粗纤维测定仪自然界中的信息

１．信息概念的产生 信息现象从古至今广泛存在。人们通过交谈传递着信息；书籍 报刊中 存在着信息；刮 风 下雨中蕴含着信息；花开花落中也含着信息。 在人们的社会生活中，信息十分普遍，也 十分重要。人 自身 通过 语言、肢 体动作 及表 情 等发出信息，同时又用自己的 感觉器官、神 经系统和 大脑等从 外界 接收、加 工和 存储 信息。 可以说，如果没有生成、传 递、加工 信息 的活动，就难 有社 会生 活。在 人 们的日 常社会生 活 中，信息无所不在。 例如，粗纤维测定仪自然界中的信息：候鸟的迁移 带来了 季节 变化 的信息；蜻 蜓低 飞表 达了即 将下 雨 的信息；植物生长的方向表 达了它 们受 阳光照射 方向的信 息等。 再例如，社会 生活中的 信 息：人们的消费水平表现了他们的收入情况、生活水平等方面的信息；银行存款的增 长情 况 表现了人们对于国家经济发展信心是否充足的信息；某一社区小学校新生入学人数 的变 化 情况表现了社区人口增长方面的信息等。 在科学的信息概念出现之前，人们对于信息的理解大多是从信 息的作 用、信息的外显 特 征和信息的某个具体规律等方面进行的，但都没能揭示信息的本质。 例如，较早的时候，人们对于信息一 词的 理解基本等同于 “消息”，认为 “信息是 指对 消 息接收者来说预先所不知道的消息 ”。当 然这是 不确 切的，信 息是消 息的 内容，消息 只是 一 种形式，一则消息可能包含丰富的信息，也可能只含有少量有用信息。

也有人认为信息就是信号，这更 不确 切，信 号是 携带 信息的 载体，同 一信 息可以 用不 同 的载体进行传载，因此可能产生不同的信号。２．信息概念的发展 １９２８年，哈特利（Ｒ．Ｖ．Ｌ）在其《信息的传输》一文中首 次提出：“消息是信息 的载 体，信 息是包含在各种消息（语言、文字、图像、信号等）中的抽象量 ”，从 而实现 了信 息在概 念上 的 突破。１９４８年，美国数学家，信息论的创始人香农（Ｃ．Ｅ．Ｓｈａｎｎｏｎ）在其《通信的数学理论 》这 一重要著作中阐明了“信息 是人 们对 事物了 解不 确定 性的减 少或 消除，是两次 不确定性 之 差”，并给出了信息的数学表达式，如此奠定了信息论的理论基础。这种说 法认为，信息可 以 消除人们对事物认识的不确定性，并将消除不确定程度的多少，作为信息量的度 量，这是 现 在人们最常使用的一种对信息的解释，但这种对信息的解释仅仅从量的角度阐述和 研究 信 息概念，而没有考虑信息的内容和效用，因此对信息的认识具有一定的局限性。 随着科学技术迅速发展和信息论在各科 学领域的广 泛应用，特别是 在计 算机技 术和 网 络技术普及应用的情况下，人们更认识到信息是存在于自然、社会和思维各个领 域中、具 有 普遍性的概念。控制论的 奠基 人维 纳（Ｗｉｎｎｅｒ）指出：“信息就 是信 息，不是 物质，也不是 能 量”。从而明确了信息是区别于物质与能量的第三类资源。 ２０世纪 ４０年代以后，信息作为不同于物质和 能量的 第三 类资源 的作 用越 来越突 出，信 息技术的迅速发展，创造了以计算机为代表的自动化、智能化高级生产工具，它们相 当于 人 的脑力的延伸。由于人们对信息资源的充分利用，使 得信息产业 成为当前社会经济 的主 导 性产业，而且，充分利用信息资源，将会促进社会生产力的发展，也会大 大促进知识经济的 发 展。

