信息定义与信息本质 (1)
陈雨思
(四川大学,电子信箱 chenyusi5225@yeah.net)
2001年8月公布于 http://entropy.com.cn
[摘要] 本文从系统三象理论的信息、信息量、信息能的定义出发，引用钟义信的工作，对于现在比较有代表性的信息定义进行了评述。引用张学文的工作，对熵、信息和复杂性的统一问题进行了讨论。同时就信息、信息量、信息能的区分进行了论述。最后特别强调了信息能研究的重大意义。
[关键词] 信息定义；信息量；信息能；系统三象原理；同态学
[中图分类号] N941.4 ［文献标识码] A [文章编号]
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“信息”是当代使用频率很高的一个概念，也是很难说清楚的一个概念。由于很难给出基础科学层次上的信息定义。系统科学界曾下决心暂时不把信息作为系统学的基本概念，留待条件成熟后再做弥补。
在《系统结构与系统三象》、《从矛盾构成三要素到系统三象》等文章中，我们曾经通过对系统三象的分析而得到科学意义上的信息、信息量、信息能的定义：
信息是结构的表达；
信息“量”是结构的差异；
信息“能”是改变结构的能力。
这样的定义是否触及了信息的本质，它可能给系统研究什么启示，本文将来讨论这个问题。
一 . 关于信息定义
关于信息定义的讨论 ，钟义信在《信息科学原理》一书中对各种观点进行了归纳分析。这里我们引用他在此方面所做的工作。
到目前为止，围绕信息定义所出现的流行说法已不下百种。以下是一些比较典型、比较有代表性的说法。
(1) 信息就是信息，既不是物质也不是能量 (Wiener,1948) 。
(2) 信息是事物之间的差异 (Longo,1975) 。
(3) 信息是集合的变异度 (Ashby,1956) 。
(4) 信息是一种场 (Eepr,1971) 。
(5) 信息是系统的复杂性 ( 张学文等 ) 。
(6) 信息不是物质，它是物质状态的映射 ( 张学文等 ) 。
(7) 信息是事物相互作用的表现形式。
(8) 信息是事物联系的普遍形式。
(9) 信息是物质和能量在时间和空间中分布的不均匀性 (Eepr,1971) 。
(10) 信息是物质的普遍属性。
(11) 信息是收信者事先所不知道的报导。
(12) 信息是用以消除随机不定性的东西 (Shannon,1948) 。
(13) 信息是使概率分布发生变动的东西 (Tribes etal, 1971) 。
(14) 信息是负熵 (Brillouin,1956) 。
(15) 信息是有序性的度量 (Wiener,1948) 。
(16) 信息是系统组织程度的度量 (Wiener,1948) 。
(17) 信息是被反映的差异 ( УΛ cy Λ， 1968) 。
(18) 信息是被反映的变异度 ( УΛ cy Λ， 1968) 。
(19) 信息是被反映的物质的属性 ( 刘长林， 1985) 。
(20) 信息是被反映的特殊性 ( 鲁晨光 )
(21) 信息是与控制论系统相联系的一种功能现象 ( Укра u нчев ,1963) 。
(22) 信息是作用于人类感觉器官的东西。
(23) 信息是选择的自由度 (Hartley,1928) 。
(24) 信息是通信传输的内容 (Wiener,1950) 。
(25) 信息是加工知识的原材料 (Brillouin,1956) 。
(26) 信息是控制的指令 (Wiener,1950) 。
(27) 信息就是消息。
(28) 信息就是信号。
(29) 信息就是数据。
(30) 信息就是情报。
(31) 信息就是知识。
(32) 信息是人与外界相互作用的过程中所交换的内容的名称 (Wiener,1948) 。
(33) 信息是一种关系 (Longo,1975) 。
……
在对各种说法进行分析之后，钟义信提出了自己的信息定义体系，他写道：
在深入研究之后，我们发现，由于信息概念的复杂性，在定义信息的时候必须十分注意定义的条件。为了得到清晰的认识，我们应当根据不同的条件区分不同的层次来给出信息的定义。最高的层次是普遍的层次，也是无条件约束的层次，我们把它叫做“本体论层次”。在这个层次上定义的信息是最广义的信息，它的适用最广。然后，如果引入一个条件来约束一下，则最高层次的定义就变为次高层次的定义，而次高层次的信息定义的适用范围就比最高层次定义的范围要窄；所引入的约束条件越多，定义的层次就越低，它所定义的信息的适用范围就越窄。这样，根据引入的条件的不同，就可以给出不同层次和不同适用范围的信息定义；这些不同的信息定义的系列，就构成了信息定义的体系。
由此，钟义信提出了自己的信息定义体系：
本体论层次的信息，就是事物运动的状态和 ( 状态改变的 ) 方式。
认识论层次的信息，就是认识主体所感知或所表述的事物运动的状态和方式。
