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论信息

作译者：杨学山

出版时间：2016-04 千字数：322 版次：01-01 页数：352

开本：16开装帧： I S B N ：9787121283499

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纸质书定价：￥88.0

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目  录
第1章  信息的定义、存在形态和基本属性	1
1.1  信息的定义	2
1.1.1  定义信息必须满足的条件	2
1.1.2  信息的定义	4
1.1.3  什么是，什么不是	5
1.2  信息的存在形态	6
1.2.1  自在态	6
1.2.2  自有态	7
1.2.3  记录态	9
1.2.4  信息三态之间的关系	11
1.2.5  信息态的转换	13
1.3  信息的一般属性	14
第2章  信息的运动	19
2.1  信息形态转换中的运动	20
2.1.1  自在态信息向自有态信息的转换	21
2.1.2  自在态信息向记录态信息的转换	22
2.1.3  自有态信息向自在态信息转换的运动	22
2.1.4  自有态信息向记录态信息的转换	23
2.1.5  记录态信息向自在态信息的转换	24
2.1.6  记录态信息向自有态信息的转换	24
2.2  信息的移动	25
2.2.1  移动的类型	25
2.2.2  信息移动过程的环节与分解	29
2.2.3  信息移动的约束	32
2.2.4  信息移动的演进	35
2.3  信息处理	36
2.3.1  信息处理的定义	36
2.3.2  信息处理的类型	37
2.3.3  转换类信息处理	38
2.3.4  组织类信息处理	41
2.3.5  计算类信息处理	42
2.3.6  信息处理的要素和体系架构	44
2.3.7  信息处理能力的演进	46
2.4  形式信息的积累	49
2.4.1  形式信息积累的定义和类型	49
2.4.2  形式信息积累的要素和架构	50
2.4.3  形式信息积累的目的和路径	52
2.5  载体和外壳的演进	53
2.5.1  载体、外壳、含义的关系及演进模式	54
2.5.2  载体演进和载体与外壳的分离	55
2.5.3  外壳的演进和外壳与含义的分离	57
2.6  本章小结	59
第3章  信息结构	63
3.1  信息结构的定义	64
3.2  信息结构的类型和形态	65
3.2.1  自有信息结构和共有信息结构	66
3.2.2  隐性结构和显性结构	67
3.2.3  自在态信息的结构	68
3.2.4  自有态信息的结构	69
3.2.5  记录态信息的结构	70
3.3  信息单元	71
3.3.1  定义	71
3.3.2  信息单元的一般构成	72
3.3.3  信息单元的确立	73
3.3.4  信息结构中几类主要的信息单元	75
3.4  信息单元及信息结构例示	79
3.4.1  二维静态单元的信息结构例示	80
3.4.2  三维静态跨信息态信息结构的示例	84
3.4.3  三维动态跨信息态信息单元的示例	94
3.5  信息结构的标识与函数	100
3.5.1  标识的目的和类型	101
3.5.2  标识的规范和体系	102
3.5.3  函数的类型和特征	103
3.6  信息结构的一般模型	108
3.6.1  信息结构的构成	108
3.6.2  信息结构的一般模型	109
3.6.3  最简信息结构与冗余	112
3.7  信息结构的可用性	114
3.7.1  定义	114
3.7.2  信息结构可用性的一般过程和构成要素	115
3.7.3  隐性结构的可用性和局限性	115
3.7.4  显性结构及其可用性	119
3.7.5  信息结构的显性	121
3.8  显性信息结构的完备性	129
3.8.1  信息结构完备的相对性	129
3.8.2  信息结构完备的测度	132
3.8.3  信息结构间的关系及完备性	137
3.9  关于信息结构的进一步讨论	141
3.9.1  信息结构是连接不同态信息的纽带	141
3.9.2  信息结构对加快和引导科学发展具有重要作用	143
