По истории информатики на тему “ Эволюция понятия «информация»

Санкт Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики



























Реферат 

По истории информатики на тему

“Эволюция понятия «информация»”



















Аспирант:

Некрасова Е.М.

Кафедра: 

Философии

Специальность: 

09.00.07





















Санкт-Петербург 

2009 г.


Оглавление

	Оглавление	2

	Введение	3

	1.Вероятностно-статистический подход	4

	2. Кибернетический подход.	7

	3. Подход к понятию информации в Советском Союзе.	10

	Заключение.	12

	Список литературы	13


Введение

Действительно жить – значит жить,

обладая правильной информацией.

Н. Винер.



Слово «информация» широко употребляется на протяжении многих веков. Первоначально латинское «informatio» обозначало понятие, идею, буквально – нечто оформленное в сознании и слове. Известно, что в Древнем Риме информацией стали называть разъяснение и истолкование письменных и устных текстов. Со временем в европейских языках слово «информация» и  его однокоренные производные стали обозначать обширную понятийную сферу, в центре которой стояло сообщение как коммуникативный акт, предоставляющий некоторые сведения, знания. Вопрос же о сущности информации как особой единицы реальности не ставился до начала ХХ в. 

Достижения науки и техники XVIII – XIX вв. определялись в первую очередь успехами физики и химии. Открытые законы преобразования энергии, например, в области электродинамики, достаточно быстро были воплощены в механических устройствах. Эффективность работы последних описывалась с помощью известных физических понятий: мощность, коэффициент полезного действия, количество производимой энергии и др. Однако, после возникновения и широкого распространения в начале ХХ в. средств связи, а в 40-х гг. вычислительной техники, стало очевидно, что их характеристики невозможно выразить только физическими параметрами. Именно тогда в язык науки вошло понятие информации как особого материала, с которым имеют дело сложные электронные устройства. Естественно, что для построения на основе «вновь открытого» термина строгой теории понадобилось четкое его определение, которое, как выяснилось, дать непросто. Разнообразие подходов к представлению сущности информации демонстрирует сложность этой «нематериальной материи», лежащей в основе человеческой цивилизации, а по мнению некоторых ученых, самой Вселенной. В данной работе представлен обзор основных направлений понимания информации, сформировавшихся в период наиболее активной разработки данного вопроса, а именно в 30-60е гг. ХХ в.


1.Вероятностно-статистический подход

В первой трети ХХ столетия исследования в области средств связи имели основной целью оптимизацию способов передачи сигналов. Для того, чтобы понять механизмы транслирования информации, требовалось проникновение в специфику ее собственной природы. В 1928 г. была опубликована работа «Передача информации» американского ученого Р. Хартли (R. Hartley), где нашли отражение идеи о взаимозависимости между физическими символами – носителями сообщения – и выражаемым ими смыслом. Хартли первым ввел в методологию теории систем связи понятие «количество информации» и предложил способ его измерения. При этом он четко определил, что следует понимать под измеряемой информацией: «… группу физических символов – слов, точек, тире и т. п., имеющих по общему соглашению известный смысл для корреспондирующих сторон» [Hartley, 1928]. Таким образом, в центре внимания оказалась знаковая (синтаксическая) характеристика информационной единицы: невозможность существования без какого-либо воплощения с того времени закреплена за информацией как одно из основных  ее свойств. 

Рассматривая передаваемую информацию как определенный набор символов (алфавит), а передачу и прием этой информации как последовательно осуществляемые выборки из этого алфавита, Хартли ввел понятие количества информации в виде логарифма числа, общего количества возможной последовательности символов (алфавита), а единицей измерения этой информации определил основание этого логарифма. Тогда, например, в телеграфии, где алфавит содержит два символа (точка, тире), при основании логарифма 2 количество информации, приходящееся на один символ равно:

       H =log2 2 = 1 бит (1 двоичная единица).

Впоследствии основоположник современной теории информации К.Э.Шеннон (C.E.Shannon) отметил, что данный способ измерения не только удобен применительно к радиотехнике и математике, но и интуитивно прозрачен. Изучая системы передачи кодированных сообщений, Шеннон дополнил формулу Хартли новыми показателями вероятности (такими как относительная частота использования некоторого символа, вероятность следования за одним символом другого и т.п.). [Shannon, 1948] Для теорий оптимизации систем связи это стало значительным шагом вперед, и применение новой формулы положило начало науке о кодировании и декодировании в широком смысле. Впоследствии Шеннон сформулировал и доказал две теоремы о проводимости каналов связи, учитывающих как физические характеристики проводников, так и «нематериальные» взаимодействия между целенаправленно передаваемой информацией и той, которая вмешивается в трансляцию на пути сигнала от источника к потребителю (т.н. шум системы).

