校园“信息科学”读书会

参阅资料，2025-04-24

目  录

一、《信息科学》封面    

二、《信息科学》内容提要

三、《信息科学》目录

四、《信息科学》序言

五、《信息科学》前言

信息科学：概念、原理与方法

李 宗 荣

武汉大学出版社

《信息科学》内 容 提 要

本书是国内外关于信息科学概念、原理与方法的第一本专著。它提供公元2025年信息科学的“全景图”；它不是仅仅介绍通信科学的数学理论，也不只是关于国内外信息研究的综述。本书作者主张：世界上除了物质和物质的运动，还有信息和信息的演变；宇宙万物皆具有“物质-信息”二重性。物质世界的事物有“惯性”、依靠“外力推动”，规律是“守恒”，趋势是“热寂”；而信息世界的事物在“自为”、凭着“内力驱动”，规律是“增长”，趋势是“繁荣”。信息科学是关于非物质“信息”的庞大科学门类；它在人类关于自然、社会、思维的研究中，与自然科学（物质科学）平行展开。

本书较为系统地介绍了信息科学特有的概念、原理与方法。其中，主要概念包括信息本体、实体和主体，信息十二属性；信息实在论；载体信息与纯粹信息；信息二重性；物质能与信息能，信息载体与信息“载能”，物质外力与信息内力，信息三角形（或内力三角形），宇宙智能谱，宇宙构成要素四元论；物质-信息关系模型，信息因果链条与物质因果链条的分立与互补；计算模型的普遍适用性，信息科学范式；哲学信息学与科学信息学，信息科学的“科学观”以及世界观、人生观、价值观等。信息科学最基本的原理主要是三个：信息不守恒、信息能与时倶增、信息增长没有上限；它们说明为什么信息世界出现“自为”、“内力驱动”、“增长”与“繁荣”。信息科学的方法是信息涌现论，即从“目标-逻辑-程序”信息三角形（或内力三角形）结构“涌现”出系统的信息和智能。

同时，本书介绍了信息科学知识体系的框架结构“1+4+3”，其中“1”为理论信息学，“4”为通信、控制、计算、机器人，“3”为自然信息学、人文信息学、社会信息学。本书还介绍了一个完整的信息科学知识体系的主体，以及它与信息技术、信息工程的关系，讨论了信息科学的研究目标、方法与课题等。

它是一本关于信息科学知识体系的适用教材。本书可以作为大学高年级本科生、研究生开设信息科学或信息学基础理论课程的教材或教学参考书。对于计算机科学、通讯科学、控制理论以及自然信息学、人文信息学和社会信息学等专业或相关专业的学者，在从事信息科学思维问题研究时，它也是一本适用的参考书。

