1.信息概念的產生 信息現(xiàn)象從古至今廣泛存在。人們通過交談傳遞著信息;書籍 報刊中 存在著信息;刮 風 下雨中蘊含著信息;花開花落中也含著信息。 在人們的社會生活中,信息十分普遍,也 十分重要。人 自身 通過 語言、肢 體動作 及表 情 等發(fā)出信息,同時又用自己的 感覺器官、神 經系統(tǒng)和 大腦等從 外界 接收、加 工和 存儲 信息。 可以說,如果沒有生成、傳 遞、加工 信息 的活動,就難 有社 會生 活。在 人 們的日 常社會生 活 中,信息無所不在。 例如,粗纖維測定儀自然界中的信息:候鳥的遷移 帶來了 季節(jié) 變化 的信息;蜻 蜓低 飛表 達了即 將下 雨 的信息;植物生長的方向表 達了它 們受 陽光照射 方向的信 息等。 再例如,社會 生活中的 信 息:人們的消費水平表現(xiàn)了他們的收入情況、生活水平等方面的信息;銀行存款的增 長情 況 表現(xiàn)了人們對于國家經濟發(fā)展信心是否充足的信息;某一社區(qū)小學校新生入學人數(shù) 的變 化 情況表現(xiàn)了社區(qū)人口增長方面的信息等。 在科學的信息概念出現(xiàn)之前,人們對于信息的理解大多是從信 息的作 用、信息的外顯 特 征和信息的某個具體規(guī)律等方面進行的,但都沒能揭示信息的本質。 例如,較早的時候,人們對于信息一 詞的 理解基本等同于 “消息”,認為 “信息是 指對 消 息接收者來說預先所不知道的消息 ”。當 然這是 不確 切的,信 息是消 息的 內容,消息 只是 一 種形式,一則消息可能包含豐富的信息,也可能只含有少量有用信息。
也有人認為信息就是信號,這更 不確 切,信 號是 攜帶 信息的 載體,同 一信 息可以 用不 同 的載體進行傳載,因此可能產生不同的信號。2.信息概念的發(fā)展 1928年,哈特利(R.V.L)在其《信息的傳輸》一文中首 次提出:“消息是信息 的載 體,信 息是包含在各種消息(語言、文字、圖像、信號等)中的抽象量 ”,從 而實現(xiàn) 了信 息在概 念上 的 突破。1948年,美國數(shù)學家,信息論的創(chuàng)始人香農(C.E.Shannon)在其《通信的數(shù)學理論 》這 一重要著作中闡明了“信息 是人 們對 事物了 解不 確定 性的減 少或 消除,是兩次 不確定性 之 差”,并給出了信息的數(shù)學表達式,如此奠定了信息論的理論基礎。這種說 法認為,信息可 以 消除人們對事物認識的不確定性,并將消除不確定程度的多少,作為信息量的度 量,這是 現(xiàn) 在人們最常使用的一種對信息的解釋,但這種對信息的解釋僅僅從量的角度闡述和 研究 信 息概念,而沒有考慮信息的內容和效用,因此對信息的認識具有一定的局限性。 隨著科學技術迅速發(fā)展和信息論在各科 學領域的廣 泛應用,特別是 在計 算機技 術和 網 絡技術普及應用的情況下,人們更認識到信息是存在于自然、社會和思維各個領 域中、具 有 普遍性的概念?刂普摰 奠基 人維 納(Winner)指出:“信息就 是信 息,不是 物質,也不是 能 量”。從而明確了信息是區(qū)別于物質與能量的第三類資源。 20世紀 40年代以后,信息作為不同于物質和 能量的 第三 類資源 的作 用越 來越突 出,信 息技術的迅速發(fā)展,創(chuàng)造了以計算機為代表的自動化、智能化高級生產工具,它們相 當于 人 的腦力的延伸。由于人們對信息資源的充分利用,使 得信息產業(yè) 成為當前社會經濟 的主 導 性產業(yè),而且,充分利用信息資源,將會促進社會生產力的發(fā)展,也會大 大促進知識經濟的 發(fā) 展。
因而,除了在信息科學的領域及相近 領域,人們需要 對信息進行界定 外,在其他 領域 也 在關注信息的概念,于是便產生了對信息概念的進一步理解和界定。 例如,我國國家標準 GB4894-85《情報與 文獻工作詞匯基本 術 語》中關 于“信息”的 解 釋為:物質存在的一種方式、形態(tài)或運動狀態(tài),也是事物的一種普遍屬性,一般指 數(shù)據(jù)、消 息 中所包含的意義,可以使消息中所描述事件的不定性減少。信息是物質的普遍屬性。 《辭海》(1989)對信息的解釋是: ① 音信、消息。 ② 通信系統(tǒng)傳輸和處理的對象,泛指消息和信號的具體內容和意義。 英國《牛津英語辭典》對信息的概念這樣表述:通過各種方式可以被傳遞、傳播、傳達、感 受的,以聲音、圖像、文字所表征,并與某些特 定的事實、主題 或事 件相聯(lián)系的 消息、情 報、知 識,都可以泛稱為信息。 