第八章 信息论 进化论 哲学
与许多人的科学哲学研究不同，笔者主要研究的不是科学的哲学问题，而是哲学的科学问题。这就是不仅探求哲学和科学相容，还力图通过科学研究解决哲学问题［1-14］。通过广义信息的研究，笔者对曾思考过的美感问题、色觉问题以及有关的哲学问题也有了更深刻的理解。本章便是回顾和总结。最后一节叙述有关有待探讨的问题。
8.1 关于另一种目的的哲学
有本书叫作《关于目的的哲学》［15］，其中目的指的是：人在进行活动之前就已经以观念的形式存在着的预期的行动结果。按照这种定义，上北京可以是目的，上大学可以是目的，打酱油可以是目的，实现共产主义可以是目的而且是最终目的。我们姑且称这种目的为理性目的。
这里我们要讨论的目的指的是人或动物的最终追求，具体说来就是引起各种快感——包括美感、崇高感在内的感性活动。象吃喝、婚配、游戏、跳舞、钓鱼、打猎、艺术欣赏、赢得荣誉…便可能是目的; 因为人可能追求它们只是为了它们本身而不拿它们作为其他目的的手段。 我们且称这类目的为感性目的。按照这种定义，上述理性目的都仅仅是手段，比如上大学和实现共产主义都是获得更理想的感性目的的手段。感性目的往往是本能的，持久的，不知不觉的；而理性目的往往是后天的，短暂的，明确认识到的。感性目的是理性目的的动因,理性目的往往反过来影响感性目的。后面“目的”皆指感性目的。
感觉可分两类，一类是仅提供关于客观事物信息的感觉,象颜色和声音感觉; 另一类是香臭，舒服痛苦，美丑等快与不快感觉——我们且统称它们为“感受”。前一类主要对认识发生作用，后一类主要对意志欲望发生作用；或者说前一类是通
信信号，后一类是控制信号。后一类常常伴随前一类产生。感性目的依赖于后者。
人的各种感性目的或者说各种快感功能是怎样在生物进化过程中和人的后天活动过程中产生发展的？这不只是个生物学问题，同时也是个控制论问题、行为科学或心理学问题。
关于人的后天目的的发展，西方人本主义心理学认为，人的需求分几个层次，人追求的是由生理到心理的依次满足，低级需求满足之后自然产生高级需求。而马克思调强人的需求是在实践活动中逐步产生发展的［16］；人在实践活动中不仅创造了对象，同时创造了能欣赏对象的感官［17］。笔者则把马克思的这种看法推广到生物学领域，认为不仅人的快感功能后天的发展如此，先天的发展也如此。
达尔文提出生命进化之树; Popper提出知识进化之树［18］; 这里我们提出目的进化之树。
人的目的就象是一棵大树，树根是生存，其他各种目的都是通过途径变目的方式产生发展的。吃喝婚配本只是生存的途径，途径变目的，这些感性活动本身便成了目的；围绕这些新的目的，跳舞、钓鱼、打猎等感性活动是途径，途径变目的，这些活动本身便可能成为人的享受。味觉快感功能促使人把吃某些食物由（生存的）途径变为目的，视听快感促使人把接近某些对象由途径变为目的。早期马克思的著作中就含有途径变目的思想［17］。
途径变目的也可以说成是手段变目的，但是和我们曾听到过的“手段变目的”不太一样。后者的含义比如: 民主主义革命是社会主义革命的手段，手段变目的… 这种目的是理性目的, 手段也是理性手段。
从控制信息论的角度看，快感不快感或感受取决于控制信息或有效控制量I(X; yj），现实的前进越和理想符合，则有效控制量越大，快感越强烈。反之，现实越接近人想要或需要回避的对象，负的控制信息越多，不快感越强烈。不是先有快感后有相应的需求，而是先有需求，后有相应的快感。根据这种解释，以下一些现象不难理解。
1) 一种活动能否使人产生快感，快感强烈与否和主观理想或愿望有关。这是因为行为结果越是合乎目的，控制信息量越大，反之亦然。
2) 原先越不满足，快感越强烈。这是因为控制信息不仅取决于现状，还取决于行为之前状况，后者往往更重要; 这和Popper强调的先验小概率命题的重要性是类似的。
人之所以采用这种途径变目的的方式，或者是自然之所以造就了人的这种途径变目的控制方式，是因为严格说来生存并不是人的目的，如果生存只有痛苦，毫无希望改变，人就宁可去死。只是一般情况下，基因在人追求人的目的的同时也有效地实现了自己的生存目的。
