系統(tǒng)論、控制論和信息論簡介

 

　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在高度分化的基礎(chǔ)上，有著高度綜合的特點(diǎn)，一方面向深度發(fā)展，科學(xué)研究的對象越來越專一，科學(xué)分類越來越精細(xì)，新領(lǐng)域、新科學(xué)、新專業(yè)不斷產(chǎn)生；另一方面，各科學(xué)之間又相互滲透、相互交叉和相互移植而使得科學(xué)技術(shù)日趨整體化和綜合化。系統(tǒng)論、控制論和信息論就是科學(xué)技術(shù)整體化，綜合化的產(chǎn)物，這是二十世紀(jì)自然科學(xué)取得的重大成就之一，它是具有綜合特性的橫向科學(xué)，它溝通了自然科學(xué)和社會的聯(lián)系，改變了科學(xué)發(fā)展的圖景和人們的思維方式，并以其特有的新穎的思路，為科學(xué)研究提供了嶄新的方法，擴(kuò)大了人們研究問題的廣度和深度，實(shí)現(xiàn)了人類認(rèn)識史上由定性到定量認(rèn)識物質(zhì)之間各種關(guān)系的新飛躍，極大地提高了人類認(rèn)識世界、改造世界的能力。

　　因?yàn)橄到y(tǒng)論、控制論、信息論在科學(xué)體系結(jié)構(gòu)中的橫向科學(xué)的特殊地位，就決定了它在豐富和發(fā)展辯證唯物主義哲學(xué)方面、在促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方面、在解決一切復(fù)雜的科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會問題等方面，有著其他科學(xué)不可替代的重要作用。

　　系統(tǒng)論、控制論和信息論是三門科學(xué)，是現(xiàn)代科學(xué)前沿的新興“軟”科學(xué)群，它們各有不同的出發(fā)點(diǎn)和內(nèi)容，但它們是在同一歷史背景下，從不同側(cè)面研究同一個(gè)問題而產(chǎn)生的，其手段也有很多共同之處。與其他基礎(chǔ)科學(xué)不同，研究的對象既不是客觀世界中哪一種結(jié)構(gòu)，也不是物質(zhì)的某種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，而是從橫向綜合的角度，研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，從而揭示世界各種互不相同的事物在某些方面的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)特性，三者各成體系，但都應(yīng)用系統(tǒng)、控制、信息的基本概念、基本思想，互相交叉、互相借鑒，協(xié)同發(fā)展。

    系統(tǒng)論是把要研究和處理的對象看成由一些相互聯(lián)系、相互作用的若干因素組成的系統(tǒng)，研究系統(tǒng)就是尋求利用信息實(shí)現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)的途徑。顯然任何系統(tǒng)都離不開信息，因此研究系統(tǒng)就必須研究反映系統(tǒng)與環(huán)境、系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的聯(lián)系的不可缺少的要素信息。一個(gè)系統(tǒng)信息量的大小，反映系統(tǒng)的組織化、復(fù)雜化度的高低。而系統(tǒng)的運(yùn)行又離不開控制，對系統(tǒng)的控制同樣離不開信息。

    信息論研究如何認(rèn)識信息、控制論和系統(tǒng)論研究如何利用信息。

    控制論揭示了事物聯(lián)系的反饋原理，用以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制。

 

    一、系統(tǒng)論

 

　　1. 系統(tǒng)論的基本概念

　?、?什么是系統(tǒng)：處在環(huán)境之中相互作用和相互依賴的若干部分（因素）組成的具有一定結(jié)構(gòu)和確定功能的有機(jī)整體就稱為系統(tǒng)。

　　⑵ 系統(tǒng)的基本組成：現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為世界存在物質(zhì)（材料）、能量和信息三大要素。任何系統(tǒng)都是物質(zhì)、能量和信息相互作用和有序化運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。

　?、?構(gòu)成系統(tǒng)的條件

    ① 要有兩個(gè)以上的要素；

　?、?要素之間要相互聯(lián)系和相互作用；

　　③ 要素之間的聯(lián)系與作用必須產(chǎn)生功能。

　?、?系統(tǒng)的特點(diǎn)

