专集

杨鸿智 · 2005-6-24 22:43:51

第65篇贝塔朗菲谈对神经系统的系统论分析
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
说明：
这里转贴贝塔朗菲的书《生命问题》中第三章第7小节中的一段：第117—122页
　　19世纪著名神经病学家创立的传统的神经中枢和反射理论，试图把神经系统分解为具有确定功能的装置的总和，也试图将类似的动物行为分解为在这些结构中发生的可分离的过程。这样，脊髓被看作为按分节的次序堆积起来的反射装置的支柱。其次，延髓包含许多反射中枢，也包含重要生命活动的自动中枢，这些自动中枢的功能不需要外界的刺激，诸如呼吸中枢，它刺激呼吸运动；血糖中枢，它控制心搏；血管舒缩中枢；等等。最后，脑也显现为许多中枢区域的总和：大脑皮层的运动区，它对应于体肌的个别部分，控制它们的随意运动；感觉区，它代表了不同感官有意识的知觉的装置；联想区，它具有比较高级的智力功能，尤其是记忆和学习的功能都在这些区内。
　　有关神经系统的反射、神经中枢、定位的理论，是以大量实验和临床的事实为基础的。可是，有其他人们熟知的事实，表明神经系统内有大量的调节能力，因而与这个理论有着明显的差别、例如，由面神经变性引起的麻痹，临床上采用将副神经或舌下神经（N．accessorius or hyPoglossus）的纤维移植到面肌的方法，是可以治愈的。过了一些时候，病人又能够控制他的面肌，虽然补给的神经是非常规的。或者就按绍尔布鲁赫（Sauerbruch）法所做的修复术而论，博在残肢上的假肢可以由屈肌的正常活动而伸展，也可以由伸肌的活动而弯曲。这类经验表明神经和中枢并不是不可改变地和机器式地固定为某一种功能。贝特（Bethe）、冯•布登布罗克（von Buddenbrock）和其他人做的许多实验都表明了这点。例如，昆虫、蜘蛛和蟹的移动特点是所谓交叉缓行。就是说，在某个步骤中，先是左边的腿移动，其次是右边的腿移动，再次是左边腿同时向前移动，随后的步骤是，左右腿以相反的顺序移动。如果其中一些腿被截除，那它马上就会重建交叉缓行，而不需要经过一段时间的学习。当然，这时剩余腿活动的协调性，是与正常腿的活动不同的。因此，腿的活动不可能取决于某种固定的控制机制，而必定取决于作为一个整体的周围神经系统和中枢神经系统的状况。
　　于是，我们发现了传统的中枢理论所依据的事实与这些中枢神经系统调整机制的事实之间的一种对抗。后者也具有重要的临床意义，因为它们表明了神经系统受扰动后有可能修复的根据。本作者想在这里重述自己早期的一些陈述（冯•贝塔朗菲，1936年，1937年），因为这些原初在机体论概念基础上形成的陈述，已被最近的研究所充分验证了。因而这些事实极好地表明了机体论概念作为一种作业假说的价值。
　　传统的反射和中枢理论把中枢神经系统看作为许多孤立的个别机制的总和。不管怎样，如果这种理论不是根据成年人的经验提出的，就不可能产生这种概念。事实上，我们在很大程度上找到了中枢神经系统的各个部位与一定功能之间的固定关系。破坏腰椎神经会引起膝反射功能的消失，损坏脑的视觉中枢会造成脑皮层盲；刺伤呼吸中枢会引起呼吸活动的停止由此导致死亡；等等。另一方面，临床上和实验上有关调整的事实表明，这种固定关系不是绝对的，不能简单地把神经系统看作许多固定的反射装置的总和。无论如何，当我们考察中枢神经系统的系统发育和个体发育状况时，便会理解这种对立关系。于是，我们发现可以应用逐渐机械化原理来说明这种现象。中枢神经系统从机械化程度较低的状态发展到机械化程度增高的状态，这里它在很大程度上好像表现为许多固定机制的总和，虽然这种机械化绝不是完全的，正如调整现象所表明的那样。我们可以在脊椎动物的系列中看到神经中枢在系统发育过程中的逐渐固定。在最低等的脊椎动物中，只能发现很少的、不确定的神经中枢（盲鳗属，赫里克［Herrick 1929年］）。猴的运动神经区域远不如类人猿那样明显地确定。用电刺激类人猿脑皮层的某些点，可以引起手指孤立的活动；猴子则不是这样（谢灵顿［Sherrington，1907年」）。相似地，中枢神经系统的个体发育表明，并不像传统图式所假定的那样，局部反射是原有的；相反地，这些局部反射是从整个躯体或较大的躯体诸部位的原始运动中定形起来的。这在极为不同的物种诸如美西螈、猫、鸟和人的胚胎中得到了证明（例如，科格希尔［Coghill］，1930年；科罗尼奥斯［Coronios」，1933年；赫里克，1929年；库奥［Kuo」，1932年）。
　　因此，可以勾勒出如下的神经系统发育的图像。它最初状态在很大程度上表现为一个具有均等潜能的系统，然后某些部分逐渐地获得越来越特化的功能。这相似于发育的状况：胚胎最初是具有均等潜能的系统，然后逐渐确定造器官形成的区域，这些区域固定地具有一定的功能，并且只能产生出一个单一的器官。相似地，一定的反射弧也是从作为一个整体的躯体的原初运动中分化出来的。然而，它并没有完全丧失执行其他功能的能力。甚至传统理论不得不假定有“副中枢”存在，当主中枢（诸如脊髓中呼吸中枢和血管中枢）不再起作用时，副中枢就起作用。因此，这些中枢没有明显的限定部位，但它们的功能却在一定程度上由中枢神经系统的较大的诸部位执行的。然而，在正常状况下，每种功能是由“我们所知道的最好的”部分控制的。如果这些“控制部分”遭破坏，那么其他诸部分可能接替这些功能，虽然这些接替部分的效能较低。心脏功能的例子可以最令人信服地说明这个原理。在正常情况下，窦房结（心房中起心跳起搏器作用的系统）是控制部分，它调节心搏。当完全的心脏传导阻滞妨碍窦房结的活动时，房室结（在心房与心室之间的边缘）接替这种控制功能，心博活动才得以继续进行，尽管心搏是以原田淳节律（Tawara－rhythm）的缓慢速率进行的。最后，甚至希氏束（His’bundle）（心脏起搏器系统的最后分支）也能引起心搏。相似的原理显然适用于神经系统。感觉器官，神经中枢和效应器器官之间的协调活动，导致了一定的反射通路的建立，这些反射通路通常以固定的和机器似的方式对相应的刺激作出反应。但是，这种特化并不是绝对的，并且神经系统显示出可调节性，因为它的原初均等潜能在发育期间虽受到限制但并没有完全丧失掉。
　　临床上和实验上有关神经系统调节的证据表明，神经系统各个部分的功能取决于作为一个整体的系统的实际状态，取决于与外周器官（感官、肌肉）的关系。因此，在失去一条腿或几条腿的甲虫和蟹中，神经系统内的协调依赖于剩余腿的数目和排列状况。如果器官被非常规神经所补充，那么反射通路和神经中枢的功能可能会改变。但是，完整无损的动物的反应也不只是由某个确定的神经中枢的作用单独地决定的，而且在不同程度上还由作为一个整体的神经系统的状态所决定。由于这个原因，许多反射只能在除脑动物身上清楚地显现出来，而不能在完整无损的动物身上表现出来。在未受损伤的动物身上，这些反射受到作为一个整体的神经系统内的相互作用的深刻改变。可是，如果各个部分的功能依赖于整个系统的状态，那么，就会得出这样的结果，即：反应的协调性不是或不完全是由固定的排列决定的，而是受作为一个整体的系统内的动力学规律支配的。
《论坛反应与交流》
《博客论坛 -> 哲学与心理》
starsoul：思想前沿，内容精采。不过想提个建议：楼主何不做个后现代医学的博客，不是更方便保存和阅读么？