美國《韋伯斯特詞典》認為:信息是知識和情報的通信和接受,并將信息表述為以下四種: ① 由調查、研究和學習所得到的資料和知識; ② 知識、學問和新聞; ③ 事實、情況和數(shù)據(jù); ④ 表示數(shù)據(jù)的記號、信息和標識。 日本的《廣辭苑》將信息表述為:關于事物的內容和情況的通報。 2.1 信息的概念與類型 ·17·3.信息的概念 由于本書是一本講述信息技術教育的教材,因此主要從信息科 學的角 度出發(fā),在兼顧 其 他領域的情況下來理解信息的概念。 (1)控制系統(tǒng)?刂葡到y(tǒng)可以是生物的,也可以是人造的? 制系 統(tǒng)能 感受到 環(huán)境 的 特點,然后根據(jù)感受調整自身的狀態(tài)和行為。控制系統(tǒng)對自身行為 和狀態(tài) 的調整,又可以 產 生對環(huán)境的影響?刂葡到y(tǒng)本身也是由物質組成,控 制系統(tǒng)的運 作是系統(tǒng)支配自身 內部 結 構的結果。從信息科學的角度來看,控制系統(tǒng)感受到的環(huán)境情況叫 做輸入 信號,而將控制 系 統(tǒng)做出的行為或狀態(tài)調整稱為輸出信號?刂葡到y(tǒng)通常由感應器、控制器、受控部 件等組成? 制系 統(tǒng)有 兩種,一 種是閉 環(huán)控 制 系統(tǒng);另一種是開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的輸入信號不受輸出 信號的 影響;而閉環(huán)控 制 系統(tǒng)中,輸出信號則可能影響輸入信號,即是輸出信號會作為部 分反饋 信號再對系統(tǒng)產生 影 響,它們的工作流程如圖 2.1所示。 (a)開環(huán)控制系統(tǒng) (b)閉環(huán)控制系統(tǒng) 圖 2.1 兩種控制系統(tǒng) 來看一個生活中的例子———空調機的運作。在室溫 30℃ 的情況 下啟 動空調,并 設置 需 要達到的溫度為 22℃,在空調機工作 一定時 間并 將室溫調節(jié)到 22℃ 后,機器 將暫停 制冷 或 減少制冷的強度,一旦機器感應到室溫又超過 了 22℃,它 將重 新開始 工作 或增 加制冷 強度, 這個過程可以用圖 2.2表示。
圖 2.2 空調機運作的閉環(huán)控制系統(tǒng) ·18· 第2章 信息知識與信息處理(2)信息是由控制系統(tǒng)接收和加工 的物質特征 狀態(tài)。從信息科學的 角度來 看,控制 系 統(tǒng)所接收到的信號都來自于某種 或某些 物質 的狀態(tài) 特征。例如,空調機所感受到的 溫度 就 是大氣的一個狀態(tài)特征;城市路燈自動點亮和熄滅系統(tǒng)所感受到的光線強弱是光的 亮度 特 征;春天種子發(fā)芽是感受到季節(jié) 的特征等?刂葡到y(tǒng) 接收到這些 信號后要能分析出 其中 包 含的物質特征,才能做出相應的反應,而這些蘊含在信號中的物質狀態(tài)的特征就是信息。 例如,一個物體在運動,它的運動狀 態(tài)和狀 態(tài)改 變的 方式可 以被 高速 攝影機 拍攝 下來, 之后可以處理,還可以重現(xiàn)。產生運動狀態(tài)和方式的物體(源物體)雖然已經離開了觀察者, 但是它的信息卻被記錄并被保留起來。這時,保留下來的僅僅是信 息,而不是它的源物質 本 身。正是由于信息具有這個特征,精彩的文藝節(jié)目可以被復制下來 供人們 反復欣賞,太空 的 奇觀可以被拍攝下來供人們仔細 研究等。由于物質的狀態(tài)具有一定的可能的狀 態(tài)數(shù),因 此 它決定了信息可以達到的信息量(信息的 容量)。 例如,電燈 的狀 態(tài)只 有兩種:開 和關,因 此 有關信息的可能狀態(tài)也只有兩種;人的性別只有兩種:男和女,因 此有關性別的信息 也只 有 兩種。同理,可以認為控制系統(tǒng)所傳遞出的 輸出信號中也包含 著一 定的 物質狀 態(tài)特 征———信 息,它反過來對控制系統(tǒng)的環(huán)境產生影響。因此,控制系統(tǒng)對外 界環(huán)境 進行感受和反應的 過 程都與一定物質的某一狀態(tài)特征有關,即是與信息有關?梢哉f,信息 的傳遞是通過對信 息 形式的物質特征的狀態(tài)進行接收、保存、加工、轉換和輸出來實現(xiàn)的。 當控制系統(tǒng)接收、感受和體會到 信息 的內容時,信息 才發(fā)生作用。但 對于同 一條 信息, 不同的控制系統(tǒng),所感受到的具體內容及信息對系統(tǒng)產生的作用都 有差異,這將由控制系 統(tǒng) 自身的特點決定。 