第4章  理论信息学的产生与发展

本书的写作直接回应了信息时代对公共信息理论的呼唤。本章说明理论信息学产生与发展的背景情况。作为整个信息科学的基础理论，理论信息学的建立和完善是信息科学知识体系发展和成熟的主要标志。由于信息社会至今没有建立起一个完整的信息科学知识体系；现有的领域信息学由于研究对象特殊、思想方法局限、又受到物理学范式束缚，不可能揭示各类信息现象中的一般规律；所以，关于理论信息学的研究是科学发展和社会进步的迫切需要。

§4.1  现有信息理论的局限性

4.1.1  香农通信理论的适用范围

任何通讯技术的目的都在于把信息从一个地方传送到另外一个地方。通信理论的历史开始于电报机的发明。为完成信号的长距离传送，通讯科学家常用的办法是，先把要传送的信息转变成信号调制到一个发送设备上，然后再把载有信息的信号发送到目的地；在目的地接收到它们之后，再把这些携带着信息的信号调解还原。据此，通讯科学目前由电子通讯、光通讯和声通讯三类组成。和计算机科学一样，通讯科学也是信息的技术科学，其理论的所有基础部分，都和物理学、电子学和数学紧密相联。从信息观点来看，通讯科学理论过去最引人注目之处，在于香农发明了信息传输的统计理论。它和维纳的《控制论》一起，影响了整个二十世纪中叶之后许多新学科的发展，而且这些影响仍在继续着。

T．史东尼指出，“实际上，香农并未宣布已经创立一种信息理论。相反地，香农认为他的贡献在于创立了通讯理论，也就是信息传输的理论^[1]”。香农著名论文的题目是《关于通讯的数学理论》。他从事研究和描述的工具是物理数学方法。一般地说，信息的存在和运动的方式至少包括信息的感知、识别、获取、表示、检测、存储、变换、传输、交换、创生、控制等过程。其中，几乎仅对物理“传输”媒介才可以不考虑信息的内容和效用，只是研究物理传输介质上的光/电模拟信号或者数字信号，犹如互联网上ISO/OSI七层协议中的第一层（物理层）以下的过程^[2]。信息传输理论只是信息理论的一个部分。把信息理论说成是香农理论，就象把数学说成是代数一样，错了。把香农的结论推广到其它种类的信息过程基本上都不可以。把物理数学方法照搬到其它信息过程也行不通。半个世纪以来，用香农方式构造信息科学，没有大的进展，根本原因就是沿用物质科学的还原论模式。由于思想路线的错误，造成“广义信息论”与真正信息科学的概念、原理和方法格格不入。

C. 彻丽指出，香农借用R.V.L. 哈特莱的公式计算一串符号中包含的平均消息量，但实际上几乎不能作为一个消息中信息内容的正确度量^[3]。香农用“熵”来命名他的公式，一个原因是由于该公式和L.玻尔兹曼关于热力学系统中统计熵的公式“很相象”（looked like）。另一个原因是由于冯.诺依曼告诉他，“既然没有人知道什么是熵，那么在争论中你将总是占便宜^[4]。”的确，熵从诞生之日起就带有神秘的色彩。人们在熵理论应用、拓广的研究中，几多收获，几多困惑^[5]。至今人们仍然不解：一个消息的不确定性和热力学熵有什么内在联系？有人说，冯·诺依曼的建议是一个“糟糕的玩笑”（bad joke）。它所造成的后果是：通信工程师和信息理论家成了“受害者”。香农的“把戏”（sleight of hand）受到许多著名作家的抨击。比如：C. Cherry，1978； S.G. Brush， 1983； J. Wichen， 1987； T. Stonier，1990；H.P. Yockey，1992；等等。H.P. 约克在仔细研究了相关材料之后总结道：“在麦克斯韦-玻尔兹曼-吉布斯的热力学统计熵和香农通信系统的熵之间，没有任何关系^[6]。”J. 维钦也指出，“尽管香农公式和玻尔兹曼公式在符号上是同构的，但是它们的含义并不具有共同点^[7]。”

其实，对于信息论成为最时髦学科的出奇的繁荣，香农本人十分担心。他在1956年就指出，信息论的核心本质是一个数学分支，是一个严谨的演绎体系，它的基本结果都是针对某些非常特殊的问题的。信息论的“名过其实”与“名声在外”“孕育着一种危险”。“人们一旦认识到仅仅用几个像信息、熵、冗余度这样一些动人的字眼并不能解决全部问题的时候，就会灰心失望，而那种人为的繁荣就会在一夜之中崩溃。”本来，在各个领域内的信息都十分具体，也好操作。但是，谁要想一般地理解信息，就不能不被引入热力学领域，许多人不得要领、如堕烟雾。而把通信理论用到其他信息领域，也只有信息传输的类比，才是有效的。

4.1.2  计算机技术和工具：离散化与形式化

在给计算机科学的本科生进行课程设计时，美国计算机学会课程专业委员会最初建议把计算机科学称作“计算机与信息科学”，其目的是“能够在更大的范围内考虑问题并强调正在被处理的信息” ^[8]；他们同时认为，计算机科学应“致力于信息的表示、存贮、操作和服务^[9]”。强调计算机科学是一门信息学科是没有意义的，因为它是人所共知的事实。但问题的关键是：它是否就包含了理论信息学抑或是信息科学的全部。按照科学学的看法，理论科学的目的在于回答“为什么”，技术科学的目的在于回答“怎么做”。从这个标准来判断，计算机科学无疑属于后者，尽管它在解释机器和计算的本质时提出了很多类似图灵测验、冯·诺依曼结构和摩尔定律等规律性的发现，但这仍旧不能说明它是一门信息的理论科学。所以，一个可以被广泛接受的说法是：目前只有计算机技术，没有计算机科学。

严格地说，作为计算机科学理论基础的微电子学和离散数学分别属于物理学和数学，并不是计算机科学自己独特的理论。如果把计算机科学学科分为理论计算机科学和应用计算机科学两部分的话，那么前者就是关于人造计算工具（计算机）的理论，后者就是计算机技术及其在众多领域中的应用。关于可计算性、计算模型、计算复杂性、形式语言与自动机等是计算机科学的基础理论。没有离散化和形式化的前提，就没有计算机的发明。也正是由于人工计算的离散化和形式化特征使得它不能实现非离散化、非形式化的计算。而在自然界，生物界和人类社会中，非离散化、非形式化的过程大量存在，这是目前计算机还不能模拟和替代的。如果说，把一切过程都看成“计算”（或广义的计算）的话，计算机所能够“计算”的对象仍然是非常有限的。以人脑计算为例，在数字化、符号化的处理过程之外，存在大量非数字、非逻辑的信息处理过程，比如综合与归纳，直觉与灵感等等。

显然，理论计算机科学的成熟有待于理论信息学的建立。因为，理论信息学不仅研究人工的信息现象，同时研究自然界、生物界和人类社会中自然的信息现象，它是更一般、更普遍的信息理论。计算机作为人工信息系统的核心，成功地模拟了人类思维中的符号过程，抓住了自然信息过程中的某些本质特征，所以理论计算机科学家可以在一般信息理论的建立中起到特殊的作用。从这个角度看，人们时常把计算机科学家称为信息科学家，好像他们是信息处理事务中的通才，有一定的道理。其实，一旦他们成为处理领域信息的专家，除非专注于理论反思，他们就成为应用计算机科学家了。

4.1.3  领域信息学的学科局限性

（1）自然科学范围中的领域信息学

通讯和计算是两个比较特殊的关于人工信息现象的工具信息学。它们的理论都不能直接拿来充当理论信息学的内容，更不是信息科学的全部。但是，由于它们是其他领域信息学的工具性学科，其中的概念和原理具有一定的普适性。

量子信息学是量子力学与计算理论相结合的产物。它以量子力学的态叠加原理为基础，是一门关于信息处理的新兴前沿学科。量子信息学包括量子密码术、量子通讯、量子计算机等方面的内容。其目标是在提高运算速度、增大信息容量、提高检测精度等方面突破现有经典计算机信息系统的局限。电子在电路中的行为将不再服从经典力学的规律，取而代之的是量子力学的规律。而量子效应，比如“量子纠缠”、量子非局域性、量子不可克隆性的作用，将会使信息学发展出新的原理和方法。

其他的领域信息学，比如生物信息学，医学信息学，管理信息学，经济信息学，人类文化学等等，也都只是在特定的领域中起作用的知识体系。它们不可能回答关于信息现象的一般性问题，更不会去关心信息学的哲学本体论的问题。所以，必须要有一个叫做“理论信息学”的新学科，才能建立完整的信息科学知识体系。

理论信息学的发展必须突破每一门领域信息学的局限性，而每一门领域信息学中的理论工作者都可以为一般的信息理论做出特有的贡献。生命信息学是与生命现象有关的信息学的综合，从DNA，细胞，生物个体到人类社会。它还可以联系生命起源以前的无机信息和作为人脑延伸的计算机等人工信息，所以它的研究本身带有一般信息现象讨论的性质，其结论可以直接支持理论信息学。李宗荣等的研究工作正是从计算机信息学出发，途径图书馆信息学、医学信息学、生命信息学，再抵达理论信息学和信息哲学的。这里所说的生命信息学（Life Informatics）与生物信息学（Bioinformatics）是两个有联系但是不同的概念，详见第10章第3节。

（2）人文社会科学范围中的领域信息学

人文科学主要是关于人类思想、文化、价值和精神表现的学科，包括文学、历史学、语言学、哲学、宗教学、考古学、艺术、音乐、舞蹈、戏剧、美术等。社会科学则指对人类关系的学习和研究领域，包括经济学、政治学、社会学、法学、人类学、管理学、心理学、人口学等。在一定意义上，整个人文社会科学就是一个信息学的学科群。在这些学科中，工具信息学的应用是比较普及的，但是用信息概念和方法来观察其中的信息现象、提炼出信息运动规律，还显得比较薄弱。或者说，尽管有些人文社会科学学科中确实揭露了社会信息现象的某些本质，但是未能使用信息科学的概念与方法，很难具有一般意义。比如，胡塞尔现象学本身就是哲学家的信息学研究，但是他采用了连哲学家都不容易理解的语言进行描述。语言学是另一个很典型的例子。

在一定程度上说，语言学就是符号学，是关于人类语言符号的学问。符号是语言的载体，它所代表的是语言的含义（或意义）和相关的概念，所指示的是客观存在的事物、事件、观念和思想，也可以是实际的或抽象的过程。用信息学的术语说，语言学就是人类的符号语言信息学，是关于语言信息现象的学问，主要包括语言符号的形式的学问和语言符号的内容的学问。语法学研究语言的形式规则。语义学和语用学分别研究语言的静态意义和动态意义。所以，没有哪一个学科比语言学更加是信息学了。但是语言学至今没有采用信息学学科的专用术语。语言学只是关于符号的学问，不考虑信号（自然的、生物的、社会的），所以也是不全面的，不具有作为信息学公共基础的性质。

§4.2  完整的信息科学知识体系没有建立起来

4.2.1  “数学大厦常常是先修好楼层再打地基”高隆昌在《数学及其认识》的“集合认识简顾”中指出：“虽说集合是数学的基本对象，集合概念却迟至1873年才由康托尔提出。当然这并不奇怪，它正好印证了人们说的‘数学大厦常常是先修好楼层再打地基’的说法^[10]。”张顺燕在《数学的源与流》中对数学史上三次危机的分析都表明这种说法的正确性。因为已经有了漂亮的数学楼层，一旦发现没有地基，被人们认为是确凿无疑的数学受到质疑，并且必须改造，便产生“危机”^[11]。

（1）第一次数学危机数学基础的第一次危机起源于公元前五世纪。数学作为演绎的科学最早从泰勒斯开始，这种危机不可能出现的更早。这次危机是由的发现引起的。在古希腊毕达哥拉斯学派那里，“万物皆依赖于整数”，每一个数（有理数）都可以表示为两个整数的比。但是，该学派在发现毕达哥拉斯定理之后不久，发现了无理数。没有任何一个有理数与在数轴上表示的点相对应。如图4-1所示，距离OP的长度，它等于边长为1的正方形的对角线长。而且，可以用反证法证明：不是一个有理数。

后来，又发现数轴上还存在许多点也不对应于任何有理数。因此，必须发明一些新的数，使之与这样的点相对应；因为这些数不能是有理数，所以把它们称为无理数。

无理数的发现，在毕达哥拉斯学派内部引起了极大的震动。首先，对于该学派的信仰“万物皆依赖于整数”是致命的打击；其次，它与人们通常的直觉相矛盾。突然之间，该学派所依据的假设坍塌了，理论完全没有了基础。数学基础的第一次严重危机爆发了。这个“逻辑上的丑闻”是如此可怕，以至于毕达哥拉斯学派对此严守秘密。据说米太旁登的希帕苏斯把这个秘密泄露了出去，结果被抛进大海。还有一种说法是，将他逐出学派，并为他立了一个墓碑，说他死了。

大约在公元前370年，希腊数学家欧多克索斯以及柏拉图和阿契塔给出两个比相等的定义，从而巧妙地消除了这一“丑闻”。后来，发展了实数理论，把无理数定义为有理数的极限。

在近代信息科学的发展中，维纳提出信息不是物质。后来，中国学者提出：物质载体是可以度量的、运动方式可以用数学公式描述，但是信息含义不可以用物理的方法加以度量、信息过程只能用程序的形式来描述；在严格的意义上说，物质科学的概念和方法不适合于信息科学。这样，人们几百年来关于“科学”的观念受到冲击：居然不量化，没有数学公式表达，也成科学！所以，信息科学已经造成科学危机，它的建立必然需要科学范式的更新，必然引起一场科学革命。

（2）第二次数学危机

第二次数学危机发生在数学史上的“英雄世纪”。微积分诞生之后，数学迎来了一个空前繁荣的时期。数学家们在几乎没有逻辑支持的前提下，勇于开拓，把微积分用于天文学、力学、光学、热学等领域，获得了丰硕成果。他们知道微积分概念是不清楚的，证明也不充分，但他们却坚信：结果是正确的。因为，有许多结果为经验和观察所证实，其中最突出的是天文学的预言，如哈雷慧星的再度出现等。科学上的巨大需要战胜了逻辑上的顾忌，他们需要做的事情太多了，基础问题只好先放一放。数学史的发展也一再证明，自由创造总是领先于形式化和逻辑基础。

在微积分的发展过程中，一方面是理论和应用成果丰硕，另一方面是理论的基础不稳固，出现了越来越多的谬论和悖论。数学的发展又遇到了深刻的危机：数学分析的大厦原来建筑在沙滩上。不少人对微积分有缺陷的基础提出强有力的批评，比如指责它犯有偷换概念的逻辑错误。牛顿这样确定x³的导数：

令x增长为x + 0，则x³增长为（x + 0）³，或x³ + 3x²0 + 3x0² + 0³.