杨鸿智 · 2005-6-24 22:44:28

第66篇贝塔朗菲谈整体及其部分
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
说明：
这里转贴贝塔朗菲的书《生命问题》中第五章第1小节：
1．整体及其部分
　　断言“整体大于其部分之总和”即整体与其组成部分相比较，它具有“新”的性质和活动方式，以及事物的高层次可否“还原”为低层次的问题，是每个“综合整体的”理论或“统一整体的概念”的实质。显然，这里所包括的两个陈述就其本身而言是正确的，但它们是对立的。
　　一方面，等级秩序中的每一个系统，从基本的物理单位到原子、分子、细胞和有机体，都显示出新的性质和活动方式，它们不能仅仅根据从属系统的性质和活动方式的累加来理解。例如，当金属钠和氯气化合形成氯化钠时，后者的性质就不同于这两个组分元素的性质；相似地，活细胞的性质完全不同于组分蛋白质的性质，等等。
　　另一方面，根据低层次解释高层次，这正是物理学的任务。因此，化合价是由原子而产生的，随后，化合物是由不同的原子的结合而产生的，同样地，不同的化学性质是由原子外层电子壳的有效电子数产生的。相似地，分子内部原子的空间排列解释了由化合物形成的晶体的构型。化学结构式在很大程度上解释了被认为是“非累加”的典型事物的真正性质，例如，碳氢化合物特有的颜色（化合物由本身无颜色的元素组成），它们的味道、药效作用，等等。由此而出现了被设想的高层次相对于低层次的“非累加性”真正意味着什么的问题，以及在多大程度上高层次可以根据低层次得以解释的问题。
　　对这些问题的回答是简单的。高层次的性质和活动方式是不能根据孤立所得的它们组分的性质和活动方式的累加作出解释的。可是，如果我们知道这些组分的集合和各个组分之间存在的关系，那么高层次是可以从这些组分中推导出来的。
　　当然，纯粹的累加，比如说许多C、H、O和N原子的累加，并不能提供有关化合物分子的足够知识。这是显而易见的，例如，同分异构现象，当化合物由相同的原子以不同的排列方式构成时，会产生不同的性质。相反地，如果我们知道了结构式，那么分子的性质是可以从它的部分即组成的原子得到理解的。这同样适用于每个“整体”。即使我们把电导体各个部分中的电荷加合起来，也并不能发现整个导体中的电荷分布，因为电荷分布依赖于整个系统的构型。如果我们已知各部分的参量和整个系统的边界条件，那么，电荷在整个系统中的分布状况就可以“从各部分”中推导出来。
　　这些陈述是浅显的。为了认识某个给定的系统，不仅必须了解它的各个“部分”，而且必须了解各个部分之间的“关系”，每个系统表现为一个“整体”或格式塔（p.192），这些自明之理，只是因为机械论假设在生物学中的滥用而成为问题和争论的触发点：机械论只考虑“部分”，忽略了“各部分之间的关系”（pp 10ff．）。
　　然而，这里仍有一个问题。这个问题最好用一些例子来说明。理想单原子气体的原子，起初被机械的热理论看作服从力学定律的物质微粒。后来，在卢瑟福（Rutherford）的模型中，原子仿佛是一个行星系统，在这个系统中，带着正电荷的原子核像太阳居于中央，负电子像行星围绕原子核旋转，这个系统受电力控制而存在，符合质子数等于电子数的定律。玻尔（Bohr）以后的原子模型表明，解释放射现象还需要引进量子条件。最后，当我们转到原子核时，电力就不够了。作为自由粒子的质子带有正电荷。然而，原子核由质子和中子结合而构成，虽然质子在原子核中由于它们带有（同种）电荷而相互排斥。因此，如果一个质子处于原子核中，会受到核力的作用，这种核力被解释为交换力，而为了要理解原子核，就必须考虑这些核力。另一个例子是：经典化学赋予每个原子以一个确定数目的化学价，用图示符号表示为H－，－O－，，等等。当一个原子与另一个原子化合时，化合价就达到饱和。实际上，这些基本的化合伙在传统意义上对有关化学的化合物已经足够了。然而，它们还不足以解释诸如结晶、大分子化合物、内聚性，等等；更确切地说，原子确实显示出另外一些力，人们称之为第二类化合价、晶格力或范德瓦耳斯力。随后，人们用现代电子理论和量子理论解释这些力。就所有这些事例而言，要把新的现象包括到物理学理论中去，就必须对原有的物理学图像进行修改和精炼，正是这些工作构成了物理学的进展。
　　物理学和生物学中所谓机械论概念的基本假定是，所有现象都可以用一套预先确立的定律加以解释。这是拉普拉斯（Laplace）精神的理想，按照这种理想，所有事件都可以还原为“原子的运动”，即还原为力学定律，而定律又被看作是终极的定律；因此，科学的演进只是在于将这些基本的定律应用到所有现象领域中去。但是，事实上物理学的进展却向人们讲述了不同于上述观念的、更加激动人心的故事。电动力学决不能还原为力学，量子物理学也决不能还原为经典物理学。要概括诸现象的新领域，尤其是组织化现象的新领域，就得运用综合的方法，这种方法能使原先分离的领域融合为一个整合的领域。但是，如果仅仅应用本段开始所说的原理和简单地从低层次推导出高层次，往往是做不到这点的。相反地，只有当这些原理和推导方式包括进普遍化的理论中时，它们才会获得新的面貌。
　　以上所说的可以在实在论或认识论意义上加以解释。按照实在论的解释，可以说，在每个系统中，更高层次的力是潜在地存在的，可是只有当该系统变成更高层次结构的组成部分时，例如，如果质子成为原子核的部分，如果共价键链靠“经典”的化合价结合在一起参入多糖类胶粒，如果一个蛋白质分子成为具有自我复制功能的基本生物单位的部分，等等，这种潜在的力才会显示出来。
　　但是，这种实在论的或形而上学的解释弄错了科学的含义。“力”并不是某些物理结构中固有的形而上学的属性，物理学引进“力”的概念是出于说明和计算现象的需要。“力”的含义具有直观模型的性质。真正重要的事情，是形式关系，是自然定律的系统。然而，自然定律系统是趋向统一的，即从尽可能最少的基本假设出发推导出许多特殊的定律。为了达到这个目标，必须在科学演进的历程中不断地改变和重新形成基本的假定。
　　当我们思考有关物理学定律与生物学定律之间关系的许多有争论的问题时，必须记住以上这些论述。
《论坛反应与交流》
《博客论坛 -> 哲学与心理》
starsoul：请问杨先生这是一本书的内容吗？若已出版的话我想买来看。

杨鸿智 · 2005-6-24 22:45:08

第67篇贝塔朗菲谈生物学定律和物理学定律
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
说明：
这里转贴贝塔朗菲的书《生命问题》中第五章第2小节：
2．生物学定律和物理学定律
　　因机械论这个术语可作多种解释，生物学中有关“机械论”的讨论，受到很大妨碍。本作者例举了（1932年）七种不同含意的机械论，可能这些例举并不是详尽无遗的。“机械论”这个术语的明确含意是“非活力论”，即排斥那些不能作科学研究而只能通过拟人化的移情方式加以想象的因素。在这个意义上，“机械论”与自然科学是同义的，因而科学的生物学必需是“机械论的”。可是，就比较狭窄的定义而言，就有许多分歧的意见。某些“机械论者”，诸如比宁（Bunning）（1932年）同意把特殊的生物学定律看作一种过程的事件。其他的机械论者（格罗斯［Gross」，1930年）认为机械论本质上排斥特殊的生物学定律，或者以同样的口气断言：承认特殊的生物学定律，则是与机械论相对立的“活力论”的观点（文茨尔「Wenzl］，1937年）。
　　显然，这里有三种不同的可能性和问题需要加以区分。它们是：（1）生物学是否只是物理学和化学中已知定律的应用领域；（2）如果不是这样的话，生物学定律是否可以最终还原为物理学定律和从物理学定律中推导出来；（3）生物学定律是否具有像物理学定律一样的逻辑结构。
　　生物学，就其是一门描述性科学而言，与物理学的明显差别是自主性问题，这种差别总是存在的，因为生物学的研究对象有其独特性。分类学、解剖学、形态学、胚胎学、生物地理学、古生物学、生理解剖学、生态学、系统发育，不会成为物理学的分枝，即使在遥远的将来也是如此。这不是因为生物学定律是否反映自主性的问题——这个问题与这些领域无关——而是出于这样一个简单的理由：生命世界中的形态和现象的数量之多是非生命世界中的形态和现象无可比较的。例如，描述性的矿物学已成为物理学和化学的附属学科，因为几乎所有的矿物学问题可以由矿物的化学（矿物化学）的、矿物的形态学（结晶学）的和矿物的物理学（晶体物理学）的性质得到说明，而纯粹的描述，例如整理各种不同的玛瑙或长石，已逐渐淡化。但是，区分恶性疟疾蚊子与无害的蚊子，区分蛙的与人的血液循环系统，蜥蜴类动物的系统发育——这样的事只能对之描述。康德（Kant）梦想未来生物学领域中出现的牛顿，也许有一个公式，运用这个公式，各种蝴蝶双翼的图案就可以通过遗传学分析和发育分析的方法，从一个基本的模型中推导出来。但即使如此，他也不愿去描绘几万种蝴蝶双翼带有细小花点的图案，因为要做这种工作，他就必须至少拥有与几万种蝴蝶同等数量的助手，这样做毕竟是不值得的。甚至，这样一位未来的动物学家会默认像在今天分类学文献中发现的以动植物俗名语言所下的定义。必须强调，生物学中这种非物理程序是无论如何不限于词的狭义的单调描述的。实际上，确定一系列生物类型（比如脊椎动物颅骨类型）的形态学比较，详尽揭示脊髓中的通路和反射的解剖生理学研究，对人的系统发育的研究，以及大量的类似问题，都是以特定的生物概念，诸如“类型”、“器官”、“系统发育系列”等等概念为基础的；它们包含了一个有序系统，我们把这个有序系统带进扑朔迷离、多种多样的现象世界，正像理论物理家用数学计算处理多种多样的物理现象那样。
　　正因为我们提倡精确的、理论的和定量的生物学，我们不得不指出在“精确”科学中表述为“定律”的东西，只代表了实在的一小部分。甚至最伟大的物理学家当他的帽子被疾风吹跑在街上时，他会跟在后面追赶，这时，他不关心热的理论，也不能计算变化无常的风的旋涡，虽然他确信旋风是服从分子运动论的。他理学家和气象学家并不怀疑地壳和大气现象的形成是以物理学定律为基础的，而肯定不是由隐得来希幽灵造成的。然而，这些领域中的无数事物，是不能一古脑儿挤压进一个公式的，而只能加以描述，这里单凭经验的方法必定代替物理学的演绎法。像数学生物学家那样，我们尽最大努力使有机形态服从于精确的定律。比如说，我们感到极为高兴的是，发现了系统发育中脊椎动物颅骨的变化遵循异速生长定律（pp.99f，138）。但是，正因为我们知道的太充分了，以致于只有一小部分现象才可能用“精确”的方法理解。两个颅骨不仅可以根据测量和计算所得的它们大略的比例不同而加以区分，而且可以根据它们大量的特征加以区分，这些特征只能用口头语言进行描述，甚或只能被形态学家受过训练的眼光注意到，但他几乎不能用词表达。
　　从这个意义上说，生物学决不会“同化为”物理学，它显然处于与物理学相对的“自主性科学”的地位。这种看法超出了“生物学机械论”的问题，而且完全与这个问题的任何结论无关。生物学机械论问题只与有序的一般特征有关，对这些有序的一般特征，我们可以用“定律”的形式作出陈述。
　　生物学负有确立生命界所有层次的系统定律或组织定律的任务。这些定律似乎在两个方面超出了无生命界的定律：
　　1．有机界存在着比无机界更高的有序和组织层次。就大分子有机物质的构型而言，甚至就诸如病毒和基因那样的基本生物单位的领域而言，我们提出了远远超出无机化合物的结构定律的问题。
　　2．生命过程如此复杂，以致于我们运用与作为一个整体的有机系统有关的定律时，不能考虑个别的物理－化学反应，而必须使用某个生物学序列的单位和参数。例如，如果我们要研究动物完整的新陈代谢，就不能顾及中间代谢过程中数量惊人和极为复杂的反应步骤；相反地，我们应当计算平衡值，确定所有这些通过氧的消耗、二氧化碳的产生或热量的产生而进行反应的全部产物。这是临床上确定基本代谢惯用的诊断方法。当我们想要确立新陈代谢或生长的定律时，这种方法也同样适用；这里，我们也必须使用表示无数物理－化学过程的大量结果的常数。用这种方法，我们有可能阐明若干精确的并可在一个理论中作演绎的总定律（p137）。相似地，遗传学不计算物理过程，而计算生物单位，例如基因，载有基因的染色体，植物和动物的群体，在这些群体中可以观察到易于辨认的性状在连续世代中的分布，等等。以这种方式，遗传学形成了一个具有令人赞叹的精巧和严格的统计定律系统。而且，群体动力学理论，就其生态学方面（福尔特拉、德安康纳及其他人）和其遗传学方面（哈迪［Hardy］、赖特等）而言，是数量生物学中最先进的领域之一。当然，这个理论个能以物理－化学单位的术语加以陈述，而只能以生物个体的术语作出陈述。这类定律很大程度上已在生物学的若干分支学科中确立起来了，并且表明统计定律的未来发展，将使生物学成为一门精确科学。这些定律不是“物理的”，因为它们涉及的是那些只存在于生物学领域内的单位有关；但在充分发展的生物学领域中，由这些统计定律形成的理论系统具有与物理学的任何领域相同的逻辑结构。
　　定量定律的效果是明显的。理解定量定律对于控制自然确实具有最重要的意义。正是由于人们确立了精确的定律并能预测未来事件，现代技术才有可能取得发展，人们才有可能控制非生命界。相似地，生物学定律的确立将能使我们越来越多地控制生命界。
　　人们通常断言，数量生物学定律的陈述包含着把生物学还原为物理学和化学。这种看法几乎不值一驳，因为数学是能普遍应用的工具，因而它能应用于任何领域，比如可应用于社会学或心理学，也可应用于物理学或化学。
　　对生物系统作分析处理和综合处理之间存在着一种互补性。或者我们能够从有机体中挑选出个别过程，从物理－化学方面作分析，这样我们将会忽略极其复杂的整体；或者我们能够陈述作为一个整体的生物系统的若干总定律。但这样做，我们就不得不放弃从物理－化学上确定个别过程。
　　第一程序是生物化学、生物物理学和生理学所通常使用的方法。然而，经验表明，这种研究方法并不能揭示“有生命”的基本特征。生物学文献不断重唱这样一种老调：尽管人们对有机体中有关的物理－化学因素作了广泛的分析研究，但并没有把握生物学特有的问题，这些问题有待于“将来研究”。例如，对渗透性的物理－比学因素的研究导出了这样的结论：这些因素并不能充分解释活细胞中物质的输入和输出，除了“物理渗透性”之外，还假设有一种调节的“生理渗透性”（赫口）或细胞的“腺样”活动（科兰德［Col-larder」），；这显然是一种把调节因素加到物理－化学过程中去的半活力论概念。正确的解释可能是一种渗透性的系统理论（冯．贝培朗菲，1932年）：在活的、进行新陈代谢的细胞内所发现的物质，有序地和有规则的变换，似乎受存在于作为一个整体的有机体环境中的诸因素的集成所支配。——根据胶体化学对原生质的解样，无法说明原生质为什么是“活的”问题，即为什么它不像无生命的胶体系统那样达到平衡态，而是保持自身于连续的变化、不断的分解、合成和再生的状态之中的问题。——甚至有关细胞和有机体中发生的个别化学反应的最详细的知识，也不能解答刚才提到的有机体新陈代谢的基本问题，即有机体在其组分变化中保存这种过程的自我调节和协调的问题。但是，有机体作为稳态反应系统的理论，可以说明这个问题（cf下卷）。——现代科学研究已揭示了组织者作用和基因依赖物质（gene-dependent substances）的化学性质。可是，发育和遗传问题自然转向反应复合物的另一方面问题，即对这些因素作出反应的底物的组织问题。人们在对实验的单性生殖作了大量研究之后，卵的活化作用这一实际问题，即除了在渗透性、胶体状态。呼吸等中的物理－化学变化之外，各种物理－化学因素在形成新的有机体的令人惊异的过程中实际上怎么起作用的问题，还未解决。这种思考并不怀疑分析研究的必要性，分析研究是从理论上洞察控制生物现象的因素的基础，同样也是具有最大实际效果的领域（诸如酶、激素和维生素、化学疗法等领域）的基础。但是，这些思考确实表明，分析程序需要对于作为一个整体的有机体及其总定律的研究作为一种互补。
　　于是，我们可以用下述方式解答前面提出的第一个问题（p.151）：生物定律不只是物理－化学定律的应用，相反地，我们在生物学中拥有一个特殊定律的领域，这并不意味着在活力意义上的二元论进入生命活动领域。而是表明生物学定律与物理学定律相比，是一种更高层次的定律（cf.pp172ff）。第三个层次由社会学领域构成。
　　

