1、电气与信息工程学院电气与信息工程学院第第2 2讲讲 信息的定性解析信息的定性解析2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息科学的定义 信息科学信息科学是以信息为主要研究对象、以信息运动是以信息为主要研究对象、以信息运动过程的规律为主要研究内容、以信息科学方法论过程的规律为主要研究内容、以信息科学方法论为主要研究方法、以扩展人的信息功能（全部信为主要研究方法、以扩展人的信息功能（全部信息功能形成的有机整体就是智力功能）为主要研息功能形成的有机整体就是智力功能）为主要研究目标的一门科学。究目标的一门科学。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息
2、的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的定义 从本体论的意义上说从本体论的意义上说，它是事物运动的状态和状，它是事物运动的状态和状态改变的方式；态改变的方式；从认识论的意义上说从认识论的意义上说，它是主体，它是主体所感知的所感知的“事物运动状态和状态改变的方式事物运动状态和状态改变的方式”，包括主体所关心的这些运动状态及其变化方式的包括主体所关心的这些运动状态及其变化方式的形式、含义和价值。形式、含义和价值。“事物事物”泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客体，也包括主观世界的精神现象；体，也包括主观世界的精神现象；“运动运动”泛
3、指一切意义上泛指一切意义上的变化，包括机械运动、物理运动、化学运动、生物运动、的变化，包括机械运动、物理运动、化学运动、生物运动、思维运动和社会运动等；思维运动和社会运动等；“运动状态运动状态”是指事物运动在空间是指事物运动在空间上所展示的性状和形态；上所展示的性状和形态；“运动状态的变化方式运动状态的变化方式”是指事物是指事物运动状态随时间而变化的过程样式。运动状态随时间而变化的过程样式。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的定义 由于引入主体这一条件，由于引入主体这一条件，认识论层次的信息认识论层次的信息概念就具有了比概念就具有了比
4、本体论层次的信息概念丰富得多的内涵。这是因为，首先，本体论层次的信息概念丰富得多的内涵。这是因为，首先，作为认识的主体，他具有感觉能力，能够感知事物运动状态作为认识的主体，他具有感觉能力，能够感知事物运动状态及其变化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力，能够及其变化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力，能够理解事物运动状态及其变化方式的内在含义；再者，他还具理解事物运动状态及其变化方式的内在含义；再者，他还具有目的性，因而能够判断事物运动状态及其变化方式对其目有目的性，因而能够判断事物运动状态及其变化方式对其目的而言的价值。因此，在认识论层次上研究信息问题的时候，的而言的价值。因此，在认识
5、论层次上研究信息问题的时候，“事物的运动状态及其变化方式事物的运动状态及其变化方式”就不像在本体论层次上那就不像在本体论层次上那样简单了，它必须同时考虑到样简单了，它必须同时考虑到形式、含义和效用形式、含义和效用三个方面的三个方面的因素。因素。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的定义 我们把这样同时考虑事物运动状态及其变化方式我们把这样同时考虑事物运动状态及其变化方式的外在形式、内在含义和效用价值的认识论层次的外在形式、内在含义和效用价值的认识论层次信息称为信息称为“全信息全信息”，而把仅仅计及其中的形式，而把仅仅计及其中的形式因素的