因而，除了在信息科学的领域及相近 领域，人们需要 对信息进行界定 外，在其他 领域 也 在关注信息的概念，于是便产生了对信息概念的进一步理解和界定。 例如，我国国家标准 ＧＢ４８９４－８５《情报与 文献工作词汇基本 术 语》中关 于“信息”的 解 释为：物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指 数据、消 息 中所包含的意义，可以使消息中所描述事件的不定性减少。信息是物质的普遍属性。 《辞海》（１９８９）对信息的解释是： ① 音信、消息。 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。 英国《牛津英语辞典》对信息的概念这样表述：通过各种方式可以被传递、传播、传达、感 受的，以声音、图像、文字所表征，并与某些特 定的事实、主题 或事 件相联系的 消息、情 报、知 识，都可以泛称为信息。 美国《韦伯斯特词典》认为：信息是知识和情报的通信和接受，并将信息表述为以下四种： ① 由调查、研究和学习所得到的资料和知识； ② 知识、学问和新闻； ③ 事实、情况和数据； ④ 表示数据的记号、信息和标识。 日本的《广辞苑》将信息表述为：关于事物的内容和情况的通报。 ２．１　信息的概念与类型 ·１７·３．信息的概念 由于本书是一本讲述信息技术教育的教材，因此主要从信息科 学的角 度出发，在兼顾 其 他领域的情况下来理解信息的概念。 （１）控制系统。控制系统可以是生物的，也可以是人造的。控 制系 统能 感受到 环境 的 特点，然后根据感受调整自身的状态和行为。控制系统对自身行为 和状态 的调整，又可以 产 生对环境的影响。控制系统本身也是由物质组成，控 制系统的运 作是系统支配自身 内部 结 构的结果。从信息科学的角度来看，控制系统感受到的环境情况叫 做输入 信号，而将控制 系 统做出的行为或状态调整称为输出信号。控制系统通常由感应器、控制器、受控部 件等组成。控 制系 统有 两种，一 种是闭 环控 制 系统；另一种是开环控制系统。开环控制系统的输入信号不受输出 信号的 影响；而闭环控 制 系统中，输出信号则可能影响输入信号，即是输出信号会作为部 分反馈 信号再对系统产生 影 响，它们的工作流程如图 ２．１所示。 （ａ）开环控制系统 （ｂ）闭环控制系统 图 ２．１　两种控制系统 来看一个生活中的例子———空调机的运作。在室温 ３０℃ 的情况 下启 动空调，并 设置 需 要达到的温度为 ２２℃，在空调机工作 一定时 间并 将室温调节到 ２２℃ 后，机器 将暂停 制冷 或 减少制冷的强度，一旦机器感应到室温又超过 了 ２２℃，它 将重 新开始 工作 或增 加制冷 强度， 这个过程可以用图 ２．２表示。

图 ２．２　空调机运作的闭环控制系统 ·１８· 第２章　信息知识与信息处理（２）信息是由控制系统接收和加工 的物质特征 状态。从信息科学的 角度来 看，控制 系 统所接收到的信号都来自于某种 或某些 物质 的状态 特征。例如，空调机所感受到的 温度 就 是大气的一个状态特征；城市路灯自动点亮和熄灭系统所感受到的光线强弱是光的 亮度 特 征；春天种子发芽是感受到季节 的特征等。控制系统 接收到这些 信号后要能分析出 其中 包 含的物质特征，才能做出相应的反应，而这些蕴含在信号中的物质状态的特征就是信息。 例如，一个物体在运动，它的运动状 态和状 态改 变的 方式可 以被 高速 摄影机 拍摄 下来， 之后可以处理，还可以重现。产生运动状态和方式的物体（源物体）虽然已经离开了观察者， 但是它的信息却被记录并被保留起来。这时，保留下来的仅仅是信 息，而不是它的源物质 本 身。正是由于信息具有这个特征，精彩的文艺节目可以被复制下来 供人们 反复欣赏，太空 的 奇观可以被拍摄下来供人们仔细 研究等。由于物质的状态具有一定的可能的状 态数，因 此 它决定了信息可以达到的信息量（信息的 容量）。 例如，电灯 的状 态只 有两种：开 和关，因 此 有关信息的可能状态也只有两种；人的性别只有两种：男和女，因 此有关性别的信息 也只 有 两种。同理，可以认为控制系统所传递出的 输出信号中也包含 着一 定的 物质状 态特 征———信 息，它反过来对控制系统的环境产生影响。因此，控制系统对外 界环境 进行感受和反应的 过 程都与一定物质的某一状态特征有关，即是与信息有关。可以说，信息 的传递是通过对信 息 形式的物质特征的状态进行接收、保存、加工、转换和输出来实现的。 当控制系统接收、感受和体会到 信息 的内容时，信息 才发生作用。但 对于同 一条 信息， 不同的控制系统，所感受到的具体内容及信息对系统产生的作用都 有差异，这将由控制系 统 自身的特点决定。 例如，根据天空的情况，普通市民可 以确定 天气 情况 是多云 还是 晴朗，从 而决定 穿衣 和 出行；对于农民则可能成为安排农活的依据；对于幼儿则可能意味着 是否可以 出外玩耍。 树 墩上的年轮表现了树木生长的年龄、规律和特征方面的信息，但 只有在 人们通过某棵树的 年 轮认识树的生长年龄时，年轮中所含有的信息才发挥作用。同样，海潮 的涨落体现了月亮 绕 地球运行规律的信息；树叶发芽和凋落包含了季节变化的信息等，它们 也只在被人或其他 动 植物感受时才成为信息。