            《信息科学》目  录

封面    1

内容提要    2

      内容提要的英文版    3

      目录   4

      目录的英文版    10

      序  言： 

一个国际信息科学发展的里程碑  （沃尔夫冈•霍夫克希纳）    20

      前  言    22

第1章  绪  论

1．1  信息科学的基本问题  28

1．1．1  物质与信息，信息是“实在”还是“虚在”  28

1．1．2  物理学能量与信息学能量，人类智能与机器智能  29

1．1．3  物理学规律与信息学规律，物质因果链条与信息因果链条  31

1．1．4  物理学方法，与信息学方法：目标+逻辑+程序  31

1．2  为什么需要信息科学    33

1．2．1  理解信息化的世界与信息化的人生    33

1．2．2  革新“科学观”、世界观、价值观    34

1．2．3  推进“学科信息化”的要求    35

1．2．4  日常学习、生活与工作的要求    36

1．3  学习与研究信息科学的基本方法    36

1．3．1  准备开放的、乐观的学术心态  36

1．3．2  掌握工具信息学和若干领域信息学的基本知识  37

1．3．3  领会信息科学的基本概念、原理与方法  38

1．3．4  思考本学科、本领域、本职工作中信息现象的规律  39

第2章  信息科学，简史及其发展现状

2．1  重新规定“科学划界”标准，确立信息科学的“科学观”    41

2．1．1  自然科学：当代西方科学的主流  41

2．1．2  纠正关于“非物质”存在的科学是“伪科学”的观点  44

2．1．3  重新规定“科学划界标准”，确立信息科学的“科学观”  45

2．2  信息科学及其基本结构    46

2．2．1  信息科学需要自己的克劳修斯、牛顿和爱因斯坦  46

2．2．2  信息科学的基本结构，信息科学与信息技术和信息工程  48

2．2．3  信息科学：自然科学，还是社会科学  51

2．3  应用信息学与理论信息学    52

2．3．1  什么是应用信息学   52

2．3．2  应用信息学的结构   53

2．3．3  什么是理论信息学   55

2．3．4  理论信息学的目的和内容  56

2．4  信息科学的简史及其发展现状    57

2．4．1  信息概念的产生和变迁  57

2．4．2  通讯、计算与图书馆信息研究  57

2．4．3  信息科学的历史分期及其发展现状  59

第3章  普及信息科学：中国知识界的紧迫任务 

3．1  遏制领先法则作用于美西方：不能建立信息科学    68

3．1．1  遏制领先法则曾经束缚中国，现在束缚美国西欧    68

3．1．2  欧洲穆勒-伽达默尔的“精神科学”始终不能建立起来    69

3．1．3  香农通信论束缚美国的信息学止步于第一次信息学革命    71

3．1．4  维纳信息概念使美欧计算主义不能超越“物理主义”  73                                   

3．2  信息科学的基础理论和知识体系已经在中国建立起来    74

3．2．1  中国信息科学在“理论信息学”的基础上建立起来了    74

3．2．2  信息科学知识体系有了完整的结构框架：“1+4+3”  76

3．2．3  信息科学联手自然科学：统一人类的“科学”  77

3．3  与自然科学并肩的信息科学具有独到而且良好的解释能力  79

3．3．1  用信息“属性论”的“经验”，实证信息是“实在” 79

3．3．2  用区别物质与信息的“经验”，实证信息是“实体”  81

3．3．3  用心智所见的“经验”，实证信息是“主体”  82 

3．3．4  用“经验实证”破解困扰人类理智几千年的“心身难题” 82

3．3．5  从信息和物质两个方面解释生命的本质和脑死亡   85

3．3．6  修改物质一元论系统科学，补充信息系统及其复杂性  92

3．3．7  用“信息科学”检验古希腊学者关于人文社会现象的认识  96

3．4  国内外学术界：信息科学曾经被阻难、误导、漠视和取消  98

3．4．1  历史上的科学权威抵制科学创新、压制不同学术思想  98

3．4．2  提出信息“虚在”观点，阻难“信息科学”的建立  100

3．4．3  在中国用“广义信息论”误导“信息科学”40年  104

3．4．4  打击中国理论信息学研究者，漠视其原始创新成果20年  108

3．4．5  在国际信息科学峰会上取消“信息科学”的交流  113 

            3．5  建立信息科学的学术共同体，推进三大体系建设  114

3．5．1  这是一个需要理论而且一定能够产生理论的时代  114

3．5．2  中国学者的“理论信息学”终结了2300年来垄断西方科学的物理主义   116

3．5．3  各领域信息学学科建设话语、学术、学科体系，推出思想产品  118

第4章  中国学者创立的“理论信息学”成为国际信息科学发展的“里程碑”