3.9.3  信息结构的一些重要特征	144
第4章  信息的增长	147
4.1  信息增长的定义和发展阶段	148
4.1.1  信息增长的定义	148
4.1.2  信息增长的发展阶段	149
4.2  自有态信息的增长	152
4.2.1  遗传信息的增长	152
4.2.2  认知信息的增长	156
4.2.3  非生物自有态信息的增长	160
4.3  记录信息的增长	161
4.3.1  信息记录的过程	161
4.3.2  记录信息增长模型	166
4.3.3  记录信息的度量	170
4.4  信息结构的增长	173
4.4.1  信息结构增长的定义	173
4.4.2  显性信息结构增长的一般模式	173
4.4.3  显性信息结构增长的基本规范	174
4.5  显性信息结构完备的充要条件	179
4.6  信息结构显性的承担主体	180
4.6.1  主体的属性及动力	180
4.6.2  主体的能力	181
4.6.3  协同构建与共享	183
4.7  显性信息结构完备的先验性一般假定	184
4.7.1  一般假定的构成分析	184
4.7.2  预期工作量	185
4.7.3  复杂性	187
4.7.4  实施路径	190
4.7.5  信息结构显性完备的动力来源假定	191
4.8  信息结构显性的方法和工具	192
4.8.1  方法论的一般讨论	192
4.8.2  工具的形成	194
4.8.3  开放、开源和交互平台	201
4.8.4  工具的演进	204
4.8.5  长期进化	207
4.9  信息增长的规律和轨迹	208
4.9.1  独特的增长过程和规律	208
4.9.2  跨越转折点	210
4.9.3  创建信息处理新逻辑	211
第5章  信息的逻辑	215
5.1  信息逻辑的架构	216
5.1.1  信息按不同规律运动的起源	216
5.1.2  信息逻辑的组成要素	219
5.1.3  信息逻辑分析的标识方式	220
5.2  感知、转换和映射	222
5.2.1  信息含义在信息转换和移动中的一般规律	222
5.2.2  生物体的感知和转换	224
5.2.3  信息系统的感知或转换	227
5.3  连接场及其表述	229
5.3.1  连接的对象	230
5.3.2  连接的形式	235
5.3.3  连接的实现	237
5.4  计算规划和架构	240
5.4.1  计算规划与架构的一般性问题	240
5.4.2  微处理、短逻辑	243
5.4.3  泛包容	244
5.4.4  内计算	246
5.4.5  多中心计算	248
5.4.6  结构的持久扩展	249
5.5  构件集合的计算和多维计算	251
5.5.1  构件集合的比较	251
5.5.2  基于构件集合的组合和分解	253
5.5.3  信息结构的维度和多维计算	254
5.6  非连续的连续进化	255
5.6.1  非连续的连续进化规律	256
5.6.2  感知力	258
5.6.3  表达力	259
5.6.4  解释力	261
5.6.5  重现力	262
5.6.6  中断与连续	263
5.6.7  进化的时空逻辑	265
5.7  信息逻辑的进一步讨论	267
5.7.1  连接和计算逻辑的一般问题	267
5.7.2  显性信息结构自我进化的逻辑问题	268
5.7.3  信息逻辑的基本特征	269
第6章  信息空间	271
6.1  信息空间	272
6.1.1  信息空间的构成	272
6.1.2  信息发展阶段及信息空间构成的变化	274
6.1.3  主体的演变	276
6.1.4  信息空间的存在、消亡与扩展	278
6.1.5  信息空间进化的几个规律	280
6.2  信息空间与认知能力发展的关系	282
6.2.1  认知能力与信息空间发展的一般关系	283
6.2.2  信息空间发展初期的认知能力	285
6.2.3  信息空间发展中期的认知能力	286
6.2.4  信息空间发展后期的认知能力	289
6.2.5  一个假设：如果信息是物理世界的构成要素	290
6.3  信息空间与物理空间和生命空间的关系	292
6.3.1  信息空间与物理空间	293
6.3.2  信息空间与生命空间	293