　?、?是由若干部分(要素)以一定結(jié)構(gòu)組成的相互聯(lián)系的整體；

　?、?可分解成為若干基本要素；

　?、?整體有不同于各組成部分的新的功能；

　　④ 系統(tǒng)中存在著物質(zhì)、能量和信息的流通；

　　⑤ 系統(tǒng)有一定的環(huán)境，系統(tǒng)與環(huán)境又組成一個(gè)更大的系統(tǒng)。

　　2. 一般系統(tǒng)論的基本觀點(diǎn)

　　一般系統(tǒng)論是美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲創(chuàng)立的，一般系統(tǒng)論的基本出發(fā)點(diǎn)，是把研究對象作為一個(gè)有機(jī)整體來加以考察，以尋求解決整體與部分之間相互關(guān)系的模式，原則和方法。其基本觀點(diǎn)是：

　　⑴ 系統(tǒng)觀點(diǎn)

　　這是系統(tǒng)論的基本觀點(diǎn)，認(rèn)為系統(tǒng)整體功能大于部分功能之和。從一個(gè)系統(tǒng)中分解出來的部分，同在整體中發(fā)揮功能的部分是不同的。例如，在人身體上的眼睛，跟離開人體的眼睛其功能是大不一樣的。同樣人體不能看成是由驅(qū)體和五臟六腑的簡單相加，而是一個(gè)有機(jī)的結(jié)合，系統(tǒng)的性質(zhì)是不能僅用孤立部分的性質(zhì)來加以解釋的。還是取決于復(fù)合內(nèi)部各部分的特定關(guān)系。當(dāng)然一只鐘表并不等于一堆鐘表零件；一堆水泥、鋼筋；磚瓦也不等于一幢建筑物，由部分構(gòu)成的整體，就會有部分不具有的性質(zhì)和功能，例如人的雙眼視覺功能大大超過兩只單眼視覺功能簡單相加的總和，雙眼的視敏度比單眼高6－10倍，而且雙眼視覺能形成立體感，單眼則不可能。這就是通常所說的1+1>2。

　　⑵ 動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)

　　系統(tǒng)論認(rèn)為事物不是一成不變的，系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)變化的。

　　對于開放系統(tǒng)。系統(tǒng)與外界環(huán)境會不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量與信息的交換。穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)是維持動(dòng)態(tài)平衡，系統(tǒng)有相對穩(wěn)定的一面，它是系統(tǒng)存在的根本條件；另一方面，系統(tǒng)又是動(dòng)態(tài)的。我們應(yīng)該看到系統(tǒng)的現(xiàn)狀，也要看到系統(tǒng)的變化和發(fā)展，從而就能預(yù)測系統(tǒng)的將來，掌握系統(tǒng)發(fā)展的規(guī)律。這種觀點(diǎn)在科學(xué)決策中非常有用。

　　⑶ 層次觀點(diǎn)

　　一般系統(tǒng)論認(rèn)為各種有機(jī)體都按嚴(yán)格的等級組織起來，具有層次結(jié)構(gòu)。處于不同層次的系統(tǒng)，具有不同的功能。例如生物界是由生物圈－生態(tài)群－群體－人體－系統(tǒng)－器官－細(xì)胞－細(xì)胞器－生物大分子組成的一個(gè)多層次的系統(tǒng)。而系統(tǒng)論認(rèn)為系統(tǒng)由一定的要素組成，這些要素是由更低一層要素組成的子系統(tǒng)；另一方面，系統(tǒng)本身又是更大系統(tǒng)的組成要素，這就是系統(tǒng)的層次性。系統(tǒng)的層次越高，可變化和組合的可能就越復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)和功能就越多種多樣。

　　堅(jiān)持層次觀點(diǎn)，要求我們注意整體與層次、層次與層次之間的相互制約的關(guān)系。

　　3. 系統(tǒng)的基本特性

　　⑴ 整體性

　　這通?？杀硎鰹椤?b>系統(tǒng)整體不等于系統(tǒng)內(nèi)各部分的簡單相加”。這有兩方面的含意：其一、系統(tǒng)的性質(zhì)、功能和運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于它的組成部分的性質(zhì)、功能和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；其二、作為系統(tǒng)整體中的組成部分所具有的性質(zhì)、功能和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與它們脫離整體時(shí)有質(zhì)的區(qū)別。黑格爾指出：“割下來的手就失去了它的獨(dú)立存在，就不象原來長在身體上那樣。它的靈活性、運(yùn)動(dòng)、形狀、顏色等等都改變了，而且它就腐爛起來了，喪失它的整個(gè)存在了。只有作為有機(jī)體一部分，手才獲得它的地位。”