4．1  工具信息学没有独自的理论，难登“科学殿堂”  122

4．1．1  工具信息学被视为数理逻辑和微电子学的“应用”  122

4．1．2  通信理论  127

4．1．3  控制理论  130

4．1．4  计算机科学  139

4．2  信息技术与工程理论的世界观和方法论局限性  144

4．2．1  香农通信理论与维纳控制理论的适用范围  144

4．2．2  计算技术与算法工具：离散化+形式化 ≠ 内容创新  145

4．2．3  领域信息学的学科局限性  146

4．3  完整的信息科学知识体系必须有自己的基础理论  147

4．3．1  自然信息学需要理论信息学  147

4．3．2  人文信息学需要理论信息学  149

4．3．3  社会信息学需要理论信息学  150

4．3．4  工业社会向信息社会转型需要理论信息学150

4．4  “理论信息学”是国际信息科学发展的“里程碑”  151

4．4．1  “数学大厦常常是先修好楼层再打地基”  151

4．4．2  理论信息学是中国学者对国际信息科学的“杰出贡献” 154

4．4．3  “1+4+3”的信息科学知识框架需要不断地“填充”  155

4．5  国内外关于信息科学基础理论的研究  157

4．5．1  北美和欧洲的“统一信息理论”研究  157 

4．5．2  中国学者的“理论信息学”研究   158

第5章  理论信息学中信息的定义、分类及信息二重性

5．1  对信息定义的评述  162

5．1．1  比较流行的信息定义  162 

5．1．2  关于信息定义的评述  163

5．1．3  信息定义的领域性与层次性  165 

5．1．4  超越领域性和层次性，探讨具有普遍性的信息定义  167

5．2  理论信息学的信息定义与分类  168

5．2．1  关于信息的理论信息学定义   168

5．2．2  对理论信息学定义的诠释  169

5．2．3  理论信息学中信息的分类  170

5．3  信息存在与运动的“二重性”   172

5．3．1  关于信息特性研究的回顾  172

5．3．2  信息存在方式的二重性  172

5．3．3  信息运动动力和规律的二重性  173

5．4  信息的度量与信息过程的量化表达  174

5．4．1  信息载体的度量与纯粹信息的度量  174

5．4．2  信息过程量化的必要性和信息内容量化的有效性  174

第6章  理论信息学的“信息能”：构成宇宙的第四个要素

6．1  能量一分为二：物质能与信息能  177

6．1．1  什么是信息能？  177

6．1．2  “信息能”概念的合理性  178

6．1．3  物理学能量不是信息运动的真正动力  179

6．1．4  物理学能量不能解释信息增生的机理  180

6．1．5  信息科学需要“信息能”的概念  180

6．1．6  T．斯通尼尔的泛化智能及其局限性  181

6．2  科学体系的层次性和它的“年轮模型”  181

6．2．1  系统中物质和信息的相互作用  181

6．2．2  物质系统构成的层次性  182

6．2．3  科学知识进步的层次性  183

6．2．4  科学知识体系的年轮模型  184

6．3  宇宙构成要素四元论  184

6．3．1  宇宙构成要素一元论  185

6．3．2  宇宙构成要素二元论  185

6．3．3  宇宙构成要素三元论  186

6．3．4  宇宙构成要素四元论  186

第7章  理论信息学的三个基本定律

7．1  关于信息熵与信息负熵  189

7．1．1  信息学与热力学类比的依据  189

7．1．2  从热力熵、统计熵、信息熵到负熵  190

7．1．3  理论信息学借用负熵概念  191

7．2  理论信息学第一定律：信息不守恒  191

7．2．1  关于信息守恒的观点  191

7．2．2  物质常变与信息消失的倾向  192

7．2．3  信息复制与信息长存的倾向  192

7．2．4  信息创生与信息增长的倾向  192

7．3  理论信息学第二定律：信息能与时俱增  193

7．3．1  演化物理学层次上的自组织现象  193

7．3．2  基因的复制和生物信息的增生  195

7．3．3  社会思维能力的增长  196

7．4  理论信息学第三定律：信息增长没有上限  199

7．4．1  人类文化科学知识的爆炸式增长  200

7．4．2  没有自然力量能够阻止信息增长  200

7．4．3  没有人为力量能够阻止信息增长  200

第8章  理论信息学中信息能与物质能的统一与进化

8．1  熵增原理及其推论：能量退化论  203

8．1．1  熵增原理和宇宙热寂说  203

8．1．2  热力学的价值判断：“熵恒增 = 能贬值”  204

8．1．3  宇宙退化论和宇宙进化论  204

8．2  信息能与物质能的统一与进化  205

8．2．1  物理能与信息能的统一  205

8．2．2  物理能与信息能“品质”的提升  206

8．2．3  自由能的进化  207

8．3  物质和信息运动形式与运动机理的统一性  207

8．3．1  物理世界运动的统一性  208

8．3．2  信息世界运动的统一性  208

8．3．3  运动统一论与“统一科学”  209

第9章 与生命物质进化论平行的生命信息进化论

9．1  达尔文进化论的功绩和局限性  210

9．1．1  达尔文生物进化论产生的背景  210

9．1．2  达尔文进化论的要点及核心  211

9．1．3  达尔文理论存在的难点问题  212

9．1．4  达尔文理论的局限性  213

9．1．5  对达尔文理论的发展  214

9．2  物理进化、化学进化、生物进化与社会进化  218

9．2．1  物理、化学、生物与社会进化的层次  218

9．2．2  生命物质进化与生命信息进化  218

9．2．3  由物质生命科学走向信息生命科学  219

9．3  生命信息进化的机理  222

9．3．1  关于生命信息学的研究  222

9．3．2  “智能”概念的泛化  222

9．3．3  “宇宙智能谱” 223

9．3．4  生命信息进化的机理  223

第10章  人类智能：社会进步的根本动力

10．1  机器进化的必然----智能化  227

10．1．1  人类新的进化方式  227

10．1．2  生物进化与机器进化  228

10．1．3  机器的起源与进化  230

10．1．4  机器进化的方向：人工智能  233

10．2  人类智能与人工智能  238

10．2．1  人类信息能：智能  238

10．2．2  人类智能的特征  239

10．2．3  关于人工智能的概念  240

10．2．4  人工智能的起源与发展  241

10．2．5  人工智能的研究方法  241

10．3  人类智能：社会发展的关键  243

10．3．1  关于划分人类文明史的依据  244

10．3．2  什么是决定未来社会发展的关键因素  245

10．3．3  树立智能价值观：以信息科学为基础  245

10．3．4  智能时代的经济、政治、军事智力战  245

第11章  “两个世界”理论与信息科学世界观

11．1  物质与信息的关系：“两个世界”理论    248

11．1．1  宇宙万物的物质与信息二重性    248

11．1．2  宇宙万物的空间与时间二重性  248

11．1．3  物质与信息的关系模型：对立统一的“两个世界”  248

11．2  古希腊、中世纪、近代以来世界观的演变  249

11．2．1  希腊人世界观的双重遗产  250

11．2．2  基督教的世界观  252

11．2．3  现代的世界观  255

11．2．4  科学与人文：两个世界的分裂与对立  256

11．3  信息科学的世界观  258

11．3．1  世界观与“科学世界观”  258

11．3．2  心理学中的世界观  259

11．3．3  信息科学的世界观  261

11．4  信息主义的时代精神  263

11．4．1  什么是信息主义  263

11．4．2  社会转型：从E社会进入U社会  265

11．4．3  用“信息主义”命名新的时代精神  266

11．4．4  信息主义应当从神灵主义和物质主义学到些什么？  268

第12章  理论信息学的方法：信息涌现论

12．1  方法与科学方法  271

12．1．1  什么是方法、科学方法  271

12．1．2  科学方法论及其认识论基础  272

12．1．3  科学研究中的经验方法与理性方法  273

12．2  从物质涌现论到信息涌现论  274

12．2．1  孔德的科学发展“三阶段论”  274

12．2．2  超越物质科学还原论：需要涌现论  275

12．2．3  从物质涌现论到信息涌现论  275

12．3  从冯·诺依曼计算机模型到信息三角形模型  277

12．3．1  冯·诺依曼信息三角形方法：控制器+存储器+运算器  277

12．3．2  心理学的三角形方法：动机+知识+智慧  278

12．3．3  社会学的三角形方法：人文价值+自然规律+社会法则  280

12．3．4  一般的信息三角形方法：目标+逻辑+程序  281

            12．4  信息科学范式  284

12．4．1  图灵与冯·诺伊曼的计算模型  284

12．4．2  冯·诺伊曼信息三角形在宇宙中的普遍意义  285

12．4．3  不可程序化的自发产生与原始创新：邦格的论述 285

12．5  关于科学范式的转型  286

12．5．1  物质科学范式的适用范围及其局限性  286

12．5．2  物理学羡慕症和数量化情结  287

12．5．3  由物质科学范式向信息科学范式的转变  288

12．5．4  科学观、世界观与方法论的信息学转向  288

第13章  自然信息学、人文信息学与社会信息学

13．1  自然信息学  291

13．1．1  物理信息学   291

13．1．2  化学信息学  295         

13．1．3  生物信息学  299

13．1．4  医学信息学  302

13．2  人文信息学  305

13．2．1  人文信息与社会信息的划分  306

13．2．2  70亿地球人与人文信息  307

13．2．3  推进第二次信息学革命建立人文信息学  309

13．3  社会信息学  312         

13．3．1  语言信息学  312

13．3．2  传播信息学  317

13．3．3  心理信息学  321

13．3．4  伦理信息学  327

13．3．5  法信息学  329

第14章  信息科学研究的目标、方法与课题

14．1  信息科学“问题”的类型与结构  338

14．1．1  科学问题及其分类  338

14．1．2  信息科学问题的目标和应答域  339

14．1．3  信息科学的发展必须继续解决三个瓶颈问题  340

14．2  信息科学学科的发展目标  344

14．2．1  信息科学学科发展成熟的标准  344

14．2．2  信息科学的合理性证明需要新的规则  345

14．2．3  信息科学要求关于信息的哲学本体论承诺  346

14．3  从事信息科学研究的方法  346

14．3．1  信息科学研究必须以问题为入口，以方法为导向  346

14．3．2  对理论信息学、工具信息学和领域信息学的大综合  347

14．3．3  在现实空间的横向与历史时间的纵向上跨学科综合  349

14．3．4  在应用、技术与理论间跨学科门类跨知识层次的综合  349

14．4  信息科学有待进一步研究的若干问题  350

14．4．1  信息科学发展成熟阶段的顶层设计与战略规划  350

14．4．2  从“言必称希腊”到“言必称中国”  351

14．4．3  信息科学有待进一步研究的若干问题  353

附录1：关于信息科学概念树状结构图的说明  357

附录2：信息科学术语集  360

《信息科学》序言：

一个国际信息科学发展的里程碑

沃尔夫冈·霍夫克希纳

    奥地利维也纳理工大学计算机科学系

我很高兴地接受邀请，为这本书写一个序言。这本书不仅对信息学的理论基础作出了杰出的贡献，而且，更为重要的是，它将成为在世界范围内信息科学发展的一个里程碑。

实际上，我从20世纪90年代初期就关注统一信息理论(Unified Theory of Information)的探索。当我在维也那理工大学计算机科学系开始我的职业生涯的时候，我的良师益友，技术评价与设计专业B.夫雷斯勒教授和我一道，开始了关于信息结构起源的跨学科研究项目。我们的研究目标是，阐明信息的概念，并且试图发现一个基础，以便在各不同学科、看似各不相同的术语之间寻求可能的统一。我们最初的观念是：对于计算机科学和信息学，“信息”也许是一个基础概念，就象物理学中的“能量”那样。