当然，人的快感功能也决不是完美无缺的，人类对烟酒鸦片嗜好的畸形发展说明人的感受功能还不能适应新的环境。但是人的感受功能会在自然选择过程中不断纠正错误，从不适应走向适应。
人和动物的这种途径变目的的控制方式在非生物界也有它的模型，这就是河流。Winer就曾把流向大海看作是水流的目的。现在我们可以这样看:水流流向江河是流向大海的途径，流向溪谷是流向江河的途径; 途径变目的，以至水流的目的就象是一棵大树。就象人的快感功能是在人的感性追求过程中不断发展的一样，自然界中河床也是在水流的冲刷过程中形成的。
人们曾陷入这种迷惑:生物学结论是，基因是自私的,自私的基因导致尔诈我虞的行为才是自然的; 可是人怎么会有助人为乐及同情等行为呢? 现在不难解释:只是由于途径变目的，才可能使得人的行为可能看起来远离基因的生存目的。这也并不是基因的缺陷，因为好的基因要使人的行为适合各种可能环境，避免负目的比接近正目的往往更重要; 极度自私的行为是冒险行为，象冒险的预言一样可能带来极大信息损失和前功尽弃; 而保守的策略能增加平均控制信息。
由途径变目的理论可得下面两个有意义结论:
1) 采用途径变目的控制方式将是赋予机器人行为动力的最有效方式;
2) 因为幸福无非是感受对时间的积分，要得到更多幸福,更重要的是要有丰富的感受能力或目的，而它们只能在不断追求的过程中产生发展。
8.2 崇高感和美感的信息论控制论意义
关于人的行为目的，曾有过法国功利主义和康德的先验道德论的对立。功利主义认为人的一切行为都是为了追求某种满足从而产生快感; 而康德认为，存在一种“道德行为”，人可能为了它自身而不为其它任何需求的满足［19］。康德所说的道德行为就是能产生崇高感的行为。美学上把这样的快感叫做崇高感：当你在（或默想自己在）险恶或苦难面前决不屈服,或以前无古人，摧枯拉朽的勇气面对自然时，你会产生一种悲怆感，这种感觉就叫崇高感［20］。康德声称这种道德行为超出任何自然规律，显示自然最终以人为目的。康德也由此从科学走向神秘。
崇高感为什么会产生? 从途径变目的理论的角度看，它也无非因促使人把不屈行为由途径变目的而产生。这样就容易理解为什么屡遭磨难而又顽强不屈的人才更容易产生崇高感; 虽然他们的低级需求可能并不满足。康德本人的苦难经历(出身微贱,自称幼年受到的待遇象奴隶一般) 和在科学和哲学上的伟大成就也正好说明了这一点(见康德年表［21］)。
在各种快感中，美感象崇高感一样，似乎特别难于理解。康德也对美感做过精辟分析，但对美感起因的解释却同样陷入神秘［20］。美感问题不仅是一个美学问题，而且也是一个生物学问题。达尔文就曾为生物美感问题大为不解［22,23］。
为了避免混乱，我们这里的“美感”指由视听活动引起的快感。当然，这是字面定义；哲学家们可以按自己见解给美感下不同的本质定义。但是，如果没有一致的字面定义，我们就不知所云。有人满足于说美感是美引起的快感，如果那样，我们永远也弄不清美感为什么会产生。
笔者曾经把美感解释为促进喜爱情绪的反馈信号，认为美感强度取决于过去的不满足［10］。现在从控制信息论的角度看，还应补充说，美感反映的是使现实符合理想——接近所喜爱的对象的控制信息，它促使人把在空间接近喜爱对象由途径变为目的。据此，越想接近且越不常接近或难以接近，则美感越强烈。当然，美感功能也有其先天性，但是先天性也无非是基因根据历史经验对现实的评价，它含有对象是否值得接近的信息。
美感使人迷惑的一个重要原因是人们总认为满足是快感的原因，而美感象崇高感一样一般并不伴随心理或生理上的任何满足,比如看见可望而不可及的意中人时。要解除迷惑就要放弃“满足是快感的原因”这一似是而非的观念，除非我们把看见听见或接近对象本身当做满足。
崇高感和美感的控制论意义可以从假设它们不存在时行为动力的减弱看出。
8.3 从信息论的角度看色觉机制的进化