它们的增量分别为0和3x²0 + 3x0² + 0³.

这两个增量与0的比分别为1和3x²2 + 3x0 + 0².

然后，让增量0消失，则他们的最后比为1比3x². 从而x³对x的变化率为3x².

可以看出，其中偷换概念的逻辑错误是明显的。在论证的前部，0是非零的，但在其后部，0又被取为零。这样的推论就违背了逻辑上同一律的要求。

在18世纪结束之际，微积分和建立在微积分基础上的数学分析的其他分支在逻辑上处于一种完全混乱的状态之中。事实上，可以说微积分在基础方面的状况比17世纪更差。数学巨匠，尤其是欧拉和拉格朗日给出了不正确的逻辑基础。因为他们是权威，所以他们的错误被其他数学家不加批判地接受了，甚至对其错误做了进一步的发展。进入19世纪，数学陷入更加矛盾的境地，历史要求给微积分以严格的基础，一批杰出的数学家为此付出了辛勤的劳动^[12]。分析学的奠基人柯西用精确的极限论代替了模糊的无穷小法，接着魏尔斯特拉及其合作者实现了分析的算术化。

在近代信息科学的发展中，人们不恰当地把香农的通信理论夸大为整个的信息论，把香农的数学方法推崇为信息科学的唯一正确的方法，按照香农的思路发展广义的信息论（信息科学），实际上是在发展错误，离真正的信息科学道路越来越远。理论信息学的基本思路就是结束香农路线的错误导向，在物质特征和规律的反面寻找信息特征，发现信息规律性。

（3）第三次数学危机

到19世纪末，康托尔的集合论已经得到数学家们的承认。它被成功地应用到其他的数学分支，成为数学的基础。由于集合论的使用，数学似乎已经达到了“绝对的严格”。但是，正当大家兴高采烈地庆贺之时，数学王国的大地爆发了另一次强烈的地震。数学基础的第三次危机由在1897年发生的突然冲击而出现。意大利数学家福蒂揭示出集合论的第一个悖论，与康托尔在两年后发现的悖论很相似。这两个悖论都用到了集合论的深入结果，但是1902年英国数学家罗素发现的悖论仅仅在集合论本身的概念之内。

罗素悖论揭示了一个基本的事实：一个集合或者是它本身的成员，或者不是它本身的成员。罗素悖论曾以多种形式通俗化。这些形式中最著名的是罗素在1919年给出的，称为理发师悖论。某村的一个理发师宣称，他给所有不给自己刮脸的人刮脸。于是出现这样的困境：理发师是否给自己刮脸呢？如果他给自己刮脸，那他就违背了自己的原则；如果他不给自己刮脸，那他就应该为自己刮脸。

罗素的悖论在数学中引起了真正的麻烦。罗素将他的悖论写信告诉了数理逻辑的先驱弗雷格，而弗雷格正好完成他的关于算术基础的二卷巨著。弗雷格接到信后，在其著作的末尾伤心地写到：“一个科学家遇到的最不愉快的事莫过于，当他的工作完成时，基础崩塌了。当本书的印刷快要完成时，罗素先生的信使我陷入了这样的境地。”这样就出现了数学史上的第三次数学危机。

为了排除罗素悖论和其他悖论，数学家门便忙碌起来，试图建立某种公理系统来对集合论作出必要的规定。不久，出现了好几个公理系统。目前公认的彼此无矛盾的公理系统是ZF公理系统。但是，从整体来看，第三次数学危机的解决还没有达到令人满意的程度。人们对ZF公理系统的逻辑基础还有怀疑。此外，还有一个大问题：数学的基础到底是什么？围绕这些问题，逐渐形成了逻辑主义、直觉主义和形式主义三大派别。其间的辩论把数学推向了一个新阶段。迄今为止，争论尚未停止。

（4）三次数学危机给我们的启示

在科学发展史上，学科前进道路上的基础理论危机是一种司空见惯的现象。我们以数学为例来说明问题。在信息科学发展的道路上，我们正在经历着一场人类文明和科学发展史上最为严重的基础理论危机。不仅仅是科学危机，科学范式的危机，而且有哲学的危机，有世界观、方法论的危机。比如，差不多学过哲学的人都能背颂：“世界上除了物质和物质的运动，什么都没有了。”那么，生物信息和人类文化科学知识的爆炸式增长机理可以用“物质和物质的运动”加以充分的解释吗？当然，本书不讨论关于信息哲学的问题，但是信息科学家的哲学理念却是不可能忽视和回避的。在一定意义上说，伟大的科学家必须首先是伟大的思想家，甚至是哲学家。

在计算机软件工程领域中，关于软件生产的模型，最初把从物质产品生产过程学来的“瀑布模型”当作标准模型，但是30年后发现对于物质生产过程的借鉴必须与信息产品生产自己的特殊性结合起来才是有效的。建筑一个物质的大厦，没有打好地基，不可能安装三层楼房间的窗户玻璃。过去，微积分计算方法已经派上了大的用场，收到了公认的良好效果，却可以连基本概念都是不清楚的，甚至有不少逻辑错误和矛盾。今天，计算机科学技术蓬勃发展，它在社会生产、生活、学习中的实际应用到了无孔不入的程度。我们大家用手机随时随地地相互联系，通过QQ在网上聊天，几个国家的外科大夫联合给同一个病人动手术，计算机软件生产商B 盖茨成为世界首富。这些都不需要首先给“信息”下一个举世公认的科学定义。但是，当信息科学理论研究者发现：已有的几十个、上百个信息定义，居然没有一个令人满意；能够大量地占据书店的柜台、占领大学的讲台的信息科学学科，却没有提出普遍通用的信息学公共原理；正在从业的信息科学专家、教授多的难以计数，但有谁明白地说过信息科学的一般方法是什么？

清醒地面对信息科学危机，深入探索建立信息科学基础理论的途径，是信息科学发展的需要，是时代的呼唤，是本书的目的。

4.2.2  完整的信息科学知识体系没有建立起来

国内外许多信息学研究者指出，在严格的意义上说，当前只有信息技术，没有信息科学^[13]。因为，如果信息科学已经完整地建立起来了，那么它至少应当包含两个大的部分：理论信息学和应用信息学，即一般信息学和特殊信息学。如果把一门应用信息学的理论用到另一个信息领域，通常是不行的。比如，关于信息概念的定义和信息的度量，在通讯信息学和生物信息学中几乎完全不同。计算机信息过程与人脑的信息过程相比，只是在逻辑上有较大程度的相似性，在物质构造上几乎完全不同。脑科学中讨论关于人脑中的自我意识，顿悟、灵感和直觉等等，是计算机过程中所完全没有的。显然，当前只有应用信息学，而没有理论信息学。也可以说，只有特殊信息学，没有一般信息学。既然没有理论信息学或一般信息学存在，当然不能说一个完整的信息科学体系建立起来了。

通常，笼统地说没有信息科学，许多人不乐意接受，因为在书市上题为《计算机科学导论》、《通信原理》、《现代控制原理》、《信息学浅谈》、《信息学概论》的书籍不少。实质上，这些通俗读物、教材、甚至专著，严格地讲，都只能算作领域信息学。如果把这些书打开，只要看看目录，就知道它讲的是哪一种信息工具或者哪一个领域中信息工具的应用。

我国著名信息学专家钟义信，根据他长期从事的教学、科研经历和国家信息化专业委员会的理论研究成果，于20世纪80、90年代和21世纪初，连续推出《信息科学原理》的三个版本。正如作者在该书第二版“后记”中所说，他以通信工程为基础，推广香农经典数学理论，试图建立“广义信息论”。根据当时的认识，广义信息论“也叫信息科学”。与1993年鲁晨光所著17万字的《广义信息论》^[14]相比，该书56万字，综合了通信、计算机、控制论、系统论、人工智能等方面的内容，在建立广义信息论的思想路线上的确做得十分出色，在国内受到广泛的重视和称赞，成为信息学界一本里程碑式的著作。作者试图建立系统的信息科学理论，提出了许多有意义的见解。但是，在书中写到：该书是“国内外唯一的一部系统阐明信息科学基本理论的学术专著”，“完成了信息科学在理论上的构建”^[15]。对此，我们认为，如果把“完成了”这种过去完成时的表述，改为现在进行时，或将来完成时的表述，就比较恰当，也符合实际。因为 “广义信息论”和“信息科学”是两个看似一致，实际并不相同的概念。香农信息论的有效范围局限在通信领域，其根本原因在于它的思想路线，即忽略信息的意义，所以物理-数学方法才能得心应手。一旦离开通信领域，或者说一旦离开信息过程的物质和物理学能量的特性，在不能不考虑信息载体的含义的时候，香农路线便处处碰壁。从总体上说，信息科学的思想路线与香农路线是不同的，甚至是相反的。顺着广义信息论的途径前行，抵达信息科学目的地的概率很小。

我们认为，香农信息论在实际上是关于通信的数学理论，广义信息论在本质上是经过扩充的通信理论，或者是通信理论视野中的一种信息学。正如不能把“数学”称为“广义代数”或者“广义分析”一样，不能把“信息科学”等同于“广义信息论”。区别广义信息论和信息科学这两个概念十分重要。正是这两个重要概念的混淆，造成半个世纪以来建立信息科学的思想路线发生了根本错误。所以，当前和今后，在建立信息科学的努力中，摒弃香农路线几乎是前提性的条件。结束香农路线的误导，是信息科学发展的当务之急。在此基础上，进一步区分“应用信息学”和“理论信息学”两个概念，也是必要的。而且，信息科学的建立不能只考虑人工信息学或工具信息学，也不能把工具信息学说成是信息科学的核心和理论基础，即不能主张：

信息科学 = （或者 ≈ ）通信理论 + 计算机科学 + 控制理论

因为，如果把宇宙分为生命世界和非生命世界的话，那么应当有两类信息学，生命信息学和非生命信息学。人脑是生命信息进化的一个高峰，计算机和通讯不过是地球上人类信息活动的模拟和延伸。非生命信息学在生命信息学面前的地位是小巫见大巫。所以，信息科学的主要内容应当是关于生命信息的学问。可惜，《信息科学原理》的作者把生命信息，比如遗传信息等，划到信息科学之外去了，认为“要揭开遗传问题的全部奥秘，就不能不有赖于信息科学的帮助。”它不包含生物信息学、人类文化学等领域信息学，也不包含它们的公共基础，即理论信息学或一般信息学，很难做到在真正的意义上解说信息科学的原理。

实际上，在国内外的信息科学研究者中，绝大多数人并不认为信息科学的理论建构已经完成了。相反，一个普遍的看法是：关于信息科学基础理论或理论信息学的研究才刚刚起步^[16，17]。我国从未就“信息科学基础理论”专题召开过全国大会，国际上也才召开了三次小规模的会议。从上述讨论可以看出，尽管通讯信息学、计算机信息学、图书馆信息学、生物信息学、医学信息学等等，已经进步到拥有发达的信息技术、丰富的信息产品、繁荣的信息市场，可以支持一个强大的信息产业、信息经济，把人类引入信息社会，但是却居然没有一个理论信息学作为基础。

4．2．3 “1+4+3”：信息科学的知识框架

1. 为什么信息科学需要一个理论框架？

在一个知识系统中，它的框架是一种分类。这个分类把知识的不同部分放在适当的位置或层次上，使得它们构成一个有机的体系。一般地说，分类是概念的外延式定义，扮演着补充概念的内涵式定义的角色。

比如，我们可以不断地使用“两分法”（把整体分为两个部分：A和非A）来处理整个信息科学学科群中的所有学科。首先，它被分为：理论信息学与应用信息学；然后，应用信息学被分为：工具信息学与工具信息学的应用（应用信息学）；第三，应用信息学被分为：自然信息学与非自然信息学；第四，非自然信息学被分为：社会信息学与非社会信息学（人文信息学）。等等。

我们相信，一个关于信息科学的知识框架的假说，有利于我们详细地设计它的发展过程，推进完整的信息科学知识体系的建立。这就像在复杂的计算机硬件工程和软件工程中所经常要做的那样：根据用户的需要所完成的“初步设计”，常常是全部设计和开发的基础与出发点。

2. 信息科学框架研究的历史回顾

信息科学的框架可以有两种：平面结构与立体结构。一个早期的平面结构是中国学者钟义信于1988年在他的著作《信息科学原理》（北京邮电大学出版社，2002）中提出来的。他说，信息科学的主要理论包含六个方面的内容：信息获取，信息传输，信息处理，知识提取，策略生成，与策略执行。

在中国，1997年闫学杉在《人类信息学的基本问题》（《国外社会科学》，1997）中提出了另一个平面模型。他说，信息科学的学科群由六个分支组成：通信信息学，计算机信息学，光信息学，生物信息学，动物信息学，和人类信息学。

2001年，俄罗斯学者科林在《信息革命与基础信息学》（《国外社会科学》，2001）中提出了又一个平面结构。他说，信息科学的结构可以分为六个部分：理论信息学，技术信息学，社会信息学，生物信息学，非生命信息学，和能量信息学。

2004年，李宗荣在他的博士学位论文《理论信息学：概念、原理与方法》中提出了一个立体结构：理论信息学与应用信息学。为了表达上的明确与简洁，套用闫学杉的说法，这个立体结构可以称之为“1+1”。

2007年，闫学杉在《信息科学：它的过去、现在和未来》（见马霭乃等：《信息科学交叉研究》）中提出了另一个立体结构，“1+3”。其含义是，信息科学由一门理论信息学和三门应用信息学（即工程信息学或工具信息学，自然信息学，与社会信息学）组成。这里的“3”依然是一个平面的分类，没有立体化，事实上这三门信息学的方法论处在不同的层次上：工具信息学的方法论比领域信息学的方法论要普遍化得多得多，因为领域信息学的方法是工具信息学的一般方法在某个特定领域中的应用、“本地化”或“特化”。当然，更一般的方法是理论信息学方法，最一般的方法是信息哲学的方法。