Шеннону принадлежит определение информации как степени снятия неопределенности знания (энтропии). Любой интеллектуальный агент, выступающий получателем сообщения, обладает неполным представлением об объекте данного сообщения. То, в какой мере эта неполнота уменьшится после поступления данного сообщения, и является показателем его информативности. В теории Шеннона под информацией понимались не любые сообщения, которыми люди обмениваются, передаваемые по техническим каналам связи, а лишь те, которые уменьшают неопределенность у получателя информации. Неопределенность существует тогда, когда происходит выбор одной из двух или большего числа возможностей, - это имеет место не только в процессах коммуникации, но и в управлении, познании, в социальной сфере и за ее пределами. [Пушкин, 1989]

С точки зрения инженера-конструктора, проектирующего средства и каналы связи, отсутствие четкого определения информации представляло серьезное препятствие для достижения оптимальной результативности работы. Шеннон предложил несколько характеристик, которые можно было рассматривать как неотъемлемые свойства информационной системы и одновременно определять их количественные показатели, что позволяло на их основании вычислять эффективность каналов связи, сообщений, принимающих устройств и т.д. в зависимости от тех или иных физических условий. Основные характеки информационной системы, по Шеннону, таковы:

1) скорость создания информации Н, определяется энтропией источника в единицу времени;

2) скорость передачи информации R, опредеяется количеством информации в единицу времени;

3) избыточность – свойство сигналов (каждый элемент сигнала несет меньше информации, чем может нести потенциально);

4) пропускная способность канала связи С есть максимальная скорость передачи информации для данного канала.



Совместно с У. Уивером (W. Weover) Шеннон провел математическую аналогию между законом Больцмана-Планка об уменьшении энтропии в термодинамике с информационной энтропией в замкнутой системе связи. Большая общность определения Шеннона в том, что оно не связано с механической моделью вещества как это имеет место в статистической теории Больцмана. Совпадение этих формул вызвало сенсацию в мировом научном сообществе, поскольку подтвердило «право» информации претендовать на звание фундаментальной составляющей действительности. [Broglie, 1953] Однако, и количественная мера информации Хартли, и понятие энтропии Шеннона не измеряют саму вторичную информацию в ее смысловом или физическом виде, а лишь характеризуют используемую для передачи по каналам связи систему кодирования этой информации, алфавит, примененный для ее передачи.


2. Кибернетический подход.

Вероятностно-статистический подход к природе информации, основанный Шенноном, нашел поддержку у многих значительных ученых (Шредингера, Бриллюэна и др.). Именно в этих рамках развивалась современная теория информации, соответственно, все ее прикладные отрасли, связанные с радиоэлектроникой и ЭВМ. Однако, подобная математизация заслонила «физику» информации, и в то время, как различные признаки и показатели обрели количественное выражение, глубинная суть, «субстанция» осталась непроясненной. Так рассуждал Н. Винер (N. Wiener), разносторонний ум которого искал ответы на поставленные в теории связи вопросы за пределами естественных наук и впервые выходил на уровень онтологического рассмотрения информации. В 1948 г. была опубликована книга Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине», главной идеей которой стало соединение теории информации с теорией управления в живой и неживой природе. Поддерживая взгляды Шеннона на негэнтропийный характер информации, Винер больше акцентировал качественные особенности явлений связи. Он выделил два слоя протекания данных процессов: «первичная» информация – это форма, структура вещества и явления; «вторичная» суть то, что выражено в знаках, передается и принимается в виде некоторых сигналов (кодирование и декодирование), подвержена искажению. «Истинная информация»,  заключенная на обоих уровнях, не поддается измерению и составляет основу всех процессов Вселенной, считал Винер. Однако четкого определения «истинной информации» он так и не дал, что позволило приверженцам кибернетического подхода широко трактовать основное понятие. По мнению Винера, на любом уровне организации материи прослеживается одна и та же схема взаимодействия между центром и периферией: обмен информацией, основанный на принципах прямой и обратной связи. Основываясь на таком представлении, можно свести к единой науке управления все ее разнообразные проявления, как в природе, так и в обществе, и в механизмах. Заявляя, что «нервная система и автоматическая машина имеют фундаментальное сходство - и то, и другое является устройствами для принятия решений на основании решений, принятых в прошлом» [Винер, 2001], Винер указал на то, что в теорию информации следует ввести антропоморфные характеристики – память, научение, самоорганизация играют важную роль в исследовании возможностей автоматов. «Информация - это обозначение содержания, черпаемого нами из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приведения в соответствии с ним нашего мышления» [Винер, 2001]. Теория информации в кибернетике воспроизводит модель мозга, работающего на основе обратной афферентации, информирующей центр управления о всех изменениях на периферии, так что последующие приказы, идущие из центра, непрерывно учитывают все изменения, происходящие на периферии в результате выполнения предшествующих директив из центра.