在那种学术思想的指引下，我接触到讨论信息科学基础（Foundations of Information Science, FIS）的一个学术社团，该组织的成员来自不同的学科。在那么早的年代里，信息科学只是图书馆科学，档案科学等的一个代名词，除了指代若干关于具体信息的学科以外，它什么也不是。从那时直到现在，在学术界使用信息科学一词，其共同的涵义就是如此。当然，它有时的表述比上述含义多一些：在物理学、化学、生物学、社会科学、人文学科，和艺术当中，使用这个或那个信息概念的科学研究者，都隐含地包括像逻辑和数学那样的规范科学，以及像计算机科学那样的技术学科。简而言之，当时所讨论的是“与信息有关的科学”。

在1996年召开的第二届国际信息科学基础研究会议上，我作了“关于统一信息理论的探求”的学术报告，并围绕这个主题开展了积极的活动。尽管有相当数量的科学家到今天仍然怀疑形成一个普遍适用的信息概念的可行性，但是一批坚定的少数派科学家仍然在进行着若干尝试，以统一的方式提出假设并从理论上说明信息。2005年，在巴黎召开的国际信息科学基础大会上，汉斯٠冯٠贝耶教授向他的听众提出一个调查题，结果显示：关于上述“可行性”的判断，支持和反对的人数各占50%。

尽管“统一论者”仍然不是主流，但是在世界范围内，他们在从事相当数量的创造性的研究，可以这么说，他们正等待着被串联和组织起来。而且，在这个前进方向上，中国武汉华中科技大学社会信息科学研究中心，肯定地属于已经获得最多成果的单位之列。现在摆在读者面前的这本书，提供了该方向上研究主题的一个引导性的概论，甚至成为了中国大学的一门教学课程。而在世界的其他地方，兴趣广泛的研究者们却迫于为他们的学术立场进行辩护，以对抗占据优势地位的偏重实际操作的教学态度。这种教学态度与一批新自由主义者伴随而至，他们主张削弱传统教育政策、以便用更具实际操作性的方法实现教学目标。

与此同时，人类面临全球性挑战，并且极度地需要得到紧急处理。复杂的问题需要能够适当处理其复杂性的策略。这就是为什么我们特别需要信息科学的理由。

在我看来，今天关于“信息”的科学和技术社会（techno-social）发展关系的状态，能和当年马克思所面对的“劳动”（labor）的状态相比较。在他那个时代，劳动可以成为而且必然成为了科学研究的对象，因为劳动事实上已在社会上获得了一种新的角色。在社会生活中，劳动变成某种更为抽象的东西，也就是说，在社会上人们可以不考虑劳动的具体的物质特征。马克思称之为一种“真实抽象”（real-abstraction）。这种抽象发生在资本主义诞生的年代。一方面，劳动在一个真实的世界里与人们实际地面对，但另一方面，这些具体的劳动又成为科学思想中形成一般劳动概念的基础。正因为这种抽象，劳动的概念才可以被追溯到以往人类历史的社会生活中，并且把其他不是工业劳动的现象也归入到劳动概念的范畴，尽管它们具有不同的表现形式。使用这种“真实抽象”的方法，我们也许可以假设，信息成了当今社会的一个关键性角色，负责推进新科学的理解和新理论的建立。事实上，信息已经转变为一种真实抽象，也构成了发现一般理念的基本原理：当从工业社会的视角观察的时候，劳动涉及到人类的历史；而从信息社会的视角观察的时候，信息也涉及到人类的历史。信息在社会的发展中所扮演的角色，已经发生了质的改变，并且这种改变在人类历史上是史无前例的。信息，已经成为我们生存的支柱，和通向未来的桥梁。正是信息，被用来缓和和减少摩擦，实现若干系统的功能，完成人类社会的组织：从个人到种族、到国家、到全球村，从经济到政治、到文化，从社会到生态、到技术，从社会王国到生物王国、到物理王国。总之，在人类自身的发展过程中存在许多需要干预（intervention）的领域；如果在所有这些领域中没有自觉的和谨慎的干预，那么人类的继续生存和顺利发展将是不可能的。这种干预的目标是把异化、分裂和瓦解造成的世界重新联结起来，所以干预在本质上是信息的；但是当干预从人类向生物、向物质延伸的时候，它要求深入地理解我们居住的世界上所有不断发生着的信息过程。

技术，特别是计算机、信息和通信技术，以及互联网，为复杂的管理和社会的进步做出了实质性的贡献。但是，因为没有确它们服务于人类，所有这些应用技术都毫无意义（就像作为网络社会的参与者，从我们的经验所知道的，那些最终沦为精巧的小玩艺儿的东西）。我们需要一个好社会、一个全球性的可持续发展的信息社会的设想，以便指导这些技术的设计和实现。信息科学能够为实现这个目标提供一种科学的基础。