基于对20多年来关于信息科学框架研究成果的梳理和分析，我们在这里提出第三个立体模型，“1+4+3”。其中，“1”是一门理论信息学；“4”是四门工具信息学，即通信理论、控制论、计算机科学、与机器人学；“3”是三门领域信息学，即自然信息学，社会信息学，与人文信息学。这里的“1”、“4”、“3”分别处在三个不同层次上：理论信息学、工具信息学、和领域信息学。参见图4-2。

3. 机器人学与计算机科学的关系

在某些学者看来，机器人学是计算机科学的组成部分；而另一些学者却认为，计算机程序是被决定性的算法所规定的，而机器人的程序却可以同时包含决定性和非决定性的算法，所以，计算机只是机器人的特例。

在我们看来，计算机和机器人都是人们的信息处理工具，只是分别用在不同的场合，所以，它们都属于工具信息学的范围。通信设备、控制器、计算机、机器人四种信息处理工具，在相互学习与借鉴的过程中，已经相互融合，难分彼此了。我们认同一种大致的相对意义上的划分是必要的，但是给以人为的高低贵贱之分，并没有多少理论和实际的意义。

4. 为什么把人文信息学从社会信息学中分离出来？

在宇宙之间，大致有三种法则。其一是自然法则，它完全处于人类意志和愿望之外，是铁的法则，不可以修改，人、动物、生物、非生物都不能例外；第二种是社会法则，它由社会上的人们按照少数服从多数的机制制定出来，在不同级别与范围的组织中具有约束力量，但是可以因地域、文化、种族的不同而不同，修改起来相当困难；第三种是个人法则，它由个人自己在爱和信念的基础上制定出来，在处理与熟人、朋友、亲戚、配偶、或家庭成员的关系中加以实施，它可以随时改变，通常因人而异。

在使用社会法则来处理感情和信仰问题时，常常不是很凑效的。比如，父母与子女，由于代沟，为了同一目的，却采取不同的处理方法，具体例子太多了。我们很难说，这一种选择是正确的或者好的，而那一种选择是错误的或者坏的。还有，不同人的宗教信仰可以差别很大，甚至完全相反。我们不可以设计出一般的社会学法则，来判断是非，评价好坏。古今中外，凡是使用强制的措施来解决感情和信仰的问题，都很难获得成功。

人文信息学的概念是俄罗斯学者提出来的。在俄罗斯，他们的社会信息学处于国际领先的水平。他们率先认识到，人文信息现象是社会信息现象中的特例，不可以用社会法则来处理感情与信念等问题。当然，他们在这方面的研究也才起步不久，还没有提出系统性的研究成果。

§4.3  科学与社会发展需要理论信息学

4.3.1  众多的应用信息学需要公共的理论基础

物理学是自然科学类别中对信息概念持有保留态度的学科。有些物理学家认为，既然信息就是熵，那么对物理学来说，一个“熵”概念已经可以把物理学中和信息近似的问题说得非常明白了，他们没有必要去赶这个“信息”时髦。但是，事实表明，有相当多的物理学家并非持这种观念。1871年，J．C．麦克斯韦设计了一个第二类永动机模型。他在《热的理论》中说：“让我们假定把一个容器分成两部分，A和B，隔板上有一个小孔，再设想一个能看见单个分子的精灵，打开或关闭那个小孔，使得只许快分子从A跑向B，而慢分子从B跑向A。这样，它就在不消耗功的情况下，提高B的温度，降低A的温度，而与热力学第二定律发生了矛盾。”因为，形成了温差，而且有

T_B - T_A > 0，

这个温差就可以对外做功。似乎靠所谓的“麦克斯韦妖”（Maxwell's Demon）的把门术，就可以制成第二类永动机了。18世纪的物理学家在驱逐麦克斯韦妖，捍卫热力学第二定律方面，没有建树。1914年，俄罗斯的斯莫鲁霍夫斯基首先指出，具有分辨本领和控制开关能力的小妖应该是封闭系统的组成部分，否则系统就不再是封闭系统了，因为小妖具备分辨和控制能力，必须进行能量代谢。1929年，齐拉德分析了麦克斯韦妖作用的原理，提出系统的熵减少一定要以系统的某种物理量为补偿，而这种补偿实质上是增加信息。1944年，薛定谔指出，在生命系统中负熵与组织是相互联系的。1948年，维纳说，麦克斯韦妖在开门与关门之前，必须得到分子的运动速度和位置的信息。1951年，布里渊在《应用物理杂志》上发表题为《麦克斯韦妖不起作用：信息与熵（I）》和《物理熵与信息（II）》，运用信息论解释麦克斯韦妖本领的来源，最终捍卫了热力学第二定律，否认了麦克斯韦妖的存在性^[18]。这样，从20世纪中叶，物理学家就深刻地认识到物质科学需要信息，需要关于信息的公共理论。1992-1997年，美国物理学家T．史东尼为着建立信息物理学（Information Physics），出版讨论信息科学问题的“三部曲”^{[19，20，21]}。

化学家尝试使用信息概念来解释化学问题，始于诺贝尔化学奖获得者利恩的思想。1987年，J．M．利恩提出“分子识别”的概念，“化学信息学（Chemical Informatics）”，以及使化学反应智能化的思想。根据他的思路，分子识别所需要的化学信息都存储在相互作用的分子的化学构造之中。可以把分子识别过程看成是分子间化学信息的选择和处理的过程。在发生化学反应的时候，分子根据自身和对方提供的化学信息寻求最佳的偶合状态，从而决定反应的机理、产物的组成与结构。根据体系能量最低原理，在底物与受体之间发生作用的化学信息决定是否匹配（空间匹配、电性匹配、对称匹配等）。如果将分子识别用于分子器件的设计与合成，底物与受体的功能不仅可以分别在超分子体系中保留下来，而且随着超分子的形成，可以产生新的功能（分子器件的功能）。也可以看成是，超分子不仅保留了组成部分原有的化学信息（可能是一部分或大部分），而且同时孕育着新的化学信息。这意味着在化学反应中可能同时存在着化学信息的转变和增殖过程。这样，化学反应便由原来的随机模式变为智能模式。在利恩的化学信息学思想的指导下，完成了大量超分子体系的合成，生产效率都很高。当然，建立化学信息学的工作是一项难度极大的工作，既要吸收物理学的理论概念，更要重视从生物学特别是信息科学中引用和借用有益的理论和工作方法。最大的难点则是化学家需要克服长期形成的关于化学问题的观念和思路中的某些惯性，才能接受关于信息的一般理论^[22]。因为用信息概念和方法解释化学反应的思路，与传统的化学理论在概念和方法上有很大的不同。

为数众多的领域信息学在理论体系的构建中，所遇到的第一个问题是领域信息的定义，它区别于一般信息定义的特殊性。第二个问题是领域信息学基本原理的表达，即它的理论的出发点或者基本预设的问题。受国家自然科学基金支持，李宗荣于1991年出版国内第一本医学信息学著作，《医药信息学导论》，当时他被缺乏理论基础所困扰，深感缺乏基本信息理论的支持。后来他关于理论信息学的研究，实际上是这种对领域信息学基础的“追问”。领域信息学基础的缺乏成了他致力于理论信息学和信息哲学研究的一个直接推动力。当时，在国内信息学专家中，北京邮电大学钟义信教授影响较大，《信息科学原理》具有某种程度的权威性。李宗荣几乎在照搬钟义信的概念和理论的基础上，综合国内外已有的其他结论。比如，他引用1961年克劳斯的观点，认为信息既不是物质也不是能量，甚至也不是意识，并列表加以比较^[23]。现在看来，这其中包含着原则性的错误。在一定意义上，《信息科学原理》的普及产生了两种效果。其一，积极效果：提高了信息科学的理论地位，扩大了信息科学的声势，为推动行业的、国家的信息化运动作出了可贵的贡献，功不可没；其二，负面影响：广义信息论的思维方式和“全信息”的基本概念的影响也很大，对信息科学的发展起到不利的作用。

4.3.2  人文科学需要理论信息学

人文科学的主要学科是传统的文史哲一类的学科，它们的研究对象是区别于自然世界和社会世界的“人文世界”。人文世界是一个以人的内在精神为基础，以文化传统为负载的意义世界或价值世界。人文科学的研究方法主要是意义的理解。在文学中，文学和狭义的艺术学是两个姊妹学科，但两者对信息概念的使用却持完全相反的态度：艺术学是热情的，文学是冷漠的。虽然在近年来的文学解读之类的新派文学理论中慢慢开始见到文学理论家对信息的关注，例如，在分析文学的解读内容时就有人提出：“文学作品给读者输送着三种信息，即语义信息、象征信息和结构信息^[24]。” 但更多的文学理论家在对文学本体的认识上仍旧使用着文本、本文和话语三个概念。事实上，如果说图书、杂志中包含的内容都是信息的话，那么文学图书和文学杂志中包含的内容不是信息又是什么？现代派美学可以创造出似乎没有特定含义的所谓“无信息作品”，但任何文学作品都不可能说是无信息的。文学理论家提出的文学文本、本文以及文学话语等说法，只不过是文学理论向更高层次抽象过程中的一个过渡概念，最终都有可能被信息一词来取代。艺术信息学如果能够被艺术学家和信息学家广泛接受的话，文学信息学的建立只不过是迟早的事情。

在历史学中，历史学的研究对象是无法重演的过去，历史信息是历史学家得以进行研究的唯一依据^[25]。在八十年代中期，有人就曾据此提出过“历史学是一门特殊的信息科学”的论断，但由于论证不够充分，它并没有引起历史学家们的特别注意。在历史学家的思维中，“事件”、“事实”、“史料”等概念已经能够足以表达和信息类似的东西，就象物理学家冷落信息时对物理学中“熵”的态度一样，历史学家认为他们和信息问题保持一定的距离是可以理解的。但是，“事件”、“事实”、“史料”等概念本身就是典型的领域信息学范畴，所以，历史学和信息研究的关系不是很远而是很近。在历史学著名的“事实与解释”之争中，按照兰克的说法，历史学家的任务就是“照录史实”^[26]，这里的“史实”就是“过去的信息”。回顾历史学的研究历程，特别是在纪事本末体事件表述中，历史学家本可以象巴特尔特或皮亚杰那样从“图式”或“格局”角度深入分析一下事件本身的结构和事件发生的客观规律，从而和信息学建立起密切的联系，但历史学家太“历史”了，以至于历史学和信息学就这样平静地相处在两个遥远的咫尺之中。

在哲学中，自1948年香农的《信息论》和维纳的《控制论》问世以来，哲学一直就是信息研究的天然盟友，信息研究的每一项重要突破，都得到了哲学家们的鼎力相助。哲学家关注的信息问题很多，但最重要的表现在以下两个方面：第一，关于世界是由几元组成的。在传统的哲学讨论中，认为世界是由物质和意识两个部分组成的。但是，从二十世纪六十年代起，英国科学哲学家波普尔大胆地宣称：世界是由三元组成的，它们是物理世界、精神状态的世界、精神内容的世界^[27]。后来一些研究者干脆就把他的精神内容世界演绎成了信息世界。这样就会得出一个必然的结论：世界是由物质世界、精神状态的世界、和信息世界组成的。此外，维纳在他的《控制论》里解释信息是什么的时候，也提出了一个著名的相对世界三元论的划分：世界是由物质、能量和信息组成的。说它是相对的，同样是因为这种结论是推导出的。维纳的原始表述是：信息就是信息，既不是物质，也不是能量。信息对哲学冲击的第二个问题是认识论。传统的认识论用“反映”解释认识，而现在的认识论用“信息”解释认识^[28]。而认识的结果是什么，过去没有统一的词汇，现在就叫“信息”。（本节和下节的内容参考和引用了闫学杉的论文《当代学科发展中的信息问题之考释》，载内部刊物《信息科学研究》第18期第59-64页，2002年5月，由湖北大学数学与计算机科学学院信息科学研究中心主办。）

4.3.3  社会科学需要理论信息学

在一定意义上，人文、社会科学所研究的对象是思维运动和社会运动，也就是人类个体和社会层次上的生命信息现象。思维运动和社会运动的过程在实质上是以一定形式的物质和能量支持着的信息和信息处理的过程，是生命信息过程支配着的复杂运动过程。因此，要想揭示这类运动过程的根本规律，首先就必须揭示其中处于支配地位的信息过程的内在规律^[29]。

美国著名社会学家华勒斯坦说，“社会学、经济学和政治学构成了一个以国家为中轴的三一体，从而巩固了它们作为核心社会科学（以研究普遍规律为主旨）的地位^[30]。”在经济学中，从1959年马尔萨克把信息作为一个经济问题正式引入经济学开始，到2001年诺贝尔经济学奖第三次授予信息经济学家为止，古老的经济科学和年轻的信息科学结成联姻已成事实。信息问题在经济学中形成了两个学科，一个是由马克鲁普、波拉特等人开创的信息产业经济学^{[31. 32]}；一个是由阿克罗夫等人提出的在信息不对称情况下，商品的价格是由信息，而不是供求关系或商品的社会劳动价值来决定的信息经济学^[33]。  两者都对传统的经济学形成了挑战。尽管如此，除了马克鲁普之外，大多数经济学研究者对什么是真正的信息科学并不关心，因为他们清楚地知道，就连博弈论也还没有成功地引进“比特”的概念。但从信息角度来解释大多数经济现象，已经变成了前卫经济学家非常自觉的准则。

在社会学中，社会互动、社会组织、社会群体、社会调查、社会控制，这些占去社会学大部分内容的主题，无一不和信息问题相关。社会互动本身就是一个信息的传播和交流问题，没有信息，互动根本就无从谈起。有一本由弗莱德曼等人编写的《社会心理学》教科书^[34]，自20世纪70年代后一版再版地在美国大学的社会心理学专业中广受欢迎。翻开该书，到处都是对信息问题的分析和论证。信息的一致性，信息的差异，信息的可信度，信息交流中的干扰因素，信息与信任，信息交流模式，信息网络等等不一而足。更不用说社会调查本身就是社会信息搜集的同义词，而社会控制的基本手段靠的就是信息。

在政治学中，信息和权力的关系是十分明显的。洛威曾经认为：信息与政治之间存在着一种直接的联系，此种联系是建立在信息是一种可以转化为政治权力的手段这一命题之上的^[35]。所有的资源，包括人力的、物力的、信息的，都影响着决策者的态度和社会结构中上层集团的组成。由于政治对信息的种类与数量的变化特别敏感，所以，可以给政治下这样一个定义：政治是信息操作的一种特殊形式，是一种有效利用信息的能力机制。在占有越来越多的第一手信息之后，特别是当这些信息将决定着其他群体的命运的时候，人们就被授予了权力，于是就当权了。我们可以不带感情色彩地把这种情况称之为由信息转让得来的权力，而由信息转让获得的权力其基础是不雄厚的。