历史上早期的朴素反映论者认为，色觉和它所反映的颜色是相似的。后来原子论者德谟克利特认识到，色觉是怎样的和人的感官构造有关，而和它们所反映的东西毫不相似。洛克虽然也肯定色觉和色光不相似，但是却肯定色光有使人产生一定色觉的能力。对于这种相似的东西或能力，康德也持怀疑态度，他曾尖锐发问：假设外物是象我们看到的那样存在着，我们为什么正好长有能按原样反映它的感官［24］？康德于是他提出自己的主观改造客观理论，并因而陷入不可知论。
到了上个世纪，Helmholtz在Young的色觉理论基础上建立了三色素色觉机制数学模型，在哲学上继承了德谟克利特和康德的看法，象列宁评价的那样［25］，一方面肯定了感觉的物质基础，另一方面又陷入了符号论和不可知论。
笔者也肯定色觉是符号，但是同时也肯定色觉系列是有结构的，不同色觉之间的相似关系在某种程度上反映了客观事物之间的相似关系，或者说不同色觉之间的差异含有关于客观事物的信息——这种信息只能用广义信息测度公式度量。这种看法可被称之为模拟符号论。
三色素理论认为人眼中有三种分别带有红、绿、蓝色素的细胞，分别对自然光中的长波、中波、短波敏感，不同色光只要对三种细胞的刺激相同，色觉就相同。彩色电视机就是根据这一原理制成的。
关于色觉的另一种由来已久的理论是Hering（黑林)的互补色(opponent colors)说，这种学说认为人眼中存在黑白、红绿、蓝黄三种色反应机制，两两对立互补。由此解释互补色现象（比如注视黄色色块之后会从白墙上隐约看出蓝色色块来）较为合理。现在流行的是试图统一两种理论的阶段论模型(zone model)。阶段模型有很多版本，但是都不能很好解释人眼色觉机制是如何进化来的，为什么色觉机制如此构造。
笔者提出的色觉机制译码模型也可以说是阶段模型的一种,这一模型中，三色素信号被看作三个模拟符号，三者作模拟或模糊逻辑运算就得出各种心理颜色信号量的大小。由这一模型可以直观地解释色觉机制进化［2］——人眼最初只有一种色敏感细胞(即各视细胞敏感曲线相同)时，只能产生21=2种色觉(黑白两种); 当色敏感细胞由一种逐步分为解为两种时，人眼就逐步产生22=4种色觉(加上蓝黄两种); 当色敏感细胞逐步分解为三种时，人眼就渐渐看出23=8种颜色(再加上红青绿绛)。由此解释色盲也非常方便。至少这一模型在理论上有相当的优越性。从颜色光学的角度来验证，它也不比加了许多修正参数的模型差［11］。这一模型引起争议之处是肯定互补色有黑白、红青、绿绛、蓝黄四对，象我们在电视机上看到的用于检验颜色的彩条那样，而不是三对。其实，认为原色或单纯色(unigue colors)不止四种(红黄绿蓝)也大有人在［26］。
确实，六种彩色中蓝和青、红和绛有些相似；但这只能说明色觉机制进化还不够完善，或者说色觉细胞还没有完全从两种分化为三种。从信息论的角度看，三个0-1码可以确定8个信源符号之一，如果只用来确定6个信源符号之一，则编码效率就降低了。关于色觉是类似的。换个角度说，原色越多，色觉分辨率越高，如果色觉机制是按最佳方式传递信息的，则它应该把三基色信号转换成8种不同色信号。由于视神经输出的互补色信号一般并不构成显然的两个或三个类别，究竟哪一种理论正确还有待进一步的生理学事实检验。
其实，笔者对广义信息论的研究就是起于色觉信息的考虑. 因为要考虑色觉分辨率怎样影响视觉信息，Shannon 信息论是不够的。新的信息理论清楚地给出了视觉分辨率和主观信息量的关系，这也是对色觉译码模型的支持。
8.4 颠倒色觉的逻辑可能性和感觉相对论
北美许多哲学家曾为颠倒色觉的逻辑可能性所困惑，以至得出许多悲观结论［8］。颠倒色觉的逻辑可能性是说：两个人天生色觉不同，甲相应红花绿草依次产生Ａ、Ｂ两种感觉；而乙相反，依次产生Ｂ、Ａ两种感觉；但是谁也无法知道自己和对方感觉不一样；这是可能的。看来肯定这种逻辑可能性已成定局。
如果这一逻辑可能性是成立的，那么朴素反映论——认为一种感觉和它反映的物性相似——就完全不能立足。另一方面，唯心主义、实证主义及其变种也将遭到致命打击［9］。贝克莱也好，马赫也好，逻辑实证主义者也好，他们都认为“红”、“绿”等词是按照感觉定义的。而颠倒色觉的逻辑可能性表明，感觉不同并不妨碍大家一致接受“红”、“绿”等词的定义，因而这些词并不是用感觉定义的，而是用我们手指的东西——色光或物体反射色光的性质——定义的。