杨鸿智 · 2005-6-24 22:45:45

现在来谈第二个问题：生物学定律是否能最终“还原”为物理学定律。物理学的演进趋向于更加广泛的统一，虽然还没有完成这种统一，但在原则上使我们期望整个物理世界可能是由少数几种终极元素和基本定律构成的。根据少数的物理常数，例如普朗克量子，质子和电子的质量，光速，等等，再加上有关的基本定律，首先可以推导出原子结构和元素周期系。从这些原子结构和化学元素周期系中又可以推导出多种多样的化合物，晶体，刚体等等，直到行星系和星系。几乎毋庸置疑，物理学定律和生物学定律两大领域的融合最终是会实现的。因为，从科学的逻辑观点看，以前分离的领域的综合是科学发展的总趋势。另一方面，从经验的观点看，业显微形态学、病毒等领域，在无生命界和生命界之间形成了连结的环节。可是，这种基本假设并不排除首先确立生物层次上的定律的必要性。同时还有可能，甚至在某种程度上已得到证明：生物学问题和生物学领域的确切内涵，将导致物理学概念和定律系统的扩展。回想一下开放系统理论中的热力学概括吧，它好像与迄今被人们认为是基本的物理世界的原理（诸如趋向于最大无序的原理）相矛盾的。由于热力学似乎是经典物理学中的达到完美的一个领域，所以这一点就更加引人注意。因此，唯有科学自身的演进将表明，以何种方式能够达到综合。
　　数字和量度支配着数学物理学领域，指读数则是数学物理学的最终基础。在生物学中，定量定律的陈述也是一项重要的工作，而且我们看到，甚至可以在有机形态这样的诸领域中发现这些定量定律。然而，看来有一系列特殊的生物学问题，对之进行处理的数学工具还有待于人们创造。许多最基本的生物学问题不是量的问题，而是“模式”、“位置”、“形状”的问题。
　　例如，在有机体的等级秩序中（pp.37ff.），重要的不是量的问题，而是低层次与高层次的关系、集中化等等问题。在形态发生活动中（pp.62f），重要的问题既不是细胞数目，也不是形成物的数量与质量的关系，而是它们相对位置的变化；例如，当器官形成时，原肠胚表面扩展的各个器官部位或“区域”，在以一定的方式开始收缩的过程中，在胚胎中获得一定的位置和形状，等等。我们可以测量形态发生中按一定空间方位发生的变化。就形态发生的变化基于相对生长而言，我们发现它们受简单的异速生长规律（p.138）的支配。这样，系统发育和个体发育的变化，例如马科的颅骨的增大，可以用简单的公式表达。可是，形状的变化当然不是单维的，而是按照多维空间中的许多矢量发生变化的、如果我们运用德阿尔西•汤普森（d’Arcy Thompson）的变形方法，这种变化能再次得以表达。比如说，始祖马的颅骨投影成矩形的笛卡儿坐标系，通过这个坐标系的变形，它可以变形为现代马的颅骨；在这变形过程中，出现的诸中间形态相当于马科进化的系统发言诸阶段。可是，这仅仅是一种描述的方法，它并没有告诉我们有关决定变形的定律。我们想要知道的，并不是有关几个可测矢量的方程，而是一种整合定律，该定律会向我们表明，为什么从始祖马到现代马的转变，相对于其他的、数学上可能是无数的转变而言，是唯一在这进化系列中实际发生的转变。
　　就我们所能考察的范围而言，这些问题与拓扑学和解析部位（analysis situs）有一定关系；这就是说，它们涉及到流形（mani-fold）内的关系问题。它们好像是群论的部分问题，因为在方程系统的变换中出现了下变量问题。我们也可以考虑到数理逻辑的发展，正像伍杰将数理逻辑应用于生物概念的定义。最后，一般系统论（pp.199ff）在未来发展中具有重要的地位。这些问题有共同性，但它们的共同性不在于数量的性质，而是涉及到有序与位置的关系。
　　人们通常把“数学”等同于“关于量的科学”。就数学演进及其在物理学中的应用的一般历程而言，这种看法是正确的。可是，从广义上说，数学包括了所有的有序的演绎系统，而且像刚才指出的，还存在“非定量”数学的某些萌芽阶段。在这个意义上，几位作者（冯•贝塔朗菲，1928年，1930年；伍杰，1929年，1930－1931年；贝文克，1944年），以及其他后继者加尼达姆和沃丁顿（Wadding-ton），已考虑到这种可能性：非定量的或格式塔的数学可能对于生物学理论具有重要的意义。正如贝文克所指出的，这种非定量的或格式塔的数学可能是这样一种数学系统，在这个系统中，正像在极好地适合物理学需要的普通数量数学中那样，并非量的概念，而是形式或有序的概念才是基本的。
　　物理学的例子暗示，在新领域中，往往必须发展与之相适应的数学，而这种数学通常是新的和前所未闻的，例如，波动力学的矩阵理论就是这样的事例。
　　“当我们想到，处理物理学中的最基本系统必须要有数学的全新发展，发展要求数学物理学家作出最大的努力，看来仅仅应用常规的物理学和物理化学要想充分处理自然界中最复杂的系统——有机体，那是不可能的。只有通过生物学家、理论物理学家、数学家和逻辑学家的紧密合作，生物学的数学化才能实现”（冯•贝塔朗菲，1932年。）
　　当然，这是“未来的音乐”，只是想要指出有待于未来几代生物学去完成的任务。总之，科学史证明，科学的进步在很大程度上取决于适当的理论抽象和符号体系的发展、正是解析几何和微积分进展，使经典物理学有可能取得进步。相对论和量子理论是与非欧儿里德几例学、傅立叶（Fourier）分析，矩阵演算等等的发展相联系的。化学是随着化学分子式语言的发明而取得发展的。相似地，遗传学是靠孟德尔巧妙的抽象观念和他创造的符号体系而成为一门精确的学科。另一方面，在像发育生理学那样一些领域中，还缺乏严格的理论，是因为它们还没有发现必要的抽象概念和符号体系。
　　这样，有可能按以下思路对第二个问题（p.151）作出解答。正像前面说明的（pp.149f），新领域向物理学合并，往往不是通过一定原理的单纯外推而实现的，而是以这样的方式达到的：起初是新开拓的领域的自主发展，通过最后的综合，使原先的领域也拓宽了。化学不是通过牛顿力学应用于原子而发展起来的。最初，创造出大量新的和特殊的构造概念和定律，最后达到统一，在此期间，原子从质点转变成复杂的组织。生物学“机械论”预先假定一系列关于自然界的物理学定律，这些物理学定律只有正确地被应用于生命现象，才能对生命问题作出解释。但是，并不存在这样的定律系列，因而，在物理学与生物学两个领域进行最后的综合之前，我们不能预言物理学的概念系统将需要何种扩展。
　　对第三个问题（p.151）的解答是明确的。所有科学的任务都是要作出“解释”。通过解释，我们理解到特殊对于一般的从属性，反之，又从一般推寻出特殊。因此，科学的确定形态是假说－演绎系统，即这样一种理论构造：在这个理论构造中，可以通过引进特定的条件，从一般陈述中推导出能够得到经验检验的结论。在一定程度上，使用本国语言就能做到这一点。可是，由于词的歧义性，以及这些词按照句法结合起来并不严格遵循逻辑演绎的规则，因而会给假设－演绎系统的精确性带来一定的限制。因此，只有当具有明确的和固定意义的符号按照同样明确的游戏规则连接起来时，才能达到科学的要求。数学可称得上是这样的系统。在这个意义上，康德关于每一自然学说只有达到像数学那样的程度，才能称得上是真正的科学的看法，是正确的。因为数学正是人们可获得的关于实在的最高理性化形式。正是由于这个原因，现代物理学的数学形式主义，经常受到人们责难，并导致它的构造物的非直观比特征，其实，它既不是任意性的，也不是规避窘境，而是科学进步的必然伴随物。可是，数学理论形式用符号反映实在是否恰当，我们不能先验地告知，而只能由经验来断定。确实，就这方面而言，现代物理学不是没有发生令人惊异的事情。如果牛顿被告知物理学基本定律不采取含有严格因果意义的微分方程形式，而采取矩阵和概率功能的形式，他可能会昏厥的。但是，未来生物学定律系统无论采取什么形式，甚至它包括目前我们只能模糊地猜测的结构定律，它将具备逻辑演绎的特征，具备“数学”的特征，也将具备像物理学一样的形式特征。
　　　
《论坛反应与交流》

