生長鏈，或稱為智慧鏈。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究內(nèi)容下圖給出了一種最抽象也是最一般的信息問題模型。被主體所感知的對象運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式是一種認(rèn)識論意義的信息，稱之為第一類認(rèn)識論意義的信息；由主體思維（也是一種事物）產(chǎn)生的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式（代表主體的意志）也是一種認(rèn)識論意義的信息，稱為第二類認(rèn)識論意義的信息。顯然，這些信息的運(yùn)動規(guī)律應(yīng)當(dāng)是信息科學(xué)的研究內(nèi)容。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究內(nèi)容主體通過獲取信息和傳遞信息來把對象的本體論信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愓J(rèn)識論信息，通過處理和認(rèn)知信息來深入認(rèn)識系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)和方式，形成知識；“再生”第二類認(rèn)識論意義的信息（策略信息）；控制的作用則是執(zhí)行策略信息，產(chǎn)生控制行為，引導(dǎo)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的目的狀態(tài)，完成主體對對象施行的變革。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究內(nèi)容模型的真正最后環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)是“信息組織”。它涉及到上述的信息全過程，即整個信息系統(tǒng)的優(yōu)化。優(yōu)化是系統(tǒng)的要害，它的重要標(biāo)志是系統(tǒng)由非優(yōu)（或低序）狀態(tài)轉(zhuǎn)化為優(yōu)化（有序）狀態(tài)，這是系統(tǒng)自組織的標(biāo)志。沒有優(yōu)化（序化）的系統(tǒng)集成不但無益，往往反而有害。但是系統(tǒng)的優(yōu)化（序化）過程又離不開利用系統(tǒng)的信息—知識—智能策略。“信息認(rèn)知”和“信息再生”兩者共同構(gòu)成了信息過程的核心，通常稱為“思維過程”，也被稱為“狹義智能”，因?yàn)榈拇_，知識和智能策略都是在這里產(chǎn)生的。然而，一個“完整智能”，或者稱為“全義智能”，卻應(yīng)當(dāng)包括全部的信息過程。信息科學(xué)導(dǎo)論2.4信息科學(xué)的研究方法三個方法和兩個準(zhǔn)則，即信息系統(tǒng)分析方法、信息系統(tǒng)綜合方法、信息系統(tǒng)進(jìn)化方法、功能準(zhǔn)則和整體準(zhǔn)則。其中三個方法是整個方法論體系的靈魂，兩個準(zhǔn)則是保證信息科學(xué)方法能夠正確實(shí)施的法則。信息科學(xué)方法論的基本要點(diǎn)是：在研究高級復(fù)雜的事物的時候，應(yīng)當(dāng)首先從信息（而不是物質(zhì)或能量）的觀點(diǎn)出發(fā)，通過分析該事物所包含的信息過程來揭示它的復(fù)雜工作機(jī)制的奧秘，通過建立適當(dāng)?shù)男畔⒛Ｐ秃秃侠淼募夹g(shù)手段來模擬或?qū)崿F(xiàn)高級事物的復(fù)雜行為。信息系統(tǒng)分析方法主要解決高級復(fù)雜事物的工作機(jī)制的認(rèn)識問題，信息系統(tǒng)綜合方法解決高級復(fù)雜事物的工作機(jī)制的實(shí)現(xiàn)問題，信息系統(tǒng)進(jìn)化方法解決高級復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與發(fā)展問題。信息科學(xué)導(dǎo)論2.5信息科學(xué)的研究目標(biāo)信息科學(xué)的研究目標(biāo)–擴(kuò)展人類的信息功能，后者的有機(jī)整體便是智力功能。只要信息科學(xué)確定了以信息作為它的主要研究對象，只要信息科學(xué)緊緊地抓住信息運(yùn)動規(guī)律并進(jìn)行深入研究，那么，擴(kuò)展人類的信息功能特別是擴(kuò)展它們的有機(jī)整體——智力功能——這個目標(biāo)就勢在必達(dá)。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述按照信息功能的天然流程，信息技術(shù)主要就包括傳感技術(shù)，通信技術(shù)，存儲技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，人工智能技術(shù)、控制技術(shù)和信息系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)等。傳感技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的感覺器官獲取信息的功能；通信技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息的功能；存儲技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的記憶器官存儲信息的功能；計算機(jī)技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的思維器官處理信息的功能，人工智能技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的思維器官認(rèn)知和決策的功能，控制技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的行動器官執(zhí)行策略信息的功能。