笔者曾独立“发现”过颠倒色觉的逻辑可能性［1］，并得出一系列乐观结论（这也是消息闭塞的好处）。结论之一是：物理学中的相对性原理可以推广到哲学中来。
感官就相当于参照系，色觉就相当于坐标。按客观事物原样反映事物的感官——简称为标准感官——就象是绝对静止的空间。伽里略相对性原理是：在相对于绝对静止空间作匀速直线运动的参照系上无法察觉所在参照系的运动。类似地，关于感觉的伽里略相对性原理是：一个人如果具有和标准感官不同的感官，但能象标准感官一样分辨客观事物，则他无法察觉自己的感官和标准感官不同。
Einstein的狭义相对性原理是：所有相互作匀速直线运动的参照系完全等价，不可区分。相应的感觉相对性原理是：分辨率相同的感官完全等价，不可区分。
狭义相对性原理否定了绝对静止空间的存在；同样，相应的感觉相对性原理否定了标准感官的存在，同时也肯定了机器人的感觉和人的感觉有同样的“真实性”。
由颠倒色觉的逻辑可能性得出的另一个重要结论是：感觉中的客观内容唯有信息，反映论可以由此被改造得更加合乎科学。
8.5 反映论改造
由信息论，特别是新的信息论，我们可以得到一种改进了的反映论。它在以下几个方面与流行的反映论——它的某些方面来自对马克思理论的误解——不同或不完全相同:(1)反映的客观内容; (2)反映的定义; (3)关于认识世界和改造世界理论
的评价; (4)认识世界和改造世界的动力; (5)关于感觉和认识的工具论意义。
1． 关于反映的客观内容
朴素的反映论认为，感觉中的客观内容是它和客观事物的相似性。现在我们的结论是: 感觉(包括感受)中所含有的客观内容是关于客观事物以及客观事物和理想符合与否的信息。
在这以前，不少人曾提出信息反映论，即肯定感觉认识中的客观内容是信息。但是，这里的信息的含义是含糊的，它并不排除把一种感觉和一种物性之间的“相似性”当做信息；而按信息理论，无论是Shannon信息论还是广义信息论，这种“相似性”都不能称为信息，更不能定量描述。而现在笔者肯定的作为客观内容的信息是可以定量描述的信息。
肯定反映的客观内容并不排除主观理想或需求也是被反映的客观内容。由前面讨论，我们看到，美感和颜色感觉不同，就象控制信号和通信信号不同一样，前者和人的主观理想有关。可以说文学艺术是人类延伸了的感受机制; 文学艺术的反映也象人的各种快感功能的反映一样，它反映的是现实和理想的差距以及差距的变化。由此可以避免朴素反映论在文学艺术问题上的困境——不能解释“艺术发展和政治经济发展的不平衡”［27］，不能解释美的形象往往是现实中所缺少的。因为主观理想或需求是由途径变目的方式产生发展的，因而也具有客观性; 用某些人的话来说是历史的客观性或社会的客观性。
2． 关于反映的定义
人们总是习惯于把反映理解为照镜子式的反射，有人反对反映论也是因为这一原因。为此我们有必要给反映以严格的数学定义。可幸的是，数学上早就定义好的“映射”可以原封不动地搬来定义“反映”，即令：反映＝映射或模糊映射（参看3.4和3.8节)。通俗地说来，只要两类事物之间存在某种程度上的确定对应关系，相互提供信息，两者之间就存在反映。
3． 关于认识世界和改造世界理论的评价
关于认识世界理论的评价，笔者自然也肯定实践是检验真理的标准。但是却同时认为，重要的不是要检验理论的真，而是要检验理论向真的迈进，或者说检验理论提供信息的多少——这和Popper思想一致；信息应该成为评价理论进步的唯一标准。这样也就排除了逻辑真理——比如2+2=4的可检验性。
类似地，对于改造世界理论的评价，重要的是要看改造的结果是否向理想迈进，可以用控制信息测度度量。从长远看，人的感性目的的丰富多彩或者是人的幸福应该说是评价改造世界理论的标准。
4． 关于认识世界和改造世界的动力
有人声称认识世界改造世界的动力来自实践。这种看法虽然不错，可是太模糊，提供信息极少。
新的目的论支持这样一种动力论: 人类改造世界的动力是理想和现实的差距，或者说不满和需求; 关于认识世界的动力,从纵的方向来看是理论预测和观察事实的不一致性，而从横的方向来看是改造世界的需要。