6、信息部分称为因素的信息部分称为“语法信息语法信息”，把计及其中，把计及其中的含义因素的信息部分称为的含义因素的信息部分称为“语义信息语义信息”，把计，把计及其中的效用因素的信息部分称为及其中的效用因素的信息部分称为“语用信息语用信息”。换言之，认识论层次的信息乃是同时计及语法信换言之，认识论层次的信息乃是同时计及语法信息、语义信息和语用信息的全信息。息、语义信息和语用信息的全信息。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的定义 下图是关于下图是关于“全信息全信息”概念的一个图示。概念的一个图示。状态和状态变化方式的形式化关系是抽象的状态和状
7、态变化方式的形式化关系是抽象的语法信息语法信息；其与；其与它的相应客体相关联则将给语法信息赋予具体的含义，因而它的相应客体相关联则将给语法信息赋予具体的含义，因而产生产生语义信息语义信息；而语法语义信息与主体的关联则将表现这样；而语法语义信息与主体的关联则将表现这样的语法和语义信息对主体的目的而言所具有的效用或价值，的语法和语义信息对主体的目的而言所具有的效用或价值，从而形成从而形成语用信息语用信息。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的特征 第一特征：信息来源于物质，但又不是物质本身；第一特征：信息来源于物质，但又不是物质本身；第二特
8、征：信息也来源于精神世界，但是又不限于精神领域；第二特征：信息也来源于精神世界，但是又不限于精神领域；第三特征：信息与能量紧密相关，但是又与能量有质的区别；第三特征：信息与能量紧密相关，但是又与能量有质的区别；第四特征：信息可以被提炼成为知识，但信息本身不等于知识；第四特征：信息可以被提炼成为知识，但信息本身不等于知识；第五特征：信息是具体的，可以被主体所感知、处理和利用；第五特征：信息是具体的，可以被主体所感知、处理和利用；第六特征：信息可以被复制，可以被共享；第六特征：信息可以被复制，可以被共享；第七特征：语法信息在传递和处理过程中永不增值；第七特征：语法信息在传递和处理过程中永不增值；第
9、八特征：在封闭系统中，语法信息的最大值不变。第八特征：在封闭系统中，语法信息的最大值不变。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的性质 性质一性质一 普遍性；普遍性；性质二性质二 无限性；无限性；性质三性质三 相对性；相对性；性质四性质四 传递性；传递性；性质五性质五 变换性；变换性；性质六性质六 有序性；有序性；性质七性质七 动态性；动态性；性质八性质八 转化性。转化性。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的功能 信息具有是一切生物进化的导向资源，是知识的来源；信息具有是一切生物
10、进化的导向资源，是知识的来源；信息是控制的灵魂；信息是思维的材料。信息是控制的灵魂；信息是思维的材料。信息的最重要的功能是：信息的最重要的功能是：信息可以通过一定的算法被信息可以通过一定的算法被加工成知识，并针对给定的目标被激活成为求解问题加工成知识，并针对给定的目标被激活成为求解问题的智能策略，进而按照策略求解实际的问题。这是信的智能策略，进而按照策略求解实际的问题。这是信息的最核心最本质的功能。信息息的最核心最本质的功能。信息-知识知识-智能（策略），智能（策略），这是人类智慧的生长链，或称为智慧链。这是人类智慧的生长链，或称为智慧链。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信
11、息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息科学的研究内容 下图给出了一种最抽象也是最一般的信息问题模型。被主体所感下图给出了一种最抽象也是最一般的信息问题模型。被主体所感知的对象运动状态及其变化方式是一种认识论意义的信息，称之知的对象运动状态及其变化方式是一种认识论意义的信息，称之为为第一类认识论意义的信息第一类认识论意义的信息；由主体思维（也是一种事物）产生；由主体思维（也是一种事物）产生的运动状态及其变化方式（代表主体的意志）也是一种认识论意的运动状态及其变化方式（代表主体的意志）也是一种认识论意义的信息，称为义的信息，称为第二类认识论意义的信息第二类认识论意义的信息。显然，这些信息的运。显
