2014-02-24
3995
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
Сейчас имеется несколько (даже много) определений понятия "информация" и ни одно из них не является общепринятым. Это естественно, поскольку общепризнанные определения появляются в науке, когда она становится классической и перестает развиваться. О науке об информации этого, к счастью, сказать нельзя. Нужно ли вообще определять это понятие? Вопрос не праздный, поскольку многие ученые придерживаются мнения о том, что "информация есть информация и ничто другое и этого достаточно". Действительно, до недавнего времени слово "информация" использовалось в обыденной жизни и в практических задачах (шифровка, связь и т.д.). Там было достаточно понимания о чем идет речь на интуитивном или сугубо прикладном уровне. В последнее время стало ясно, что информация играет в науке фундаментальную роль. Возникла потребность понять, что же это такое? Попытки связать информацию с привычными понятиями материя или энергия успехом не увенчались. Стало ясно, "информация есть информация, а не материя и не энергия". (Н. Винер [1]). Отрицание не может претендовать на роль определения, вместе с тем в данном случае оно существенно, ибо указывает на отсутствие вещественного (и/или полевого) происхождения информации. Попытки связать информацию с энтропией тоже оказались безуспешными, хотя они продолжаются до сих пор (подробнее мы это вопрос обсудим позже). Поэтому вопрос об определении понятия "информация" остается открытым. В книге И.В. Мелик-Гайказян [2] собрана коллекция определений слова "информация", которая обсуждалась в [3], ниже мы будем следовать этим работам.
1.1 Определения понятия "информация
" информация есть знания, переданные кем-то другим или приобретенные путем собственного исследования или изучения" [4];· "информация - это сведения, содержащиеся в данном сообщении и рассматриваемые как объект передачи, хранения и обработки" [5];
" информация в обыденном смысле - это сведения, известия, в научно-технических приложениях - то, что имеет на себе сигнал" [6]. Наряду с этими и подобными им определениями заметна тенденция связывать информацию со степенью упорядоченности той системы, которая получает информацию:
" информация означает порядок, коммуникация есть создание порядка из беспорядка или по крайней мере увеличение степени той упорядоченности, которая существовала до получения сообщения" [7].
Приводимые ниже определения в известной мере повторяются.
" информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств" [8];
" информация...- одно из свойств предметов, явлений, процессов объективной действительности, созданных человеком управляющих машин, заключающееся в способности воспринимать внутреннее состояние и воздействие окружающей среды и сохранять определенное время результаты его; передавать сведения о внутреннем состоянии и накопленные данные другим предметам, явлениям и процессам" [9];
" информация - объективное содержание связи между взаимодействующими материальными объектами, проявляющееся в изменении состояний этих объектов" [10];
"информация есть текущие данные о переменных величинах в некоей области деятельности, систематизированные сведения относительно основных причинных связей, которые содержатся в знании как понятии более общего класса, по отношению к которому информация является подчиненной" [4];
"информация есть знание о каком-то особом событии, случае или о чем-либо подобном" [4];·
" информацией являются все те данные о внешнем мире, которые мы получаем как путем непосредственного воздействия на наши органы чувств окружающих предметов и явлений, так и опосредованным путем через книги, газеты, рассказы других людей" [11];
" информацией называется всякое сообщение или передача сведений о чем-либо, что заранее не было известно" [12].
У философов популярны дефиниции, содержащие термин "отражение":
" информация в самом общем случае - это разнообразие, которое один объект содержит о другом, это взаимное, относительное разнообразие. С позиций теории отражения информация может быть представлена как отраженное разнообразие, как разнообразие, которое отражающий объект содержит об отраженном" [13];
" информация есть отражение в сознании людей объективных причинно-следственных связей в окружающем нас реальном мире" [14];
" информация - это содержание процессов отражения" [15];
" информация не тождественна отражению, а есть лишь его инвариантная часть, поддающаяся определению, объективированию, передаче" [16].
" информация - это философская категория, рассматриваемая наряду с такими, как пространство, время, материя. В самом общем виде информацию можно представить как сообщение, т.е. форму связи между источником, передающим сообщение и приемником, его принимающим" [17].
Определения такого типа можно обобщить в виде утверждения:
" информация есть отражение отображения наших соображений".
Такого определения в литературе нет. По стилю оно соответствует творениям Кузьмы Пруткова (например, его миниатюре "Спор древнегреческих ученых о прекрасном"). Тем не менее, по глубине и смыслу (если кто-либо попытается его в нем найти), оно не уступает приведенным выше. В философском энциклопедическом словаре (1983 г.) приведено:
" Информация (от лат. informatio - ознакомление, разъяснение, представление, понятие) 1) сообщение, осведомление о положении дел, сведения о чем-либо, передаваемые людьми; 2) уменьшаемая, снимаемая неопределенность в результате получения сообщений; 3) сообщение, неразрывно связанное с управлением, сигналы в единстве синтаксических, семантических и прагматических характеристик; 4) передача, отражение разнообразия в любых объектах и процессах (неживой и живой природы)" [18].
В "Философской энциклопедии (1970 г.) во втором томе читаем: " Информация (от латинского informatio - осведомление) - см. «Теория информации» [19]. А в пятом томе в статье "Теория информации" вместо дефиниций приводятся различные представления о количественной оценке информации. Дефиниции того, что собственно значит термин "информация" просто не дается. Аналогичная ситуация с перекрестными ссылками в энциклопедии описана польским сатириком Станиславом Леммом по поводу определения понятия "сепульки".