5． 关于感觉和认识的工具论意义
由于过去的符号论导致了不可知论，于是遭到反映论者的拒绝; 新的符号论——模拟符号论——却不然，新的反映论兼容符号论。
由于过去的认识的工具主义观点认为科学理论是整理感觉或感觉材料的工具，否定它含有关于客观事物的信息，于是被反映论者所拒绝。而新的信息论支持这样一种工具论: 科学理论是预测事实的工具，预测信息越多，理论越好; 和朴素反映
论观点不同，它强调理论的主观选择意义。
现在我们可以这样回答康德提出的为什么我们长有这样的感官问题：确实，我们不可能按一种物性或自然光原样来反映它（其实谈不相对任何感官的“原样”就象谈不相对任何坐标系的速度一样是无意义的），但是感官可以通过符号( 即感觉)之间的差异反映物性之间的差异； 感官之所以有这种能力，这是因为这样可以更好区别不同事物，或者说因对生存有利而被自然选择所保留。
关于普遍必然规律的认识，康德有过类似质问: 假设有客观的普遍必然规律，我们怎么能认识到或怎么能通过经验归纳得出［24］? 我们的回答是：我们并不能准确无误地认识到某一必然规律而只能预测；我们之所以相信某些规律普遍必然是因为这些规律经受过严峻的事实检验，相信它们可以获得较多信息。
笔者相信，随着自然科学特别是信息论的进展，哲学基本问题将得到前所未有的澄清，唯物主义将得到更多的支持；非科学的或模棱两可因而缺少信息的哲学理论将成为历史陈迹。
8.6 有待进一步研究的问题
信息论，特别是广义信息论，涉及的问题很多。第五章讨论了广义信息测度用于线性预测的评价和优化，但是一般的求解方法还未完全解决。第七章定义了控制保质信息率函数,但一般的求解方法也未解决。此外，以下是一些看来有意义的有待进一步研究的问题。
有人曾提出信息力学，新的熵和信息测度是否有用？能否把它们代入描述经济、生物等系统的演化方程中去得到有意义结果？
笔者建立色觉机制模型使用的模糊编译码方法是二进制编译码方法的推广［2,11］。目前在遥感系统中，波段传感器光谱特性的选择尽可能使彼此的响应曲线互不重叠。如果仿照人眼色觉机制，就可以采用模糊编码方法选择传感器光谱特性; 响应曲线应有规律地部分重叠，这将使我们能由n 路光谱信号译出2n个色信号(可选择其中三个作伪彩色显示)，从而提高感觉关于物体波长特性的分辨率，在给定n 路光谱信号时得到更多信息。这一设想有待实践检验。
人们曾设想建造模糊计算机或连续逻辑值计算机。对于这样的计算机，如果要求数值连续，就一定要允许误差. 广义信息理论似可用于这种计算机编译码的优化。看来广义信息论中关于模式识别和预测的评价和优化方法对智能计算机的设计也有一定意义。
语义信息比如天气预报信息的度量要求语义来自统计——集值统计。关于怎样通过较少的统计得到较多词汇的语义，以及语义在不同环境下的变化，有待进一步研究。
G.J.Chaitin提出算法信息论［28］，说在输出符号或数字序列一定时存在最短程序长度，Godel不完全性定理可由算法信息论得到更简单解释。笔者以为，如果把输出要求看作信源，把程序看作编码，则最短程序就是最短码长。结合广义信息论似可求出近似计算限误差时的最短程序。Chaitin声称，计算时间和输出序列无关。前面提出的控制信息测度是否可以反映最短计算时间？
查有梁曾提出可从连续信源Shannon 信道容量公式推出一个较为一般的关系式，使得量子力学中的测不准关系是它在
C/(1＋M/N)＝1
时的特例［29］; 其中C是Shannon信道容量，M和N分别是信源信号功率和噪声功率。看来这只能证明测不准关系有时成立而不是必然成立；信息和测不准之间的关系问题还有必要作进一步研究。
生物遗传信息问题已经有过许多可贵努力，从新的信息理论的角度看，能否得出新的有益结论?
新的信息论能够度量谎言信息，这就为编制同时“用谎言导致敌人信息减少”的密码提供了理论依据。具体怎样编译码，有待进一步研究。
第八章参考文献
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