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述按照實(shí)現(xiàn)手段的不同，信息技術(shù)就有“機(jī)械信息技術(shù)”、“電子信息技術(shù)”、“光波信息技術(shù)”、“生物信息技術(shù)”以及“機(jī)械電子信息技術(shù)”、“光電子信息技術(shù)”、“生物電子信息技術(shù)”等分類。信息技術(shù)還可以產(chǎn)生更細(xì)的分類。比如，在電子信息技術(shù)內(nèi)部，又可以由電子傳感技術(shù)、電子通信技術(shù)、電子存儲技術(shù)、電子計算機(jī)技術(shù)、基于電子的人工智能技術(shù)、基于電子的控制技術(shù)等等。同樣，在光波信息技術(shù)范疇，也可以有“光傳感技術(shù)”、“光通信技術(shù)”、“光存儲技術(shù)”、“激光計算技術(shù)”、“激光控制技術(shù)”等等。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述基于全信息理論的信息科學(xué)對于信息技術(shù)最重要的啟示：這些表面看來似乎互相無關(guān)的技術(shù)實(shí)質(zhì)上都是信息技術(shù)體系中一系列互相聯(lián)系、互相補(bǔ)充和互相支持的技術(shù)分支。一旦揭示了信息技術(shù)各個分支之間的本質(zhì)聯(lián)系，一個具有更加重大意義的新的信息技術(shù)領(lǐng)域便登上了技術(shù)舞臺，而且對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會進(jìn)步發(fā)揮出更為巨大的推進(jìn)作用，這就是“信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”，更準(zhǔn)確地說是“大規(guī)模智能化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”。它是信息時代最先進(jìn)、最強(qiáng)大的通用社會生產(chǎn)工具，是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的集中體現(xiàn)。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述智能信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要性在于：既然人類認(rèn)識世界和改造世界的全部活動可以歸結(jié)為一種有目的的信息獲取、信息傳遞、信息認(rèn)知、信息決策、信息施效的過程，那么，由于信息網(wǎng)絡(luò)也在相當(dāng)程度上具備信息獲取、信息傳遞、信息認(rèn)知、信息決策、信息施效的全部功能，它就可以在很大程度上幫助甚至在很大程度上部分地代替人類勞動者從事各種體力和腦力的勞動。而由于現(xiàn)代信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，智能信息網(wǎng)絡(luò)的工作速度、工作精度、工作力度、工作的規(guī)范程度等等都大大優(yōu)于人類自身的能力，因此，智能信息網(wǎng)絡(luò)對人類勞動者的幫助和某些方面的替代，將給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步帶來多么偉大的意義，就不言而喻了！信息科學(xué)導(dǎo)論信息獲取信息傳輸信息處理信息存儲信息利用語音獲取圖像獲取物理參數(shù)獲取遙感技術(shù)雷達(dá)GPS定位等編碼、調(diào)制、檢測固定通信移動通信光纖傳輸電波天線微波中繼等語音處理圖像處理文字處理信號處理信息處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別等磁存儲光存儲半導(dǎo)體存儲網(wǎng)絡(luò)存儲納米存儲等控制顯示信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)信息檢索等內(nèi)容2.6信息技術(shù)概述信息科學(xué)導(dǎo)論通信技術(shù)與通信網(wǎng)集成電路控制科學(xué)與工程電子科學(xué)與技術(shù)信息與通信工程計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)光電信息技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)電磁波與無線電微波技術(shù)與微波集成電路數(shù)字媒體技術(shù)圖像信息處理與應(yīng)用學(xué)科產(chǎn)業(yè)信息安全網(wǎng)絡(luò)信息檢索信息服務(wù)業(yè)2.6信息技術(shù)概述信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息科學(xué)與信息論

信息科學(xué)Shannon信息論研究面向智能系統(tǒng)（信息的全程系統(tǒng)）通信系統(tǒng)（智能系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)）研究目標(biāo)擴(kuò)展智力功能（信息功能的整體）擴(kuò)展信息傳遞功能（智力功能的一部分）研究對象全信息（語法、語義、語用的整體）統(tǒng)計語法信息（全信息的一個部分）研究內(nèi)容信息全過程信息傳遞過程（全過程的子過程）研究方法信息科