信息科學

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信息科學(Information Sciences/Information Studies)

　　信息科學是以資訊理論、控制論、系統論三論為理論基礎，以電子電腦為工具，整合、自動化技術、生物學、物理學、認知科學、符號學、語義學、圖書、情報學、新聞傳播學、數學、心理學、管理學、經濟學等各學科交叉滲透，聯繫發展起來的。

　　信息科學的任務是研究信息的性質、研究大自然、機器、生物和人類對於各種信息的獲取、變換、傳輸、處理、利用和控制的一般規律，設計和研製各種機器設備，以便儘可能地把人腦從自然力的束縛下解放出來，提高人類認識世界和改造世界的能力。

　　(1)信息科學以信息為研究對象。所研究的信息不是指任何個別信息領域里的特定信息，而是指反映一切和信息有關的領域里的信息現象，關心一切和信息有關的領域里的信息問題。

　　(2)信息科學以信息的本質和運動規律為研究內容。即研究信息的本源是什麼以及信息是如何獲取、傳輸、表達、存儲、識別、編碼和處理的運動過程。

　　(3)信息科學以信息方法和技術為手段。即在研究過程中採用科學的研究方法，並通過信息技術的支撐將研究成果順利地表達出來，以便人們識別、利用等。同時，信息科學的發展又反作用於信息技術，利用信息發明創造出更多實用的，且容易被使用者理解和掌握的信息技術。

　　(4)信息科學以擴展人類智能為主要目標。信息科學產生和發展的前提就是為了擴展人類認識世界和改造世界的能力，它通過有效地獲取、傳輸、表達、存儲、識別、編碼和處理信息來增強人類的智能，以輔助人類更加有效地認識和改造世界。

　　一門科學理論的形成與發展必須有自己獨特的研究對象和研究內容，否則，研究主體就沒有辦法展開系統的研究，其研究也就缺乏了一定的方向。

　　(1)研究對象

　　信息科學的研究對象是信息，這是它區別於其他科學的最根本的特點之一。它所研究的信息不僅包含個別領域的特定信息，而且還包含一切與信息有關的所有信息現象。

　　信息是主體所感知的按照一定方式排列起來的能夠反映事物運動狀態及變化方式的內容。根據這一定義可將信息分為兩類，即本體論的信息和認識論的信息。本體論的信息是指事物的運動狀態和變化方式，而認識論的信息則是指能夠被主體所感知的事物的運動狀態和變化方式。從主體的角度上說，認識信息的目的一方面是為了瞭解事物的運動狀態並最終利用信息改造該事物；另一方面是為了總結經驗，積累知識以改造其他類似事物。因此，還可將信息視為應用類信息。即通過主體的創造性思維形成的對事物本源的改造或應用的信息。它可以分為本源類應用信息和他源類應用信息兩類。本源類應用信息是認知主體通過感知本體論信息所形成的對事物本源的改造或應用等的信息；而他源類應用信息則是認知主體通過感知本體論信息與本源類信息所形成的以便用於改造或應用於其他事物本源的信息。

　　根據以上分析，可以給出一個信息科學研究對象的抽象模型，如圖所示。該模型顯示了認知主體與事物本源之間通過信息相互作用的一種抽象系統。事物本源的運動狀態和變化方式通過本體論信息表達出來，通過主體感知系統形成認識論信息，再通過主體的創造性思維形成應用類信息即本源類應用信息和他源類應用信息。這樣就完成了認知主體與事物本源之間通過信息這個研究對象所形成的抽象系統。該系統可用來指導信息科學的研究主體的研究方式以及對信息的認識和思維過程，以便研究主體更好地利用信息來改造事物本源，達到改造世界的目的。

　　(2)研究內容

　　信息科學的研究內容是在各個信息領域(比如自然、生物、社會等)中信息的個性特性和運動變化的特殊規律，以及貫穿一切領域的信息共性和共同規律。在認識的不同領域和不同層次上，它都要回答信息是什麼、信息有什麼基本性質、信息運動的規律是什麼以及信息運動的動力學原理是什麼等問題。