6.3.3  三个空间互动下的宇宙演进	294

前  言
信息，平凡而又神秘。说其平凡，是因为几乎所有人都在用信息这个词；说其神秘，是因为居然到现在还没有一个具有共识的定义，还没有形成体系化的、揭示其发生发展规律的知识体系。然而，人类社会正在走向信息社会。依据物理学发现的材料和能源技术推动了工业革命数百年的发展，同样的科学理论能否解释信息发生发展的规律并推动信息社会可持续发展呢？这是本书的起点。
本书的目的就是明确信息定义，揭示信息发生发展的规律。本书共六章，第一章给出了信息的定义和属性，第二章归纳信息的各种运动形态，第三章介绍了基于含义的信息结构，第四章讨论信息的增长过程及规律，第五章阐述信息的独特的不同于物质和生命的发展逻辑，第六章介绍信息空间及其与物理空间、生命空间的关系，勾画了由物理空间、生命空间和信息空间构成的宇宙的发展图像。
信息是什么，让太多的研究者困惑了太长时间。不是因为认知的复杂性，而是因为信息与物质、能量和生命全然相异的特殊性，破解这个特殊性，信息这种宇宙中唯一的特殊存在就跃然纸上。第一章定义了信息，并分析了信息的这种特殊性。本书定义的信息就是所有客观存在的含义，这里，物理空间、生命空间和信息空间都是客观存在的。如此定义的信息没有质量、没有能量、没有固定形态，如此定义的信息必须依托载体与/或外壳存在，如此定义的信息可以在不同的形态间转换，如此定义的信息借助不同的载体与/或外壳逐步走向自主发展，最终成为独立的自我发展的与物理空间、生命空间并列的信息空间。如此定义的信息以自在态、自有态和记录态三种模式存在，可以解释几乎所有今天在使用的信息概念。信息由载体、外壳、含义三要素构成；具有三种截然不同的存在形态，含义可以在这三种形态中不断转换；含义本身不受时空和物理定律、生命定律的约束，跨越时空和物质、能量、生命，实现非连续的连续进化，这是信息区别于物质、能量、生命的三个最重要的特殊性，是信息的一系列特殊属性产生的根源，也是认识信息、理解信息的入门钥匙。
区分信息的形与义是认识信息及信息发生发展规律的关键。信息的载体和外壳是形，含义是义。承载信息的光、声、电、纸张、核苷酸、神经元是形，文字、语言、图表、概念是外壳，核苷酸、神经元、非生物主体存储处理的外壳既是载体又是外壳。载体和外壳都是形，而可以为认知主体利用的含义才是义。载体及与载体结合在一起的外壳运动或遵循物理空间定律，或遵循生命空间定律，而含义的运动和发展不遵循这两类定律，因此，无论是信息的运动、结构、增长、逻辑和空间，都需要区分这两者，作为分析和讨论的基础。
信息的运动既有以形为主的，也有以义为主的，还有形与义同时运动的，第二章从五个维度讨论了信息的运动，对于基于含义的信息增长和演进这两类本质上也属于信息运动内容的讨论留给了后续章节。信息运动从三态转换开始，这是信息发生发展的基础，从自在态信息到遗传信息、从遗传信息到认知信息、从认知信息到记录信息，这几个关键的转换环节在几十亿年时间内逐一突破，为最终形成独立、自主发展的信息空间奠定了基础。而信息形与义的移动、处理则揭示了不同形态信息移动和处理的同异之处，载体和外壳遵循各自所属形态的规律，而含义的移动和处理都是朝着特定的目的，遗传、认知、记录信息的处理具有相同的模式，今天计算机信息处理能力与遗传和认知信息的处理相比，在形的处理上超出很多，但在义的处理上还有很大的差距。第二章的最后两节只讨论信息载体与/或外壳的积累和演进。其中记录态信息的积累及与记录态信息发展连接在一起的符号、概念体系演进是信息空间演进过程中的基础性、标志性环节。
在不同的信息形态和不同发展阶段，保持信息自身持续增长的基础是信息结构。没有结构的自在态信息无论数量多少、形态如何均是一盘散沙，不能发挥作用，更不能实现有效的基于含义的增长。信息结构是理解信息、把握信息发生和发展规律的钥匙。第三章的目的是介绍信息结构的基本概念及主要特征。信息结构的基础是信息单元，如同生命空间的细胞和物理空间的分子，既由更基本的组成部分构成，又具有独立的功能。信息结构有两类，隐性信息结构和显性信息结构。隐性信息结构只能为拥有该信息集合的主体所利用，显性信息结构可以为多个主体利用。当自有信息产生之日起，隐性信息结构就存在，并不断发展，记录信息产生之日起，显性信息结构就开始产生，记录信息本身就是带有信息结构的。随着记录信息的不断增长和信息处理技术的不断发展，显性信息结构在逐步显示其特征和作用，从互联网大数据到不同类型的智能系统，显性信息结构都是其主要的构成因素。然而，所有这一切都没有被称为显性信息结构，而是被称为索引、目录、知识表示等。正如遗传信息编码和大脑认知信息存储和利用结构没有破解之前，没有认识到隐性信息结构一样。正如隐形信息结构才使遗传信息和认知信息成为生命和认知持续发展的基础，显性信息结构是记录信息自我发展的基础。本章也介绍了信息结构的一般特征和基本要求。