12、然，这些信息的运动规律应当是信息科学的研究内容。动规律应当是信息科学的研究内容。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息科学的研究内容 主体通过主体通过获取获取信息和信息和传递传递信息来把对象的本体论信息转变为第一信息来把对象的本体论信息转变为第一类认识论信息，通过类认识论信息，通过处理和认知处理和认知信息来深入认识系统的运动状态信息来深入认识系统的运动状态和方式，形成知识；和方式，形成知识；“再生再生”第二类认识论意义的信息（策略信第二类认识论意义的信息（策略信息）；息）；控制控制的作用则是执行策略信息，产生控制行为，引导系统的作用则是执
13、行策略信息，产生控制行为，引导系统达到预定的目的状态，完成主体对对象施行的变革。达到预定的目的状态，完成主体对对象施行的变革。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息科学的研究内容 模型的真正最后环节应当是模型的真正最后环节应当是“信息组织信息组织”。它涉及到上述的信息。它涉及到上述的信息全过程，即整个信息系统的优化。优化是系统的要害，它的重要全过程，即整个信息系统的优化。优化是系统的要害，它的重要标志是系统由非优（或低序）状态转化为优化（有序）状态，这标志是系统由非优（或低序）状态转化为优化（有序）状态，这是系统自组织的标志。没有优化（序
14、化）的系统集成不但无益，是系统自组织的标志。没有优化（序化）的系统集成不但无益，往往反而有害。但是系统的优化（序化）过程又离不开利用系统往往反而有害。但是系统的优化（序化）过程又离不开利用系统的信息的信息知识知识智能策略。智能策略。“信息认知信息认知”和和“信息再生信息再生”两者共同构成了信息过程的核心，两者共同构成了信息过程的核心，通常称为通常称为“思维过程思维过程”，也被称为，也被称为“狭义智能狭义智能”，因为的确，知，因为的确，知识和智能策略都是在这里产生的。然而，一个识和智能策略都是在这里产生的。然而，一个“完整智能完整智能”，或，或者称为者称为“全义智能全义智能”，却应当包括全部的信
15、息过程。，却应当包括全部的信息过程。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息科学的研究方法 三个方法和两个准则，即信息系统三个方法和两个准则，即信息系统分析方法分析方法、信息系统、信息系统综合方法综合方法、信息系统信息系统进化方法进化方法、功能准则功能准则和和整体准则整体准则。其中三个方法是整个。其中三个方法是整个方法论体系的灵魂，两个准则是保证信息科学方法能够正确实施方法论体系的灵魂，两个准则是保证信息科学方法能够正确实施的法则。的法则。信息科学方法论的基本要点是：信息科学方法论的基本要点是：在研究高级复杂的事物的时候，在研究高级复杂的事
16、物的时候，应当首先从信息（而不是物质或能量）的观点出发，通过分析该应当首先从信息（而不是物质或能量）的观点出发，通过分析该事物所包含的信息过程来揭示它的复杂工作机制的奥秘，通过建事物所包含的信息过程来揭示它的复杂工作机制的奥秘，通过建立适当的信息模型和合理的技术手段来模拟或实现高级事物的复立适当的信息模型和合理的技术手段来模拟或实现高级事物的复杂行为。信息系统分析方法主要解决高级复杂事物的工作机制的杂行为。信息系统分析方法主要解决高级复杂事物的工作机制的认识问题认识问题，信息系统综合方法解决高级复杂事物的工作机制的，信息系统综合方法解决高级复杂事物的工作机制的实实现问题现问题，信息系统进化方法
17、解决高级复杂系统的，信息系统进化方法解决高级复杂系统的优化与发展优化与发展问题。问题。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息科学的研究目标 信息科学的研究目标信息科学的研究目标 扩展人类的信息功能，后者的扩展人类的信息功能，后者的有机整体便是智力功能。有机整体便是智力功能。只要信息科学确定了以信息作为它的主要研究对象，只要信息科学确定了以信息作为它的主要研究对象，只要信息科学紧紧地抓住信息运动规律并进行深入研只要信息科学紧紧地抓住信息运动规律并进行深入研究，那么，扩展人类的信息功能特别是扩展它们的有究，那么，扩展人类的信息功能特别是扩展它