《丁香园>医药生命科学动态跟踪》
biodna丁香园超级版主：谢谢杨鸿智教授对本版的支持与信任！为您建立了一个专辑：杨鸿智教授《后现代理论医学》专题介绍
http://www.dxy.cn/bbs/post/view?bid=116&id=1717460&tpg=1&ppg=1&sty=1
若题名不妥，您自己可修改。中国需要这样积极的思考。

杨鸿智 · 2005-7-1 21:28:28

第68篇  信息论（1）—《信息论》的创始人申农
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
一  概括介绍
克劳德•艾尔伍•申农是美国数学家，美国全国科学院院士。信息论的创始人。1916年 4月30日生于美国密歇根州盖洛德城。1936年在密歇根大学毕业获理学士学位，1940年在麻省理工学院获理学硕士和哲学博士学位。1941～1956年间任贝尔电话实验研究所数学研究员。1956年到麻省理工学院任教，先后担任客座教授、教授，1958年后为终身教授。1957～1958年间还担任过斯坦福行为科学高级研究中心的研究员。1956年当选为美国全国科学院院士。他是美国无线电工程师学会和美国数学会的高级会员。曾获电气和电子工程师学会(IEEE)的诺布尔奖，美国无线电工程师学会的利布曼奖，富兰克林学会的巴兰坦奖章(1955)，美国全国研究协会奖(1956)和哈维奖。香农在1948年发表《通信的数学理论》，1949年发表《噪声中的通信》。这两篇著名论文奠定了信息论的基础。1949年发表《保密系统的通信理论》，使他成为密码学的先驱。他在1956年与J.麦卡锡合编的著名论文集《自动机研究》是自动机理论方面的重要文献。他的博士论文《关于类的古典布尔代数方法在电工开关系统研究中的应用》，是数字控制系统和计算机科学的先驱工作。
克劳德•艾尔伍•申农是创造了信息时代的巨人之一。约翰•冯诺伊曼和阿伦•图灵等人发明了计算机，让信息处理成为可能，而克劳德•申农则提出了现代的信息概念。如果高科技行业仿照拉什摩尔山雕筑四大伟人的头像的话，克劳德•申农定会出现在其中。完整的信息论科学肇始于申农1948年发表的一份论文，时年32岁的申农是贝尔实验室的一名研究员。文中，他说明了怎样定义并准确量化一度还很模糊的信息概念，指出了各种信息媒介之间必然的联系：文字、电话信号、无线电波、影像等等通讯交流方式，都能够编码为一种二进制的通用语言——比特，这也是“比特”（ｂｉｔ）一词第一次出现在文字上。申农认为，信息一旦数字化，将实现无差错的传输。申农在概念上实现的巨大飞跃直接引致了ＣＤ技术的发展和成熟，他所描绘出的是一幅“数字时代的蓝图”。
二  发现的乐趣
　　
对申农来说，他所做的一切都应充满乐趣，他的研究和发现不过是一种获取乐趣的方式。“克劳德喜欢大笑，喜欢构想那些反传统的事物。”贝尔实验室退休的数学家大卫•斯莱比安说道。50年代，斯莱比安曾是申农的同事。数学对于申农来说，就像魔术师手里的戏法道具。斯莱比安说：“他常常会转上一圈然后突然从一个你想不到的角度解出答案。”要说起戏法，申农的确有个保留节目——夜里骑着独轮车穿过贝尔实验室长长的走廊，手里还一边玩着杂耍。在家里的时候，申农把空余时间都花在了制作各式各样奇形怪状的装置上，比如：用罗马数字来进行计算的“Ｔｈｒｏｂａｃ”计算器，能从迷宫里找到出路的机器鼠“Ｔｈｅｓｅｕｓ”。还有“极端机器”，这是一个在侧面上安置了一个巨大开关的盒子。拧开这个开关后，盒子的盖子会慢慢打开，一只机械手从里面伸出来，伸到开关那里去关上开关，然后再慢慢缩回去，最后这个盒子又恢复到了初始的关闭状态。幼时的申农非常喜欢组装飞机模型、收音机电路、无线控制的船模，甚至电报装置。1932年进入密歇根大学时，他就毫不犹豫地选择了电机工程专业。1936年毕业后，申农在学校的布告栏上瞥见了麻省理工学院（ＭＩＴ）提供半工半读机会的广告，于是便直接进入了ＭＩＴ，一面攻读电机工程学硕士学位，一面给ＭＩＴ副校长、工程系系主任范尼佛•布什做实验助理，给布什照看微分分析器。这个由大大小小的齿轮滑轮组成、几乎占据了整个房间的机械系统，被视为那个年代最强大的计算装置。
三  划时代的研究
　　
在研究中，申农发现，这台分析器复杂的电路控制是通过上百个相联系的中继开关实现的。申农逐渐意识到，电路开关能够实现逻辑运算：当电路上有一个开关时，这个开关的闭合就相当于逻辑上的“是”“非”判断；当电路上串连着两个开关时，就形成了逻辑上的“与”关系，也就是说，当这两个开关同时闭合时，“电流可以从该电路通过”这一陈述为真；当电路上并连着两个开关时，就意味着当任何一个开关闭合时，电流可以通过电路，这就是逻辑上的“或”运算。显然，此前人们从来没有意识到这一点，于是申农决定将其作为他硕士论文的题目。几乎整个1937年，申农都在研究这个问题。后来申农在一次采访中说，他“这一生中从没获得过如此多的乐趣”。
　　申农发表了论文《中继和交换电路的符号分析》。他在论文中证明了逻辑代数中的真值和假值可以用数字1和0来表示，这就意味着，中继电路可以进行二进制运算，于是申农写道：“通过中继电路实现更为复杂的数学运算已成为可能。”在这篇著名的论文中，申农还画了一个能够进行二进制加法运算的电路图。更为重要的是，申农还指出这样的电路甚至能根据预设条件作出判断，比如“当数字Ｘ的值等于数字Ｙ的值时，进行Ａ操作”。申农又画了一幅图，表明了当且仅当几个按钮依照不同的顺序按下时，一个中继电路能够将一把锁打开。这一发现的深远意义在于，判断能力已不再是人类特有的财产。它激发了人工智能研究领域的灵感，申农也成为了这一领域中的研究者们共同的膜拜对象。同时，能够进行判断操作的电路也成为了二战后数字计算机诞生的契机。这就是申农于1938年发表的这篇论文被奉为二十世纪最伟大的论文的原因。才二十多岁的克劳德•申农，为十年后现代计算机的出现做了杰出的预见。这十年间，随着技术的发展，最初的电机开关演变成了只有显微镜下才看得见的蚀刻在硅片上的晶体管。
　　在范尼佛•布什的鼓励下，完成了硕士学业的申农决定继续攻读数学博士学位。仅仅在一年半之后，申农就顺利拿到了博士学位。1940年春天，毕了业的申农加入了贝尔实验室。不久，美国政府为了备战，申农被调到军队里去进行防空火力系统和密码的编写与破译的研究工作。尽管如此，申农依然有时间继续自己的工作。在贝尔实验室的工程师拉尔夫•哈特利的协助下，申农开始考虑如何使用同一种方式来传输不同讯息，以及通讯信道在受瓶颈限制和噪音干扰客观存在的情况下，如何才能保证讯息传输的准确性。1943年，申农找到了问题的答案。然而，奇怪的是，他似乎并不急于将新发现与人共享。他当时身边最亲密的合作伙伴也丝毫不知道他正在研究的正是其后令世人震惊的信息论。“当时的我更多地受到了好奇心的驱使。”1987年，申农接受采访时说道，为了发表而写作实在是一个“痛苦”的过程。但最终，在1948年的《贝尔系统技术》杂志的7月号和10月号上，申农还是发表了其具有划时代意义的论文《通讯的数学理论》。　　申农的理论顿如一石激起千层浪。“就像是晴空一声惊雷。”申农当年在贝尔实验室的好友约翰•皮尔斯回忆道。“ＭＩＴ里的人们都在说：‘太绝了！我怎么就没想到？’”申农的理论认为，所有的通信讯息，都可以编码成数字1和0传输出去，接收后再进行解码。也就是说，使用同一个平台，就能实现以往不同的通信方式的讯息的传输，不管是电话、电报，还是广播、电视。然而，其理论的重要意义不仅于此。申农指出，不管是什么通信方式，都有一个传输的极限，其数值可以用比特／秒来表示。只要不超过这个限值，不管信道中有多少干扰，也不管讯息有多么微弱，都可以实现通信的无损传输。
　　申农称自己提出的是信息论的“基础定理”，这一理论甚至让申农自己也吃了一惊，因为克服噪音干扰似乎是违背常理的。听他说差错几率可以降为零，所有的人都表示了怀疑，其中也包括日后成为了信息论主导者、ＭＩＴ的罗伯特•法诺。申农的定理确实成为了现代通信工程学的基础，50年来，人们都在为了实现他的预言而努力。申农的研究也激发了所有现代的纠错编码技术和数据压缩算法。换句话说，没有申农，就不会有音质一流的ＣＤ音碟，不会有将你与因特网相连的Ｍｏｄｅｍ，也不会有ＮＡＳＡ的飞行器从数十亿公里外的太空中传回地球的照片。因此，今天的“数字”一词才会成为高质量、高保真的同义词。
四  数字之父的退隐
　　
不久，溢美之辞便从四面八方向申农涌来。《财富》杂志甚至称信息论是人类最值得骄傲、最罕有的创造之一，是最深远地影响了人类对世界的看法的理论。论文发表两年后，申农惊恐地发现信息论竟已成为流行于市井街巷的时髦词儿。不管有关无关，人们都爱扯上“信息论”的幌子。这让申农感到憎恶起来。1956年，申农在《信息论学报》上发表题为《花哨彩车》的文章，他指出信息论这个词已经被滥用了，“人们过度夸大了它的重要性，超过了其实际价值。”
　　申农知道反对潮流只能是无谓之争，于是开始慢慢淡出。尽管其后有一段时间他仍在陆续地发表论文，但他推掉了所有的演讲邀请，也拒绝了媒体的采访。他甚至连所有的信都不回，不管来信者是科学大师还是政界要人。他只是不想变成一个大明星。
　　多年之后，申农不光从公众视线中消失了，在研究领域中也再见不到他的身影。此时的申农其实还没完全归隐，1950年，他还在《科学美国人》杂志上发表文章，论述了计算机编程下棋的问题。60年代中期，申农放弃了他在ＭＩＴ的教职，不再理会世事。
　　1978年，62岁的申农正式宣告退休，回到了波士顿郊外的家中。由于预见到了日后高科技产业的蓬勃发展，申农早年投下的资金收益也颇为可观。1985年的一天，申农驾车外出，却忘了回家的路。后来情况开始日益恶化，1992年，电子电气工程师学会决定将申农的论文结集出版，当问到申农本人的意见时，他竟忘记了这些作品是出自他的手。1993年，他的家人终于对外证实：申农患上了老年痴呆症。2001年2月24日，申农85岁生日刚过两个月时辞世仙去。
本文资料来源：
1 摘自《大百科全书》210.29.69.12/wxjs/wxjskj/zx/xn.htm 2K 2002-8-31
2 《数字时代之父克劳德•申农》黄继新／文 2002-1-20 15:09:51
http://www.eobserver.com.cn
《论坛反应与交流》
《丁香园> 医药生命科学动态跟踪》
pengding3：衷心感谢您一如既往的支持！
《同济医学论坛> 内科学》
老革命：这样的伪理论真的好意思拿出来呀。请问主任（当然是民间组织的主任）。你的干细胞理论有什么实验依据？？没有实验依据，你的整篇的胡言乱语。除了欺骗和误导之外，有什么作用？？？就是看不得这些事实而非的伪理论