　　整體不等于部分之和，這不僅是從量的方面說的，更著重于質(zhì)的方面。氯化鈉的性質(zhì)不同于鈉，又不同于氯，而其咸味是鈉和氯都不具有的。由許多零部件裝配而成的飛機(jī)或火箭所具有的飛機(jī)特性，是各個(gè)零部件所不具有的特性。

　　美國在解剖蘇聯(lián)叛逃到日本的米格－２５飛機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其零部件并不是第一流的，但其爬高能力和速度卻是第一流的。這說明蘇聯(lián)飛機(jī)整體設(shè)計(jì)很合理。盡管系統(tǒng)要素并不一定是最好的，但系統(tǒng)功能卻是極其優(yōu)良的。相反，有些領(lǐng)導(dǎo)班子中個(gè)個(gè)都是精明干煉的能人，但因其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，整體領(lǐng)導(dǎo)作用卻不理想，勁不能使到一處去，顯然這不是一個(gè)好的系統(tǒng)。

系統(tǒng)的整體屬性與功能決定于什么呢?決定于三個(gè)方面:

    ① 組成系統(tǒng)的要素的性質(zhì)。如教學(xué)系統(tǒng)中教師和學(xué)生的素質(zhì)。

    ② 系統(tǒng)內(nèi)諸要素的數(shù)量和比例。如鐵碳合金，含碳量大于2.1%稱鑄鐵，小于2.1%稱鋼。

    ③ 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如碳元素可構(gòu)成金剛石，也可構(gòu)成石墨。

　　⑵ 相關(guān)性

    ① 內(nèi)部相關(guān)性

    這是指系統(tǒng)內(nèi)各要素之間是相互聯(lián)系，相互制約，相互依賴。往往某個(gè)要素發(fā)生了變化，其他要素也隨之變化，并引起系統(tǒng)變化。根深葉茂就是說的這個(gè)道理。這也是中醫(yī)辯施治的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。

    ② 外部相關(guān)性

    這是指系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境是相互聯(lián)系、制約和影響的。中醫(yī)學(xué)中“天人合一”的思想就反映了系統(tǒng)的這種特性。這種思想的運(yùn)用可開拓決策者的視野。對上海崇明島開發(fā)利用的決策過程就是一個(gè)很好的例子。

    ③ 結(jié)構(gòu)性

    這是指系統(tǒng)聯(lián)系是以結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)的，系統(tǒng)的整體功能是由結(jié)構(gòu)決定的，不同的結(jié)構(gòu)有不同的功能。所謂結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互聯(lián)系、相互作用的方式或秩序，即各要素之間的具體聯(lián)系和作用的形式。系統(tǒng)的內(nèi)部形式就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)內(nèi)部各要素的穩(wěn)定聯(lián)系，形成有序結(jié)構(gòu)，這是保持系統(tǒng)作為整體存在的基本條件，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是相對的。變化是絕對的，任何系統(tǒng)總要?jiǎng)討B(tài)地與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交流。

　　田忌賽馬，轉(zhuǎn)敗為勝的故事就很好地說明了系統(tǒng)的要素相同但由于結(jié)構(gòu)不同則得到不同的效果（系統(tǒng)功能）。給我們的啟發(fā)是在同樣的人力，物力，財(cái)力的情況下，如能安排得好，有合理的結(jié)構(gòu)，就能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