В связи с трудностями философского определения понятия "информация" возникло убеждение в том, что оно не может быть отнесено к разряду философских категорий с заменой ею отражения (П. Копнин, [20]).
Особое место в коллекции определений занимают утверждения о том, что информация - это алгоритм:
" информация... есть план строения клетки и, следовательно, всего организма" [21]. Модификация этого определения содержится в работе Э. Янча, трактовавшего информацию как "инструкцию" к самоорганизации в процессе эволюции биологических структур [22].
В работе В. Корогодина [23] приводятся определения:· " информация есть некий алгоритм " "совокупность приемов, правил или сведений, необходимых для построения оператора, будем называть информацией". Под словом "оператор" здесь понимается некое стороннее воздействие на систему, изменяющее спонтанный ход событий. Большое число похожих и непохожих друг на друга определений понятия "информация" означает, что общепринятого определения ещё нет. Более того, нет даже четкого понимания сути этого явления, хотя потребность в нем уже назрела. Сейчас область применимости информационного подхода существенно расширилась. Понятие "информация" используется при исследовании практически всех процессов самоорганизации (в частности биологической эволюции). При этом актуальным становится вопрос о возникновении информации и эволюции её ценности и здесь без определения понятий уже не обойтись. Выбор определения зависит от аппарата исследования, иными словами, определение должно быть конструктивным, то есть пригодным для использования в рамках аппарата. Мы будем использовать аппарат теории динамических систем, поскольку именно он лежит в основе науки о самоорганизации (то есть синергетики). Этим условиям в наибольшей степени удовлетворяет определение информации, предложенное Генри Кастлером [24].
Информация есть случайный и запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных.
Здесь слово "случайный" выделено, поскольку оно относится к процессу (способу) выбора и потому сужает область применимости определения. Вообще говоря, выбор может быть и не случайным (подсказанным), в этом случае говорят о рецепции информации. Случайный выбор соответствует генерации (то есть спонтанному возникновению) информации. Поэтому слово "случайный" мы в определении информации опустим, но учтем его при обсуждении процессов генерации и рецепции.
Слово "запомненный" тоже выделено, поскольку в дальнейшем будет играть очень важную роль. Оно относится к фиксации информации. Вообще говоря, выбор может и не запоминаться (то есть тут же забываться). Такой выбор будем называть микроинформацией. Запомненный выбор (в отличие от незапоминаемого) будем называть макроинформацией. Во всех информационных процессах используется макроинформация (запоминаемая). Микроинформация используется главным образом в теор-физических спекуляциях по поводу "демона Максвелла" (о чем пойдет речь позже). Поэтому далее под информацией мы будем понимать только запоминаемую информацию и приставку "макро" опустим. Слова "возможных и равноправных" означают, что варианты выбора принадлежат одному множеству и априорные различия между ними не велики. В идеале варианты могут быть полностью равноправны и равновероятны, но могут и отличаться. В этом случае слово "равноправные" означает, что априорные вероятности различных выборов - величины одного порядка. С учетом сказанного примем определение информации в виде:
Информация есть запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных. (Q)
(G. Quastler)
Будем использовать это определение и ссылаться на него как на дефиницию (Q).
Определение (Q) отличается от предыдущих в следующем. Во-первых оно четко, понятно и широко используется в естественных науках. Конструктивность его проверена на многих примерах [25-28]. Это определение не противоречит предыдущим, когда речь идет о реальных задачах. Так, определение информации как инструкции или оператора в конкретных случаях сводится к указанию, какой именно выбор следует сделать в том или ином случае. Во-вторых согласно этому определению информация предстаёт как нечто конкретное и "приземленное", ощущение чего-то "сверхестественного и романтического в нем отсутствует, исчезает ореол "божественного". Можно считать это недостатком определения, поскольку именно это ощущение привлекает многих людей и вдохновляет их на подвиги (научные, не научные и лже-научные). Тем не менее, мы надеемся показать, что именно это определение позволяет понять такие тонкие явления как возникновение жизни и механизмы мышления с естественно-научной точки зрения. Иными словами - построить мост между естественными науками и гуманитарными. В-третьих определение (Q) допускает введение меры - количества информации.
Подчеркнем еще одну особенность определения (Q). Слово "выбор" - отглагольное существительное. Его можно понимать в двух смыслах: как процесс и как результат процесса. Разница примерно такая же, как между судопроизводством и приговором суда. В определении Кастлера выбор понимается, как результат процесса, но не как сам процесс. Именно в этом смысле (то есть как "приговор") оно конструктивно и именно в этом смысле оно используется в реальных задачах. Слово "процесс" в естественных науках прочно занято, оно означает изменение системы во времени (то есть "движение" её), которое в общем случае ещё не известно чем кончится и кончится ли вообще. Согласно определению (Q) при этом информация еще отсутствует. Однако, информация как результат выбора не мыслима без процесса выбора, как приговор не мыслим без суда. Отнюдь не любой процесс заканчивается выбором, Последнее возможно лишь в процессах определенного класса. Поэтому целесообразно ввести понятие "Информационный процесс", свойства которого мы обсудим позже.
В заключение этого раздела отметим, что в реальных задачах, как правило, фигурирует не просто информация, а ценная или осмысленная информация (пока мы употребляем эти термины, апеллируя к интуиции, определим их позже). Часто это упускают из внимания, полагая, что не ценная информация - вообще не информация. Последнее ведет к недоразумениям.