杨鸿智 · 2005-7-1 21:29:07

第69篇：信息论（2）— 申农与《狭义信息论》
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
《下栽自：信息论原理www.xzedu.jsinfo.net 2003-5-26 徐州教育信息网》
申农与狭义信息论
1948年申农《通信的数学理论》与《在噪声中的通信》奠定了狭义信息论的基础。这一理论认为通讯就是信息传输、是将消息由发信者送给收信者的过程，因而给出了一般通信系统的模型。他还利用统计数字的方法，正确处理信息的形式和内容的辩证关系，解决了信息量问题，给出了信息量的数学公式。
现代信息论的著名创始人
　　香农是现代信息论的著名创始人。现代信息论的出现，对现代通信技术和电子计算机的设计，产生了巨大的影响。如果没有信息论，现代的电子计算机是无法研制成功的。
　　香农在美国密执安大学和麻省理工学院学习时，修过布尔代数课，并在布尔的指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。
　　1938年，香农发表了著名的论文《继电器和开关电路的符号分析》，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现，明确地给出了实现加，减，乘，除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。
　　香农在贝尔实验室工作中进一步证明，可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。
　　信息论的创始人香农对现代电子计算机的产生和发展有重要影响，是电子计算机理论的重要奠基人之一。
本世纪40年代，信息论创始人美国数学家申农提出信息传递的基本模型：信源→编码 →信道→译码→信宿
信息论(Information Theory)
　　信息论是关于信息的本质和传输规律的科学的理论，是研究信息的计量、发送、传递、交换、接收和储存的一门新兴学科。人类的社会生活是不能离开信息的，人类的社会实践活动不仅需要对周围世界的情况有所了解帮能做出正确的反应，而且还要与周围的人群沟通关系才能协调地行动，这就是说，人类不仅时刻需要从自然界获得信息，而且人与人之间也需要进行通讯，交流信息。人类需要随时获取、传递、加工、利用信息，否则就不能生存。人们获得信息的方式有两种；一种是直接的，即通过自己的感觉器官，耳闻、目睹、鼻嗅、口尝、体触等直接了解外界情况；一种是间接的，即通过语言、文字、信号……等等传递消息而获得信息。通讯是人与人之间交流信息的手段，语言是人类通讯的最简单要素的基础。人类早期只是用语言和手势直接进行通讯，交流信息。“仓颉造字”则使信息传递摆脱了直接形式，同时扩大了信息的储存形式，可算是一次信息技术的革命。印刷术的发明，扩大了信息的传播范围和容量，也是一次重大的信息技术变革。但真正的信息革命则是电报、电话、电视等现代通讯技术的创造与发明，它们大大加快了信息的传播速度，增大了信息传播的容量。正是现代通讯技术的发展导致了关于现代通讯技术的理论信息论的诞生。信息论的创始人是美贝尔电话研究所的数学家申农（C.E.Shannon1916——），他为解决通讯技术中的信息编码问题，突破老框框，把发射信息和接收信息作为一个整体的通讯过程来研究，提出通讯系统的一般模型；同时建立了信息量的统计公式，奠定了信息论的理论基础。1948年申农发表的《通讯的数学理论》一文，成为信息论诞生的标志。申农创立信息论，是在前人研究的基础上完成的。1922年卡松提出边带理论，指明信号在调制（编码）与传送过程中与频谱宽度的关系。1922年哈特莱发表《信息传输》的文章，首先提出消息是代码、符号而不是信息内容本身，使信息与消息区分开来，并提出用消息可能数目的对数来度量消息中所含有的信息量，为信息论的创立提供了思路。美国统计学家费希尔从古典统计理论角度研究了信息理论，苏联数学家哥尔莫戈洛夫也对信息论作过研究。控制论创始人维纳建立了维纳滤波理论和信号预测理论，也提出了信息量的统计数学公式，甚至有人认为维纳也是信息论创始人之一。在信息论的发展中，还有许多科学家对它做出了卓越的贡献。法国物理学家L.布里渊（L.Brillouin）1956年发表《科学与信息论》专著，从热力学和生命等许多方面探讨信息论，把热力学熵与信息熵直接联系起来，使热力学中争论了一个世纪之久的“麦克斯韦尔妖”的佯谬问题得到了满意的解释。英国神经生理学家（W.B.Ashby）1964年发表的《系统与信息》等文章，还把信息论推广应用于生物学和神经生理学领域，也成为信息论的重要著作。这些科学家们的研究，以及后来从经济、管理和社会的各个部门对信息论的研究，使信息论远远地超越了通讯的范围。因此，信息论可以分成两种：狭义信息论与广义信息论。狭义信息论是关于通讯技术的理论，它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。广义信息论，则超出了通讯技术的范围来研究信息问题，它以各种系统、各门科学中的信息为对象，广泛地研究信息的本质和特点，以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律。显然，广义信息论包括了狭义信息论的内容，但其研究范围却比通讯领域广泛得多，是狭义信息论在各个领域的应用和推广，因此，它的规律也更一般化，适用于各个领域，所以它是一门横断学科。广义信息论，人们也称它为信息科学。关于信息的本质和特点，是信息论研究的首要内容和解决其它问题的前提。信息是什么？迄今为止还没有一个公认的定义。英文信息一词（Information）的含义是情报、资料、消息、报导、知识的意思。所以长期以来人们就把信息看作是消息的同义语，简单地把信息定义为能够带来新内容、新知识的消息。但是后来发现信息的含义要比消息、情报的含义广泛得多，不仅消息、情报是信息，指令、代码、符号语言、文字等，一切含有内容的信号都是信息。哈特莱第一次把消息、情报、信号、语言等等都是信息的载体，而信息则是它们荷载着的内容。但是信息到底是什么呢？申农的狭义信息论第一个给予信息以科学定义：信息是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。这是从通讯角度上下的定义，即信源发出了某种情况的不了解的状态，即消除了不定性。并且用概率统计数学方法，来度量为定性被消除的量的大小：H（x）为信息熵，是信源整体的平均不定度。而信息I（p）是从信宿角度代表收到信息后消除不定性的程度，也就是获得新知识的量，所以它只不在信源发出的信息熵被信宿收到后才有意义。在排除干扰的理想情况下，信源发出的信号与信宿接收的信号一一对应，H（x）与I（p）二者相等。所以信息熵的公式也就是信息量的分式。式中的k是一个选择单位的常数，当对数以2为底时，单位称比特（bit）,信息熵是l0g2=1比特。在申农寻信息量定名称时，数学家冯.诺依曼建议称为熵，理由是不定性函数在统计力学中已经用在熵下面了。在热力学中熵是物质系统状态的一个函数，它表示微观粒子之间无规则的排列程度，即表示系统的紊乱度，维纳说：“信息量的概念非常自然地从属于统计学的一个古典概念——熵。正如一个系统中的信息量是它的组织化程度的度量，一个系统的熵就是它的无组织程度的度量；这一个正好是那一个的负数。”这说明信息与熵是一个相反的量，信息是负熵，所以在信息熵的公式中有负号，它表示系统获得后无序状态的减少或消除，即消除不定性的大小。信息一般具有如下一些特征：1可识别；2可转换；3可传递；4可加工处理；5可多次利用（无损耗性）；6在流通中扩充；7主客体二重性。信息是物质相互作用的一种属性，涉及主客体双方；信息表征信源客体存在方式和运动状态的特性，所以它具有客体性，绝对性；但接收者所获得的信息量和价值的大小，与信宿主体的背景有关表现了信息的主体性和相对性。8信息的能动性。信息的产生、存在和流通，依赖于物质和能量，没有物质和能量就没有能动作用。信息可以控制和支配物质与能量的流动。信息论还研究信道的容量、消息的编码与调制的问题以及噪声与滤波的理论等方面的内容。信息论还研究语义信息、有效信息和模糊信息等方面的问题。广义信息论则把信息定义为物质在相互作用中表征外部情况的一种普遍属性，它是一种物质系统的特性以一定形式在另一种物质系统中的再现。信息概念具有普遍意义，它已经广泛地渗透到各个领域，信息科学是具有方法论性质的一门科学。信息方法具有普适性。所谓信息方法就是运用信息观点，把事物看做是一个信息流动的系统，通过对信息流程的分析和处理，达到对事物复杂运动规律认识的一种科学方法。它的特点是撇开对象的具体运动形态，把它作为一个信息流通过程加以分析。信息方法着眼于信息，揭露了事物之间普遍存在的信息联系，对过去难于理解的现象从信息观点作出了科学的说明。信息论为控制论、自动化技术和现代化通讯技术奠定了理论基础，为研究大脑结构、遗传密码、生命系统和神经病理象开辟了新的途径，为管理的科学化和决策的科学批提供了思想武器。信息方法为认识当代以电子计算机和现代通讯技术为中心的新技术革命的浪潮，为认识论的研究和发展，将进一步提高人类认识与改造自然界的能力。