　　4. 現(xiàn)代系統(tǒng)論的發(fā)展

　　⑴ 耗散結(jié)構(gòu)理論

　　比利時(shí)物理學(xué)家普利高津1969年提出耗散結(jié)構(gòu)學(xué)說，回答了開放系統(tǒng)如何從無序走向有序的問題。該理論的觀點(diǎn)是：對于一個(gè)與外界有關(guān)物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，熵的變化可以分兩部分，一是由于不可逆過程，系統(tǒng)本身引起的熵增加，永遠(yuǎn)為正，另一部分是分系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量引起的熵流，可以為負(fù)。在孤立系統(tǒng)中無熵流，熵不會減少，而開放系統(tǒng)的有序性來自非平衡態(tài)。在一定條件下，當(dāng)系統(tǒng)處于非衡態(tài)時(shí)，它能夠產(chǎn)生、維持有序性的自組織，不斷和外界交換物質(zhì)和能量，系統(tǒng)本身盡管在產(chǎn)生熵，但系統(tǒng)又由于熵流同時(shí)向環(huán)境輸出熵。輸出大于產(chǎn)生，系統(tǒng)的總熵在減少，而向有序方面發(fā)展。這里“耗散”的含義是這種有序結(jié)構(gòu)是由于能量的耗散。系統(tǒng)只有耗散能量才能保持有序結(jié)構(gòu)。

    ⑵ 協(xié)同學(xué)理論

　　西德物理學(xué)家哈肯在1976年創(chuàng)立了另一種系統(tǒng)理論，稱為協(xié)同學(xué)。它研究各種不同系統(tǒng)從混沌無序狀態(tài)向穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的機(jī)理和條件。耗散結(jié)構(gòu)認(rèn)為，非平衡是有序之源，而哈肯通過許多實(shí)驗(yàn)，提出了多維相空間理論，認(rèn)為不管是非平衡系統(tǒng)還是平衡系統(tǒng)，在一定條件下，由于子系統(tǒng)之間的協(xié)同作用，系統(tǒng)會形成一定功能的自組織結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生時(shí)間、空間的有序結(jié)構(gòu)，達(dá)到新的有序狀態(tài)，揭示了協(xié)同和有序的因果關(guān)系，對解釋波動(dòng)現(xiàn)象及復(fù)雜事物的發(fā)展過程，作出了數(shù)學(xué)描述。該理論用“序參量”來作為系統(tǒng)有序程度的度量，并可以通過求解序參量方程來得到序參量的變化規(guī)律，也就系統(tǒng)從無序到有序的變化規(guī)律。因?yàn)閰f(xié)同學(xué)理論可應(yīng)用到無熱交換的領(lǐng)域，比耗散結(jié)構(gòu)理論又進(jìn)了一步。

　　⑶ 突變論

　　該理論是法國數(shù)學(xué)家托姆于1972年創(chuàng)定的。突變理論是用數(shù)學(xué)方法研究不連續(xù)現(xiàn)象，它認(rèn)為突變現(xiàn)象的本質(zhì)是在一定條件下，從一種穩(wěn)定狀態(tài)躍變到另一種穩(wěn)定態(tài)。因?yàn)橄到y(tǒng)的穩(wěn)定態(tài)是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定的。所以突變現(xiàn)象也可以看作是系統(tǒng)從一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)躍遷到另一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。突變理論正是以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究為基本出發(fā)點(diǎn)。具體方法則是從研究系統(tǒng)的勢函數(shù)的變化入手，建立突變數(shù)學(xué)模型來說明事物突變的本質(zhì)和規(guī)律，從而可預(yù)測突變將在什么條件下產(chǎn)生，又怎樣改變參數(shù)來促進(jìn)有利突變和防止不利突變。該理論已廣泛應(yīng)用于研究自然界、社會活動(dòng)及人的決策行為中突發(fā)質(zhì)變過程。此外，突變理論因應(yīng)用于耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同理論的定量研究，從而推動(dòng)了系統(tǒng)理論的發(fā)展。

　　⑷ 超循環(huán)理論

　　該理論是西德生物學(xué)者艾根1971年提出的，它是從生物領(lǐng)域入手研究非平衡系統(tǒng)的自組織現(xiàn)象。

　　⑸ 參量型系統(tǒng)理論

    該理論是蘇聯(lián)學(xué)者奧也莫夫提出的，他認(rèn)為貝塔得朗菲提出的一般系統(tǒng)是類比型系統(tǒng)理論。這種理論有其局限性。不可能確定一般系統(tǒng)特征的普通規(guī)律。他提出原始信息應(yīng)該用“系統(tǒng)參量”來表達(dá)，關(guān)通過電子計(jì)算機(jī)把大量的系統(tǒng)參量聯(lián)系起來，以確定一般系統(tǒng)的共同規(guī)律。

