信息科学

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信息科学(Information Sciences/Information Studies)

　　信息科学是以信息论、控制论、系统论三论为理论基础，以电子计算机为工具，整合、自动化技术、生物学、物理学、认知科学、符号学、语义学、图书、情报学、新闻传播学、数学、心理学、管理学、经济学等各学科交叉渗透，联系发展起来的。

　　信息科学的任务是研究信息的性质、研究大自然、机器、生物和人类对于各种信息的获取、变换、传输、处理、利用和控制的一般规律，设计和研制各种机器设备，以便尽可能地把人脑从自然力的束缚下解放出来，提高人类认识世界和改造世界的能力。

　　(1)信息科学以信息为研究对象。所研究的信息不是指任何个别信息领域里的特定信息，而是指反映一切和信息有关的领域里的信息现象，关心一切和信息有关的领域里的信息问题。

　　(2)信息科学以信息的本质和运动规律为研究内容。即研究信息的本源是什么以及信息是如何获取、传输、表达、存储、识别、编码和处理的运动过程。

　　(3)信息科学以信息方法和技术为手段。即在研究过程中采用科学的研究方法，并通过信息技术的支撑将研究成果顺利地表达出来，以便人们识别、利用等。同时，信息科学的发展又反作用于信息技术，利用信息发明创造出更多实用的，且容易被使用者理解和掌握的信息技术。

　　(4)信息科学以扩展人类智能为主要目标。信息科学产生和发展的前提就是为了扩展人类认识世界和改造世界的能力，它通过有效地获取、传输、表达、存储、识别、编码和处理信息来增强人类的智能，以辅助人类更加有效地认识和改造世界。

　　一门科学理论的形成与发展必须有自己独特的研究对象和研究内容，否则，研究主体就没有办法展开系统的研究，其研究也就缺乏了一定的方向。

　　(1)研究对象

　　信息科学的研究对象是信息，这是它区别于其他科学的最根本的特点之一。它所研究的信息不仅包含个别领域的特定信息，而且还包含一切与信息有关的所有信息现象。

　　信息是主体所感知的按照一定方式排列起来的能够反映事物运动状态及变化方式的内容。根据这一定义可将信息分为两类，即本体论的信息和认识论的信息。本体论的信息是指事物的运动状态和变化方式，而认识论的信息则是指能够被主体所感知的事物的运动状态和变化方式。从主体的角度上说，认识信息的目的一方面是为了了解事物的运动状态并最终利用信息改造该事物；另一方面是为了总结经验，积累知识以改造其他类似事物。因此，还可将信息视为应用类信息。即通过主体的创造性思维形成的对事物本源的改造或应用的信息。它可以分为本源类应用信息和他源类应用信息两类。本源类应用信息是认知主体通过感知本体论信息所形成的对事物本源的改造或应用等的信息；而他源类应用信息则是认知主体通过感知本体论信息与本源类信息所形成的以便用于改造或应用于其他事物本源的信息。

　　根据以上分析，可以给出一个信息科学研究对象的抽象模型，如图所示。该模型显示了认知主体与事物本源之间通过信息相互作用的一种抽象系统。事物本源的运动状态和变化方式通过本体论信息表达出来，通过主体感知系统形成认识论信息，再通过主体的创造性思维形成应用类信息即本源类应用信息和他源类应用信息。这样就完成了认知主体与事物本源之间通过信息这个研究对象所形成的抽象系统。该系统可用来指导信息科学的研究主体的研究方式以及对信息的认识和思维过程，以便研究主体更好地利用信息来改造事物本源，达到改造世界的目的。

　　(2)研究内容

　　信息科学的研究内容是在各个信息领域(比如自然、生物、社会等)中信息的个性特性和运动变化的特殊规律，以及贯穿一切领域的信息共性和共同规律。在认识的不同领域和不同层次上，它都要回答信息是什么、信息有什么基本性质、信息运动的规律是什么以及信息运动的动力学原理是什么等问题。