Интересно, что личность человека Винер расценивал как «информационную схему», которую на определенном уровне технического развития можно будет транслировать, перемещать во времени и пространстве, воспроизводить и т.д. [Винер, 2001]

В рамках кибернетического подхода определилась т.н. разнообразностная концепция информации. Ее автором является нейрофизиолог и математик У. Р. Эшби. В учебнике «Введение в кибернетику» 1956 г. он указал, что информативность заключается в различии между альтернативами выбора, который приемник осуществляет из двух равновероятностных, но нетождественных величин. Согласно Эшби, любой объект материального мира выступает как ограниченное разнообразие благодаря наличию связей между отдельными его элементами. Эти связи, ограничивая степень свободы элементов, тем самым уменьшают неопределенность их положения относительно друг друга. Собственно информацией является то, что ограничивает разнообразие, т. е. определяет структуру объекта (системы), его выделенность из других объектов (систем) окружающего мира. Эшби принадлежит формулировка закона сохранения информации: «Информация не может передаваться в большем количестве, чем это позволяет количество разнообразия», и «только разнообразие может уничтожить разнообразие» [Эшби, 1959]. Первое из приведенных положений отвечает представлениям Шеннона и Уивера, согласно которым при передаче информации от источника, через канал связи к адресату, в замкнутой системе (т. е. в системе, в которую информация не поступает извне), адресат не может получить информации больше, чем ее содержалось первоначально в источнике информации. 

В работе «Шаги к экологии разума» известный психиатр Г.Бэйтсон (G. Bateson), сотрудничавший с Винером, так пишет о природе информации: «Что есть в территории, что попадает в географическую карту? Мы знаем, что территория не попадает на карту… Если бы территория была однородна, на карту ничего бы не попало, кроме ее границ, являющихся точками, в которых она перестает быть однородной по отношению к некоторой большей матрице. То, что попадает на карту, фактически есть разница, будь это разница в высоте, растительности … или в чем-либо другом. Различие обнаруживается во множестве свойств, но из этой бесконечности мы выбираем некоторое, очень ограниченное число, которое и становится информацией» [Bateson, 1972]. Таким образом, в понимании Бэйтсона, информация – не просто дифференциация, а «различие, которое различается», выделяется нами по определенным критериям из общего массива данных.

Следует отметить, что в кибернетике информативен любой сигнал (не только обладающий семантической характеристикой знак), а физиологический подход к понятию информации предполагает более жесткие ограничения: сообщением является только преднамеренное и целенаправленное действие, а признаки и сигналы, даже голосового свойства, являются только особым видом влияния одного организма на другие [Поршнев, 1974].

Считая информацию всеобщим свойством материи, сторонники кибернетики рассматривают эволюцию материи от простейшего атома к наиболее сложным формам как процесс накопления информации. Таким образом, оказались связанными космогоническая, геологическая и органическая теории эволюции в единый «порыв» материи к увеличению собственного информационного содержания.

Кибернетическое понимание информации оказало огромное влияние на развитие биологии, генетики, нейрофизиологии, поскольку помогло раскрыть механизмы протекания недоступных непосредственному наблюдению процессов. Так, например, понятия генетического кода, наследственной памяти клетки являются следствием интеграции с кибернетикой.


3. Подход к понятию информации в Советском Союзе.

Для советских ученых 50-60-х гг. ХХ в. совпадение уравнений термодинамической и информационной энтропий, а также принятие кибернетикой информации в качестве единого начала развития и управления оказались привлекательными с позиций оправдания принципов материалистического монизма. [Грэхэм, 1989] Например, Н. Б. Новик в 1963 г. пытался представить систематическое рассмотрение кибернетики с точки зрения просвещенного марксизма и прямо заявлял, что кибернетическая информация есть свойство материи, прямо связанное с ленинской версией теории познания. Количество информации, соответственно, есть мера порядка отражения материи в сознании и ощущении [Новик, 1963]. В 1960-е гг. главный научный центр в области изучения информации СССР определял информацию как «объективное содержание связи между взаимодействующими материальными объектами, проявляющееся в изменении состояний этих объектов». Такая трактовка, с одной стороны, чрезвычайно расширяет понятие: «информацией» становится любое взаимодействие объектов действительного мира. В то же время, возникновение информации внутри нематериальной системы абстрактно-логических элементов оказывается невозможным. и внутри нематериальной системы ()онятие, позволяя подводить под определение "анала.
ионной системы и одн

	Однако попытки подогнать кибернетические «буржуазные» понятия под советскую идеологию в столь явном виде вскоре прекратились, и уже к концу 60-х гг. отечественные ученые внесли несомненный вклад в теорию информации. Появились исследования алгоритмического и топологического направлений [Колмогоров, 1965], а также исследовалась проблема измерения ценности информации [Харкевич, 1960], [Стратонович, 1975] и содержания ее в семантическом подходе. 