18、们的有机整体机整体智力功能智力功能这个目标就势在必达。这个目标就势在必达。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息技术概述 按照信息功能的天然流程，信息技术主要就包括传感技术，通信按照信息功能的天然流程，信息技术主要就包括传感技术，通信技术，存储技术，计算机技术，人工智能技术、控制技术和信息技术，存储技术，计算机技术，人工智能技术、控制技术和信息系统的优化技术等。系统的优化技术等。传感技术的任务是实现和扩展人的感觉器官获取信息的功能；通传感技术的任务是实现和扩展人的感觉器官获取信息的功能；通信技术的任务是实现和扩展人的神经系统传递信息的功能
19、；存储信技术的任务是实现和扩展人的神经系统传递信息的功能；存储技术的任务是实现和扩展人的记忆器官存储信息的功能；计算机技术的任务是实现和扩展人的记忆器官存储信息的功能；计算机技术的任务是实现和扩展人的思维器官处理信息的功能，人工智技术的任务是实现和扩展人的思维器官处理信息的功能，人工智能技术的任务是实现和扩展人的思维器官认知和决策的功能，控能技术的任务是实现和扩展人的思维器官认知和决策的功能，控制技术的任务是实现和扩展人的行动器官执行策略信息的功能。制技术的任务是实现和扩展人的行动器官执行策略信息的功能。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论
20、信息技术概述 按照实现手段的不同，信息技术就有按照实现手段的不同，信息技术就有“机械信息技术机械信息技术”、“电子电子信息技术信息技术”、“光波信息技术光波信息技术”、“生物信息技术生物信息技术”以及以及“机械机械电子信息技术电子信息技术”、“光电子信息技术光电子信息技术”、“生物电子信息技术生物电子信息技术”等分类。等分类。信息技术还可以产生更细的分类。比如，在电子信息技术内部，信息技术还可以产生更细的分类。比如，在电子信息技术内部，又可以由电子传感技术、电子通信技术、电子存储技术、电子计又可以由电子传感技术、电子通信技术、电子存储技术、电子计算机技术、基于电子的人工智能技术、基于电子的控制
21、技术等等。算机技术、基于电子的人工智能技术、基于电子的控制技术等等。同样，在光波信息技术范畴，也可以有同样，在光波信息技术范畴，也可以有“光传感技术光传感技术”、“光通光通信技术信技术”、“光存储技术光存储技术”、“激光计算技术激光计算技术”、“激光控制技激光控制技术术”等等。等等。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息技术概述 基于全信息理论的信息科学对于信息技术最重要的基于全信息理论的信息科学对于信息技术最重要的启示启示：这些表：这些表面看来似乎互相无关的技术实质上都是信息技术体系中一系列互面看来似乎互相无关的技术实质上都是信息技术体
22、系中一系列互相联系、互相补充和互相支持的技术分支。相联系、互相补充和互相支持的技术分支。一旦揭示了信息技术各个分支之间的本质联系，一个具有更加重一旦揭示了信息技术各个分支之间的本质联系，一个具有更加重大意义的新的信息技术领域便登上了技术舞台，而且对经济的发大意义的新的信息技术领域便登上了技术舞台，而且对经济的发展和社会进步发挥出更为巨大的推进作用，这就是展和社会进步发挥出更为巨大的推进作用，这就是“信息网络技信息网络技术术”，更准确地说是，更准确地说是“大规模智能化信息网络技术大规模智能化信息网络技术”。它是信息。它是信息时代最先进、最强大的通用社会生产工具，是当代信息技术发展时代最先进、最强
23、大的通用社会生产工具，是当代信息技术发展的集中体现。的集中体现。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息技术概述 智能信息网络技术的智能信息网络技术的重要性在于重要性在于：既然人类认识世界和改造世界：既然人类认识世界和改造世界的全部活动可以归结为一种有目的的信息获取、信息传递、信息的全部活动可以归结为一种有目的的信息获取、信息传递、信息认知、信息决策、信息施效的过程，那么，由于信息网络也在相认知、信息决策、信息施效的过程，那么，由于信息网络也在相当程度上具备信息获取、信息传递、信息认知、信息决策、信息当程度上具备信息获取、信息传递、信息认知