例如,根據(jù)天空的情況,普通市民可 以確定 天氣 情況 是多云 還是 晴朗,從 而決定 穿衣 和 出行;對于農民則可能成為安排農活的依據(jù);對于幼兒則可能意味著 是否可以 出外玩耍。 樹 墩上的年輪表現(xiàn)了樹木生長的年齡、規(guī)律和特征方面的信息,但 只有在 人們通過某棵樹的 年 輪認識樹的生長年齡時,年輪中所含有的信息才發(fā)揮作用。同樣,海潮 的漲落體現(xiàn)了月亮 繞 地球運行規(guī)律的信息;樹葉發(fā)芽和凋落包含了季節(jié)變化的信息等,它們 也只在被人或其他 動 植物感受時才成為信息。
當然,同樣一個概念,人們基于不同的研究目的和關注層面,所 得到的 認識不同,本書 所 談的信息是從信息科學的角度來看,因此它是一種由控制系統(tǒng)接收和加工的物質特 征的 狀 態(tài)。只要有物質的地方,就一定有信息存 在,而信息又必 須以某種方式加 以組織 或表 述;否 則它就永遠只能是純本體性的。信息有三個基本點,即信源、信宿和 載體。發(fā)出信息的物 體 為信源,接受信息的物體為信宿,載有信息的載體為信息載體。 從記錄的角度來看,信息可以包含在任何 事物之中。信息必須有某種“運載工 具”來 載 運并具備可識別性,即它可以從背景中區(qū)別出來。信息以物質為載 體和媒 介,信息之間相 互 通過物質來表現(xiàn)。信息是物質間存在的標志,是物質自身顯示自身。信息 的產生源于物質, 2.1 信息的概念與類型 ·19·信息產生后必須依附于物質。信息一經產生必定要被接受并記載下 來,無 論是人腦的記錄, 還是其他形態(tài)的記載,載體都是物質的。物與物之間的信息傳播依 賴于物 質間的相互作用, 若物質之間無相互作用(實際上是不可能的,這已被物理學證明),那么物體之間的信息傳 播 就根本不可能。例如,在進行田徑比賽時,運 動員聽到信 號槍響后開始起 跑,這其中 的信 息 是可以起跑了,但信息的載體是 聲音。又 如,出外旅游時,通 常會 借助地 圖幫 助自己 確定 行 程,這時有關的信息主要通過地圖上的圖形和文字來表達。 2.1.2 信息的類型 我們生活在一個信息化社會里,信息雖然多不勝數(shù),但并不是雜 亂無章的。根據(jù)不同 目 的,可以根據(jù)不同的分類標準對信息進行分類。當然分類標準不同,所 劃分出的信息類型 也 不一樣。 1.根據(jù)控制系統(tǒng)獲取、處理和輸出信息的過程進行分類 根據(jù)控制系統(tǒng)獲取、處理和輸出信息的過程,可以將信息分為外 部信息與 內部信息。 外 部信息是存在于某一控制系統(tǒng)外的信息,即輸入信息和輸出信息;內部 信息則是存在于某 一 控制系統(tǒng)內部的信息,即控制信息等。由于控制系統(tǒng)的范圍大小不 同,某一控制系統(tǒng)可能 是 另一控制系統(tǒng)的組成部分,因此對于它所屬的系統(tǒng)而言,這一控 制系統(tǒng) 的外部信息可能成 為 內部信息,即所謂內部信息和外部信息是相對的,而不是絕對的,如圖 2.3所示。 圖 2.3 外部信息和內容信息 例如,對于空調機來說,室外空氣的 溫度和 輸出 空氣 的溫度 中所 含的 信息是 外部 信息, 而空調機的感應器根據(jù)外部溫度發(fā)送給受控設備的控制信號中所包 含的則是 內部信息。 上 課時,同學們聽到“起立”的命令會 全體 起立這 個過 程中,“起立”命 令所 含有 的信息 對于 人 來說是外部信息,它通過人的耳接收到后,在聽覺神經系統(tǒng)、大腦 中產生的信息對人 來說 則 是內部信息。 2.根據(jù)信息的產生方式進行分類 根據(jù)信息產生方式可以將信息分為自然信息和約定信息。 自然信 息是由物質活動本 身 特征帶來的信息,即由物質活動特點產生的信息;約定信息則是 由發(fā)送 和接受它的各個控 制 系統(tǒng)之間共同約定的,與本身物 質特點沒有太大 關系的信息。人 們對于自然信息的 理解 來 ·20· 第2章 信息知識與信息處理自于長時間對自然信息內容和作用的認識和積累,對于約定信息的理解則來自于人 們最 初 的約定。例如,自然界中的陰晴圓缺、潮起潮落、花開花落、刮風 下雨等 自然現(xiàn)象都屬于自 然 信息;人的高矮胖瘦、男女性別也是自然信息。人們通過 多年對于這些接 觸,體會了 這些 信 息產生的作用,才逐漸對這些信息有了認識。
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