4.3.4  “国家信息化”需要理论信息学

20世纪60年代，美国与日本等国家的学者对国民经济信息化水平提出了一种测度理论和方法，为信息化的发展的定量研究奠定了基础。与世界发达国家相比我国信息化建设起步较晚，对信息化理论和信息化发展水平测度理论与方法的研究在20世纪80年代中期才刚刚开始。国务院信息化工作领导小组在1997年全国信息化工作会议上，提出了国家信息化的定义：

国家信息化就是在国家统一规划和组织下，在农业、工业、科学技术、国防及社会生活各个方面应用信息技术，深入开发、广泛利用信息资源，加速国家实现现代化的进程^[36]。

同时，根据上述定义，确定了信息化体系框架，包括：信息资源、国家信息网络、信息技术应用、信息技术与产业、信息化人才、信息化政策法规和标准等6个方面。与此同时，我国的专家学者也取得了一些相关的研究成果。

在此基础上，2001年7月，国家信息产业部公布了《国家信息化指标构成方案》，设计提出了20项信息化水平测度指标，分别为：（1）每千人广播电视播出时间；（2）人均带宽拥有量；（3）人均电话通话次数；（4）长途光缆长度；（5）微波占有信道数；（6）卫星站点数；（7）每百人拥有电话主线数；（8）千人有线电视用户数；（9）每百人互联网用户人数；（10）每千人拥有计算机数；（11）每百人拥有电视机数；（12）网络资源数据库总容量；（13）电子商务交易额；（14）企业信息技术类固定投资占同期固定资产投资的比重；（15）信息产业增加值占GDP的比重；（16）信息产业对GDP增长的直接贡献率；（17）信息产业研究与开发经费支出占全国研究与开发经费支出总额的比重；（18）信息产业基础设施建设投资占全部基础设施投资比重；（19）每千人中大学毕业生比重；（20）信息系数^[37]。《国家信息化指标构成方案》的公布，标志着我国对信息化水平测度理论与方法的研究已经取得了一定的发展和比较成熟的研究成果。

南京大学姜奇平在2003年第2期《互联网周刊》上发表题为《面向国家合力的信息化》，尖锐地指出：

“信息化是什么，我们从信息技术上解释通了，从信息产业上也解释通了，但从整个国民经济和社会竞争力上，至少我敢说，传统学者还解释不清这个问题。因为他们骨子里根本没有‘国家竞争优势’这个概念。”“从我来说，是因为在比较各国的国家信息化指标体系中，发现一个‘怪事’。他们衡量信息化的价值标准，往往在我们看来是‘怪怪的’，净是些‘八竿子达不着’的事情。”

“具体来说，我们测度信息化，一般主要是看信息化的技术条件如何，是否在产业应用中体现出来了，等等。国外的指标，当然也包括这些，但另外一大半，在许多专家看来，就‘不知所云’了——不知他们拿这些指标说明什么问题，与信息化有什么关系。”“指标达不达得到，超不超得过另说，如果连指标是什么意思，意义何在都不清楚，一旦打起来，你不下地狱谁下地狱？中国现代史上挨了一百多年打，无非是对英国工业化的重要指标不以为然（比如以为麦子这个指标比钢铁这个指标更重要）的结果。”

M．波特在《国家竞争优势》的第一页就指出：“比较优势理论是长期以来在国际竞争分析中处于主流和控制地位的一种理论，而我则力主竞争优势应该是一国财富的源泉。比较优势理论一般认为一国的竞争力主要来源于劳动力、自然资源、金融资本等物质禀赋的投入，而我认为这些投入要素在全球化快速发展的今天起作用日趋减少。”L．瑟罗在《资本主义的未来》中，更进一步明确地指出，“在21世纪，仅具有自然资源优势的国家是不会成为富裕国家的；资金的可利用性也不再是竞争要素了”，“知识和技能才是比较优势及可持续竞争优势的唯一来源。”

姜奇平在着重引用了上述著作家的论点之后说：“敢情，整个是上述一大堆信息化‘怪’指标的设计指南！原来亚太经合组织、美国和欧盟都在围着‘竞争优势’进行现代化设计，咱们快成蒙在鼓里的了^[38]。”

那么，美国等发达国家的信息化水平的测度理论与方法是什么呢？

一般认为，最早对信息经济进行研究的是美国经济学家F．马克卢普，他于1962年在《美国的知识生产与分布》一书中提出知识产业的概念，并在分析知识生产机制的基础上，通过对产业部门的划分从中分离出知识产业，并用它们在国民经济中的比重反映美国知识产业的发展状况。1977年，美国经济学家Ｍ．波拉特出版了专著《信息经济》，在研究马克卢普提出的理论基础上，第一次比较系统地提出了信息经济的测算方法，建立了一个以信息部门占国民生产总值（GNP）比例为指标体系的测算模型，人们把这种方法称为波拉特法。波拉特法的核心是将信息部门划分为一级信息部门（指直接从事信息活动且直接向市场提供信息产品和服务的部门）和二级信息部门（指依附于其他部门，所生产的信息产品和服务不直接向市场出售，而是直接为所依附的部门消费的部门），并分别对其占GNP的比重和信息劳动者就业占总劳动人口就业的比重进行测度。一级信息部门和二级信息部门GNP的测算方法如下。

（1）一级信息部门。测算一级信息部门GNP的基本方法是最终需求法。其计算公式为：

GNP = C + I + G + （X - M）

式中：

GNP——一级信息部门的GNP值；

C（消费）——消费者对最终产品和服务的需求和消费量；

I（投资）——企业对最终产品的需求和消费量；

G（政府购买）——政府对最终产品和服务的需求和消费量；

X-M（出口净额）——产品和服务的国外销售额减去从国外的购买额。

（2）二级信息部门。波拉特认为这类不直接进入市场的信息产品和服务的产值由以下两方面的投入量构成：在非信息行业的信息劳动的收入构成；非信息行业购入的信息资产（如用于信息生产和服务的各种机器设备等固定资产）的折旧。

将一级信息部门和二级信息部门的GNP相加就得到信息产业的GNP。

马克卢普和波拉特从产业发展的角度对信息经济进行了定量研究，提出了信息产业的概念，范围和定量测度方法论，但是由于时代的局限他们并没有提出信息化的概念及内涵，只是通过定量分析研究信息产业的发展规模及其在国民经济中比重的变化等，反映信息产业在国民经济中的地位和作用的变化。因此，国际上一些学者认为信息产业在国民经济中比重的变化过程就是信息化发展的过程，并认为波拉特法是信息化水平的一种测度方法。依据波拉特法，许多国家在20世纪70—80年代结合本国信息产业的特点及规模，对各自信息化发展程度进行了测算。

天津社会科学院王爱兰在《情报理论与实践》2004年第5期上发表文章，对马克卢普、波拉特信息化水平测度的理论与方法进行评价。作者认为，美国学者关于信息化水平测度的理论与方法，其理论贡献在于：

（1）在研究马克卢普有关理论与方法的基础上，波拉特首次以信息商品是否进入市场交换为标准，将信息产业划分为一级信息部门和二级信息部门，使人们对信息产业的概念，结构和产值构成有了比较清晰的认识。这种划分方法可以使人们不仅能通过市场交换，而且可以在社会生产和经济运行过程中认识信息产品的生产和消费过程。

（2）波拉特第一次比较系统地提出了信息经济测度的理论与方法，并具有较强的可操作性，为我们间接对信息化发展水平进行定量研究提供了一定的理论基础和评价方法。因为信息产业与信息化是生产与应用，供给与需求的关系，信息产业的发展变化是信息化水平不断提高的结果。

（3）波拉特法为我们以价值指标（信息技术产品的价值形态）测度信息化发展水平提供了理论与方法，因为信息技术，信息产品和服务是通过在社会生产和生活中的消费来实现其价值的。假设在信息技术产品进出口额大体相等的情况下，用信息产业GNP及其占国民生产总值的比重这一指标，就可以间接地大致反映一个国家一定时期的信息化发展水平，并对不同国家信息化发展进程进行分析比较。

（4）波拉特法可以避免单纯以实物指标（信息技术产品的实物形态）测度信息化发展水平时，不同国家不同时期因信息化指标选择上的不同，或指标选取的多少而造成的测度结果的不可比性或进行比较时出现困难。

但是，在他们的理论与方法中也存在着一些缺陷。王爱兰认为，主要表现在：

（1）用波拉特法直接测度信息化发展水平，模糊了信息产业与信息化的概念。信息产业是指社会经济活动中从事信息技术开发研究，生产信息设备和产品以及提供信息服务的产业集合体。信息化是指现代信息技术、产品以及信息资源在社会生产和生活中应用范围不断扩大，程度不断加深，从而加快国家实现现代化的过程。信息产业是信息化的供给和前提条件，而信息产业的发展又是信息化不断深化的结果。

（2）从实践发展看，由于经济全球化和一体化的不断深入，导致各国信息产业的发展不仅仅以本国对信息技术和信息产品的需求为导向，特别是以“出口导向型”发展信息产业的国家，信息产品的出口额在信息产业中占有较大的比重，其一定时期信息产业GNP及其占国民生产总值的比重，就不能准确地反映该国家一定时期的信息化发展水平（出口的信息产品只能反映别国的信息化水平，反之亦然）

（3）由于波拉特法仅仅通过对信息产业GNP占国民生产总值的比重测度信息化发展水平，因而使信息化过程中其他因素的发展状况不能得到全面的反映。例如，信息化基础设施建设水平，信息化主体水平等。同时波拉特法对信息化水平的反映不够直观，具体，而且测算复杂，对统计资料的要求较高。因而各国在应用该方法时都相应作了一些变通^[39]。

从上面关于中国和美国关于信息化研究的比较可以看出，对于一个国家的信息化建设，必须抓住它在两个方面的内涵：其一是信息化的具体过程；其二是信息化的思想过程。没有关于信息化的良好思想认识指引，就不可能有高效率信息化过程的发生。观念的信息化和工具的信息化是互相补充的。国家信息化需要理论信息学。

4.3.5  工业社会向信息社会转型需要理论信息学

在一定意义上说，由工业社会向信息社会的转型大致分为三个基本的阶段：经济转型、科学转型和哲学转型。信息技术是信息社会前进的“火车头”。以信息产品为主导的信息经济取代以物质产品（工业、农业、畜牧业的产品）为主导的物质经济，造成社会的生产、生活方式发生转变，它是信息社会到来的“笛声”。经济基础的转变必然带动上层建筑的转变。各个领域中信息技术的汇集与综合就是相关领域中的信息学。它们构成一个庞大的信息学学科群。信息技术在改造和武装工农业生产过程的同时，也在改造和武装科学知识的生产过程，全部的科学学科都在经历着一个“学科信息化”的洗礼，连物理学、化学这样成熟的经典的物质科学学科也不例外。第1章第2节说明了学科信息化问题。哲学是理论化的世界观和方法论。在经济和科学转型的基础上，人们观察世界的理论模式、认识和解决问题的思维方式必然发生转变，哲学的主要内容将由物质为中心转变到以信息为中心，由追问世界的物质性到进一步追问世界的信息性，由“世界统一于物质”的传统观念过渡到“世界统一于物质和信息”的新的认识。

在日常工作、学习和生活中，我们容易体会到：感觉到了的东西并不能立刻理解它，只有理解了的东西才能够更深刻地感觉它。计算机文化成为当代人类文明的基础，信息产品和信息服务成为我们不可以须臾离开的东西，计算机课程成为每一个学生的必修课，计算机语言、程序设计、算法研究成为科学研究的工具和基本内容，当代人无论何时何地大都是“言必称信息”。如何进一步理解自然和社会，我们需要关于宇宙间各类信息现象的统一理论；如何自觉地适应由工业社会向信息社会的逐步转型，我们需要理论信息学。

§4.4  国内外关于理论信息学的研究

4.4.1  美国和欧洲的统一信息理论研究

在国际上，与理论信息学相应的研究有几个不同的名称：统一信息理论（UTI），一般信息学等。其宗旨是统一各门领域信息学（如经济信息学、管理信息学、生物信息学、医学信息学，文化信息学，等等），建立普遍通用的信息学概念、原理和方法。国际上题为信息科学（Information Science）的杂志有好几本，但是很难找到把信息科学作为学科或学科群加以讨论的论文。其中的内容基本上处在领域信息学的层次，许多就是“计算机应用”。哲学杂志上有少量关于信息的理论思考，但通常缺乏领域信息学的背景和科学依据。在领域信息学的杂志中，比如国际医学信息学杂志（International Journal of Medical Informatics），只是从医学背景看信息学。

国际学术界对信息科学基础感兴趣的学者，在马德里、维也纳和巴黎召开了三次专题研讨会（1994，1996，2005），还举办了二次Email笔谈（2002）。在1994和1996年召开的世界信息科学基础大会上，有很多物理学家都积极参与了信息和物理学关系的讨论，特别是在1996年召开的维也纳世界信息科学基础大会上，会后的论文集共收录了40篇论文，而占其中四分之一的10篇文章全部出自物理学家之手；此外，参与讨论的有计算机科学家、系统理论学家、生物学家、神经科学家、心理学家、语言学家、哲学家、经济学家、社会学家以及“科学-技术-社会领域”的专家等等。

三次国际会议的目的是把那些关注信息处理但广泛分布在众多学科中的派别联合起来，展开跨学科的研究。他们的研究主要涉及三个题目：（1）方法学的问题，即哪种哲学的和（或）形式化的科学假定，最适合作为统一信息理论的基础？（2）基本理论的问题，在无机物、生命和社会的领域中什么是信息处理系统的起源，什么是它结构的特殊性？特殊性与共性怎样联系？（3）实际应用的问题，即为了解决在信息社会中人类面临的经济、政治、文化、环境和其他问题，从这些理论认识中可以得到哪些指导实践的结论？用主持者之一的W．Hofkirchner的话说，“会议不能清楚地回答‘建立UTI是否是完全可能的’这样一个问题”，“会议的主要成功在于提供了一个交流不同观点的论坛，为具有不同背景和经历的与会者提供了以前不曾有过的接触的机会^[40]。”（译文载内部刊物《生命信息学通讯》第16期，第10-14页，叶茂等译，李宗荣校，2001年1月。）