　　⑹ 泛系理論

這是由中國學(xué)者吳學(xué)謀創(chuàng)立的系統(tǒng)理論。著重研究事物機(jī)理中廣義的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化與對稱、泛對稱或泛系關(guān)系等有關(guān)的相對普適的一些數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。這是從集合論基礎(chǔ)發(fā)展起來的系統(tǒng)理論。其特點(diǎn)是把邏輯方法和系統(tǒng)方法有機(jī)地結(jié)合在一起了。

 

    二、控制論

 

    控制論是第二次世界大戰(zhàn)以來才發(fā)展起來的一門新興橫斷科學(xué)。從美國科學(xué)家維納1948年發(fā)表了<<控制論>>以來這門科學(xué)發(fā)展迅速，滲透到人類活動(dòng)的所有領(lǐng)域。幾乎涉及到科學(xué)技術(shù)的所有門類。這是研究各種系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)一般規(guī)律的科學(xué)?？刂普撘呀?jīng)經(jīng)歷了三代：經(jīng)典控制論、現(xiàn)代控制論和大系統(tǒng)控制論。

　　1、控制的實(shí)質(zhì)

　　所謂控制是指按給定的條件和預(yù)定目標(biāo)，對一個(gè)過程或一序列事件施加影響的作用?！?/p>

　　系統(tǒng)一般都是有若干個(gè)可能的狀態(tài)，控制的實(shí)質(zhì)就是在各種可能狀態(tài)中選譯一種。從信息角度看，控制是獲取信息、處理信息和利用信息調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所追求的目的的過程。所以信息是控制的基礎(chǔ)，而控制論就是研究對信息的處理利用。控制的作用就是要使系統(tǒng)可能的狀態(tài)數(shù)減少，即使不確定性減少，從信息角度看控制就是輸入信息，使系統(tǒng)有序性增加。

　　2、控制實(shí)現(xiàn)的三個(gè)條件　

　?、?被控制對象必須存在多種發(fā)展變化的可能性

　　這就是說我們要改變系統(tǒng)的狀態(tài)，那系統(tǒng)必須是可以改變的，即存在多種發(fā)展變化的可能性，否則就無法進(jìn)行控制，如光在真空中的速度是確定的，每秒299793公里，那可能性空間是單元素集合，那就無法控制。

　　⑵ 目標(biāo)狀態(tài)在各種可能性中是可選擇的。

　　如果所確定的目標(biāo)狀態(tài)在系統(tǒng)發(fā)展變化的可能性空間中是無法選擇的，那就談不上控制。另外該目標(biāo)必須包括在此可能性空間之中，否則也無法實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。

　　⑶ 具備一定的控制能力

　　這里控制能力是指創(chuàng)造條件改變系統(tǒng)可能性空間的能力。如果不具備一定的控制能力，即使系統(tǒng)有向目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的可能，但由于缺乏必要的條件，也不可能把這種可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性。

　　3、控制的手段和方法

　?、?反饋控制是控制的主要手段，其要點(diǎn)是用反饋的方法，使被控量的值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較的結(jié)果，對輸入值進(jìn)行修正，以達(dá)到被控量與目標(biāo)值一致的目的控制，無論是人有固定的體溫和血壓，導(dǎo)彈能自動(dòng)根蹤目標(biāo)，老鷹抓小雞還是駕駛汽車都是根據(jù)周圍環(huán)境的變化來控制調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的反饋控制實(shí)例。

　?、?信息方法：就是從信息方面來研究系統(tǒng)的功能，認(rèn)為系統(tǒng)借助于信息的獲取、傳遞、加工和處理，以實(shí)現(xiàn)目的控制。這種方法實(shí)際上是與信息論方法交叉的。

　?、?黑箱方法：在研究系統(tǒng)時(shí)，利用外部觀測、試驗(yàn)，通過輸入、輸出信息來研究黑箱的功能和特性，探索其構(gòu)造和機(jī)理的一種方法。例如中醫(yī)看病是通過“望、聞、問、切”等外部觀測，結(jié)合病人用藥后的反應(yīng)，分析病理，進(jìn)行診斷。對有生命活動(dòng)的系統(tǒng)和微觀世界的研究絕大部分也都采用黑箱戰(zhàn)略。