	А. Д. Урсул в 1968 г. в работе «Природа информации: философский очерк» предложил следующее понимание проблемы. На основании количества информации, являющейся всеобщим свойством материи, можно проводить грань между живой и неживой природой. Так, если информативность единицы неорганического вещества составляет несколько десятков бит на молекулярном уровне, то информативность молекулы живой клетки – порядка 1015 бит. Развивая идеи Колмогорова по топологии, Урсул указывал, однако, что количественные показатели не должны заслонять проблему своеобразия типов информации, и считал, что последние нельзя сравнивать между собой из-за качественных различий. Допуская только классификацию информации по типам с разной областью применения, Урсул предложил такую их дифференциацию: «элементарный» (информация в неорганической природе), «биологический» (уровень протекания физиологических процессов, инстинктов живого существа()логически	й мирссификацию информации по типам с разной областью применения, Урсул предложил такую их дифференциацию: " киберн), «логический» (уровень рациональных процессов), «социальный» (информационное взаимодействие на уровне общественных отношений) [Урсул, 1968].

	В дальнейшем смягчение идеологической ситуации способствовало более тесному сотрудничеству отечественных и зарубежных ученых. hоженной работе.нутые на заре "Й


Заключение.

	Сегодня информация является одним из столпов, на которых строится реальность. Провозглашена эра «информационного общества», и все сферы человеческой деятельности сконцентрированы вокруг процессов информационного обмена, создания и накопления информации. Тем не менее, четкого определения информации до сих пор не существует. Проблема онтологического статуса информации, называемая «проблемой Винера», рассматривается в философии науки. С одной стороны, утверждается, что мир и все его свойства созданы из информации как одного из основных субстанциональных свойств материи. По мнению других ученых, информация как особого рода действительность не существует, а относится к субъективной реальности, как знания, сведения, которые формируются в сознании человека. При этом все-таки утверждается, что информацию невозможно определить исчерпывающим образом через какие-то более простые понятия в силу их отсутствия, а ее значение может быть пояснено только на примерах или выявлено путем сопоставления с содержанием других понятий. Между этими крайностями существуют еще ряд промежуточных точек зрения: признание информации третьим атрибутом материи, равнозначным веществу и энергии; утверждение о независимости информации от какого бы то ни было материального носителя; трактовка ее как тонкоматериальной структуры с необычными для физического мира свойствами; признание в одном случае первичности информации и вторичности материи, а в другом − материальности информации и т.д. Все современные подходы к вопросу развивают идеи, выдвинутые на заре «информационной эры», которые вкратце были изложены в предложенной работе.




Список литературы

	Бодякин В.И. Определение понятия "информация" с позиции нейросемантики. – М., 2006

	Винер Н. Кибернетика. – М., 1968.

	Винер Н. Человек управляющий. – СПб., 2001.

	Грэхэм Л. Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе. – М., 1989.

	Колмогоров А.Н. Три подхода к определению понятия «количество информации» / Проблемы передачи информации, т. 1, № 1, 1965, стр. 3 – 11.

	Новик Н.Б. Кибернетика: философские и социологические проблемы. – М., 1963.

	Поршнев Б.Ф. О начале человеческой истории. – М., 1974.

	Пушкин В.Г., Урсул А.Д. Информатика, кибернетика, интеллект. Философские очерки. – М., 1989. 

	Стратонович Р.Л. Теория информации. М., 1975.

	Урсул А.Д. Природа информации: философский очерк. – М.: 1968.

	Харкевич А.А. О ценности информации // Проблемы кибернетики, вып. 4. – М., 1960.

	Эшби У.Р. Введение в кибернетику. – М., 1959.

	G. Bateson Steps to an ecology of mind. – Chicago, 1972. 

	L. Brillouin. Science and information theory. – New York, 1956. 

Бриллюэн Л. Наука и теория информации. – М., 1960.

	L. Broglie. De la cybernetique // La Nouvelle Revue Française, 1953, July, p.85.

	R.V.L.Hartley. Transmission of information // Bell Systems Technical Journal, vol. 7, p. 535, 1928.

Хартли Р. Передача информации //Теория информации и ее приложения. – М., 1959, стр.5-35.	

	C.E.Shannon. A mathematical theory of communication // Bell Systems Technical Journal, vol. 27, №3, pp. 379-423, №4, pp. 623-656, 1948.

Шеннон К.Э. Математическая теория связи / Шеннон К.Э. Работы по теории информации и кибернетике. – М., 1963, стр.243-332.





2