4.4.2  中国学者进行的信息科学基础研究

国内关于信息理论问题的讨论在20世纪80年代到90年代初热过一阵子，主要是介绍国外情况，加以解说和评述，真正属于“中国造”的东西不多。其中工作较多、影响较大的有周桂茹、苗东升、黎鸣、邬焜、冯国瑞等。他们发表了一批文章和著述。由于信息问题涉及的学科多，又没有新的方法论指引，“输血”容易“造血”难，投入产出比很小，“经济效益”差，结局只能是逐渐冷却。但是，仍然有少数学者在打“持久战”。2000年，北京大学马蔼乃、冯国瑞和闫学杉发起并组织了系列交叉信息科学研讨会，参加者有北京的主要高等院校的专家，还有湖北、香港、台湾等地的学者。他们编印了内部通讯《北京大学交叉信息科学研讨会纪要》13期，影响较大，第一阶段的报告已成功结束^[41]。

李宗荣在1987年从计算机软件工程研究转向与计算机科学与医学和生物学的结合。他赴美国进修三年期间，从计算机和人工智能，进入管理学、心理学和哲学领域。在J．比恩等教授的指引下，接触到信息本质和规律的认识，以及哲学本体论探讨的学术前沿。自1996年起，继续了在美国的研究，曾在湖北医科大学和湖北大学组织关于信息系统进化问题的跨学科讨论，编印《生命信息科学通讯》18期。曾于2000年应邀专程赴北大报告关于生命信息学研究的进展。2002年以来，在华中科技大学系统科学研究所张勇传、王乘、周建中、廉小虎等的领导和支持下，举办理论信息学系列报告会，他承担了三次讲座任务。已印发《交叉信息科学论坛》13期，使探索领域向进化物理学和人类文化学两个方向延伸。李宗荣于2004年完成了《理论信息学：概念、原理与方法》博士学位论文，已经在《医学信息》杂志上全文连载。他以该论文为“试用教材”分别在湖北大学、北京师范大学和华中科技大学为本科生和研究生开设了选修课。

国际一般系统论研究会（IIGSS）执行主席，华中科技大学教授陈绵云提出实现系统科学与信息科学“捆绑式发展”的思想，领导成立了中国分会（IIGSS-CB）下属的“信息系统与信息理论专业委员会”，并召开了ISITA’05学术交流会，而且正在实施ISITA’06全国大会和2007年国际会议计划。

比较国内外的研究，尽管我国的信息技术和产品不如西方发达国家，但是在对领域信息学的抽象概括和理论提炼方面，现在已经走到前面。因为，用来作为更高层次综合的基本材料是相同的，而我们的研究主要是沿着进化链条大跨度地综合物质和信息的进化事实，同时在应用信息学方法、理论信息学方法、信息哲学方法三个层次间实现跨层次的综合，能以方法创新带动科学创新。恩格斯曾经说过，“经济上落后的国家在哲学上仍然能够演奏第一提琴”。在英国忙于产业革命，法国忙于政治革命的时候，德国开始了哲学革命，出现了康德、谢林、黑格尔、费尔巴哈、马克思、恩格斯等思想家，为德国科学革命开辟了道路，奠定了思想基础。1830年，德国出现了科学革命的高潮，涌现出一大批世界著名科学家。1875年，世界科技中心由英国转到德国。1895年，世界的经济中心由英国转移到德国。德国用了40多年的时间，完成了英国100多年的事业，实现了工业化^[42]。今天，如果我国以信息理论为中心的思想解放运动和哲学革命取得成功，那么对中华民族的再度辉煌将产生不可估量的影响。

本章思考题和练习题

1．真正懂得香农关于通信的数学理论的人不多，但是关于通信的模型，信源、信道、信宿的概念和思维方式却非常普及。为了实现通信工程，必须把消息的“含义”舍去，只管消息载体的形式。但是，任何真实的信息过程都能够离开对消息意义的理解吗？为什么？

2．计算机广泛地应用于人类社会的各个方面、各个角落，能说计算机逻辑结构就是宇宙间一切信息的统一模型吗？为什么？

3．离散化、电子化、形式化的计算机所从事的“计算”有它的局限性吗？有专家说，宇宙间的一切现象都是“计算”。你同意吗？

4．有专家说：“数学大厦常常是先修好楼层再打地基”。试通过三次数学史上的重大危机来加以说明。

5．你所学的专业是文科还是理科？在你的领域中主要的信息现象是什么？

6．在你所熟悉的领域中，除了应用计算机和网络处理其中的信息，需要关于信息的观念和思维方法吗？为什么？

7．什么是“国家信息化”？它同信息高速公路、数字地球等概念有什么联系和区别？

8．试述由工业社会向信息社会转变的过程中的几个基本的历史阶段。

本章主要征引和参考文献

[1] T．Stonier．Information and the Internal Structure of the Universe： An Exploration into Information Physics．UK：Springer，1997，13

[2] 谢希仁.计算机网络.北京：电子工业出版社，2003.14

[3] C．Charry．On Human Communication．Cambridge： MIT Press，1978．51

[4] J．Campball．Grammatical Man： Information， Entropy， Language， and Life．New York：Simon & Schuster，1982．32

[5] 夏立容. 信息时代与信息科学. 武汉：湖北教育出版社，1998. 144

[6] H．P．Yockey．Information Theory and Molecular Biology．UK Cambridge： Cambridge University Press，1992．76

[7] J．Wichen. Entropy and Information： Suggestions for a Common Language． Philosophy Science， 1987 （54）：176-93

[8] ACM Curriculum Committee on Computer Science， “Curriculum 68： Recommendations for Academic Programs in Computer Science，” in Communications of the ACM， vol. 11 （Mar. 1968）， 151-197

[9] ACM Curriculum Committee on Computer Science， “An Undergraduate Program in Computer Science ── Preliminary Recommendations.”， A Report from the ACM Curriculum Committee on Computer Science， in Communications of the ACM， vol. 8 （Sept. 1965）， 543-552

[10] 高隆昌．数学及其认识．北京：高等教育出版社，2003，4．

[11] 张顺燕．数学的源与流．北京：高等教育出版社，2003，3．

[12] 张顺燕．数学的源与流．北京：高等教育出版社，2003，3．

[13] 闫学杉．关于21世纪信息科学发展的一些见解．科技导报，1999，8：3-6

[14] 钟义信．信息科学原理．北京：北京邮电大学出版社，2002．1-2（第三版）

[15] 鲁晨光． 广义信息论. 合肥： 中国科学技术大学， 1993. 1-4

[16] T．Stonier．Information and Meaning——An Evolutionary Perspective．Gateshead （UK）： Springeer，1997. 219.

[17] 李宗荣、田爱景. 关于信息科学基础研究中的几个问题： 兼评《关于21世纪信息科学发展的一些见解》. 北京：科技导报， 2002（4）， 3–6

[18] 布里渊．麦克斯韦妖不起作用：信息与熵（I）．涂序彦译．北京：求实出版社，1989．639-640

[19] T．Stonier．Information and the Internal Structure of the Universe： An Exploration into Information Physics．UK：Springer，1997，13

[20] T．Stonier. Beyond Information——The Natural History of Intelligence.  Gateshead （UK）： Springeer， 1997. 19-20

[21] T．Stonier．Information and Meaning----An Evolutionary Perspective．Gateshead （UK）： Springeer， 1997. 219.

[22] 宋心琦、周金渭、周福天．分子识别、化学信息学和化学反应智能化问题．见：20世纪100个科学难题编写组．21世纪100个科学难题．长春：吉林人民出版社，2000．401-412

[23] 李宗荣、陈泽生、任公越等．医药信息学导论．武汉：武汉大学出版社，1991．4

[24] 曹明海．文学解读学概论．北京：人民文学出版社，1997．69

[25] 程洪．历史研究：一门特殊的信息科学．见：中国史研究编辑部等．系统论与历史科学．郑州：中洲古籍出版社，1987．150

[26] 陆象淦著．现代历史科学．重庆：重庆出版社，1991．27

[27] 卡尔·波普尔．客观知识── 一个进化论的研究．舒炜光等译．上海：上海译文出版社，1987．114－201

[28] 冯国瑞．信息科学与认识论．北京：北京大学出版社，1994．1-5

[29] 邬焜．信息世界的进化．西安：西北大学出版社，1994．297-306

[30] 朱红文．社会科学方法．北京：科学出版社，2002．12-13

[31] Machlup， Fritz， The Production and Distribution of Knowledge in the United States Princeton， N. J. ： Princeton University Press， 1962. 77-79

[32] 马克·波拉特．信息经济．袁君时等译．北京：中国展望出版社，1987．2-5

[33] 谢康．信息经济学原理．长沙：中南工业大学出版社，1998．100－111

[34] J. 弗里德曼．社会心理学．高地，高佳译．哈尔滨：黑龙江人民出版社，1985．1-3

[35] 彼得·霍尔．2000年的欧洲．刘觉俦等译．北京：世界知识出版社，1982．188－190

[36] 王爱兰．完善国家信息化水平测度指标体系的探讨．理论与探索，2004（5）：484-487．

[37] 姜奇平．面向国家合力的信息化．互联网周刊，2003（5）：30-32．

[38] 王爱兰．完善国家信息化水平测度指标体系的探讨．理论与探索，2004（5）：484-487．

[39] 邓小昭，邬晓鸥，韩毅等．论信息化指标体系研究中的几个理论问题——兼评《国家信息化指标构成方案》．情报学报，2003（1）：96-102．

[40] W．Hofkirchner．The Quest of the Second International Conference on the Foundations of Information Science．Amsterdam：Gordon and Breach Publishers， 1999．1-5

[41] 柯．交叉信息科学研讨会在我校举办．北京大学学报（自然科学版），2000，3．439

[42] 宋健、惠永正．现代科学基础知识．北京：科学出版社，中共中央党校出版社，1994．24-25

第5章  信息定义、分类与信息二重性

本章讨论信息定义、分类和信息的本质特征。我们首先回顾在信息定义问题上已有的研究成果，然后加以分析，提出信息定义的领域性和层次性问题，再给出理论信息学的信息定义：“信息是信号和符号的含义”。在此基础上演绎出信息的本质特征，信息的二重性，即信息的存在方式、运动动力和运动规律的二重性。信息二重性理论是理论信息学的基础。信息的度量问题不同于物理学的情况，所以信息过程不可能用数学公式表达，而只能用某种语言编制的程序来描述。

§5.1  对信息定义的评述

5.1.1  比较流行的信息定义

任何一门学科都有它自己的基本概念。传统学科的基本概念是物质和能量，信息科学的基本概念是信息和信息能（即广义的智能）。本章主要讨论和信息的概念相关的问题，从下一章开始讨论信息能的概念。

到目前为止，在科学文献中围绕信息定义所出现的流行说法已在百种以上。有比较才有鉴别。这里引述了其中一些比较典型、比较有代表性的说法供读者分析思考。我们既要借鉴和继承，又要批评和创新。在领略前人的各种思想的时候，必须去粗取精、去伪存真，以求获得更全面、更深刻的认识。以下便是关于信息定义的一部分比较流行说法。

（1）信息就是信息，既不是物质也不是能量；

（2）信息是事物之间的差异；

（3）信息是集合的变异度；

（4）信息是一种场，是客观实在不可分离的一部分；

（5）信息是系统的复杂性；

（6）信息是一种关系；

（7）信息是事物相互作用的表现形式，可以归结为力；

（8）信息是事物联系的普遍形式；

（9）信息是物质和能量在时间和空间中分布的不均匀性；

（10）信息是物质的普遍属性；

（11）信息是收信者事先所不知道的消息；

（12）信息是用以消除随机不定性的东西；

（13）信息是使概率分布发生变动的东西；

（14）信息是负熵；

（15）信息是有序性的度量；

（16）信息是系统组织程度的度量；

（17）信息是被反映的差异；

（18）信息是被反映的变异度；

（19）信息是被反映的物质属性；

（20）信息是人与外界相互作用过程中所交换的内容的名称；

（21）信息是与控制论系统相联系的一种功能现象；

（22）信息是作用于人类感觉器官的东西；

（23）信息是选择的自由度；

（24）信息是通信传输的内容；

（25）信息是加工知识的原材料；

（26）信息是控制的指令；

（27）信息就是消息；

（28）信息就是信号；

（29）信息就是数据；

（30）信息就是情报；

（31）信息就是知识^[1]；

（32）信息是事物形态、结构、属性和含义的表征；

（33）信息是主体接受到可以消除认识不确定性的新消息；

（34）信息是主体感知或表述的关于事物的运动状态及其变化方式；

如此等等。有兴趣的读者在阅读中还可以列出许多关于信息的定义来。

5.1.2  关于信息定义的评述

（1）通信理论中的定义

早期通信工作者对信息的理解是相当肤浅的。他们只把信息看作是消息的同义语。这种认识有很长久的历史渊源。例如，据《新词源》考证，远在一千多年前，我国唐代诗人李中在他的诗篇《暮春怀故人》中就有“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台”的诗句，其中“信息”一词就是音信、消息的意思。同样，在西方出版的许多文献著作中，“信息”（Information）和“消息”（Message）两词也是互相通用的。出现电信技术以后，上述认识又引申出“信息就是信号”的说法。

哈特莱在1928年的论文“信息传输”中把信息理解为选择通信符号的方式，并用选择的自由度来计量这种信息量的大小。他注意到，选择的具体物理内容无关紧要，重要的是选择方式。这就是说，不管符号代表的意义是什么，只要符号表的符号数目一定，“字”的长度一定，那么，发信者所能发出的信息的数量就被限定了。哈特莱的理解在一定的程度上解释通信工程中的一些信息问题，但是也存在局限性。首先，他没有考虑信源的统计性质；其次，没有考虑信息的内容。

香农在“通信的数学理论”中以概率论为工具，认为信息是用来减少随机不定性的东西。其中，随机不定性是指由于随机因素所造成的不能肯定的情形，在数值上可以用概率熵来计量。于是，香农的信息定义也可以表述为：信息就是能使熵减少的东西。