在这一点上，批评面向技术（technology-oriented）的途径所固有的缺点，就是很重要的了；作为一门信息科学的传统计算机科学的局限性则首当其冲。在真实世界的系统中，信息的生成远不是一种机械过程，因此远不是可以用公式定义、用数学函数表达，或者在一台计算机上就能加以实现。仅仅是在机械过程的情况下，数学变换方法才是有效的，它可以明确地由原因模式导出结果模式。这些智力方法由规范科学，比如形式逻辑、数学或计算机科学等所提供；它们都需要从一个假设，一个结果或一个计算机操作出发，演绎推理出一个结论。机械过程能够被映射为算法过程，该过程使用清晰的、无二义性的指令，在执行一般运算的计算机帮助下实现算法。但是，在原则上，信息的发生要避免实现算法化。就像马利奥٠邦格在2003年的著作《涌现与汇聚》（第152页）所指出的那样，“事物同它的人工模拟并不是一回事。特别是，一个物理的、化学的、生物的、社会的过程的计算机模拟，并不等于原来的过程：最多，它只是某些方面与原来的过程相象而已。”机器并不能自己判断和选择。不这样主张，就会模糊机械设备工作的方式和具有主观行为特质的系统（进化系统，如自组织系统）的工作方式之间的区别。至多我们能够说，概率计算是模拟真实世界系统的非严格决定过程的一种方式，但并不是真实世界中这些过程运行的严格方式。根据定义，演绎并不产生创新；同样地，根据定义，算法也不能产生创新；根据定义，计算照样不能产生创新。信息科学将不得不详细阐述涌现论的信息基础。

我希望，这本书能够广泛地传播。它为这个领域作出了杰出的贡献。             

（注：本序言的作者，沃尔夫冈·霍夫克希纳，是奥地利维也纳理工大学计算机科学系教授，华盛顿信息科学研究所(SciI)委员会的成员，国际信息科学学会的创始主席。）

《信息科学》前　言

一、本书写作的背景与目的

科学与技术是推动人类社会发展的两大动力。科学承担的是认识世界，技术承担的是改造世界；即科学解决“是什么”、“为什么”；技术解决“做什么”、“怎么做”。科学的目标是探索客观真理,揭示事物发展规律，提供研究领域内公共的概念、原理与方法；技术的目标是设计改造世界的手段和工具，制造某种产品、提供某种服务，直接创造经济价值。人们常见某大学的英文名称是XX University of Science and Technology，显然“技术”≠ “科学”，信息技术 ≠ 信息科学。心理援助技术不是科学，人工智能（AI）也不是科学。

香农提出“信息”术语，建立“通信的数学理论”；有学者将香农的“数学理论”一般化，用来进行所有信息现象的研究，称之为“广义信息论”，当时“也叫信息科学”。在学术上，有了“信息科学”这个术语，不等于有了“信息科学”的完整而系统的知识体系，迄今为止，在国内外有一个共识性的命题：“只有信息技术，没有信息科学”。因为计算机与网络技术，仅仅是数理逻辑和微电子学的“应用”；可以收费服务的“基因数据库”仅仅是数学和物理学应用的“再应用”；其中没有其他科学拿不走的东西。

人类社会“需要”信息科学，但是建立信息科学有“可能”吗？如果需要而不可能，我们做起来就根本没有底气和信心。关于信息科学“不存在”、“不可能”的观念，大致有三种：第一，信息是“虚在”、“不实在”，不是科学研究的对象；第二，研究不能在时空中定位的学说都是“伪科学”；第三，就算承认信息是实在，是科学的对象，相信可以产生科学，但是面对千差万别的信息现象，不可能给出统一的共识性的信息“定义”，建立关于“信息”的科学没有可能。在这样的舆论背景下，本书就必须：第一，用“经验实证”的方式证明信息是“实在”，驳斥“信息虚在论”；第二，修正传统的“物质一元论”的“科学观”，重新规定“科学划界标准”，确立基于“物质-非物质”二元论的科学观；第三，说明在物质世界，欲穷千里目、更上一层楼；在信息世界，只要站在恰当的立场、运用合适的方法，就能够抽象出宇宙间一切信息的共同特征，给出信息的内涵式定义和外延式分类。

在主张信息科学“不存在”、“不可能”观念的学者中，既有科学家、也有哲学家。于是这本“科学”教材，不得不偶尔“跑题”，同有关的“哲学”家辩论，用“经验证实”信息不是“虚在”，而是“实在”。否则，本书的基本假设和逻辑前提就没有合理性。于是，作者不得不说出“科学”之外的话。如果读者笃信信息是实在，那么可以跳过本书的一节，即“3.4.2  提出信息‘虚在’的观点，阻难信息科学的建立”。此后，就很少有“信息哲学”来打搅“信息科学”了。

为了建立“信息科学”的理论大厦，我们必须清理“地基”。在美国和欧洲，把“计算机科学”更名为“信息科学”，当然不等于建立了信息科学；因为计算机仅仅是“信息技术”的一种。虽然有欧美学者提出建立“统一信息理论”（UTI,Unified Theory of Information）的设想，但是他们认为“信息”现象千差万别，不可能给出共识性的信息“定义”，所谓的“UTI”也就无从谈起。欧洲学者关于建立信息科学的悲观情绪，直接地传染给了中国研究者，并被发展成为系列性的悲观主义认知。有的学者在2016年“预言”：信息科学“至少在最近10-20年之内是没有希望出现的”，“或者它根本就不存在”。有的学者，在理论上论证，像“信息”这种不能在时空中定位的东西它就根本不是个东西，相关研究的理论只能是“伪科学”。也有的学者说，“物质”是“直接存在”，“信息”是“间接存在”；物质是“实在”，信息是“虚在”、“不实在”；既然如此，“信息科学”就如同“鬼魂科学”一样，荒谬绝伦。

面对信息科学“不存在”、“不可能”的舆论，在中国确有一批学者，坚持探索信息现象的本质与规律，如本书序言的作者所说，他们在建立关于信息的“科学”方面作出了“杰出的贡献”（outstanding controbution），为国际信息科学的发展树立了“里程碑”（milestone）。那么，“信息科学”的知识体系，是个什么样子呢？它自己独有而其他科学拿不走的概念、原理与方法又是什么呢？详细地回答这些问题，介绍信息科学的组成、结构和内容就是本书的写作目的。