24、、信息决策、信息施效的全部功能，它就可以在很大程度上帮助甚至在很大程度上施效的全部功能，它就可以在很大程度上帮助甚至在很大程度上部分地代替人类劳动者从事各种体力和脑力的劳动。而由于现代部分地代替人类劳动者从事各种体力和脑力的劳动。而由于现代信息技术的突飞猛进，智能信息网络的工作速度、工作精度、工信息技术的突飞猛进，智能信息网络的工作速度、工作精度、工作力度、工作的规范程度等等都大大优于人类自身的能力，因此，作力度、工作的规范程度等等都大大优于人类自身的能力，因此，智能信息网络对人类劳动者的帮助和某些方面的替代，将给经济智能信息网络对人类劳动者的帮助和某些方面的替代，将给经济发展和社会进步带来多
25、么伟大的意义，就不言而喻了！发展和社会进步带来多么伟大的意义，就不言而喻了！2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息获取信息获取信息传输信息传输信息处理信息处理信息存储信息存储信息利用信息利用语音获取语音获取图像获取图像获取物理参数物理参数获取获取遥感技术遥感技术雷达雷达GPS定位定位等等编码、调编码、调制、检测制、检测固定通信固定通信移动通信移动通信光纤传输光纤传输电波天线电波天线微波中继微波中继等等语音处理语音处理图像处理图像处理文字处理文字处理信号处理信号处理信息处理信息处理神经网络神经网络模式识别模式识别等等磁存储磁存储光存储光存储
26、半导体存半导体存储储网络存储网络存储纳米存储纳米存储等等控制控制显示显示信息服务信息服务网络信息网络信息检索检索等等内容内容信息技术概述2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论通信技术术与与通信网网集成电电路控制科学与学与工程电电子科学与学与技术术信息与与通信工程计计算机科学学与与技术术光电电信息技术术互联网联网电电磁波与与无线电线电微波技术与术与微波集成电电路数数字媒体技术术图图像信息处处理与应与应用学科学科产业产业信息安全网络网络信息检检索信息服务业信息服务业信息技术概述2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息
27、科学导论信息科学导论信息科学与信息论 信信 息息 科科 学学Shannon Shannon 信信 息息 论论研究研究面向面向智能系统（信息的全程系智能系统（信息的全程系统）统）通信系统（智能系统的一个通信系统（智能系统的一个环节）环节）研究研究目标目标扩展智力功能（信息功能扩展智力功能（信息功能的整体）的整体）扩展信息传递功能（智力功扩展信息传递功能（智力功能的一部分）能的一部分）研究研究对象对象全信息（语法、语义、语全信息（语法、语义、语用的整体）用的整体）统计语法信息（全信息的一统计语法信息（全信息的一个部分）个部分）研究研究内容内容信息全过程信息全过程信息传递过程（全过程的子信息传递过程
28、（全过程的子过程）过程）研究研究方法方法信息科学方法论信息科学方法论统计方法（原有方法）统计方法（原有方法）2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的分类 按照性质的不同，信息可以划分为按照性质的不同，信息可以划分为语法信息、语义信息以语法信息、语义信息以及语用信息及语用信息三种基本情形，这是全信息的三个基本层次。三种基本情形，这是全信息的三个基本层次。由本章第一节给出的定义可以理解，全信息的三个层次之由本章第一节给出的定义可以理解，全信息的三个层次之中，最基本也是最抽象的层次是语法信息。它是迄今为止中，最基本也是最抽象的层次是语法信息。它是迄今为止在理论上研究得最多也是最深入的层次。因此，还可以进在理论上研究得最多也是最深入的层次。因此，还可以进一步来考虑语法信息的分类。一步来考虑语法信息的分类。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的分类2电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息的定性解析信息的定性解析信息科学导论信息科学导论信息的分类