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第四章定义了信息的增长并划分了信息增长的六个发展阶段，重点分析了信息结构增长的一般模式和路径。信息增长既是信息的量和质的增长过程，更是信息空间功能逐步完善直至自我发展的过程。第一阶段到第三阶段是漫长的借态演进过程，使信息空间从没有生机的无限沉寂状态，跨越到生成不依赖物理和生命空间独立存在的记录态信息。这个过程以物理空间和生命空间的定律为基础，完成了信息空间进化最为关键的两步：遗传基因的进化并通过遗传基因，使智人的进化达到了10万年前高度完备的认知功能，为成熟的体系化的语言和文字、符号和概念体系的诞生奠定了不可逆的雄厚基础。相比于第一到第三阶段的40多亿年时间（仅从地球看），第四、第五两个阶段只有不足一万年时间，但实现了信息空间功能增长的另一个飞跃，认知能力和基于认知能力的记录信息增长，从串行进化发展到大规模并行进化。此前关于信息的演进都是基于个体，数量众多的个体按照生命进化规律发展，值得特别关注的是，关于认知能力的生命进化似乎就以智人为终点。极其大量的生命个体经历数十亿年时间，完成了认知能力功能的进化，这是生命规律的约束。一旦摆脱了生命进化规律，记录信息诞生之后，生命规律和社会发展规律同时发挥作用，使信息空间在短短几千年时间内发生了三个重大的变化，一是记录信息载体与/或外壳的处理工具不断进化，远远超出了人的处理能力；二是借助记录信息处理工具，人类认知能力的进化并行发展规模越来越大，从开始的数十、数百到现在的几十亿在一个共享的认知信息平台上发展；三是正因为快速地并行认知进化，很快就耗尽了生命空间赋予人类的认知能力，人类认知能力极限已经触及，半个世纪以来人们称之为“科学的沉寂”现象，在很大程度上是人类认知能力的极限，逐步完备的显性信息结构一定程度上可以缓解这一进程，但极限的到来是必然的。显性信息结构的诞生和逐步完备、信息处理技术体系的发展和人类认知能力的极限三个因素促使信息发展进入第六阶段，尽管这个阶段还没有到来，但轮廓已经显现，就是一个独立于物理和生命空间，自我发展完善的信息空间的产生，并与物理和生命空间一起成为三足鼎立的宇宙发展新格局。
理解信息增长和信息空间的核心是显性信息结构。显性信息结构的基础是隐性信息结构，显性信息结构只是将隐性信息结构外化，成为不同主体可以共享，并能在一定条件下重现客观存在的信息空间基础构成要素。一个显性信息结构对应于一个客观存在，包括这个客观存在的属性和功能。第四章第五节定义了显性信息结构完备的充要条件，满足这个条件的显性信息结构就使信息空间得到了自我生长与完善的基础。当第六阶段信息空间认知主体的能力不断提升，显性信息结构完备的理论、方法和工具不断完善，越来越多的隐性信息结构将转换为显性信息结构，物理空间和生命空间未知的规则将逐一被认知，信息发展第六阶段将进入成熟期。
信息运动的规律及规律蕴含的逻辑是什么，这是第五章的主要内容。信息逻辑的讨论有感知、连接、计算和进化这四个含义，以运动为主要领域展开。感知与转换是一个将一个（或多个）主体的外部信息转换为内部信息，成为隐性或显性信息结构的一个组成部分的信息运动过程。这个运动过程按感知的主体和载体的不同，分别遵循物理或生命规律，但决定感知什么、取舍什么、含义如何组织，进入主体什么信息集合或结构则遵循信息的规律。连接是信息运动最重要的组成部分，连接的实现遵循物理或生命定律，连接的目的和结果基于信息规律。按照信息空间的划分，信息的连接分成内连接和外连接，按照连接建立的性质，分为实连接、虚连接和任意连接三类。这三类连接构成了基于含义的信息空间连接场，根据一定的规则实现不同目的和节点间的连接。信息的处理与信息的连接一样无时无处不在。对于含义的处理与外壳或载体的处理性质截然不同，因为客观存在本身是有一个个基本构件组成的，每个基本构件都有其特定的处理功能，以信息结构为基础的处理也应该是从最基本的构建开始。