（2）控制理论中的定义

比通信理论中的定义进一步，是把信息理解为“广义通信和控制过程的内容”。维纳在《控制论与社会》中写道：“人通过感觉器官感知周围世界”，“我们支配环境的命令就是给环境的一种信息”，因此，“信息就是我们在适应外部世界，并把这种适应反作用于外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称”。“接受信息和使用信息的过程，就是我们适应外界环境的偶然性过程，也是我们在这个环境中有效地生活的过程”。人们自觉或不自觉地通过眼、耳、鼻、舌、身感受外部情况是通信意义上的信息，但当他们给外部一个支配命令时就是控制论意义上的信息。这也是他讨论人和动物中的通信与控制问题时的观点，无疑是正确的。

众所周知，维纳是一位科学哲人。他说“信息就是信息，不是物质也不是能量”是在哲学本体论意义上讲的，不考虑有没有认识主体的问题，指明：信息是物质与能量存在之外的“第三种存在”。由此而来，学者门引出宇宙构成三要素（物质、能量、信息）的理论，即“三元论”。有的学者批评说，维纳只说信息不是什么，而没有说明信息是什么。在上面一段所引的文字中，维纳就明确指出了信息是“人同外部世界所交换的内容的名称”，不过是在认识论意义上说的。如果说，他的这个定义有缺点的话，就是他抓住人们认识环境的同时，忽视了人们认识自身的现象。因为，人们所思维、意识、判断、决策、计划的对象都是信息。如果把这些发生在人们头脑中的认识活动称之为“计算”的话，在维纳的基础上，我们可以进一步说：“信息是广义通信、计算和控制过程的内容”。这时候，“通信”、“计算”和“控制”就成了支撑信息定义的基本概念。

（3）把负熵借用到信息定义中来

1944年，薛定谔在《生命是什么》中提出“负熵”的概念。他对生命物质系统新陈代谢给予了物理学的解释。他说，生物对付热能耗散的策略是“以负熵为生”，即“吃进负熵”，通过消化食物，吸收其自由能，从而克服身体内熵增加的趋势，将无序转变为有序。

布里渊1956年在其名著《科学与信息论》中明确指出，信息就是负熵。正式利用这个观点，他成功地驱逐了名燥一时的麦克斯韦妖。其实，维纳在1950年就曾经指出：“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理解为负熵。” 信息可以反映和控制系统的有序程度、组织程度以及随机不确定性。

（4）把哲学本体论、认识论和价值论引入信息定义

我们在讨论信息科学问题的时候可以，有时甚至需要讨论信息的哲学问题。反之亦然。但是，在讨论一个给定问题的时候，一定要明白自己所持的立场（或观察视角）是科学还是哲学。一般地说，对于同一个事物的观察常常由于观察者的视角不同而导致不同的结论。如果我们观察信息的时候，在科学立场和哲学立场上任意切换，并把所得到的结论搅合在一起，使问题人为地复杂化，就可能十分不利于对信息问题的讨论。比如，关于信息的“价值”问题的讨论就是个典型的例子。

一般地说，对同一个信息对象，我们可以从科学、技术（或工程）、哲学（或社会学）三个角度进行研究。科学回答“是什么”、“为什么”的问题，技术回答“做什么”、“怎么做”的问题，而哲学价值论回答“好不好”、“要不要”的问题。价值的本质是客体同主体的一致，是客体为主体“服务”。讲到价值，自然要说是“什么东西对于谁的价值”。这个“谁”是价值的“主体”，这个“东西”是价值的“客体”。在这里，“对于谁”至关重要，因为价值归根到底不是指客体本身固有的特性，而是客体满足主体需要的程度。同一个信息，对张三是“好”，对李四可能“不好”；张三可能说“要”，而李四可能说“不要”。所以，信息的价值问题不是信息科学的问题，也不是信息工程的问题，而是思辩的哲学价值论问题，是社会现象中的价值的评价问题。

哲学有三个主要的分支：本体论、认识论、价值论。哲学命题不要实证，也不能实证。一旦某个问题可以用实怔的方法来证实或证伪，那么它就成了一个科学问题，哲学家们就不会再有兴趣讨论了。哲学就是哲学，它不是科学，也不是工程。无论哲学家，还是科学家，在哲学的层面上关注和讨论信息问题都是必要的、有益的。但是，在讨论中不可以把关于信息的事实（fact）和关于信息的价值（value）混为一谈。人们关于不同的对象有不同的研究目的、研究方法、研究思路、研究规则，有着不同的目标和应答域。关于事实的研究是“真理性”问题，而关于价值的研究是“合理性”问题。真理性命题在开始的时候常常掌握在少数人手中，但是合理性判断常常要看举手同意的人数百分比大小。我们认为，对于一般研究者，特别是青年学生，要注意引导他们自觉地把科学问题和哲学问题区别开来，防止混淆和误导。

关于信息的定义的讨论中，有的学者主张把信息分为形式、含义、效用三个因素，相应地产生语法信息、语义信息、语用信息；并把三种信息合在一起，叫做“全信息”。若不这样考虑，所谈论的信息就是不完全的信息，有缺陷的信息。这里，把信息对于人们的效用即价值问题拿来讨论，把“价值判断”和“事实判断”相混合，而且提出给“含义”和“效用”加以量化、用公式表达，这就等于要把香农关于通信的数学原理贯彻到人文与社会问题当中，是不合适的。此外，把语言学中的语法、语义、语用的概念诠释成形式、含义、效用，是一种误解。说语法学研究语言的形式、语义学研究语言的含义是对的，但是，说语用学研究语言的效用就不正确了。

（5）把语言学的语法、语义、语用引入信息定义

英国语言学家G．利奇所著《语义学》中的第十六章专门讨论“语义学和语用学”。从中可以看到，语用学并不是研究语言的用途的学问，更不是研究语言对于人们的价值的学问。从根本上说，语义学和语用学都是研究语言的含义的学问。它们之间的区别在于：语义学研究语言的所指意义，即字面意义，“言内之义”，或语言本身所能表达的含义；而语用学研究语言的认知意义，即蕴涵意义，“言外之义”，或说话人在特定的语境下表达出来的“弦外之音”。换句话说，语义学和语用学之间的区别是：前者着眼于说话人说了什么，其句子本来理性的逻辑的意义是什么；后者着眼于说话的人打算让听话的人根据所说的话，能够懂得什么^[2]。举一个例子：

“Waiter， there is a fly in my soup.” （服务员，我的汤里有一只苍蝇。）

一个顾客对餐厅的服务员说了上面的话，语义学家在语法学的基础上研究这个句子，它由一个称呼加一个陈述句；它表达一个事实：汤里有一只苍蝇。而语用学家则进一步在语义学的基础上讨论：顾客对服务员说话的目的不只是要陈述一个事实，而是用比较客气的方式说：“我对你们这个餐厅的服务质量很不满意。你最好赶快去给我换一碗来！否则……”。

当然，日常生活中并不是一天到晚需要区别话语的意义和语势。语言学家们对于语义学和语用学的关系问题，存在着根本性分歧。他们争论的主要问题是：把语义学和语用学分开来究竟是否有依据？在这场辩论中，存在三种逻辑上完全不同的观点：

① 语用学应该归入语义学；

② 语义学应该归入语用学；

③ 语义学和语用学是互不相同但又互相补充的研究领域。

为了讨论的方便，语言学家还使用了三个名称来区分上述三种观点：

① 语义原则；

② 语用原则；

③ 互补原则^[3]。

这样，我们就看到：在语言学中，关于“语用学”是否能成为一门独立的学科，专家门尚未形成一致的意见。我们信息学工作者完全没有必要自找麻烦，节外生枝。如果说，把“熵”的概念引进通信领域的后果是把信息学研究者推进了热力学与统计物理学的领域，让他们如坠烟雾，那么把“语用”即“信息价值”的概念引入信息学则把研究者推上了人文社会现象的“合理性”论坛，让他们完全不得要领。

在理论的构造中，有一条方法论原则，即所谓“奥卡姆剃刀原则”。它说“在具有同等解释力的两个或多个理论中，人们应该选择使用了最少的假定和和解释原则的那个理论，假如其他情况都相同的话。”斯马特在1987年的《形而上学与道德文集》中说：“奥卡姆剃刀忠告我们，它反对在使用原则、或规律、或存在性陈述方面不要的奢侈。”如果我们运用上述剃刀原则，把“全信息”中信息的效用问题、价值问题“剃掉”，留给社会学或哲学家们去研究，那么在信息科学领域中关于信息的讨论就变得比较简单，也比较容易取得一致了。事实上，目前信息学研究者几乎能够公认：第一，信息总是依赖于它的物质载体，没有脱离载体的信息存在；第二，信息不是载体本身，而是载体的含义，它可以是天然的含义，也可以是人为赋予的某种含义。第一点说明了信息与物质的关系；第二点说明了信息的抽象的、逻辑的本质特征。

5.1.3  信息定义的领域性和层次性

把信息概念作为一个科学、技术和工程术语加以研究，从1928年哈特莱开始，已有80年左右的历史了。虽然学者们没有就信息问题达成一致，但是在各个领域的信息学书籍和大学的教室里，众多的信息学定义都在发挥作用。没有统一的公认的信息定义，在事实上并没有妨碍工具信息学和领域信息学的建立和完善。当然，为了把信息科学理论推向成熟，我们必须对信息的定义问题有一个比较公认的说法。但是，在一定意义上，信息学理论工作者们探讨统一定义的思路可能有偏差。

（1）可能有一个放之四海而皆准的信息定义吗？

作为学问家，总希望信息科学有一个更加完美的概念、原理、方法论体系。如果果真能有一个放之四海而皆准的信息定义，当然是再好不过了。问题在于：这可能吗？如果需要而不可能，根本就办不到，我们何必去苦苦追求呢？

就像我们笼统地提问：能够为各行各业的修理工们制造出来一个无论何时何地都最好使用的板手吗？恐怕答案只有一个：不可能。即使缩小范围，仅仅对自行车修理工而言，也不是一把板手可以包打天下。当然，范围再缩小，机修工常用的16厘米的活络板手可以有一个最好的吗？这时才可能有肯定的回答，通过比较就能找出一个来。信息对象在不同的领域中具有不同的载体、不同的内容、以不同的方式、不同的规律在演变、发展，如果我们非要弄出一个在每一个领域中都适用的信息定义实在十分艰难，至少也要改变思路去思考。

信息科学在物质科学的基础上发展起来，更是物理学的“小弟弟”。试问：在全部关于宇宙事物的物质特性研究的学科中，或者说在整个物质科学的众多学科中间，有一个关于“物质”的统一的公认的定义吗？在湖北人民出版社1998年版的三卷本《大学物理》教材中，讲力学、热学、电磁学、振动和波动、光学、量子物理学等，可是没有一个地方对“物质”的概念给出定义。不仅没有像数学那样的严格的形式化的定义，连人文社会科学那样的描述式定义都没有。在《大学物理》第一册第一篇“力学”第一章“质点运动学”第一节“参照系 质点”的第一个知识点“机械运动”中，第一句话是：“自然界中的一切物质都处在永恒不息的运动变化之中，宇宙万物，大至日月星辰，小至分子、原子莫不如此。物体的位置变动称为机械运动^[4]。”教材并没有给物质和物体下任何定义，便直接使用了它们。

这里，我们不是要对物理学的教科书指手画脚地给予批评，而是想问：既然作为经典科学代表的物理学都可以对“物质”概念不加定义而直接使用，为什么苛求信息学的教科书对“信息”概念除非严格定义否则不能使用呢？如果信息学领域之外没有学者要求我们首先给出严格统一的信息定义，那在我们信息领域之内的学者们为什么要追求为信息科学和信息哲学研究者都能满意的信息定义呢？

“物质”是全部物质科学体系的第一个基础概念，只能用它去定义其他的概念，不可能再用其他的概念给它下定义。就像严格形式化的几何学中的点、线、面是不可定义的，集合论中的集合、元素、关系是不可形式化定义的一样，信息学中的信息、信息能等基本概念也是不可能给出科学的严格的定义的。当然，为了讨论问题的方便，避免歧义性，我们可以给出一个类似于西方科学研究中的Working Definition， 即“工作定义”。

（2）信息概念抽象的领域性和层次性

信息概念的抽象具有领域的特性，即是说不同的领域有不同的抽象，各个领域都可以而且必须有自己特定的信息定义或描述。比如，生物信息是活的信息，而计算机信息是人工的模拟的没有生命的信息，各自的研究一定有特定的对象、内容和方法。其间不可以随意相互替代。当然，我们说各个具体的信息学领域中有它自己的管用的信息概念就可以了，并不意味着反对对信息概念做跨领域的讨论。比如，生物学、社会学中的信息问题可以构成“生命信息”现象的两个大的分支，因为生物基因DNA和人类文化基因MEME的演变和进化的规律是相互区别又相互关连的。还有，如果把生命信息现象和非生命的信息现象放在一起考虑，由无机信息，到生物信息，人类社会信息，再到计算机信息，其中信息量的增长和信息处理能力的演变与进化，是有某种规律性的。这可以在科学的领域中讨论，也可以在哲学的领域中讨论。

信息概念的抽象具有层次特性，即是说在不同的层次上有不同的抽象，信息科学和信息哲学就是两大不同的层次。在科学的层次中又可以有工具信息学、领域信息学、理论信息学各自的抽象；在哲学的层次中又可以分为本体论、认识论、价值论不同的抽象。

5.1.4  在领域与层次的交叉中定义信息

根据信息概念抽象的领域特性和层次特性，我们设计一个关于“信息定义”的二维表格，如表5-1所示。在信息实践的领域方面，列出了几个常用的有代表性的学习和工作领域，它们是通信信息、计算机信息、控制信息、图书馆信息、生物信息、医学信息、化学信息等。在理论研究与抽象的层次方面，列出了科学与哲学两个大的层次。其中，科学分为工具信息层、领域信息层、和理论信息层。在每一个领域信息处理问题中，仅仅依靠工具信息学的知识是不够的，必须有特定领域信息处理的知识，所以，在领域信息学中工程项目必须是两个方面专家的密切配合。例如，医学信息系统的开发就需要计算机专家和医药卫生专家的合作。哲学的大层次分为本体论、认识论和价值论三个层次。

表5-1  信息定义的层次与领域交叉定位表

无论读者学习和工作在那一个领域（或者跨越几个领域的结合部），无论想要理论升华和抽象到哪一个层次，都可以在该表或它的扩充、延伸部分，为自己找到一个明确的定位点。

在表5-1中，用符号“√”表示信息定义的工具信息学的层次可以是在通信、控制与计算领域中；信息定义的领域信息学层次可以发生在图书馆、生物、医学、化学、社会学等领域中；信息定义的理论信息学层次必然发生在工具信息学和领域信息学中；而在任何一个信息领域中都可以进行哲学上的抽象，包含本体论、认识论、价值论范围的研究。可以对若干个信息部门或领域进行跨学科的信息问题研究。比如，人工智能的研究就跨越了通信、控制、计算、生物、脑科学、社会学等。生命信息的研究可以跨越生物、社会、脑科学、心理学等。限于篇幅，在表中没有把信息领域都列出来。

