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(duì)象、以信息運(yùn)動(dòng)過(guò)程的規(guī)律為主要研究?jī)?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(shuō)，它是事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和狀態(tài)改變的方式；從認(rèn)識(shí)論的意義上說(shuō)，它是主體所感知的“事物運(yùn)動(dòng)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(dòng)狀態(tài)及其變化方式的形式、含義和價(jià)值?！笆挛铩狈褐敢磺锌赡艿难芯繉?duì)象，包括外部世界的物質(zhì)客體，也包括主觀世界的精神現(xiàn)象；“運(yùn)動(dòng)”泛指一切意義上的變化，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、物理運(yùn)動(dòng)、化學(xué)運(yùn)動(dòng)、生物運(yùn)動(dòng)、思維運(yùn)動(dòng)和社會(huì)運(yùn)動(dòng)等；“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”是指事物運(yùn)動(dòng)在空間上所展示的性狀和形態(tài)；“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化方式”是指事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨時(shí)間而變化的過(guò)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(shí)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(shí)的主體，他具有感覺(jué)能力，能夠感知事物運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)狀態(tài)及其變化方式對(duì)其目的而言的價(jià)值。因此，在認(rèn)識(shí)論層次上研究信息問(wèn)題的時(shí)候，“事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”就不像在本體論層次上那樣簡(jiǎn)單了，它必須同時(shí)考慮到形式、含義和效用三個(gè)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(shí)考慮事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價(jià)值的認(rèn)識(shí)論層次信息稱為“全信息”，而把僅僅計(jì)及其中的形式因素的信息部分稱為“語(yǔ)法信息”，把計(jì)及其中的含義因素的信息部分稱為“語(yǔ)義信息”，把計(jì)及其中的效用因素的信息部分稱為“語(yǔ)用信息”。換言之，認(rèn)識(shí)論層次的信息乃是同時(shí)計(jì)及語(yǔ)法信息、語(yǔ)義信息和語(yǔ)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(gè)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(yǔ)法信息；其與它的相應(yīng)客體相關(guān)聯(lián)則將給語(yǔ)法信息賦予具體的含義，因而產(chǎn)生語(yǔ)義信息；而語(yǔ)法語(yǔ)義信息與主體的關(guān)聯(lián)則將表現(xiàn)這樣的語(yǔ)法和語(yǔ)義信息對(duì)主體的目的而言所具有的效用或價(jià)值，從而形成語(yǔ)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(lái)源于物質(zhì)，但又不是物質(zhì)本身；第二特征：信息也來(lái)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(shí)，但信息本身不等于知識(shí)；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(yǔ)法信息在傳遞和處理過(guò)程中永不增值；第八特征：在封閉系統(tǒng)中，語(yǔ)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(wú)限性；性質(zhì)三相對(duì)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(dòng)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(shí)的來(lái)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(guò)一定的算法被加工成知識(shí)，并針對(duì)給定的目標(biāo)被激活成為求解問(wèn)題的智能策略，進(jìn)而按照策略求解實(shí)際的問(wèn)題。這是信息的最核心最本質(zhì)的功能。信息-知識(shí)-智能（策略），這是人類智慧的生長(zhǎng)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?jī)?nèi)容下圖給出了一種最抽象也是最一般的信息問(wèn)題模型。被主體所感知的對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式是一種認(rèn)識(shí)論意義的信息，稱之為第一類認(rèn)識(shí)論意義的信息；由主體思維（也是一種事物）產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式（代表主體的意志）也是一種認(rèn)識(shí)論意義的信息，稱為第二類認(rèn)識(shí)論意義的信息。顯然，這些信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)當(dāng)是信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容主體通過(guò)獲取信息和傳遞信息來(lái)把對(duì)象的本體論信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愓J(rèn)識(shí)論信息，通過(guò)處理和認(rèn)知信息來(lái)深入認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式，形成知識(shí)；“再生”第二類認(rèn)識(shí)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(duì)對(duì)象施行的變革。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究?jī)?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(guò)程，即整個(gè)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(méi)有優(yōu)化（序化）的系統(tǒng)集成不但無(wú)益，往往反而有害。但是系統(tǒng)的優(yōu)化（序化）過(guò)程又離不開(kāi)利用系統(tǒng)的信息—知識(shí)—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(guò)程的核心，通常稱為“思維過(guò)程”，也被稱為“狹義智能”，因?yàn)榈拇_，知識(shí)和智能策略都是在這里產(chǎn)生的。然而，一個(gè)“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(guò)程。信息科學(xué)導(dǎo)論2.4信息科學(xué)的研究方法三個(gè)方法和兩個(gè)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(gè)方法是整個(gè)方法論體系的靈魂，兩個(gè)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(jí)復(fù)雜的事物的時(shí)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(guò)分析該事物所包含的信息過(guò)程來(lái)揭示它的復(fù)雜工作機(jī)制的奧秘，通過(guò)建立適當(dāng)?shù)男畔⒛Ｐ秃秃侠淼募夹g(shù)手段來(lái)模擬或?qū)崿F(xiàn)高級(jí)事物的復(fù)雜行為。信息系統(tǒng)分析方法主要解決高級(jí)復(fù)雜事物的工作機(jī)制的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，信息系統(tǒng)綜合方法解決高級(jí)復(fù)雜事物的工作機(jī)制的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，信息系統(tǒng)進(jìn)化方法解決高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與發(fā)展問(wèn)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(duì)象，只要信息科學(xué)緊緊地抓住信息運(yùn)動(dòng)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(gè)目標(biāo)就勢(shì)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(chǔ)技術(shù)，計(jì)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(jué)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(chǔ)技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的記憶器官存儲(chǔ)信息的功能；計(jì)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(dòng)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(chǔ)技術(shù)、電子計(jì)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(chǔ)技術(shù)”、“激光計(jì)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(duì)于信息技術(shù)最重要的啟示：這些表面看來(lái)似乎互相無(wú)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(gè)分支之間的本質(zhì)聯(lián)系，一個(gè)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(tái)，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)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(shuō)是“大規(guī)模智能化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”。它是信息時(shí)代最先進(jìn)、最強(qiáng)大的通用社會(huì)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(shí)世界和改造世界的全部活動(dòng)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(guò)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(dòng)者從事各種體力和腦力的勞動(dòng)。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(duì)人類勞動(dòng)者的幫助和某些方面的替代，將給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步帶來(lái)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(chǔ)信息利用語(yǔ)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(cè)固定通信移動(dòng)通信光纖傳輸電波天線微波中繼等語(yǔ)音處理圖像處理文字處理信號(hào)處理信息處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別等磁存儲(chǔ)光存儲(chǔ)半導(dǎo)體存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)納米存儲(chǔ)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(jì)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(wú)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(gè)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(duì)象全信息（語(yǔ)法、語(yǔ)義、語(yǔ)用的整體）統(tǒng)計(jì)語(yǔ)法信息（全信息的一個(gè)部分）研究?jī)?nèi)容信息全過(guò)程信息傳遞過(guò)程（全過(guò)程的子過(guò)程）研究方法信息科