　?、?功能模擬方法

這種方法以系統(tǒng)功能和行為的相似關(guān)系為基礎(chǔ)，用模型模仿原型的功能和行為。它僅著眼于所分析的系統(tǒng)的功能和模擬它的外界影響的反應(yīng)方式，而不要求分析系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)制和個(gè)別要素，不追求模型的結(jié)構(gòu)與原型相同。例如用電子計(jì)算機(jī)對人腦的模擬，各種仿生學(xué)的研究等。

 

    三、信息論

 

　　美國貝爾電話研究所的數(shù)學(xué)家仙農(nóng)是信息論的創(chuàng)造者，信息論是研究信息的本質(zhì)及度量方法、研究信息的獲得、傳輸、存儲、處理和變換一般規(guī)律的科學(xué)。開始是為解決通迅中的編碼問題提出來的，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息論的概念和內(nèi)容已大大地豐富，其基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用都取得了巨大的進(jìn)展。已經(jīng)歷了狹義信息論、一般信息論和廣義信息論的不同階段，并將繼續(xù)豐富發(fā)展。

　　1、信息的本質(zhì)和度量

　　什么是信息？目前關(guān)于信息的定義，從不同學(xué)科，不同側(cè)面可得到幾十種不同的說法，至今學(xué)術(shù)界還未統(tǒng)一、甚至辭海中還未能列出這條詞目?？刂普搫?chuàng)始人維納是最早從理論上探討這個(gè)問題的學(xué)者。他認(rèn)為“信息就是信息，不是物質(zhì)也不是能量?！钡烤故鞘裁茨?？他沒有能回答，信息與物質(zhì)、能量的關(guān)系又是什么？他也沒有能回答。這個(gè)問題國內(nèi)外專家已爭論了幾十年，還未有公認(rèn)的結(jié)果。有的認(rèn)為信息是精神實(shí)體的特征，有的認(rèn)為信息是以“信息場”的形態(tài)存在的物質(zhì)，有的認(rèn)為信息是事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)能量序列；有的認(rèn)為信息是一種客觀而不實(shí)在的東西；有的認(rèn)為信息是一切物質(zhì)的普遍屬性，是系統(tǒng)的功能現(xiàn)象。有的干脆就認(rèn)為信息是事實(shí)和數(shù)據(jù)的組合或認(rèn)為信息是具有新內(nèi)容、新知識的消息，如情報(bào)、指令、代碼、語言、文字和圖象等。

　　我們認(rèn)為信息的根本特性則在于它的表意性，傾向于信息是事物屬性，是相互聯(lián)系和作用的表征。

　　信息是我們對真實(shí)世界的各種現(xiàn)象和客體進(jìn)一步認(rèn)識的依據(jù)。我們獲得某些信息，我們就認(rèn)識了信息所反映對象的某種屬性，也就是說，在未獲得這些信息之前，對該對象的那種屬性是不清楚的，確切地說，就是不確定的，而獲得這些信息之后，就消除了這不確定性，從這個(gè)角度講，信息是消除不確定的度量。信息如何度量呢?

    在獲得信息之前，如事先知道某個(gè)事件發(fā)生的概率為P₁。稱為先驗(yàn)概率；而在獲得信息之后知道該事件發(fā)生的概率為P₂。稱為后驗(yàn)概率。當(dāng)然 P₂ > P₁，那么獲得的信息量即為I = -Log₂(P₁/P₂)，信息量的單位為比特 ( bit )。

　　例如擲硬幣，擲以前我們知道正面向上的概率為0.5，擲以后正面向上的概率為1，那么獲得的信息量為

I = - Log₂ (0.5/1)=1 (bit)

由概率論方法即可確定平均信息量

                                                               n

       H= -P₁log₂P₁ - P₂log₂P₂ … -Pnlog₂Pn =-∑ P_i Log₂ P_i。

這里的公式與熱力字非等幾率熵計(jì)算公式

                             w

                                                   (s= ∑ P_i Ln P_i)。

                            n=1

在形式上是一致的。僅差一個(gè)負(fù)號和波耳茲常數(shù)。所以信息又可稱為負(fù)熵。這是不是巧合呢？還是這里面更深刻的內(nèi)在聯(lián)系呢？