下面，举出几个关于信息定义的典型的例子。我们容易判别，各个定义是科学定义还是哲学定义，以及他们是在哪一个层次上、哪一个部门或领域下的信息定义。

苗东升著《系统科学精要》：“信息是通信中消除了的不确定性，亦即通信中增加了的确定性^[5]。”

马费成等著《信息经济学》：“按狭义理解，信息是一种消息、信号、数据或资料；按广义理解，信息被认为是物质的一种属性，是物质存在方式和运动规律与特点的表现形式^[6]。”

钟义信著《信息科学原理》（第三版）：

（1）“本体论层次的信息定义：某事物的本体论层次信息，就是该事物运动的状态和状态变化方式的自我表述/自我显示^[7]。”

（2）“认识论层次信息定义是：主体关于事物的认识论层次信息，是指主体所感知或表述的关于该事物的运动状态及其变化方式，包括状态及其变化方式的形式、含义和效用^[8]。”

欧阳康、张明仓著《社会科学研究方法》：

（1）“在本体论意义上，信息是同世界的物质过程、能量过程紧密联系在一起的普遍现象，它是系统内部和系统之间通过相互联系而实现和保留的某一事物形态、结构、属性和含义的表征^[9]。”

（2）“就认识论意义而言，信息是认识主体接受到的、可以消除对事物认识不确定性的新消息、新内容、新方法^[10]。”

邬焜著《信息哲学——理论、体系、方法》：“（信息的哲学）定义可以精确地表述为：信息是表示间接存在的哲学范畴，它是物质（直接存在）存在方式和状态的自身显示^[11]。”

§5.2  理论信息学的信息定义与分类

5.2.1  理论信息学的信息定义

在每一门工具信息学、领域信息学中都有关于信息的定义。它们都有自己的理由和一定的适用范围。理论信息学的信息定义，按照表5-1所示，它不是一个哲学定义，而是一个科学定义。它所定义的信息概念不能仅仅只是适合工具信息学或领域信息学，而是必须在全部应用信息学学科中是通用的。

在理论信息学中，为了能正确地运用“信息”概念进行判断和推理，必须明确它的内涵和外延。为此，可以分别使用定义和划分两种逻辑方法。定义是揭示概念的内涵，即事物的特有属性的逻辑方法。划分又叫分类，还可以叫做外延定义。一般地说，最好的明确信息概念的方法，是以内涵定义为主，以外延定义为辅^[12]。

给“信息”下内涵定义，就是要揭示信息的特有属性（固有属性或本质属性）。根据对以往信息定义的分析和评述可知，信息定义所要表达的就是两个意思。换言之，信息概念所要揭示的关于信息的本质特征有两个：

（1）信息在形式上是物质的，是具体的，不能离开物质载体而存在；

（2）信息在本质上是非物质的，是抽象的，是载体的含义，而不是载体本身。

在发达的物质科学的基础上，考察信息必须以物质概念为基础，充分利用物质科学的概念、工具和方法；但同时又必须揭示信息的非物质的、抽象的本质属性。在一定的意义上，信息科学所关注的正是信息的非物质属性。为此，它必须暂时地撇开信息运动的物质特性，专注于它的信息特性，揭示信息现象的规律性。

严格地说，把维纳对信息的论述放在一起分析，他揭示了这两个方面的特性。他说信息是人们“同外部世界进行交换的内容的名称”。交换的东西的“形式”的名称是物质，而交换的东西的“内容”的名称就是信息。内容不是形式，信息不是物质。

在形式逻辑学中要求：除非必要，定义项中不应包括负概念。维纳说，信息不是物质，也不是能量。话是对的，但不能看做信息的定义，因为他在这句话中并没有说明：信息是什么。所以，在信息学研究者中，尽管几乎一致地认为，信息具有非物质特性，但是却不能接受维纳所给出的否定形式的信息定义。

在此，我们提出一个关于信息概念的工作定义：信息是信号和符号的含义（Information is the meaning of signal and symbol）。这个定义不是哲学的，其中不需要表述“存在”的术语，不需要表述“主体”、“认识”、“中介”与“客体”的术语，也不需要表述“效用”或“价值”的术语。它是一个科学的定义，但不是在工具信息学和领域信息学的层次上，所以它使用的术语必须是在科学知识体系中最基本、最基础、最常见的概念，以作为不加定义的基本概念使用。这个工作定义仅仅使用了三个基本概念：“信号”、“符号”、“含义”。按照《现代汉语词典》的释义，或者相关科学学科教材中的解释，理解这三个概念都是可以的。

在《现代汉语词典》中，“信号”是“用来传递消息或命令的光、电波、声音、动作等”。“符号”是“记号、标记”。“含义”是“（词句）等所包含的意义^[13]”。我们说信号和符号的时候，其所指肯定是物质的对象，具有物质的特性，它们是信息的载体。在说信号和符号的含义的时候，其所指肯定是该物质对象所载荷的抽象的意义，并不是指信号和符号本身。把这个定义用在通信、控制、计算、图书馆、生物、医学、化学等领域，尽管那里的信号、符号的具体物理形式不同，其抽象的含义也不相同，但是定义的通用性是没有问题的。

有的学者说，“信息是信号和符号的含义”象是一个认识论定义，而没有本体论的意味。我们说，任何一个科学的定义都是人们认识活动的产物，它作为科学知识的基础也会具有方法论、认识论的意味。但是，科学定义不是哲学定义。如果我们象海德格尔那样，把文本、文本的解释提升到本体论的位置上，承认“含义”的存在并不以有没有认识主体为前提条件，也就是说承诺“信息是不以我们的意志为转移的实际存在”，那么该定义也就有了本体论的意味。世界观、方法论决定着人们能看到什么、想到什么。

5.2.2  对理论信息学信息定义的诠释

在汉语中，“含义”表示语言文字和信号所表示的内容。与之相对应的英文单词是meaning 和implication，它们的动词mean和imply 都有表达物质载体所负荷、隐含信息的能力。当然，meaning有时可以翻译为“意义”或“意思”，但是中文的“意义”一词还可以表示“价值”、“作用”，比如说人生的意义、有教育意义的影片；而中文的“意思”还可以表达“愿望”、“情趣”等，比如说：大家的意思是要你亲自去，展览会很有意思。在上述定义中，信号和符号是物质载体，“含义”则是纯粹信息。“含义”当然离不开特定的载体，而且它在本质上是非物质的，具有非空间的特性。

符号是人造的，是信号的信号。符号的含义通过人对于符号的感知和理解来把握。信号的含义通过人的感知就可以把握。信号可以是天然的，也可以是人为的。天然信号的“含义”是大自然赋予的。比如，风扫落叶表示秋天已到；烟雾表示某物烧着了；从遥远星体传来的光线可以代表该星体内部结构状态；等等。因为事物间总是相互作用的，所以每一个事物都在一定程度上代表着与它相联系的其他事物，都具有某种客观存在的“含义”。这种信息具有本体论层次上的意义。显然，人工信号本身也带有本体论层次上的信息，同时又可以由人赋予它以特定的“含义”。这种信息同时具有认识论层次上的意义。比如，“烽火戏诸侯”故事中的烽火。又如，在控制过程中的“反馈信息”之所以产生控制效应靠它的物质和能量的作用，即它的“物理意义”；同时它的数量上的设定则带有人的意图，包括控制的正负方向和大小的选择，这才是“纯粹的信息”。

信号所隐含的本体论信息是它与生俱来的。至于在天然信号之后出现人工信号，进而出现人造符号，是信息载体的进化，也是信息本身的进化。事物的含义（即信息）存在与否，与有没有“人”或者其他的“认识主体”来感受或理解它，是两个不同的问题。如果沿着进化论的链条回溯，那么，人类意识与客观存在的划分的前身，是生物基因与它的环境的划分，再往回推，则是信息和物质的划分。所以，有的学者主张，自大爆炸以来，信息与物质同在，宇宙万物都是信息的载体。

但也有反驳意见，认为：“信息只能出现在通讯系统中。”“无机界无信息，因为无机界无完整的通讯过程。”“生命系统最根本的特点是自复制，所以，信息就同生命紧紧联系在一起：生命的起点就是信息的起点，信息的起点就是生命的起点^[14]。”运用归谬法，由此直接推出下述错误的命题：宇宙中发生在生命之前100亿年的故事，尽管比生命的历史（38亿年）长得多得多，却没有任何信息留下来，人类天文学家和地理学家对于生命出现以前的宇宙和地球，注定只能是一无所知！可见，我们必须承认信息具有与物质一样的本体论地位。信息科学需要这样的哲学本体论承诺。

物质载体的“含义”可以在本体论和认识论两个层次上考察。物质科学已经比较透彻地研究了载体本身的物质特性以及载体的本体论含义（载体的物质运动规律），而信息科学则要在此基础上研究载体的认识论含义（信息的运动规律）。因此可以说，物理学在一定程度上也是信息学，关于信息物理学的研究的确是论之有据。脑科学研究大脑的物质特征及其本体论信息过程。心理学研究人的精神现象，即大脑的认识论信息过程。实体的物质和抽象的精神之间如何相互作用呢？原来，精神现象的存在和运动，必须以物质载体的存在和运动为依托。这样，该载体运动的过程，既代表着信息运动，又是实在的物质运动。它当然可以在物理学规律的作用下，对于其他的物质过程（比如，人的躯体运动）起到调节和控制的作用。所谓“心物二元论的困惑”，即抽象的思维和实在的躯体如何能相互作用的问题，以这种分析为基础比较容易得到解释。详见本书第11章。

5.2.3  理论信息学中信息的分类

同其他事物的分类一样，信息分类可以有许多不同的准则和方法。比如，可以分别从信息的性质、内容、过程、作用来分类，也可以从信息载体的特性、不同载体的处理过程来分类，还可以根据不同信息领域的需要进行分类。每一种分类都有它的应用范围^[15]。维纳曾经把信息定义为我们同环境进行交换的内容的名称。苗东升认为，维纳的思想具有方法论意义。他进一步指出，物质载体之间有不同水平的相互作用，相应地也有不同水平的信息交换过程。大体上可以分为三个层次。最低层次是物理力的相互作用，物质与能量的交换占主导地位，信息交换作为伴随过程而表现出来。较高层次的相互作用和交换发生在那些（至少一方）自身进化出“信息器官”的系统之间，以很少的物质和能量交换实现大量的信息交换。在这种交换过程中，信息交换占主导地位，物质与能量的交换处于辅助和服务的地位。最高层次是通过设计建造符号系统以及相关的技术装备进行大规模的信息交换，即人类社会特有的信息过程。从最低层次到较高层次再到最高层次，表现出信息进化的过程。这种从进化论的观点对于信息交换的分类，实际上是对信息交换的内容和作用力的分类。我们不妨分别称这三个层次的信息为无机信息、生物信息和符号信息。

如果以信息所具有的非物质特性来观察，以“含义”的抽象程度为标准，可以把宇宙信息分为两大类：信号和符号。信号（物理的或生物的，天然的或人工的）是某种物体或事件，它的功能是表示自身或其它的物体或事件。信号的意义同它的物质载体形式联系在一起，因而可以通过感官加以确定。比如，温度计的水银柱的高度指示着温度的高低。巴甫洛夫“刺激-反应”模型就是信号行为过程的抽象。信号可以分为物理信号和生物信号两类。物理信号和生物信号的区别主要表现在信息载体、信息推动力的不同。无论物理学的力还是生物学的力，都是物质的力。正是因为它们基本过程和规律的一致性，才有神经细胞和芯片联合工作，才有人体断肢的神经信号驱动假肢中电机的运动。维纳所说的在生物和机器中通信和控制的一致性，正是这两种信号过程的共同特性。符号比信号远离信息载体的物质特性，它是人类的创造物。符号是使用者赋予特定意义的事物。符号是人类知识的载体。而符号本身又必须具有一定的物质载体形式，否则就不能被我们所感知。但是，感知符号的物理存在并不足以理解符号信息。符号的含义只能通过非感觉的、符号的方法才能把握^[16]。比如一篇论文，用眼睛看，只是感觉，懂得并且理解才能把握它。符号运动中的力是非物质的力，是人类的智力，也就是一种“计算”的能力。冯.诺依曼“输入-处理-输出”模型是对符号行为过程的抽象。

依据信号与符号的两分法，可以把人造符号以外的所有事物都看作信号。它们要么只携带本体论信息，要么同时携带本体论信息和认识论信息。而人造符号的载体也是一种事物，是物质。于是，上述工作定义在形式上可以改为“信息是宇宙万物的含义”，或者直接简化为“信息是物质的含义”。在三个等价的定义中，第一个比较具体、直观，易于理解；第三个比较抽象，但显得比较科学、富有哲理。

§5.3  信息存在与运动的二重性

5.3.1  信息特性问题的回顾

在有关信息的讨论中，几乎都要对信息的特性作一番论述。美国物理学家T. 史东尼列出了信息的十二个特征，其中第八特征是：“信息可以变换不同的形式而存在，比如结构、动力、时间、空间、生物系统、人类语言、机器代码，等等^[17]。”钟义信列出了信息的八个基本特征。其中，第一特征是：“信息来源于物质，又不是物质本身；它从物质运动中产生出来，又可以脱离原物质而相对独立地存在^[18]。”苗东升明确提出信息的“可分离性”，即“表征物质客体属性的信息可以同该客体本身分离开来”；并认为“这种可分离性，具有极为重要的意义”，“信息的各种特性都是从这种可分离性生发出来的^[19]”。夏立容进一步强调信息的相对独立性，认为“信息、物质、能量三者既相互制约，又各自具有相对独立性。物质、能量的相对独立性是物理学研究的依据，信息的相对独立性则是信息科学的立足点^[20]。”我们也讨论过信息特性的问题，认为“信息不能离开物质载体而存在，对实物和场具有依赖性，但对于特定的载体又具有相对的独立性”，基于这种信息存在的二重性，便有信息运动的二重性^[21]。信息的“二重性”是贯穿于一切信息现象中的共同特点，是信息的基本属性，是关于信息定义和研究的重要内容。