因此，处理的逻辑由一组微处理、短逻辑起始，以内计算、泛包容、多中心为规则构成信息空间的处理模式。以信息结构内成的功能系列为基础，以多中心计算模式，可以形成大任务、泛分解的处理模式。通过感知转换功能和任意连接、内计算、泛包容的规则，使以显性信息结构为基础的信息空间的计算，成为一个以内部完善为主的计算体系，为信息空间的自我完善奠定了动力基础。关于集合计算和多维计算的规则提供了信息空间，另一类计算对象新的处理能力。按照物理和生命空间的思维逻辑看信息空间的增长，被割裂为一个个不同的没有任何逻辑关系的片段，从而成为物理或生命空间的一个附属现象。换一个思维模式，从信息含义在不同性质的空间中，在物理和生命定律的作用下，形成自身的发展路径和规律，可以看到这种非连续的连续进化的必然性和规律性，第五章的第六节解释了这一特殊的增长过程。
第六章是对信息空间的一个总结性分析章节，主要是三个部分，一是信息空间的构成及其存在、消亡与扩展，二是信息空间与认知能力发展的关系，三是信息空间与物理和生命空间的关系。信息空间的发展还没有完成一个循环，总结其规律还为时过早，但迄今为止的发展，至少可以得出三条规律性的总结：一是在一个独立信息空间中，转换主体的数量、延续的时长、协同平台的质量是该信息空间规模增长和进化速度决定了该空间增长的速度，称之为延续协同定律。二是信息空间的发展呈台阶式跃迁，每一个台阶呈现长期渐进积累后跃迁到一个新台阶规律，称之为积累跃迁定律。三是信息空间构成的非组合规律，一对一地反映相应的客观存在，一对一地在隐形或显性信息结构中体现，一对一地复制、处理。这正是信息空间的构成特征，也是信息空间的增长特征。
信息发展六个阶段是信息空间形成和完善的过程，理解信息空间，必须摆脱物质世界和生命世界延续性的定式，这一种不同于物质和生命的规律主导着信息空间的延续。物理空间定律必然产生自在态信息并与生物体发生交互，生命空间定律必然导致遗传基因的产生进化并达到生物体认知功能的极限，却诞生了独立于物理和生命空间，不遵循物理和生命定律而发生发展的信息空间。
第六章在6.2.5节中提出了一个重要的假设，即如果信息是物理空间的组成部分，是物质基本粒子的构成部分，则将在信息空间产生第二类自在态信息，改变物理、生命、信息空间相互的关系。物理学既没有证明这种状态的存在，也没有证明这种可能不存在，所以只能是一种假设。如果这个假设成立，信息是物理空间物质的组成部分，而不仅是反映客观存在的。分子生物学的研究成果已经证明，信息是生命空间的必要组成部分。信息由载体、外壳和含义构成，有三种存在形态，在信息进化过程中，生命空间是其关键阶段的必要条件，信息空间依赖物理和生命空间而存在。
三个空间相互依存，相互影响，形成新的宇宙观。从宇宙演进的维度看，物理空间的逻辑是能量、质量的守恒、力的作用和统一，在物理空间多变的现象中寻找不变的规律；生命空间的逻辑是在物理空间逻辑的约束下，在不变中寻找可变的生存和发展；信息空间的逻辑是在物理空间和生命空间逻辑的约束下，寻找改变物理空间和生命空间运行轨迹的路径。这里有两个关键的环节，一是是否存在通过信息影响物质的微观构成和宏观进程的可能，二是物理、生命、信息三个空间谁能主导认知能力。对于第一个环节，今天的物理学还不能给出答案，但直接否定是不成立的。对于第二个环节，物理空间不能主导认知，主流的意见认为人类是认知的主体，至少人类是主导认知能力的主体。但是，认知所要揭示的客观规律的复杂性与认知能力的提升同步增加、人类生理极限的矛盾和信息空间自主认知能力的加速成长，如果找不到恰当的解决办法，非生物体超越人的认知能力的时间已经不会很长。对于这一问题的进一步论述，我将在2017年出版的《智能原理》一书中展开。
本书试图将信息这个客观存在清晰定义，并在此基础上揭示其发生发展的规律，并以信息空间的发展及其与物理、生命空间的关系，重新诠释宇宙的发展规律。30多年的研究历程，无数次的推翻和肯定，最终形成了这一书稿。它还不成熟，还有很多可以推敲和完善的地方，甚至可能存在错误的结论，但我还是把它出版了，目的就是得到读者的批评，以完善这一理论体系。
本书的前言和目录由美国长岛大学储荷婷教授翻译成英文，这是一个高难度的创作过程，谨此表示感谢。

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