语法信息，就是主体所感知或所表述的事物运动状态和方式的形式化关系。
语义信息，就是认识主体所感知或所表述的事物运动状态和方式的逻辑含义。
语用信息，就是认识主体所感知或所表述的事物运动状态和方式相对于某种目的的效用。
先验信息：观察者关于某事物的先验信息是指他在观察之前通过某种途径所感知的该事物运动的状态和方式。
实得信息：在观察过程中，观察者关于某事物的实得信息，是指他通过观察所新感知到的该事物运动的状态和方式。
实在信息，是指该事物实际的运动状态和方式，这也是在理想观察条件下观察者所获得的关于该事物的全部信息。
上述语法信息、语义信息、语用信息、先验信息、实得信息和实在信息都是认识论层次上的各种信息概念。
进一步，如果我们不仅对观察者施加各种限制条件，而且对所观察的事物也规定一些限制性约束，那么，就会得到层次更低、适用范围更小的信息定义。例如，如果限定所观察的事物的运动方式是随机型的，就会分别得出概率性的实在语法信息、概率性的先验语法信息、概率性的实得语法信息等等；如果限定所观察的事物运动方式是半随机型的，就会分别得到偶发性的实在语法信息、偶发性的先验语法信息、偶发性的实得语法信息等等；如果限定所观察的事物的运动方式是确定型的而运动状态是模糊的，则可以分别得到模糊实在的语法信息、模糊先验语法信息、模糊实得语法信息等等。类似的情形也适用于语义信息和语用信息。
总之，对观察者、观察对象 ( 即“事物” ) 以及观察过程的性质等等都可以规定各种不同的条件，于是就可以得到层次高低不同、适用范围大小不同的各种信息定义或概念。
钟义信和所有其他人的定义都从不同侧面揭示了信息的各种特性，可以在不同场合应用。从系统三象理论得出的信息定义并不是与这些定义相对立的。如果我们将所有关于信息定义的观点集中起来，做为一个集合，然后在这个集合中来寻找一个不动点。即寻找信息定义观念集中的不动点。那么，我们将得到一个信息定义，这个信息定义就是从 系统三象得出的信息定义。
现在从“信息是结构的表达”这一基本定义来对于前述信息定义进行分析。
首先对于钟义信的定义进行一些分析。
钟义信定义的优点是用“事物运动的状态和方式”来定义信息，因而具有很大的普遍性，而根据约束条件来定义信息的层次和规范信息，已经触及到了系统参照系问题，这也是很有价值的。
应该指出，钟义信的定义是涉及到了结构的。如他有一个与结构相关的具体定义：本体论层次的信息，就是事物运动的状态和方式，也就是事物内部结构和外部联系的状态和方式。
但是，钟义信定义的着眼点，不是“结构”而是“状态和方式”。在谈到前述定义 (6) 、 (7) 、 (8) 时，钟义信指出：“信息概念不单是关系问题，也包含事物自身的状态问题”。
钟义信定义含义比较宽。“事物运动的状态和方式”包含了物质、能量、信息、时间和空间等，虽然这些都与信息相关，但是，信息应有独立性，信息独立性正在于它是表达“联系”的，它是以表达“联系”的资格而与物质、能量相并列。
同时，除考虑主体、客体，还应考虑结构间的相互表达。例如生物体内亦有信息传递。
对于其余三十多条定义，都可以从“信息是结构的表达”这样一个定义中得到合理的解释。现简单评述如下∶
1. 信息就是信息，既不是物质也不是能量 (Wiener,1948) 。（定义 1)
评述∶在诸多信息定义当中，维纳的定义是很重要的。其重要性就在他指出构成系统要有三个要素，即物质、能量和信息。
物质、能量和信息分别从不同侧面反映了系统三象性质缺一不可但又相互联系。
2. 信息是物质的普遍属性。（定义 10)
评述∶此处物质似乎不是指具体物质，而是指物质一般。信息的确是物质的普遍属性，但这里没有指出信息是物质的什么普遍属性。在哲学上，信息可以说是关于物质联系的“普遍属性”，但作为科学上的信息定义则是不够的。
3. 信息是事物联系的普遍形式。（定义 8)
评述∶此论正确，但是，仅仅把信息定义为“事物联系的普遍形式”，仍嫌不够，因为把联系孤立起来，就不能够完全反映信息概念的复杂内涵。还应考虑“联系”与差异、相互作用和“相互表现”的关系。
4. 信息是一种关系 (Longo,1975) 。（定义 33)
评述∶关系可以说是联系，此与定义 8 同。
5. 信息是被反映的物质的属性 ( 刘长林， 1985) 。（定义 19)
评述∶此与定义 10 同，但是，这里触及到了“相互表现”和参照系问题。
6. 信息是被反映的特殊性 ( 鲁晨光 ) 。 （定义 20)
此 定义是综合定义 12 、定义 3 、定义 15 、 定义 19 而得到的。与 申农说法 ( 信息是用以消除随机不定性的东西 ) 不同的是， 特殊性不局限于随机现象，更具有普遍性。作者有公式∶不相似性 + 偶然性 = 特殊性，也许特殊性还有内容，如灰色性；“随机不定性”很难与价值相联系，而特殊意味着可能有价值，故特殊性可与价值相联系 , 从而与信息意义相联系；另外，特殊性可以从各个角度量化描述。从特殊性角度看信息，可以对结构进行表达，而更重要的是特殊性涉及价值和意义 , 即与信宿相联系，也就是与信息作用相联系，与信息能相联系。在本文后半部分讨论了信息能之后，其意义就更清楚了。