5.3.2  信息存在方式的二重性

（1）信息对于物质载体的绝对依赖性以及它对于特定载体的相对独立性

与物质的范畴一样，信息是我们用来认识宇宙现象的最普遍的概念。它们都表示最大的类，都不能通过属加种差下定义，只能用最大类的特有属性或本质属性作为定义项来下定义。考察信息的特性，可以采取多种不同的视角，因而能够认识信息特征在不同层次上的不同方面，比如信息的普遍性、相对性、转移性、变换性、复制性，共享性，等等。但是，我们应当首先从最高的层次上，或者说在最大的范围内研究信息的特性。换言之，信息的最为普遍的本质属性，应当在信息与物质的关系中寻找。关于物质的科学和哲学，都已经十分发达，可以作为信息的科学和哲学发展的基础和借鉴。如果我们找到了信息与物质的联系与区别，就可以在信息与物质的对比中发现信息的特有属性。

半个多世纪以来，在科学界和哲学界已经逐步形成一个共识：信息不是物质，但又离不开物质。一般地说，任何信息对象都可以研究它的两个方面：信息的物质载体（Informational Carrier）和纯粹的信息内容（Pure Information）。在所有信息现象中，都有两个特性同时存在着：信息对于物质载体的绝对依赖性以及它对于特定载体的相对独立性。我们把这两种不可分割的特性（绝对依赖性和相对独立性）合并，统称为“信息的二重性^[22]”（Duality of Information）。

基于信息存在的二重性，生命和非生命信息的其他种种特性，都可以得到解释。因为“绝对依赖性”，信息与物质同在，受物质法则的制约或影响，与物质共同进化。离开载体而单独存在的信息是没有的。信息总是以某种实在的方式存在着，所以可以被感知、被理解。它的存在具有普遍性和无限性。因为“相对独立性”，信息可以拷贝、共享，可以不受载体生命周期的限制而长存，可以进化出“不死”的基因和爆炸式增长的文化。计算机系统中软件的进化可以相对地独立于它的硬件配置。有了信息存在的二重性，信息运动二重性就容易理解。信息运动可以具有与物质运动不同的动力和规律。在生命科学领域，它表现为基因以及文化的遗传和进化的二重性。

（2）信息的抽象特性、非物质特性、非空间特性

信息二重性的一个等价的表达是：信息既具有物质特性，又具有非物质特性即抽象特性。信息对于物质载体有绝对依赖性，所以没有脱离物质载体而存在的信息，它必然是物质的，具有物质的特性；同时，它对于特定载体具有相对独立性，所以物质仅仅是它存在的依托，信息可以变换这种依托。从根本上说，信息是非物质的，具有非物质特性。信息的物质特性只是它的形式和现象，而非物质特性才是它的内容和本质。正是从信息的这个本质特征出发，才说信息不是物质，也不是能量。

那么，信息非物质特性的主要表现是什么呢？笛卡尔把世界分为广延实体（物质）和思维实体（心或精神），他认为对精神现象不能基于物理特性作机械的解释。物质（material being）的根本特性就是它的广延性或空间特性（spatial）。据此，它才可以被观察，才可以用物理学理论加以说明。与此相反，信息不能被直接观察、不能用物理学法则加以说明的根本原因，在于它的抽象特性、非物质特性、非空间特性。所以，它才可以被“思维”、被复制、被改写（进化），才可以在物质载体的短暂生命的接力（遗传）中求得永生。所以说，信息作为抽象的事物（abstract being），它是非物质的事物（immaterial being），具有非空间特性（non-spatial chrecteristic）。

当信息的载体由无机信号经过生物信号进化到人类符号之后，信息的抽象特性表现得最为明显。作为物质存在的一个小方凳，它有体积，有重量；所以，它可以被公众参观；它的运动符合机械学、物理学的法则。但是，在大人和小孩的头脑中关于这个方凳的“印象”（或概念），就不能说有多大的体积，有多重；也不能被其他人直接观察；其运动规律符合认识论的法则。印象的深浅与好坏完全取决于个人目的和意愿。关于那个小方凳的“印象”一旦形成，其传播与演变过程就可以与那个实在的凳子没有关系。即使在小方凳被毁坏以后，人们依然可能在梦中见到它，在谈话中提起它。同样，某位科学家的理论一经产生和记录，便可以独立于他的大脑而存在和发展。至于人类所创造的文化和科学技术知识体系的抽象特性，就更是显而易见的了。

信息的二重性是它的基本特性。而信息的抽象特性主要表现在它的非空间特性。信息的二重性和抽象特性既是信息科学的基本观点，又是它的基本方法。在科学研究中，我们可以承认但是又暂时地撇开事物的物质特性，专注于它的信息特性和信息过程的规律；在信息和数字化工程中，我们以信息过程为主导，通过硬件和软件两个子系统的配合，实现设计目标。

5.3.3  信息运动动力和规律的二重性

信息存在的二重性决定着信息运动的二重性。信息运动必然由相互关联的两种运动方式组成：其一是物质载体的运动，其二是纯粹的信息运动。它们分别由不同的能量所推动，服从不同的运动规律，于是便有信息运动动力的二重性和信息运动规律的二重性。从根本上说，信息运动的动力不是物质的力（四种基本的物理力），而是信息的力（各种“信息处理引擎”的力），也就是广义的“智力”。无论天然智力还是人工智力，都需要物质载体。这将在第6章第1节中给予进一步的讨论。

我们应当从两个方面考察信息运动的规律。一方面是纯粹信息运动的规律，另一方面是信息载体运动的规律。珠算是个简明的例子。算盘是用来计算的硬件设备，算珠及其相对位置是数值的载体，算珠运动的过程表示数值计算的过程。珠算口诀是实施计算的软件，在实际上控制着运算过程，推动运算一步一步地进行。在口诀的指导下，算珠的运动由手指的力量予以实现。比如，要计算7+8，因为7+3=10，所以要把8分成3和5，其中3与7合并为10，余下5，得到结果7+8=15。这是计算过程的实质。这里，信息过程依赖于物质过程，但又有相对地独立性。所以，进行7+8=15的计算又可以用笔算，还可以用心算。对于复杂的数值计算则可以用手摇计算器，电子计算器、甚至电子数字计算机进行计算。

所以，在信息过程中，算法和程序，才是计算的实质。至于选用何种物质载体，利用何种物理能量，不是最重要的因素。信息运动的规律不是物理学的规律，而是信息学的规律。

随着科学技术的发展，信息获取、存储、变换、传输、加工、利用的物质设备越来越好，效率越来越高。关于信息载体和载体运动的规律是物质科学、特别是微电子学研究的对象。在各个信息处理领域，信息运动的规律是相应学科研究的对象。比如，信息传输的规律是通讯学科的任务，信息控制过程是控制理论研究的对象，而数值计算、数据处理、知识推理是计算机科学的任务。医学信息处理任务则要综合运用通讯、控制和计算的科学，并结合医学实践进行研究。其它领域的信息处理也有相似的情况。这些信息学科都是领域信息学的分支，其规律和应用都有一定的范围、一定的局限性。关于信息共性的统一信息理论是整个信息科学的基础。

关于信息运动的一般规律是各个领域信息规律的抽象。最基本的信息学规律有三条：信息不守衡，信息能与时俱增，信息增长没有上限（见第7章）。它们与热力学三定律恰成对照。

§5.4  信息的度量与信息过程的量化表达

5.4.1  信息载体和纯粹信息的度量

从根本上说，信息是不可以按照物理学的标准和方式加以度量的。因为信息是一种非物理的抽象的逻辑存在，它不具有物理学对象的基本属性，比如体积、重量、温度、颜色、气味，等等。一只小狗的物理学特征是可以度量的。但是，关于这个小狗的信息，包括相关的本体论信息和认识论信息，我们如何度量呢？关于小狗的生理和“心理”的信息，我们对它的感觉、体验、认识等等，可以被存储在大脑里，记录在笔记本中，拍成照片，制作录像，存入电脑，等等。现在的计算机硬件工程师可以说出，关于小狗的数据存储在内存的哪一片区域，或者硬盘的哪几条磁道上。也许将来总有一天，脑科学家能够告诉我们，关于小狗的信息存储在每一个人的哪一组神经细胞中，以及具体的存储方式是怎样，等等。但是，这些描述只是构成相关信息的硬件载体的度量，而不是信息本身的度量。

在香农关于信息的数学理论中，给出了信息的定义，度量的方法和计算公式，但是都是关于信息载体，而不是载体的内容即信息本身。同样，电话公司收费的依据是租用的信道和租用的时间，而不关心通话的内容和通话人所获得的效益。在计算机软件行业，常常把程序和文档资料的大小和相关信息处理问题的难易程度作为定价的参考依据。软件计量学的建立、发展与成熟可能为信息的计量提供一个使用的参照模式。总之，信息的量化包括信息载体的量化和信息本身的量化两个任务。信息的载体可以是物理实体，也可以是人工符号等等。载体，特别是物理实体的量化是比较容易的，符号的量化有时可以作为信息内容量化的替代品，仍然是十分必要和重要的。

5.4.2  信息过程的量化表达

信息过程可以大致地分为三类：物理信号过程，生物信号过程，人工符号过程。讨论信息过程的量化，就要研究该过程中“信息能”的量化的问题。信息能，即广义的智能，其大小也不能完全搬用物理学的标准和方法予以度量。在第7章第1节，将要讨论信息熵和信息负熵，它们的度量问题，情形与此是相同的。我们也可以分别从载体和信息本身两方面考虑。物理信号是完全可以度量的，其工作过程可以用数学公式加以描述。计算机硬件过程就是典型的例子。生物信号在理论上是可以量化的，量化的数据也很有意义。比如，血压、脉搏、心电图、肝功能检测数据，等等，是医生工作所必须的。但是，生物信号极其微弱，在不同的对象之间个体性差异很大，即使对同一个个体，信号过程也会因为时间、条件等差异而不同，加上影响（或干扰）因素复杂而不确定。所以，第一，量化工作很难做的准确；第二，即使有了某些量化的数据，也不能仅仅依靠数据进行分析和判断。至于符号过程的量化，则更难，而且量化的意义更小。比如，曹植七步成诗，有的人也许走七个小时还不能成几句顺口溜。

当然，目前信息量化上的困难也许与数学本身发展不够完善有关系，也许将来会产生一门信息数学的新学科。或者与我们对信息认识的浅薄有关系。也许我们的思维方式没有摆脱物理学的习惯。物理学的量化是为着刻划研究对象和它的运动过程，其中量化是绝对必要的前提条件。致力于信息的量化问题，对于描述信息和信息过程，总是有绝对的需要和非常的价值吗？在青年男女中，有刻骨铭心的爱、逢场作戏的爱、“美人计”式的爱，等等。这些爱和爱的过程，是可以量化、也必须量化的吗？改革开放、一国两制等治国方略的表述和执行过程，可以也必须加以量化吗？在某些情况下，比如在第10章中讨论信息、信息能的守恒与增长趋势问题时，量化的考虑是必须的、有益的。但是，把量化作为绝对的、僵化的思维方式肯定是错误的，是一种“科学的愚昧”。因为“太科学”而显得愚昧，竟然认为离开量化就没有信息科学。

本章思考题和练习题

1．如果你见到过关于信息的定义，它是什么？你对该定义有什么评论？

2．给“信息”下一个普遍的定义，让所有学科的学者都赞成，是必要的、可能的吗？为什么？

3．在特定的领域、特定的认识层次上，为了避免因为“信息”概念的歧义而造成讨论中的麻烦，我们必须有一个大致相同的工作定义。在你所熟悉的领域中，你怎样定义信息？

4．本书提出一个信息的科学定义：信息是信号和符号的含义。你有什么看法？

5．信息具有的特征与物质的特征有什么主要的区别？

6．信息的存在、运动具有“二重性”。试说明之。

7．如果能对信息进行有效的度量，对于我们开展关于信息的讨论必然是有益的。但是，信息可以度量，还是不可以度量？对信息载体进行度量具有什么样的实际意义？

8．可以用数学公式准确地描述信息运动的规律吗？为什么？

本章主要征引和参考文献

[1] 钟义信．信息科学原理（第三版）．北京：北京邮电大学出版社，2002，10．

[2] （英）G．利奇．语义学．上海：上海外语教育出版社，1999，10．

[3] （英）G．利奇．语义学．上海：上海外语教育出版社，1999，10．

[4] 朱苍謦主编．大学物理．武汉：湖北科学技术出版社，1998，1．

[5] 苗东升．系统科学精要．北京：中国人民大学出版社，2000，5．

[6] 马费成．信息经济学．武汉：武汉大学出版社，

[7] 钟义信．信息科学原理（第三版）．北京：北京邮电大学出版社，2002，10．

[8] 钟义信．信息科学原理（第三版）．北京：北京邮电大学出版社，2002，10．

[9] 欧阳康，张明沧．社会科学研究方法．北京：高等教育出版社，2001，12．

[10] 欧阳康，张明沧．社会科学研究方法．北京：高等教育出版社，2001，12．

[11] 邬焜．信息哲学----理论、体系、方法．北京：商务印书馆，2005，3．

[12] 金岳霖.形式逻辑.北京：人民出版社，2002. 41-44

[13] 中国社会科学院语言研究所词典编辑室．现代汉语词典．北京：商务印书馆，2002，7．

[14] 童天湘、林夏水.新自然观. 北京：中共中央党校出版社，1998.317-325

[15] 金岳霖.形式逻辑.北京：人民出版社，2002.59-64

[16] N．Wiener．Cybernetics： or Control and Communication in the Animal and the Machine．Second Edition．Cambridge： The M．I．T． Press， 1961．1-29

[17] T．Stonier. Information and Meaning， --An Evolutionary Perspective. London：Springer， 1997．17-19

[18] 钟义信．信息科学原理（第三版）．北京：北京邮电大学出版社，2002，10．

[19] 苗东升．信息论的辩证思想．系统辩证学学报，1994（2），38-43

[20] 夏立容．信息时代与信息科学．武汉：湖北教育出版社，1998，125

[21] 李宗荣、周建中、张勇传．关于生命信息学研究的进展．以不违背热力学第二定律的方式理解生命．自然辩证法研究，2004，20（3）：63-66

[22] 李宗荣、周建中、张勇传．关于生命信息学研究的进展——以不违背热力学第二定律的方式理解生命. 自然辩证法研究，2004，20（3）：63-66

【下一部分】