　　實(shí)際上熵的信息量反映了兩個(gè)不同系統(tǒng)的不同的運(yùn)動(dòng)過程和方向。熵是熱力學(xué)概念，它標(biāo)志著一個(gè)系統(tǒng)的混亂程度，熵可以看成是對系統(tǒng)的無序狀態(tài)即系統(tǒng)的不確定度的量度，而信息量所反映的系統(tǒng)過程和方向與上述情況完全相反，它所描述的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程是由無序狀態(tài)向有序狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程。

　　信息量與熵在度量上的一致，信息量變化規(guī)律與能量規(guī)律在結(jié)構(gòu)上相似，既說明了信息與物質(zhì)和能量的不可分割的內(nèi)在聯(lián)系。又從新的角度反映上現(xiàn)實(shí)世界的物質(zhì)統(tǒng)一性。因此把熵和信息量聯(lián)系起來考察，把物理學(xué)與信息論結(jié)合起來研究，無疑將會大大深化人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識。

　　2、信息科學(xué)和信息技術(shù)

　　在信息論研究的基礎(chǔ)上，對信息的研究已大大深化，目前已發(fā)展成一門新的科學(xué)，稱為信息科學(xué)。這是跨越信息論、控制論、系統(tǒng)論、系統(tǒng)工程、仿生學(xué)、計(jì)算機(jī)和人工智能等學(xué)科的邊緣綜合科學(xué)。它的理論基礎(chǔ)是信息論和控制論。其技術(shù)途徑是仿生學(xué)和人工智能，其技術(shù)工具和手段是計(jì)算機(jī)、傳感器和各種通訊設(shè)備；系統(tǒng)論則為它提供了系統(tǒng)理論和方法，為如何達(dá)到最優(yōu)狀況找到了途徑。

　　凡是應(yīng)用信息科學(xué)原理和方法與信息作用的技術(shù)都稱為信息技術(shù)。這是指有關(guān)信息的產(chǎn)生、檢測、交換、存儲、傳輸、處理、顯示、識別、提取、控制和利用的技術(shù)。

　　其中最重要的是傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。這些都是新技術(shù)革命的主導(dǎo)性技術(shù)，代表了新的技術(shù)革命的主流和方向。

　　3、運(yùn)用信息方法的特點(diǎn)

　　(1) 信息方法是一種直接從整體出發(fā)，用聯(lián)系的、轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)綜合系統(tǒng)過程的研究方法。在對系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，首先根據(jù)對象與由它發(fā)出的信息之間某種確定的對應(yīng)關(guān)系，撇開研究對象的物質(zhì)和能量的具體形態(tài)，把研究對象抽象為信息傳輸和交換過程，以達(dá)到對復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的規(guī)律認(rèn)識。

　　(2) 對抽象出來的信息過程可作定性和定量的分析。

　  (3) 可運(yùn)用各種手段，綜合分析材料，建立相應(yīng)的信息模型。

　　(4) 可運(yùn)用信息模型來認(rèn)識信息過程，探索其內(nèi)在規(guī)律。

 

　　四、系統(tǒng)論、控制論和信息論的相互關(guān)系及發(fā)展趨勢

 

　　系統(tǒng)論、控制論和信息論從不同側(cè)面反映客觀世界的變化。信息論研究的是如何認(rèn)識信息和度量信息。而系統(tǒng)論和控制論是研究如何利用信息，系統(tǒng)論是利用信息來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化，控制論是利用信息來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有目的最佳控制，它們都用到系統(tǒng)、信息和控制等概念，三者關(guān)系極為密切。這三論的發(fā)展有統(tǒng)一的趨勢，很可能最后就統(tǒng)一為系統(tǒng)信息控制科學(xué)。三論還在繼續(xù)發(fā)展中，還遠(yuǎn)未成熟，但有一點(diǎn)是肯定的，三論已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的生長點(diǎn)，它已為研究動(dòng)態(tài)問題、復(fù)雜系統(tǒng)問題提供了新的認(rèn)識工具，為一切行為目的的通訊和控制系統(tǒng)找到了解決問題的有效途徑。