二、本书的核心内容与体系结构

在整个人类知识领域范围划分的意义上，所谓的“信息科学”当然与“信息宗教”和“信息哲学”相区别。在这种视野下，科学、技术与工程具有“家族相似性”，信息科学应当由“信息理论科学”、“信息技术科学”和“信息工程科学”三个部分组成。其中的信息理论科学可以叫做“理论信息科学”（简称理论信息学）；它是整个信息科学的全部学科的公共理论，其概念、原理与方法具有普遍适用的特征；其后的两个部分可以合并称为“应用信息科学”。信息技术科学主要包含“硬件”技术和“软件”技术；具身机器人技术和AI软件技术是其中的典型。信息工程科学是在不同的领域开展的信息技术的应用，比如某省市的“政务服务系统”等等。

本书的书名简称《信息科学》，它主张区分“科学”与“技术”；否则它就可以写成关于“信息技术”的系列丛书。在领域信息学中，“XX信息学”通常包含两个部分，即“信息理论”的应用，以及具体“信息技术”的应用。比如，在“生物信息学”中，可以用“理论信息学”的观点看待DNA的组成、结构、功能和机理；也可以运用“数据库技术”等提供生物基因信息的相关产品。本书不介绍具体的“基因编程”技术与核磁共振技术等等，而着重介绍信息理论的应用，因为其应用成果已经具有了科学的成分。

宇宙间的一切现象，同时具有“物质”和“信息”的特征。自然科学在实际上是关于自然的“物质现象”的科学；关于其中的“信息现象”，它无能为力，需要信息科学的配合，比如生物“遗传物质”DNA中的“遗传信息”，等等。自从人类发明和创造了语言与文字，形成了关于人类社会的人文社会科学学科；它们研究社会的“信息现象”，比如语言学、伦理学、法学等等；它们没有对应的“物质现象”的自然科学来比照；于是“信息科学”是一个比“自然科学”更加庞大的科学体系。信息科学比自然科学的范围更大；于是，不可能写出一本书来介绍整个“信息科学”的知识体系，只能用一本教材（或一门课程）的篇幅与阅读量来介绍《信息科学：概念、原理与方法》。显然，这其中的“概念、原理与方法”特指“理论信息学”，即信息科学的基础理论的概念、原理与方法。它们对于全部“应用信息学”的学科是普遍适用的。本书重点介绍“理论信息学”，它是本书的“核心”；同时，它介绍信息科学的知识体系的框架结构“1+4+3”，并给出一个信息科学“全景图”：即1门“理论信息学”+ 4门“工具信息学”（通信、控制、计算、机器人）+ 3门“领域信息学”（自然信息学、人文信息学、社会信息学）。

本书第1章介绍信息科学研究的基本“问题”。第2章介绍信息科学的“科学观”，它的简史及发展现状。第3章介绍不能在美欧却在中国建立起来的信息科学，已经表现出对自然、社会和思维现象良好的解释能力；面对学术界的阻难、误导、漠视和取消，普及信息科学成为中国知识界的紧迫任务。第4章介绍中国学者关于建立“理论信息学”的“里程碑”式的创造，之后信息科学才能在自己的“基础理论”之上建立起来。关于“理论信息学”的基本内容，安排在第5-12章中介绍；其中，第5章讨论信息的定义、分类及信息二重性；第6章讨论信息能和宇宙构成要四元论；第7章讨论信息现象的三个基本原理；第8章讨论信息能的进化；第9章讨论生命信息的进化理论；第10章讨论社会进步的动力是人类智能；第11章讨论两个世界理论与信息科学的世界观；第12章讨论信息科学的涌现论方法，即“目标+逻辑+程序”。关于“工具信息学”，在第4章第1节中介绍；关于“领域信息学”的内容在第13章中介绍。第14章介绍今后信息科学研究的目标、方法与课题。

三、本书介绍的概念、原理与方法

信息科学的“概念”，首推“信息”的定义与分类，要统一地揭示所有信息概念的内涵和外延。

“信息”的属性是与“物质”属性相反的。在信息科学的视野里，所有的物质对象，要么是“信号”，要么是“符号”。在人类发明语言文字之前，一切信息现象都是“信号”及其相互作用。有了可以跨越时空的“文字符号”，在“信号”交流的同时增加了“符号”交流，以及“符号”的记载、复制、数字化、网络化处理。这样，无论在进化论历史的“纵向”和语言论现实的“横向”上，都可以统一地归纳出一般信息的定义：“信息是物质信号与符号的含义”。

信息既然是“含义”，就不是“物质”本身；它可以包含“物质”的信息，也可以是“非物质”的信息。这样信息可以分为两个最基本的类别：“载体信息”与“纯粹信息”。上述内涵式定义实际上不仅定义了纯粹信息，而且定义了载体信息。这个“含义”可以理解为“物质”的含义和“非物质”的含义，两者能够帮助我们认识“物质”的对象和“非物质”的对象。比如，只携带“信号”的商店货架上的苹果，和计算机屏幕上的“苹果”二字作为“符号”，都给我们以“信息”。

关于信息的外延式定义，即“分类”，可以有很多种；它们各有不同的特点与适用场合。比如，将信息一分为二：生命信息与非生命信息。生命信息中最重要的是“人类信息”，对应的有“非人类信息”。人类信息可以分为“神经信息”与“非神经信息”。神经信息继续分为“中枢神经信息”和“外周神经信息”。这样人类的精神、意识、思维等等就出现了。所谓“物质-精神”的二元划分极为不准确，应当是“精神信息”和“中枢神经系统”一分为二，又合二为一。

信息科学的基本原理，就是理论信息学的基本原理。它们是什么？人们可以总结出很多信息学的“原理”，但是其中的基本原理只有三条，即“信息不守恒”，“信息能与时俱增”，“信息增长没有上限”。这三条原理与热力学定律“针锋相对”。热力学第一定律是能量守恒定律；热力学第二定律的克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体；热力学第三定律通常表述为绝对零度（T = 0K）不可达到。热力学第二定律的推论就是“热寂说”，即最后宇宙走向“热平衡”，于是没有运动和变化，宇宙在均衡的“热”中“沉寂”下来，死掉了。尽管有的学者主张热寂说推论是错误的，但是物理学的法则不是能够以人类的好恶为转移的。物理学揭示物质世界的基本法则是“惯性”、“守恒”，趋势是“热寂”。信息学揭示信息世界的基本法则是“自为”、“增长”，趋势是“繁荣”。这样，信息学的“原理”与物理学是相反的。信息学主张“自为”、“增长”与“繁荣”，它的一套理论不仅自然科学拿不走，给他也不要。而且信息学能够帮助自然科学解释：我们肉眼所见的生物世界的繁荣和人类社会物质产品的繁荣，背后是我们心智所见的信息繁荣，是人类知识和智能的增长。

