Первый – антропологический подход (Н. Винер) – информация определяется через категорию «содержание внешнего мира» и напрямую связана с человеком, его мышлением: «Информация суть обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспосабливанию наших чувств» (Н. Винер). В рамках такого подхода, однако, возникают, прежде всего, две проблемы. Первая. Как интерпретировать информационные процессы в компьютерных программах, системах искусственного интеллекта, где процессы получения и преобразования информации могут проходить без этапа осмысления их человеком? Вторая. Каково объяснение генетической информации живой природы?
Второй – кибернетический подход (К. Шеннон) – информация понимается как отражение одного объекта в другом, используемое для формирования управляющего воздействия на объект. Это отражение имеет собственную структуру, что и определяет смысл информации: соответствие отражения управляемому или исследуемому объекту. В таком подходе на первый план выдвигается идея кода и канала передачи информации, а количество информации определяется независимо от ее смыслового содержания.
Третий подход – семантическая теория информации (Ю. Шрейдер, Р. Стратонович) – акцент (в отличие от теории Шеннона) делается на свойствах приемника, воспринимающего и накапливающего информацию, а также на оценке ее семантического (смыслового) значения. При этом вопрос о канале передачи информации уходит на второй план, а смысловая информация оценивается по степени изменения содержащейся в приемнике собственной семантической информации за счет накопления внешней информации.
11.2 Проблема включаемости понятия «информации»
в физическую картину мира
Информация не является физической системой. Информационные процессы в значительной степени обособляются от преобразования энергии и вещества (что присуще именно любым физическим системам).
Эта относительная самостоятельность информационных процессов заключается, прежде всего, в том, что совокупность сигналов (информация), поступающих на вход управляющей системы (и их энергетические характеристики) не определяет однозначно выхода системы. Выход системы зависит также от предшествующего опыта системы, она регистрирует свои реакции, свои линии поведения и оценивает их эффективность по отношению к достижению цели. Таким образом, поведение такой системы не есть функция ее состояния в термодинамическом смысле – не есть функция от макроскопических характеристик системы. Система реагирует не непосредственно на физическую природу сигнала, а на несомую им информацию – отличает содержание сигнала (информация) от его формы (физическая природа и энергетические характеристики). Как результат, в информационных системах регулирование осуществляется не непосредственно потоками энергии и вещества, а на основе информации.
Сказанное и дает основание предполагать, что информация (как и информационные потоки) представляет собой особую форму движения материи, некую новую (для современного научного знания) и пока неясную универсальную субстанцию. Факт многомерности и остающейся существенной недоопределенности самого понятия «информации» и составляет проблему включаемости понятия «информации» в физическую картину Универсума.
11.3 Количество информации и энтропия
Для конкретизации последующего изложения вопроса описания информационно открытых систем приведем используемые в современной физике и теории информации математические определения классических понятий количества информации и энтропии для неравновесных систем.
Пусть макроскопическая физическая система обладает (ограничимся дискретным случаем) 
набором микросостояний, в каждом из которых она может находиться с соответствующей вероятностью 
(вообще говоря, 
при 
). Тогда энтропия (мера неопределенности, неупорядоченности) макроскопической физической системы определяется следующим образом (энтропия Больцмана; LB-Людвиг Больцман):
. (11.1)
В теории информации аналогом энтропии Больцмана (11.1) является информационная энтропия Шеннона (CS-Клод Шеннон):
с тем смысловым изменением, что под величиной 
понимается вероятность информационной системе (рассматриваем простейший случай системы, состоящей из 
ячеек памяти, в каждой из которых возможны лишь два «состояния» - символы «0» или «1») находиться в одной из
возможных 
комбинаций символов (
). Тогда количеством информации (по Шеннону) называют величину, равную уменьшению неопределенности (энтропии) информационной системы:
, (11.2)
где (в некотором процессе, опыте) энтропия 
, которой система обладала до опыта (априорная энтропия), уменьшилась до величины 
(апостериорная энтропия). Так, например, если какая-либо информационная система имеет лишь два равновероятных (
) априорных состояния (априорная энтропия 
), то после опыта она переходит в одно из них с вероятностью единица (апостериорная энтропия 
; по теореме Лопиталя 
). Тогда из (11.2) следует, что 
. В этом случае говорят, что информационная система содержит единицу информации, называемую битом (binary digits = двоичные разряды; в отличие от кубита – квантового бита – см. Лекцию 12).
Выражению (11.2) можно придать форму закона сохранения суммы количества информации и энтропии в процессе эволюции информационной системы:
. (11.3)
11.4 Проблема описания информационно открытых систем
Рассмотрим достаточно сложную открытую диссипативную структуру (физическую, биологическую, социальную систему). Нам уже известно (см. Лекцию 9), что у системы такого типа фазовое пространство состояний можно представить разделенным на области притяжения к различным (в том числе случайным, хаотическим) аттракторам. Для перевода такой системы (управление системой) с одного аттрактора на другой необходимо определенное изменение ее управляющих параметров. Такое изменение может быть связано как с энергетическим воздействием на систему со стороны внешнего мира (динамическое воздействие), так и с варьированием (вплоть до сколь угодно малого) начальных данных, стартуя с которых система уходит на ту или иную структуру-аттрактор. Второй способ изменения управляющих параметров носит информационный характер, поскольку открытой системе сообщается количество информации 
, где 
исходный полный объем фазового пространства и 
объем притяжения нового аттрактора. Если система достаточно сложна (сложно структуирована, имеет эволюционирующую иерархическую структуру), то выбор пути ее саморазвития в точках бифуркации может определяться состоянием внутренних степеней свободы самой системы. В этом случае системе для перехода на другой аттрактор саморазвития может оказаться достаточным лишь информационное воздействие из себя на саму себя через варьирование внутренних параметров иерархической структуры. Такую открытую сложную
систему естественно рассматривать как систему с информационным управлением. В то же время, поскольку при этом система остается включенной во взаимодействие с внешним миром, то для этого мира она оказывается системой с информационным поведением.
Учитывая тот факт, что развитие системы начинает существенно определяться ее информационными свойствами, включая информационное отношение (через обмен энергией, материей и информацией) к внешнему миру, мы приходим к представлению о системе, реализующейся в своем становлении как информационно открытая для внешнего мира самоорганизующаяся система. Как результат, взаимодействуя с внешним миром (необходимое условие самого существования открытой самоорганизующейся структуры), информационно открытая система, «расслаиваясь» на динамическую и информационную части, получает возможность информационного развития – усложнения и совершенствования своей управляющей части за счет возникновения новых бифуркаций и аттракторов.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
Основные порталы (построено редакторами)