7. 信息是事物相互作用的表现形式。（定义 7)
评述∶这是指信息作用或信息能。确切说来应是联系的相互作用 ( 或结构相互作用 ) 。
8. 信息是事物之间的差异 (Longo,1975) 。（定义 2)
评述∶此指信息量，而量与质是相关的，没有差异就没有结构，也就没有信息。因而信息量是结构的差异。
9. 信息是被反映的差异 ( УΛ cy Λ， 1968) 。（定义 17)
评述∶这是关于信息量的较完整叙述。考虑了 ( 结构 ) 差异，又考虑了参照系。但前提必须放在“结构”上。
10. 信息是集合的变异度 (Ashby,1956) 。（定义 3)
评述∶这里启示我们用集合观念来描述结构，用集合变异来描述信息量。
11. 信息是物质和能量在时间和空间中分布的不均匀性。（ Eepr, 定义 9)
评述∶这里启示我们信息与物质、能量在时空上的对称破缺有关，这是结构存 在的内在条件。
12. 信息是被反映的变异度 ( УΛ cy Λ， 1968) 。（定义 18)
评述∶此与定义 (17) 相似。
13. 信息是选择的自由度 (Hartley,1928) 。（定义 23)
评述∶自由度与差异、变异度相关。此对于从发展的角度认识信息有帮助。
14. 信息是作用于人类感觉器官的东西。（定义 22)
评述∶与人相关的信息是信息的一个大子集，但不是信息的全部。
15. 信息是人与外界相互作用的过程中所交换的内容的名称。（定义 32)
评述∶此与 (22) 类似。
16. 信息是用以消除随机不定性的东西 (Shannon,1948) 。（定义 12)
评述∶这是基于信宿来讨论信息。这里有一个大原理，即信源与信宿存在的信息的对应问题，这也是联系，即信息转换联系 ( 在一点重现另一点新选择的符号 ) 。不定性是不对应，不对应即有信息。不定性是结构不定性，随机性是结构， Shannon 信息实质上是随机性结构的表达。由于信宿对信息的反应是十分复杂的，故由 Shannon 定义引发了信息定义大讨论。
17. 信息是收信者事先所不知道的报导。（定义 11)
评述∶与定义 (12) 相似，但不强调随机性。
18. 信息是使概率分布发生变动的东西 (Tribes etal, 1971) 。（定义 13)
评述∶这是信息作用或信息能的表述，与定义 (11) 、 (12) 有内在联系。
18. 信息就是信号。（定义 28)
评述∶信号是最基本的结构，并且是表达的结构。
19. 信息是与控制论系统相联系的一种功能现象。（Укра u нчев ，定义 21)
评述∶此是从控制系统基点看信息，不是普遍的信息定义。功能与信息能相关。
20. 信息是控制的指令 (Wiener,1950) 。 ( 定义 26)
评述∶这与定义 (28) 相似，但强调“控制”。与信息能相关。
21. 信息是有序性的度量 (Wiener,1948) 。（定义 15)
评述∶信息与联系对应，而有序是联系的一种形态，只有特定的信息才能反映有序性。特定的信息量才能度量有序性。
22. 信息是负熵 (Brillouin,1956) 。（定义 14)
评述∶如果特定信息能描述有序性，也就具有“负熵”的功能。
23. 信息不是物质，它是物质状态的映射 ( 张学文等 ) 。定义 6)
从把熵理解为“状态的丰富（复杂）程度”的思想看 ( 见后文 ) ， 此定义与 “信息是结构的表达”的 定义 几乎一致。
24. 信息是系统的复杂性 ( 张学文等 ) 。（定义 5)
评述∶此是说信息量反映了结构的复杂程度。因为信息量是结构的差异，信息量大 , 意味着差异类型多；而差异类型多，结构必然复杂 , 故信息量必与系统复杂程度成正比。
25. 信息是一种场 (Eepr,1971) 。（定义 4)
评述∶联系无处不在，故也可以说是个场。
26. 信息是系统组织程度的度量。（定义 16)
评述∶此与定义 (15) 、 (14) 类似。
27. 信息是加工知识的原材料。（ Brillouin, 定义 25)
评述∶此是说与人的知识相比较的初级形式信息。知识是结构，故知识也是信息。
28. 信息就是消息。（定义 27)
评述∶此与定义 (11) 类似。
29. 信息就是数据。（定义 29)
评述∶这是从实验、观察的角度看待信息。
30. 信息就是情报。（定义 30)
评述∶这是情报学意义上来看待信息。
31. 信息就是知识。（定义 31)
评述∶这与 定义 (25) 相联系，是从不同角度看信息。
研究信息的定义，不是一个思辨的问题，而是一个对于信息的科学本质如何认识的问题。这个问题的解决，对于系统科学发展，具有决定性的意义。