杨鸿智 · 2005-7-1 21:29:46

第70篇  信息论（3）—《信息论》的概念
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智

一信息的概念
1.消息是信息的外壳，信息则是消息的内核。比如，同是一分钟的消息，有的包含信息量很大；有的则可能很小。
2.信号只是信息的载体，信息则是信号所载荷的内容。同一个信息即可以用这种信号载荷，也可以用那种信号载荷。比如，用"0，1"或用"正、负"来载荷。
3.数据只是记录信息的一种形式，而且不是唯一的形式。
4.情报在汉语中只是一类专门的信息（情报在日语中就是信息）。
　　信息的定义："信息是事物运动的状态与（状态改变的）方式"。
　　信息是事物运动的状态与方式，具体地讲，是事物内部结构和外部联系运动的状态与方式。在此，"事物"泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客体，也包括主观世界的精神现象："运动"泛指一切意义上的变化，包括机械运动、物理运动、化学运动、生物运动；思维运动和社会运动等；"运动方式"是指事物运动在时间上所呈现的过程和规律："运动状态"则是事物运动在空间上所展示的形状与态势。
人类所拥有的一切知识，都是以信息为原材料通过科学加工而形成的。事实上，正像信息定义为事物运动的状态以及状态变化的方式，同样也可以把知识定义为"事物运动的状态以及状态变化的规律。"由变化方式上升为变化规律的过程，就是信息被科学地加工成知识的过程。没有信息，便不可能有知识。
二  《辞海》中关于信息论概念的解说
“信息”和“信息论”这两个概念，已经是我们日常工作和生活中最常用的概念了。但是，我们大多数人对于这两个名词的概念并没有正确和深入的认识。正好在网上发现有一分资料集中了各个辞书中对于“信息”和“信息论”这两个概念的解释。我转贴在这里，供大家学习。我想，在进一步了解信息论的理论内容以前，首先以辞书的方法了解一下这两个名词的概念也是有好处的。
资料来源：
http://www.wtcachina.com/3yf/2-12.htm
（一）  【信息论】《辞海》上海辞书出版社1979年版
　　
利用数学方法，研究信息的计量、传送、变换和储存的一门学科。信息是指对消息接受者来说预先不知道的报道。如广播天气预报时，收听者预先不知道明天是阴、雨或晴，则这报道对收听者来说具有信息。假如所广播的是已知的昨天天气，那就没有信息了。天气预报愈详细，则信息的分量愈多。假如广播时有外界干扰，则广播的信息受到损失。通过数学计算可以确定消息的信息量，借此又可以评定传送系统的质量。信息论的任务在于解决通信上的两个基本问题：提高传送消息的效能和保证传送消息的完整。因此信息论对通信技术有重大意义。在计算技术、自动控制和遗传学等方面也有应用。
（二）  【信息论】上海辞书出版社《辞海》1989年版
　　
研究信息及其传输的一般规律的科学。狭义指通信系统中存在的信息传递和处理的共同规律的科学，即研究概率性语法信息的科学。广义指应用数学和其他有关科学的方法，研究一切现实系统中存在的信息传递和处理及信息识别和利用的共同规律的科学。一般认为，美国科学家香农(Claude Elwood Shannon,1916-)于1948年出版的《通信的数学理论》一书是信息论正式诞生的标志。它从理论上阐明通信系统的数学模型和度量概率信息的公式，为概率信息的定量研究提供了理论根据。信息论揭示的规律具有高度的普遍性，被迅速应用于生物学、生理学、心理学、语言学和经济学等不同领域，产生和形成信息科学。20世纪70年代以来，信息论突破狭义的范围，发展成为一门研究语法、语义、语用信息的科学。
（三）  【信息论】上海辞书出版社《简明社会科学词典》1982年版
　　
曾称“通讯理论”。利用数学方法，研究信息的计量、传递、变换和储存的科学。第二次世界大战中由于改进军事通讯的需要而逐步建立，战后形成为一门独立的学科。1948年美国数学家申农(C. E. Shannon)发表《通讯的数学理论》一文，确定信息的量度——信息量及其计算公式，被认为是本学科诞生的标志。信息论的主要任务是求得通讯的高效率和可靠性。它原来主要应用于电信通讯技术的编码和抗干扰等方面，后推广应用于其他通讯技术，以及计算技术、自动控制、遗传学等方面。在建立的初期，申农等为了解决设计不同形式信号传递系统的统一理论，曾把各类不同信号的共同特征抽象出来，略去其具体内容，当作一般随机事件处理，使量和质、语法和语义、传递和使用这些本来是统一的信号样态分离，单纯从语法结构和传递上作定量的研究。在后来的发展过程中，曾被申农所审慎地排除了的东西，又被包括在内。对信息的量和质、语法和语义、传递和使用作统一的研究，是信息论的一个新的发展。
（四）  【信息论】山东人民出版社《简明自然辩证法词典》1986年版
　　
(information theory)有狭义和广义之分。狭义信息论是关于信息的形态、传输、处理和存贮的理论。广义信息论是指利用狭义信息论观点来研究一切问题的理论。一般认为，信息论的创始人是数学家申农。1948年，《贝尔系统技术杂志》发表申农的论文《通讯的数学原理》奠定了现代信息论的基础。由于控制论，电子计算机和通信技术的相互结合，信息论正在获得迅速的发展。特别是信息论与生物化学、分子生物学、计量社会学和计量心理学等领域相结合，使信息论成为现代科学问题的有力武器。
　　申农认为，信息论的基本内容，就是研究信源、信宿、信道和编码问题，他对信息论的贡献很多，主要有五点：一是他第一次从理论上阐明了通讯的基本问题，提出了通讯系统的模型；二是提出了度量信息量的数学公式；三是初步解决了如何从信息接受端提取信息源发来的消息的技术问题；四是提出了如何充分利用信道的信息容量，如何在有限的信道中以最大的速率传递最大的信息量的基本途径；五是初步解决了如何编、译才能使信源的信息充分表达、信道的容量被充分利用的问题。
　　五十年代信息论逐步向其他科学领域推广和渗透。1950年后，信息论推广到物理学；六十年代，则推广应用于生物学和神经生理学；七十年代，则广泛渗透到各个科学领域，推动其他许多新兴学科进一步发展。信息论也在解决技术问题和其他科学问题的基础上，取得了新的进展。伯格写出了一本相当完整的专论信源编码的著作。戴维森对通用编码亦作了详尽介绍。后来，信息论经过许多科学家的运用和发展，不但突破了申农信息论的范围，而且深化了申农信息论的内容。当前，人们广泛运用信息论的规律和理论，去解决物理学、化学、生物学、心理学、管理学等各种学科的问题，不但推动了这些学科的发展，而且也促进对信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理、显示、识别和利用的研究，一门新的系统的信息科学正在形成和发展。
（五）  【信息论】湖北人民出版社《最新社科知识手册》1987年版
　　
一门独立的边缘学科，在西方创始于本世纪四十年代，到六十年代有了迅速的发展，目前已广泛地运用于科学技术、教育、经济及生产、管理等许多领域和部门，并取得显著成果。近几年来，我国也开始重视信息研究，信息概念已在自然科学和社会科学中广泛地被采用，它的重要性也在不断地被阐明。所谓信息，简单地说，就是音信和消息，即指语言、数据、文件、图象、文字、符号等。信息具有三个基本属性，即信息对物质的依赖性，信息的传递性，信息的确定性，它的运动过程如图所示：
干扰
↓
┌───┐　┌─┴─┐　┌───┐
│信　源├→┤信　道├→┤信　宿│
└───┘　└───┘　└───┘
(产生信息)　(传递信息)　(接收信息)
信息论除研究信息的本质外，还着重研究如何运用数学工具去描述和度量信息的方法，研究传递信息、处理信息的基本原理等，它同控制论一起，成为现代科学的理论基础。
（六）  【信息论】汉语大词典出版社《图书情报词典》1990年版
　　
(information theory)探讨信息的本质，并用数学方法研究信息的计量、传递、变换和存贮的学科。基本内容是信源、信宿、信道、编码等通信方面的问题。以通信系统模型为对象，以概率论和数理统计为工具，从量的方面描述信息的传输和提取问题。它认为，任何一个通信之所以需要，就是因为接收终端在收到信息之前不知道发送的信息是什么。接收终端对发送的信息具有“不肯定性”。当获得信息之后，这种“不肯定性”就可减少或消除。信息量的大小用消除“不肯定性”的多少来表示，而事物的“不肯定性”的多少，则用概率函数来描述。通信系统的效率就是传送信息量的效率。信息论可分为狭义信息论、一般信息论、广义信息论三大类。广义信息论不仅研究通信问题，还研究其他与信息有关的领域。图书情报机构的主要功能是收集、存贮、处理和有效传递信息，在完成这些功能的过程中，必然涉及信息流的控制、通信过程的研究等问题，因此图书馆学、情报学与信息论有密切关系。美国数学家申农是信息论的创始人。他在1948年发表的论文《通信的数学理论》是信息论作为一门独立学科诞生的标志。
（七）  【信息】上海辞书出版社《辞海》1989年版
　　
①音讯；消息。李中《暮春怀故人》诗：“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台。”②通信系统传输和处理的对象，泛指消息和信号的具体内容和意义。通常须通过处理和分析来提取。信息和物质、能量被称为构成系统的三大要素。信息的量值与信息的随机性有关，如在接收端无法预估消息或信号中所蕴含的内容或意义，即预估的可能性越小，信息量就越大。(附注：1979年版《辞海》未收，1989年版收入时添加在【信都】、【信鸽】之间；同样，1982年第九次修订重排的《四角号码新词典》也未收。)
（八）  【信息】上海辞书出版社《简明社会科学词典》1982年版
　　
作为日常用语，指音信，消息。作为科学术语，可以简单地理解为消息接受者预先不知道的报道，但在不同的学科中有不同的涵义。信息论的奠基人、美国数学家申农(C. E. Shannon)认为：信息是组织程度，能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。控制论的创始人维纳(Norbert Wiener)认为：“信息是有秩序的量度。”一个系统的组织程度越高，它所提供的信息量越大。不同事物有不同的特征，会给人们带来不同的信息，人们正是通过获得和识别自然界和社会的不同的信息来区别不同的事物，才得以认识世界和改造世界。信息概念在目前已被广泛应用到各个领域，除了电信通讯以外，遗传密码是一种生物信息，计算机程序是一种技术信息，市场是一种社会信息等等。在一切通讯和控制系统中，信息是一种普遍联系的形式。它同材料、能源一起，被称为现代科学技术的三大支柱。苏联科学家研究结果表明：一个国家总的信息流的平均增长同其工业潜力的平方成正比。有人预测未来的社会将是信息社会，其影响最终将比十九世纪由农业社会转向工业社会更为深刻。