当然，同样一个概念，人们基于不同的研究目的和关注层面，所 得到的 认识不同，本书 所 谈的信息是从信息科学的角度来看，因此它是一种由控制系统接收和加工的物质特 征的 状 态。只要有物质的地方，就一定有信息存 在，而信息又必 须以某种方式加 以组织 或表 述；否 则它就永远只能是纯本体性的。信息有三个基本点，即信源、信宿和 载体。发出信息的物 体 为信源，接受信息的物体为信宿，载有信息的载体为信息载体。 从记录的角度来看，信息可以包含在任何 事物之中。信息必须有某种“运载工 具”来 载 运并具备可识别性，即它可以从背景中区别出来。信息以物质为载 体和媒 介，信息之间相 互 通过物质来表现。信息是物质间存在的标志，是物质自身显示自身。信息 的产生源于物质， ２．１　信息的概念与类型 ·１９·信息产生后必须依附于物质。信息一经产生必定要被接受并记载下 来，无 论是人脑的记录， 还是其他形态的记载，载体都是物质的。物与物之间的信息传播依 赖于物 质间的相互作用， 若物质之间无相互作用（实际上是不可能的，这已被物理学证明），那么物体之间的信息传 播 就根本不可能。例如，在进行田径比赛时，运 动员听到信 号枪响后开始起 跑，这其中 的信 息 是可以起跑了，但信息的载体是 声音。又 如，出外旅游时，通 常会 借助地 图帮 助自己 确定 行 程，这时有关的信息主要通过地图上的图形和文字来表达。 ２．１．２　信息的类型 我们生活在一个信息化社会里，信息虽然多不胜数，但并不是杂 乱无章的。根据不同 目 的，可以根据不同的分类标准对信息进行分类。当然分类标准不同，所 划分出的信息类型 也 不一样。 １．根据控制系统获取、处理和输出信息的过程进行分类 根据控制系统获取、处理和输出信息的过程，可以将信息分为外 部信息与 内部信息。 外 部信息是存在于某一控制系统外的信息，即输入信息和输出信息；内部 信息则是存在于某 一 控制系统内部的信息，即控制信息等。由于控制系统的范围大小不 同，某一控制系统可能 是 另一控制系统的组成部分，因此对于它所属的系统而言，这一控 制系统 的外部信息可能成 为 内部信息，即所谓内部信息和外部信息是相对的，而不是绝对的，如图 ２．３所示。 图 ２．３　外部信息和内容信息 例如，对于空调机来说，室外空气的 温度和 输出 空气 的温度 中所 含的 信息是 外部 信息， 而空调机的感应器根据外部温度发送给受控设备的控制信号中所包 含的则是 内部信息。 上 课时，同学们听到“起立”的命令会 全体 起立这 个过 程中，“起立”命 令所 含有 的信息 对于 人 来说是外部信息，它通过人的耳接收到后，在听觉神经系统、大脑 中产生的信息对人 来说 则 是内部信息。 ２．根据信息的产生方式进行分类 根据信息产生方式可以将信息分为自然信息和约定信息。 自然信 息是由物质活动本 身 特征带来的信息，即由物质活动特点产生的信息；约定信息则是 由发送 和接受它的各个控 制 系统之间共同约定的，与本身物 质特点没有太大 关系的信息。人 们对于自然信息的 理解 来 ·２０· 第２章　信息知识与信息处理自于长时间对自然信息内容和作用的认识和积累，对于约定信息的理解则来自于人 们最 初 的约定。例如，自然界中的阴晴圆缺、潮起潮落、花开花落、刮风 下雨等 自然现象都属于自 然 信息；人的高矮胖瘦、男女性别也是自然信息。人们通过 多年对于这些接 触，体会了 这些 信 息产生的作用，才逐渐对这些信息有了认识。