　　我国著名学者钟义信综合了各家观点，将信息科学的研究内容总结如下。

　　①探讨信息的基本概念和本质。

　　②研究信息的数值度量方法。

　　③阐明信息提取、识别、变换、传递、存储、检索、处理和再生过程的一般规律。

　　④揭示利用信息来描述系统和优化系统的方法与原理。

　　⑤寻求通过加工信息来生成智能的机制和途径。而具体的研究过程可通过钟义信等人提出的人类认识世界和改造世界的典型模型加以描述，如图所示。

　　信息感知：完成本体论意义的信息向认识论意义的信息的转变。

　　信息识别：对所感知的信息加以辨识和分类。

　　信息变换：将识别出来的信息施行适当的变换，以利于下一步的传递。

　　信息传递：将信息由空间的某一点转移到另一点，以供使用。

　　信息存储：收到信息后要以适当的方式存储起来，以备使用时检索。信息检索：需要使用信息的时候，就要把存储的有关信息准确迅速地取出来。

　　信息处理：在大多数情况下，信息都不能直接使用，而应先对它们进行某些适当的处理，包括进行分析比较和运算等。

　　信息再生：经过信息处理，就可能获得关于对象运动的规律性认识(即获得更为本质的信息)，在这个基础上，主体形成自己对对象的策略，换句话说，就是再生出应用类的信息。

　　信息表示：主体再生出应用类的信息之后，要将它用适当的方式表示出来。

　　信息变换：对以某种方式表示的应用类的信息进行变换，以利于后面的传递。

　　信息传递：把经过变换的应用类信息从空间的某个位置(主体所在处)转移到另一位置(对象所在处)。

　　信息检测：经过传递的信息可能受到噪声等因素的干扰，信息检测的目的和任务就是要把第二类认识论意义的信息从干扰的背景中分离出来。

　　信息处理：为了便于第二类应用类的信息发挥效用，还需要对它进行适当的加工。

　　信息施效：应用类的信息表现了主体的意志，应当怎样对事物对象的运动状态和方式进行调整，这种调整(即控制)的作用就称为施效。

　　信息科学的研究有其独特的方法，这些方法包括信息分析综合法、行为功能模拟法和系统整体优化法。

　　信息分析综合法是从信息的观点出发，牢牢抓住事物的信息特征，分析事物间的相互联系，提示其本质规律，从而实现决策目标的完成。经过实践检验，这一方法已经取得了大量的、卓有成效的成就。例如，1942年柏林的食品商店每天都将食品的价格写在商店的标牌上，这对任何一位家庭主妇来说仅仅是“商品信息”，但罗斯福总统却认为“柏林食品价格”是决定美国是否参战的具有政治军事意义的信息。他认为通过柏林食品价格的浮动，可以观察到德国军火生产对国计民生的危害程度，了解德国的国库储备、公众情绪等情况。于是他命令美国驻柏林使馆的武官不断地向他报告柏林食品的价格，最后依此并综合已掌握的其他信息做出了美国参战的决策。

　　信息分析综合法是信息分析法(解决认识问题)和信息综合法(解决实践问题)的结合。如果这种结合是有机的，就可使信息科学在很大程度上协助人类更有效地解决问题，延长人类的智力功能和体力功能，制造出人类各种各样的替身(例如，机器人)，从而把人类从自然力的束缚下逐步、彻底地解放出来。在这个意义上，可以把信息科学说成是认识论科学。

　　行为功能模拟法是从行为的观点出发，以行为的相似性为基础，从功能上来模拟事物或系统地对环境影响的反应方式，是信息分析综合法的一个重要发展和实用化。它告诉人们应如何进行信息的分析和综合。这一方法常常又称为“黑箱方法”。

　　所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统，例如，人们的大脑只能通过信息的输人输出来确定其结构和参数。“黑箱方法”从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。

　　“黑箱”研究方法的出发点在于：自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系、相互作用的，所以即使不清楚“黑箱”的内部结构，仅注意到它对于信息刺激做出如何的反应，注意到它的输入输出关系，就可对它做出研究。如果能设计出一个系统，在同样的输入作用下，它的输出和所模拟对象的输出相同或相似，就可以确认实现了模拟的目标。在此，信息的输人就是一个事物对黑箱施加影响；信息的输出，就是黑箱对其他的事物的反作用。事实上，人们在对信息进行分析和综合时很少追求结构上的相似性。

　　系统整体优化法，即是从系统的观点出发，着重从整体与部分之间、整体与外部环境之间的相互联系中，综合考察对象，从而达到全面、最佳地解决问题的目的。

　　实践证明，物质具有系统属性，科学研究的对象都可以被看成是一个由基本要素组成的动态系统。在这个系统内外，不仅存在着信息的传递、交换，还包含对信息的处理和控制。与行为功能模拟法一样，系统整体优化法也是信息分析综合法的一个重要的发展和实用化。在对任何系统进行信息分析和综合时，一方面要抓住功能的相似性，另一方面则要抓住系统的整体优化法，这是信息分析综合法的两个实施法则。只有遵循这两个法则，才能做出最优的信息分析与综合。

　　以上3种信息研究方法为复杂高级过程提供了极为有效的研究手段。众所周知，复杂系统、高级过程一般都具有极其复杂的成分、结构、联系和行为。信息科学的方法论充分地考虑了这些情况，为有效地研究和解决这种复杂的事物提供了强有力的武器。