一般地说信息科学的方法，就是理论信息学的方法。它要解释“信息”对象的组成、结构、功能和动力机制。在物质世界里，物质实体都具有“惯性”，其运动靠着“外力”推动。在信息世界里，信息实体都是“自为”的存在，不需要“外力”，它靠着“内力”的推动，而改变自己、创造自己，所以才有信息的“增长”和“繁荣”。如果说一切物质对象要么是一个物质“系统”（比如地球），要么是某个物质系统的“组元”（比如地上山脉），那么一切信息对象要么是一个信息系统（比如俄罗斯普京的意识），要么是某个信息系统的“组元”（比如普京的安全观）。

从一个计算机软件工程师的视角，从“系统生成”和“代码设计”的经验出发，可以归纳出一种“目标-逻辑-程序”构成的“三元组”（或称“三角形”，“内力三角形”）的组成、结构、功能与运行模式；信息和智能在其中表现（表达）出来，也在其中产生（涌现）增长。其中，“目标”反映生存与发展的需要，根据轻重缓急可以解决的问题，各具特色的价值追求，在司法诉讼中是“标的”。“逻辑”即规则，不仅含有形式逻辑、辨证逻辑，包含“历史的逻辑”、“因果的逻辑”、“行动的逻辑”、“程序的逻辑”，还包含自然的规则、社会的规则和个人的规则，甚至可以泛指“知识”和“记忆”。面对敌强我弱，是“亮剑”，还是递交多种文字的《投降书》、要求享受“俘虏”的待遇，其“逻辑”完全不同，甚至相反。“程序”即按照某些“逻辑”（规则，记忆中的知识），编制出的计划和方案，设计自己或者团体努力实现“目标”的动作顺序，其中包含过程中对于“程序”的测试、检验、评估、调试、修正等，还包括制定下一个“目标”。

上述的这种“三元组”（即内力三角形），在计算机系统中，是“控制器-存储器-运算器”；在人类心理系统中是“动机-知识-智慧”；在社会文化系统中是“生存观念-自然观念-社会观念”。这种经验归纳直接从计算机的结构和运行模式而来，是计算机技术的应用与抽象，是结束“只有信息技术，没有信息科学”的一种努力。人类精神的存在，与其他信息的存在一样，都是经历一种辨证发展的过程，可以称之为“自在的存在-自为的存在-自在而自为的存在”，也可以叫做“肯定-否定-否定之否定”。

“内力三角形”的三个顶点（目标、逻辑、程序）运动而构成一个圆圈，在周而复始的发展与创造中螺旋式上升，推进信息世界和物质世界的创新（innovation）与繁荣（prosperity）。目标、逻辑、程序三个顶点在运行过程中与时俱进，其中的“信息”和“智能”不断增长，在螺旋的过程中逐步长大，相互促进，不断实现“量”与“质”的提升。详细介绍见本书第12.3.3节，“理论信息学方法，信息涌现论：目标+逻辑+程序”。

在物质世界繁荣的背后，是信息世界的繁荣。自然界“物质”运行的轨迹可以用“数量化的公式”进行刻画，在自然、社会和思维中“信息”运行的轨迹可以用“逻辑化的程序”进行描述，比如生物基因DNA的运行轨迹、实现一带一路与俄乌和平目标的方案、从无到有地建立信息科学的过程等等。如果个人和群体根据各自的“目标”设计与实现恰当的“逻辑化程序”，掌握好“内力三角形”的理论与技术，那么自身的创新与发展，物质世界与信息世界未来的“繁荣”，尽在预期和掌控之中。

“信息实在”的观点，是我们考虑信息问题的出发点和前提条件。我们的身体是“实体”，我们的“心智”也是“实体”。我们的身体是“主体”，我们的心智也是“主体”。我们的心智“自在”地存在着，“自为”地活动着，“自在而自为”地在自我“扬弃”、“异化”、“超越”和“实现”。正是这个“信息”的成长过程，把人的成长与动物们的成长区别开来，把人的成长与服从“惯性定律”的非生命无机物区别开来。我们所说的自然界和社会中信息和智能不守恒，以及增长和繁荣，都包含着上述“三元组”的结构和运行模式。可以认为，这是信息科学分析问题，解决问题的基本方法，一种研究信息和智能如何在结构与过程中不断“涌现”的方法。

自从有了“理论信息学”特有的适用于一切信息学科的概念、原理与方法，所谓的“只有信息技术，没有信息科学”的现象不复存在，整个信息科学的面貌发生了根本性的变化。在传统的自然科学与社会科学体系中，原有的学科由于计算机技术的产生而被“信息技术化”了，产生“XX信息学”（如生物信息学等）的体系。现在，由于理论信息学科学的产生，这些传统学科进一步被“信息科学化”了，于是产生“信息XX学”（如信息生物学等）的体系。这个时候，在整个信息科学的知识体系内，不仅有“信息技术”和“信息工程”，而且有“信息科学”了。把“物质-信息”二重性的观念贯彻到宇宙万物的存在、运动、演变、进化、出错、修复等过程，就容易理解物质因果链条和信息因果链条之间的联系和作用，以及它们如何分立与竞争、又如何协调与合作。这样一来，信息科学有气魄、有能力，与自然科学携手，用统一的“物质-信息二重性”的世界观方法论，解释“自然、社会和思维”，于是实现维也纳学派的梦想，建立了人类“统一的科学”。

四、关于信息科学的话语体系、学术体系与学科体系

关于信息科学的建立与发展，必须从顶层设计的视角，思考它的话语体系、学术体系和学科体系。“话语体系”主要是整个信息科学与它的分支学科的概念体系，或者“术语集”。“学术体系”主要是以这些“概念”为节点的逻辑网络体系，是一门学科（科学）的知识系统。“学科体系”是由具有学术体系的学科集合而成的，它们之间具有内在的逻辑联系。