　　我國著名學者鐘義信綜合了各家觀點，將信息科學的研究內容總結如下。

　　①探討信息的基本概念和本質。

　　②研究信息的數值度量方法。

　　③闡明信息提取、識別、變換、傳遞、存儲、檢索、處理和再生過程的一般規律。

　　④揭示利用信息來描述系統和優化系統的方法與原理。

　　⑤尋求通過加工信息來生成智能的機制和途徑。而具體的研究過程可通過鐘義信等人提出的人類認識世界和改造世界的典型模型加以描述，如圖所示。

　　信息感知：完成本體論意義的信息向認識論意義的信息的轉變。

　　信息識別：對所感知的信息加以辨識和分類。

　　信息變換：將識別出來的信息施行適當的變換，以利於下一步的傳遞。

　　信息傳遞：將信息由空間的某一點轉移到另一點，以供使用。

　　信息存儲：收到信息後要以適當的方式存儲起來，以備使用時檢索。信息檢索：需要使用信息的時候，就要把存儲的有關信息準確迅速地取出來。

　　信息處理：在大多數情況下，信息都不能直接使用，而應先對它們進行某些適當的處理，包括進行分析比較和運算等。

　　信息再生：經過信息處理，就可能獲得關於對象運動的規律性認識(即獲得更為本質的信息)，在這個基礎上，主體形成自己對對象的策略，換句話說，就是再生出應用類的信息。

　　信息表示：主體再生出應用類的信息之後，要將它用適當的方式表示出來。

　　信息變換：對以某種方式表示的應用類的信息進行變換，以利於後面的傳遞。

　　信息傳遞：把經過變換的應用類信息從空間的某個位置(主體所在處)轉移到另一位置(對象所在處)。

　　信息檢測：經過傳遞的信息可能受到雜訊等因素的干擾，信息檢測的目的和任務就是要把第二類認識論意義的信息從干擾的背景中分離出來。

　　信息處理：為了便於第二類應用類的信息發揮效用，還需要對它進行適當的加工。

　　信息施效：應用類的信息表現了主體的意志，應當怎樣對事物對象的運動狀態和方式進行調整，這種調整(即控制)的作用就稱為施效。

　　信息科學的研究有其獨特的方法，這些方法包括信息分析綜合法、行為功能模擬法和系統整體優化法。

　　信息分析綜合法是從信息的觀點出發，牢牢抓住事物的信息特征，分析事物間的相互聯繫，提示其本質規律，從而實現決策目標的完成。經過實踐檢驗，這一方法已經取得了大量的、卓有成效的成就。例如，1942年柏林的食品商店每天都將食品的價格寫在商店的標牌上，這對任何一位家庭主婦來說僅僅是“商品信息”，但羅斯福總統卻認為“柏林食品價格”是決定美國是否參戰的具有政治軍事意義的信息。他認為通過柏林食品價格的浮動，可以觀察到德國軍火生產對國計民生的危害程度，瞭解德國的國庫儲備、公眾情緒等情況。於是他命令美國駐柏林使館的武官不斷地向他報告柏林食品的價格，最後依此並綜合已掌握的其他信息做出了美國參戰的決策。

　　信息分析綜合法是信息分析法(解決認識問題)和信息綜合法(解決實踐問題)的結合。如果這種結合是有機的，就可使信息科學在很大程度上協助人類更有效地解決問題，延長人類的智力功能和體力功能，製造出人類各種各樣的替身(例如，機器人)，從而把人類從自然力的束縛下逐步、徹底地解放出來。在這個意義上，可以把信息科學說成是認識論科學。

　　行為功能模擬法是從行為的觀點出發，以行為的相似性為基礎，從功能上來模擬事物或系統地對環境影響的反應方式，是信息分析綜合法的一個重要發展和實用化。它告訴人們應如何進行信息的分析和綜合。這一方法常常又稱為“黑箱方法”。

　　所謂“黑箱”，就是指那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統，例如，人們的大腦只能通過信息的輸人輸出來確定其結構和參數。“黑箱方法”從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑，尤其對某些內部結構比較複雜的系統，對迄今為止人們的力量尚不能分解的系統，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。

　　“黑箱”研究方法的出發點在於：自然界中沒有孤立的事物，任何事物間都是相互聯繫、相互作用的，所以即使不清楚“黑箱”的內部結構，僅註意到它對於信息刺激做出如何的反應，註意到它的輸入輸出關係，就可對它做出研究。如果能設計出一個系統，在同樣的輸入作用下，它的輸出和所模擬對象的輸出相同或相似，就可以確認實現了模擬的目標。在此，信息的輸人就是一個事物對黑箱施加影響；信息的輸出，就是黑箱對其他的事物的反作用。事實上，人們在對信息進行分析和綜合時很少追求結構上的相似性。

　　系統整體優化法，即是從系統的觀點出發，著重從整體與部分之間、整體與外部環境之間的相互聯繫中，綜合考察對象，從而達到全面、最佳地解決問題的目的。

　　實踐證明，物質具有系統屬性，科學研究的對象都可以被看成是一個由基本要素組成的動態系統。在這個系統內外，不僅存在著信息的傳遞、交換，還包含對信息的處理和控制。與行為功能模擬法一樣，系統整體優化法也是信息分析綜合法的一個重要的發展和實用化。在對任何系統進行信息分析和綜合時，一方面要抓住功能的相似性，另一方面則要抓住系統的整體優化法，這是信息分析綜合法的兩個實施法則。只有遵循這兩個法則，才能做出最優的信息分析與綜合。

　　以上3種信息研究方法為複雜高級過程提供了極為有效的研究手段。眾所周知，複雜系統、高級過程一般都具有極其複雜的成分、結構、聯繫和行為。信息科學的方法論充分地考慮了這些情況，為有效地研究和解決這種複雜的事物提供了強有力的武器。