杨鸿智 · 2005-7-1 21:33:29

（九）  【信息】山东人民出版社《简明自然辩证法词典》1986年版
　　
(information)一般泛指我们所说的消息、情报、指令、数据、信号等有关周围环境的知识。维纳认为，信息是我们适应外部世界并使这种适应为外部世界所感到的过程中同外部世界进行交换内容的名称。也有人认为，信息是生活主体同外部客体之间有关情况的消息。消息和信息有一致性，又有区别。哈特莱认为，消息和信息的区别在于，信息是消息中不确定性的消除。信息与结构有密切联系，结构不同，信息则异，结构决定信息。遗传信息与核苷酸的排列顺序有关；计算机的信息与所给的指令与程序有关；社会语言信息与声、词、词形、句子的排列组合有关。因此，维纳认为信息本身就是一种模式和组织形式。信息必须有载体，但又不能同载体等同。我们不能把信息机械地归结为物质和能量，也不能认为信息可以脱离物质和能量而独立存在。应当既承认信息是以物质、能量为载体，又不否认信息与物质、能量有本质区别。各种信息，都有其特点，计算机信息也不例外。计算机信息的特点，主要是逻辑性的、预测性的和选择行动的。计算机术语中有数据和信息两个词。数据是尚未根据特定目的作出评价的各种事实。信息则是这些数据按照一定的程序经计算机处理、加工之后产生的。
（十）  【信息】湖北人民出版社《最新社科知识手册》1987年版
　　
客观世界充满着各种信息。如上下课的铃声，电信局拍发和接收的电报，书报杂志上的文章、消息，电台播放的新闻、乐曲，五颜六色的图画，色香味俱全的水果等等，其中都包含着信息。信息，并不是指事物本身，而是指用来表明事物或通过事物发出的消息、情报、指令、数据、信号中所包含的东西。不同的事物有不同特征，会给人们带来不同的信息，人们通过不同的信息来区别不同的事物，以认识世界和改造世界。信息的传递要依赖物质，它不能脱离物质而独立存在。获取信息要消耗能量，驾驭能量又需要信息。在一切通讯和控制系统中，信息是一种普遍联系的形式。它同材料、能源一起，被称为现代科学技术的三大支柱。有人预测，未来的社会将是信息社会，其影响最终将比十九世纪由农业社会转向工业社会更为深刻。信息的特征是：(1)可扩充性。随着时间的变化，大部分信息将不断扩充。(2)可压缩性。人对信息进行加工、整理、概括、归纳就可以使之精炼，从而浓缩。(3)可替代性。信息的利用可以代替资本、劳力和物资材料，减少它们的耗费。(4)可传播性。这是信息的本质特征。(5)可扩散性。由于传输的渠道多样，使信息得以迅速散布开来，保密也就极难维持了。(6)可分享性。信息与实物不同，它不能交易，但可以分享。
（十一）  【信息】汉语大词典出版社《图书情报词典》1990年版
　　
①(information)一般指数据、消息中所包含的意义，它可以使消息中所描述的事件的不肯定性减少。涉及人与人之间的消息交换；人与自动机、自动机与自动机、动物界与植物界、细胞与细胞、机体与机体之间的信号交换等。是事物的一种普遍属性，也是物质存在的方式和物质运动的规律与特点。在某些外语中，“信息”与“情报”是同一词，但情报只是人类社会特有的现象，它建立在一定的语义基础上，并隶属于信息这一大范畴。自然界、人类社会、思维领域中都存在着大量的自然信息、生物信息、社会信息等。人类自古以来就不断通过感官摄取信息，通过头脑处理信息，通过科学研究和创造性思维产生新的信息，通过语言、文字、图画等交流信息，并根据所积累的信息去进一步认识世界和改造世界。因此，信息既是主观与客观相互联系、作用的媒介，又是物质世界与精神世界相互作用、联系的桥梁。从一定意义上来说，它同物质、能源一起，成为人类社会的三大支柱。参见“知识”。②即“消息”。
  （十二）【信息】中国工人出版社《现代汉语新词新语新义词典》1990年版
　　
《现汉》：①音信；消息。②信息论中指用符号传送的报道，报道的内容是接收符号者预先不知道的。
　　△指综合性的知识、情报和可感知的力量。它和材料、能源成为当代社会三大技术支柱；它和资本、劳动共同构成生产三要素。温元凯《信息就是资源，人才就是资本》：“信息已成为各级领导都在拼命强调的一个时髦名词，而且人们已经开始认识到，信息在当前社会经济发展中，已经和材料、能源鼎足三立，成为当代社会的三大技术支柱之一。”南风《“信息”的科学含义是什么》：“一般人认为，信息即是知识，即是情报。西方企业家认为‘信息是一种能创造价值和能交换的知识，是与资本、劳动共同构成的生产三要素之一’。有的哲学家甚至说信息是‘客观存在的东西’。据不完全统计，仅信息的定义就有三十七种以上。”
（十三）  【信息量】汉语大词典出版社《图书情报词典》1990年版
　　
(amount of information, information content)具有确定概率的事件发生时所传送的信息的量度。通常用受信体被消除的不肯定性的大小来表示。设事件为Xi，事件发生的概率为p(Xi)，则受信体从该事件获得的信息量I(Xi)为p(Xi)的倒数的对数，即
I(Xi) = log 1= - log p(Xi)
———
p(Xi)
当对数底为“2”时，其单位为比特(bit)；当底为“3”时，单位为铁特(tet)；当底为“e”时，单位为奈特(nat)；当底为“10”时，单位为笛特(det)。

杨鸿智 · 2005-7-8 14:22:18

第71篇  信息论（4）— 信息的分类和特性
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
一  信息的分类
　　
信息一般划分为本体论信息和认识论信息两种最基本的类型。前者从纯客观的立场来定义信息，后者从认识主体的立场来定义信息。一个事物的本体论信息，就是这个事物的运动状态及其变化方式。认识主体关于某个事物的认识论信息，就是认识主体对事物运动的状态及其变化方式所能感受到的内容，包括这种状态和方式的形式、内容和效用。一方面，从本体论意义上讲，信息是事物运动的状态和方式，它与物质紧相联系又互有区别。物质是信息的载体，物质的运动是信息的源泉，而信息是事物运动的状态和方式，它并不就是事物本身。信息与能量也是既相联系又有区别的两类范畴。传递信息需要能量，驾驭或控制能量则需要信息。毕竟，信息只是事物运动的状态和方式，而能量只是物体做功的本领。因此，即不能把信息与能量等同起来，也不能相互割裂。在研究信息时，应当把信息与物质、能量联系起来，从它们交互作用的动态发展过程中来研究信息的本质。
　　另一方面，从认识论意义来理解，信息是认识主体所感受或所表述的事物运动的状态和方式。人们要认识事物(这里所说的事物，不仅包括外部世界的实在客体，也包括主观世界的精神现象)，必须从客体获取信息，即将本体论意义上的信息转变为认识论意义上的第一类信息，随着实践和认识矛盾运动的发展，这类信息经过高度复杂优化的信息处理、控制中心--大脑系统的处理、加工，形成为认识论意义上的第二类信息，即形成判断，做出决策，然后通过效应器官作用于外部世界。这样看来，认识论意义上的信息过程，既包括客观-主观化的过程，又包括主观-客观化的过程；即从本体论意义上的信息转化为认识论意义上的第一类信息，再由认识论意义上的第二类信息作用于客观外界。无论是认识世界还是改造世界，都贯穿着信息运动的过程，都体现为认识信息和利用信息的过程。
　　本体论信息是第一位的，认识论信息是第二位的。认识主体所感知的事物运动状态与方式，是外部世界向主体输入的信息，也称之为感知信息；认识主体所表述的事物运动状态与方式，是主体向外部世界(包括向其它主体)输出的信息，又称之为再生信息。一般而言，在人类所及的有限时空中，本体论信息与认识论信息之间存在着交互作用和互相转化的关系，其过程与人类认识和改造世界的过程是一致的。
语法信息，即主体所感知或表述的事物运动状态和方式的形式化关系，这是最低层次的认识论信息；语义信息，即主体所感知或表述的事物运动状态和方式的逻辑含义，这是较高层次的认识论信息；语用信息，即主体所感知或表述的事物运动状态与方式相对于某种目的的效用，这是最高层次的认识论信息。
　　一般说来，语法信息、语义信息和语用信息是密切相关的，不可能撇开其中的一个方面而孤立地研究其它方面；当认识和研究一个事物时，人们多是遵循从语法、语义到语用的认识顺序。
　　先验信息，是认识主体在观察之前通过某种途径所感知的事物运动状态和方式(认识主体具有记忆能力)；实得信息，是认识主体在观察过程中实际得到的关于事物运动的状态与方式(认识主体具有学习能力)；实在信息，是认识主体在理想观察条件下所获得的关于事物的全部信息，即事物实际的运动状态与方式。主体的认识能力是一个重要的约束条件，它的引入对于用户和信息工作者都具有重要意义：一方面，信息用户若想获得信息必须具备一定的认识能力(包括信息技能)；另一方面，信息工作者若想提高工作效率与质量，就必须了解用户拥有哪些先验信息，以便在信息服务过程中尽量增加用户的实得信息。
　　再生信息是人们对感知信息进行思维加工并向外输出的结果，是信息资源的主体，因而通常也是信息研究的重点。
二  信息的特性
　　
信息来源于物质，又不是物质本身；信息也来源于精神世界，但又不限于精神的领域；信息的这种特殊地位决定了它的一般属性，主要包括：普遍性、客观性、无限性、相对性、抽象性、依附性、动态性、异步性、共享性、可传递性、可变换性、可转化性、可伪性等。
　　信息的功能五个方面：
　　首先，信息是宇宙万物有序运行的内在依据。
　　其次，信息是人类认识世界和改造世界的中介。
　　第三，信息是维系社会生存与发展的动因。
　　第四，信息是智慧的源泉，是人类的精神食粮。
　　第五，信息是管理的灵魂。
　　信息还是一种重要的社会资源。
　　信息是普遍存在的，但信息并非全都是资源，只有满足一定条件的信息才能称之为信息资源。换言之，只有经过人类开发与组织的信息才是信息资源。
　　信息资源是信息与资源两个概念整合衍生出的新概念。
　　信息资源是一种信息，或者说是信息的一个子集。信息资源主要包括再生信息和一部分感知信息，那些虽被人们所感知但却稍纵即逝的感知信息不属于信息资源的范畴，因为它们无法为人类所利用。
信息资源也是一种资源。
　　(1)信息资源是信息的一部分，是信息世界中与人类需求相关的信息；
　　(2)信息资源是可利用的信息，是在当前生产力水平和研究水平下人类所开发与组织的信息；
　　(3)信息资源是通过人类的参与而获取的信息，人类的参与在信息资源形成过程中具有重要的作用。
相对于其它非资源型信息，信息资源具有四个明显的特征：
　　(1) 智能性。信息资源是人类所开发与组织的信息，是人类脑力劳动或者说认知过程的产物，人类的智能决定着特定时期或特定个人的信息资源的量与质，智能性也可以说是信息资源的"丰度与凝聚度"的集中体现。信息资源的智能性要求人类必须将自身素质的提高和智力开发放在第一位，必须确立教育和科研的优先地位；
　　(2) 有限性。信息资源只是信息的极有限的一部分，比之人类的信息需求，它永远是有限的，从某种意义上说，信息资源的有限性是由人类智能的有限性决定的。有限性要求人类必须从全局出发合理布局和共同利用信息资源，最大限度地实现资源共事，从而促进人类与社会的发展；
　　(3) 不均衡性。由于人们的认识能力、知识储备和信息环境等多方面的条件不尽相同，他们所掌握的信息资源也多寡不等；同时，由于社会发展程度不同，对信息资源的开发程度不同，地球上不同区域信息资源的分布也不均衡。不均衡性要求有关信息政策，法律和规划等必须考虑导向性、公平问题和有效利用问题等。
　　(4) 整体性。信息资源作为整体可以是对一个国家、一个地区或一个组织的政治、经济、文化、技术等的全面反映，信息资源的每一要素只能反映某一方面的内容，如果割裂它们之间的联系则会破坏事物的整体性，好像盲人摸象。整体性要求对所有的信息资源和信息资源管理机构实行集中统一的管理，从而避免人为分割所造成的资源重复和浪费。
　　信息资源是由信息内容、人、符号、载体四种最基本的要素构成的，其中，信息内容是信息资源的基本核心，人作为认识主体是信息资源的生产者和利用者，符号是人生产和利用信息资源的媒介和手段，载体则是储存和利用信息资源的物质工具。换言之，信息资源是人通过一系列的认知和创造过程之后以符号形式储存在一定载体(包括人的大脑)上可供利用的全部信息。
　　以开发程度为依据，信息资源可划分为潜在的信息资源与现实的信息资源两大类型。潜在的信息资源是指个人在认知和创造过程中储存在大脑中的信息资源，它们虽能为个人所利用，但一方面易于随忘却过程而消失，另一方面又无法为他人直接利用，因此是一种有限再生的信息资源。现实的信息资源则是指潜在信息资源经个人表述之后能够为他人所利用的信息资源，它们最主要的特征是具有社会性，通过特定的符号表述和传递，可以在特定的社会条件下广泛地连续往复地为人类所利用，因此是一种无限再生的信息资源。
　　现实信息资源以表述方式为依据可以划分为口语信息资源、体态语信息资源、文献信息资源和实物信息资源。
　　口语信息资源是人类以口头语言所表述出来而未被记录下来的信息资源，它们在特定的场合被"信宿"直接消费并且能够辗转相传而为更多的人们所利用，如谈话、聊天、授课、讲演、讨论、唱歌等活动都是以口语信息资源的交流和利用为核心的。
　　文献信息资源是以语言、文字、数据、图像、声频、视频等方式记录在特定载体上的信息资源，其最主要的特征是拥有不依附于人的物质载体，只要这些载体不损坏或消失，文献信息资源就可以跨越时空无限往复地为人类所利用。
体态语信息资源是人类以手势、表情、姿态等方式表述出来的信息资源，它们通常依附于特定的文化背景，例如舞蹈就是一种典型的体态语信息资源。
　　实物信息资源是人类通过创造性的劳动以实物形式表述出来的信息资源，这类信息资源中物质成分较多，有时难以区别于物质资源，而且它们的可传递性一般较差；常见的实物信息资源有产品样本、模型、碑刻、雕塑等。
　　文献信息资源以记录方式和载体材料为依据，可划分为书写型、印刷型、缩微型、机读型和声像型五大类。书写型文献信息资源一般以纸张为载体，记录方式为人工抄写，包括手稿、信件、日记、原始档案等。印刷型文献信息资源也主要以纸张为载体，记录方式主要是印刷技术，包括油印、铅印、胶印、木刻印刷、复印、激光打印等。缩微型文献信息资源以感光材料为载体，记录方式主要是光学记录技术，主要类型有缩微胶卷、缩微平片、缩微卡片等。机读型文献信息资源以磁性材料为载体，记录方式为磁录技术，主要类型有磁带、软磁盘、光盘等。
　　声像型文献信息资源以感光材料和磁性材料为载体，记录方式为光录技术和磁录技术，主要类型有唱片、录音录像带、电影胶卷、胶片、幻灯片等。
　　印刷型文献信息资源还可以出版形式的不同划分为图书、期刊、会议资料、研究报告、专利说明书、政府出版物、学位论文、产品说明书、档案、标准、新闻报纸、统计报表、图谱等。
（下栽自：http://www.ahtvu.ah.cn/jxc1/zhykch/5169/FUDAO2.HTM）
《论坛反应与交流》
《中国生命科学论坛 → 生命科学争鸣区 → 生命科学研究动态》
Litongfu："一个事物的本体论信息，就是这个事物的运动状态及其变化方式。认识主体关于某个事物的认识论信息，就是认识主体对事物运动的状态及其变化方式所能感受到的内容，包括这种状态和方式的形式、内容和效用。"这里的事物看来是指包括物质的和精神的在内的。