本书提出的信息科学“1+4+3”体系结构，就是关于“学科体系”的一个设计方案。这个体系结构中包含了四次逻辑上的划分。第一次，信息科学一分为二：理论信息学+应用信息学。第二次，应用信息学一分为二：工具信息学+领域信息学；第三次，工具信息学一分为四：通信理论+控制理论+计算机科学+机器人科学。领域信息学一分为三：自然信息学+人文信息学+社会信息学；第四次，自然信息学一分为I：物理信息学+化学信息学+生物信息学+医学信息学+ ……；人文信息学一分为J：文学信息学+历史信息学+哲学信息学+艺术信息学+ ……。社会信息学一分为K：语言信息学+传播信息学+伦理信息学+法信息学+……。如上表述中的“……”表示还有若干没有列出来的信息学科，有待各个相关信息学科的专家们继续开发、“填充”。

关于信息科学的分支学科的“学术体系”，笔者在2010年出版的《理论信息学概论》和2017年出版的《信息心理学：背景、精要及应用》分别提供了理论信息学和一门社会信息学的“学术体系”的实例，可供信息科学的研究者参考与批评。

关于信息科学整体的“话语体系”（或者术语集，Thesaurus）,本书附录1中的“树形结构图”提供了一个参照。从中可以看出，整个信息科学的核心与骨干是“理论信息学”，它直接支持“工具信息学”，同时武装“领域信息学”。各个分支学科在自然、人文和社会信息学的“学科信息化”过程中生长出来；这是一个类似于“门捷列夫元素周期表”的填充过程，在图中用“……”表示。如同当今几无穷尽的“APP”应用开发，它们可以被持续进行的信息分支学科的创造活动所“填充”。于是，这个“信息科学术语集”只能以“理论信息学术语”为主体，适当涉及工具信息学（通信、控制、计算、智能机器）与现有较大规模的领域信息学学科。在2017年出版的《信息心理学：背景、精要及应用》中，同时提供了理论信息学与信息心理学的术语集供读者参考。

这里有必要向读者说明，在本书中没有严格地区分“XX信息学”与“信息XX学”。在学术意义上，信息技术的应用产生XX信息学，而信息理论（即理论信息学）的应用产生信息XX学。在理论信息学的普及和应用没有到位的情况下，本书以“XX信息学”泛指性的称呼它们两者；但是尊重相关作者的特定表述，比如美国物理学家T. Stonier使用术语“信息物理学”，中国法学家李蕾使用“信息法学”等。

五、致本书读者的几点建议

本书讨论的主要是“信息科学”，不是“信息技术”。它是一本关于信息科学世界观方法论的“科普读物”。本书主要面向大学生、研究生和各类教学、研究人员，以及有兴趣探索信息理论的相关人员。本书设计中的目标读者有一定的信息技术的基础知识，了解计算机等工具信息学，工作在某个领域信息学的范围之中，而且有兴趣于信息科学的理论思考。比如，关于通用的“心理援助”技术和“人工智能”技术，它们能够做些什么，那些工作是它们很难做到的；我们人类的“内力三角形”如何具有自主性、自发性、创造性；就像“核能”来自于对“核”的构成和演变规律的利用，人类“智能”如何从关于“心智”的构成与演变规律中开发出来；等等。

2025年2月上旬，网上有一个叫做《DeepSeek做不到的》的视频。演讲者说：有哪些能力是DeepSeek永远做不到的呢？不仅它做不到，所有的AI软件都做不到，包括GPT，Gemini, Claude。不仅今天做不到，未来50年、100年、1000年，永远都做不到的。这个才是更加的“深度思考”（DeepSeek）。请问是什么？有三个词。第一个，“决策能力”。世界上最顶级的能力是“决策力”；因为决策的另一半是“担责任”。不敢为后果负责的，他的决策就没有任何的意义。第二个，“价值判断”。AI可以给你提供很多的事实判断，但是却唯独没有办法给你价值判断。世间最要命的知识，就是A也对，B也对，C也有道理。价值判断，只有人才能做。第三个，“冒险精神”。AI是理性，是机器计算，它的对立面是感性，是冒险精神，是在那些不确定性当中的“试错”。“感性”是人类独有的。冒险精神的背后，是“意义感”。只有人，才会有意义感；因为人的生命有限，才需要活出“价值”，和生命的“虚无”去作对抗。

    非常可能的是，目前“算法AI”发展的“天花板”就是这三个词：决策能力，价值判断和冒险精神。人类智能分为算法智能和非算法智能。人类大脑是符号脑，在大语言模型中，已经具有算法了，能够解决某些问题，当然是智能。AI就是算法智能，而“算法”不能产生“自动行为”和“创新能力”，不能代替诸如“直觉”、“灵感”、“顿悟”等非算法智能。人类的生物特性和社会特性，不是都能够给出“算法”的。AI是辅助，不可能替代。人类体能的放大，放大到难以想象的倍数，但它没有替代生活中的全部体能。人类智能的放大，DeepSeek和智能机器人的视觉、听觉、触觉、记忆、搜索、答问等方面远远超过“生物人”，但它们不可能超越“文化人”，更加不可能替代我们生活、工作与学习中的全部智能。每一个人都必须靠自己决定生活的“目标”，选用合适的“逻辑”，编制恰当的程序，以“试错法”（trial-and-error method）的方式进入“生活”：“自在”、“自为”、“自在而自为”。其间，“试”了，也许马上“对”了；一旦发现“错”了，也知道什么是“对”了；然后，就知道“下一步的做法”了。所以，按照“内力三角形”的方式，自己去做；也可以借助“算法AI”的帮助；然后依靠自己“非算法智能”，去“决策”、去“价值判断”、去“冒险”，就能活出自己的“意义感”，达到自我设计、自我实现的境界。只要“亮剑”了，这种亮剑的“精神”是永远不可战胜的，因为时间属于代表正义和智慧的暂时处于“弱势”的一方。

最后，本书作者对所有的领导、老师、同学、同事、群友、网友、朋友表示感谢，对本书的读者、关心者与讨论者表示感谢！

李 宗 荣

于武汉市华光信息科学研究院

2025年2月

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