杨鸿智 · 2005-7-8 14:22:56

第72篇  信息论（5）—信息方法和信息技术的应用
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
一  信息方法
　　
信息方法，就是运用信息的观点，把系统的运动过程看作信息传递和信息转换的过程，通过对信息流程的分析和处理，获得对某一复杂系统运动过程的规律性认识的一种研究方法。信息方法的特点是用信息概念作为分析和处理问题的基础，它完全撇开研究对象的具体结构和运动形态，将系统、完整、具体的众多特殊情况，抽象为具有一般意义的信息变换过程，即信息的输入、存储、处理、输出、反馈过程(如图所示)。
信息方法的作用三个方面：
　　第一，信息方法揭示了机器、生命有机体和社会各类事物运动形态之间的信息联系。
　　第二，信息方法揭示了事物运动的新的规律，对过去难以理解的现象做出了科学的说明。随着信息科学研究的进展及其在各个领域的推广，人们可以用信息的观点对某些现象做出科学的说明。
　　第三，信息方法为实现科学技术、生产经营和其他一切社会活动管理的现代化提供了有力的手段。
　　一般讲，凡是涉及到信息的产生、获取、检测、识别、变换、传递、处理、存储、显示、控制、利用和反馈等与信息活动有关的、以增强人类信息功能为目的的技术都可以叫做信息技术。信息技术中比较典型的代表，就是智能技术、感测技术、通信技术和控制技术，它们大体上相当于人的思维器官、感觉器官、神经系统和效应器官。
　　未来最重要的技术趋势，就是要求以现代计算机技术为核心的智能技术与通信技术、感测技术和控制技术融合在一起，形成具有信息化、智能化和综合化特征的智能信息环境系统，以有效地扩展人类的信息功能。
二  信息技术的应用
（一）信息技术的社会作用：
1. 推动社会生产力的变革
　　只有到了信息时代，扩展人类思维器官功能的智能技术(计算机和人工智能技术)进入了社会生产过程，通信技术和感测技术也达到了前所未有的水平，控制技术更是与高级动力工具有机地结合起来，这样，才形成了一体化、智能化、信息化的劳动工具体系，从而形成了信息时代的社会生产力模型。这一模型的特点是，生产力模型中的劳动工具体系恰好就是信息技术体系，其中控制技术包含动力工具，动力工具在控制技术的控制下对劳动对象产生作用。信息时代的劳动工具不仅极大地扩展了劳动者的体力，而且更为重要的是，它极大地扩展了劳动者的脑力。
2. 提高人类社会开发利用信息资源的能力
　　人们的活动将会比以往任何时候都强调个性化、人性化，社会信息能力和知识创新能力将会受到普遍的重视，社会服务的质量将会得到全面的提高，人类社会的生活将会变得更加美好。
（二）信息技术发展的规律：
1.辅人律--以满足人类需要为中心
2. 共生律--以人类信息运动规律为依据
人与信息技术的功能是互补的。在信息技术的发展过程中，必须根据人类信息运动的客观规律求得人与信息技术的和谐统一，实现人机共生。这就是信息技术共生律。
3. 倍增律--以摩尔定律为标志
（三）信息技术的应用
1．人工智能技术AI (artificial intelligence)的研究目的就是要使计算机逐步具有类似人脑的某些智能，即能理解外部环境，提出概念，建立方法，进行演绎、归纳、推理，做出科学的判断和决策，具备自学习、自适应功能等。可以说，AI技术代表着未来信息处理技术的发展方向。
　　实现人工智能有两种途径：一是以传统计算机硬件技术为基础，在一些知识比较完备且可形式化表达的领域里，通过软件在一定程度上实现类似人脑智能活动的效果，即面向功能模拟的专家系统。这是比较现实的方法；二是采用全新的硬件技术和软件方法研制具有类似于人脑结构、能像人脑一样思维的计算机，即面向结构模拟的神经计算机。
　　专家系统(expert system)，是一个能在特定领域内以人类专家水平去解决困难问题的计算机程序。人类专家之所以成为专家，其主要原因在于他们拥有大量的专门知识，特别是那些从实践中长期摸索出来的、鲜为人知的经验性知识。这就是说，要想使计算机工作得像人类那样好，首先必须为它提供人类专家所具有的那些专门知识。
　　神经计算机，人类的思维可以概括为逻辑思维和形象思维两大类。基于冯•诺依曼计算机的传统AI系统适合模拟人左脑的逻辑思维功能，而神经计算机适合模拟人右脑的形象思维功能。
2．多媒体技术就是将文字、声音、图形、静态图像、动态图像等信息媒体与计算集成在一起，使计算机应用由单纯的文字处理进入文、图、声、影集成处理的技术，其核心特性是信息媒体的多样性、集成性和交互性。
　　虚拟现实是采用多媒体计算机技术来生成一个逼真的三维空间甚至四维时空感觉环境，并使人类可用自然的视觉、昕觉、嗅觉、触觉等感官机能和效应器官进行实时参与和实时交互。由于这种信息交流方式与真实情境十分接近，很容易产生学习的迁移，人们接受信息的时间将大大缩短。虚拟现实实际上也是一种高级用户界面工具，它使用户不仅可以进行信息交互，而且可以从外到内或从内到外地观察信息空间的属性和特征。目前的虚拟现实技术需要在多媒体计算机的基础上，再利用一些经过特别设计的外部配件和技术，如数字头盔(headmount display)、数据手套(data glove)、座舱、全方位监视器或计算机辅助虚拟现实环境(CAVE)等，为使用者构建一个感觉上真实、但实际上并不存在的一种情境。
3．光纤通信具有频率高、损耗低、频带宽、容量大的特点。一根细细的光纤理论上可通上亿路电话或10万路电视，相当于1千万对架空明线或2万根直径6.5厘米的中同轴电缆。实际上，由于器件和光纤的传输特性等问题，目前还达不到理论的通信容量。光缆结构紧、体积小、重量轻、寿命长，性能比电缆要好得多；用光缆取代电缆，不仅能节省大量的金属资源，而且光缆的线路损耗低、传送距离远、速度快、耐腐蚀；因此，光缆是数字通信理想的传输介质。
4．同步通信卫星一般在地球赤道上空35800千米的轨道上从西向东移动，方向和速度恰与地球自转同步，圆形轨道平面与赤道平面重合，这时的卫星从地面上看来是相对静止不动的，所以又称同步静止卫星。由于每一颗通信卫星可俯视地球三分之一的面积，所以利用在同步静止轨道上等距离分布的三颗卫星，就能组成全球通信网。
5．信息技术使学习产生的变革：阅读方式的变革、写作方式的变革、计算方式的变革、教育时间的变革、参加制定学习计划与自主学习和教师变为学生顾问。
（下栽自：http://www.ahtvu.ah.cn/jxc1/zhykch/5169/FUDAO2.HTM）

专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集

<后现代理论医学>专集