Аннотация -
Показана возможность объединения качественно различных уровней информационных процессов в единую систему, путем перехода от формальной логики, к диалектической логике.
Оглавление
Введение
Необходимость перехода от формальной логики к диалектической
Содержание и форма информационных процессов
Заключение
Литература
Введение
С развитием информатики и соответственно – представлений об информации, происходит
увеличение количества терминов, применяемых для теоретического представления информации в виде соответствующего понятия.
Негативным в этом случае является то, что целостный феномен информации распадается на отдельные явления, которым
соответствуют отдельные представления, а значит, используемый в этом случае термин становится многозначным.
В результате возникает полисемический термин, точное использование которого осложнено множеством его параллельных значений.
В итоге, «информация» в настоящее время представляет собой не научное понятие, а совокупность представлений, поэтому
при использовании термина «информация» приходится каждый раз уточнять – что именно обозначил автор словом «информация»
в данном конкретном случае. В информатике же должна быть представлена единая система, включающая в себя множество
различных уровней и форм качественно различной информации, что позволит устранить парадоксы, мешающие целостному пониманию.
Не лишне напомнить еще и о таком, часто забываемом в ходе научных исследований факте – системное и всестороннее
изучение всего сущего перестает быть как системным, так и всесторонним, а так же перестает быть изучением, после
того, как из рассмотрения будет удален такой ключевой момент любого процесса исследования чего бы то ни было,
как формы и методы мышления. А формы и методы мышления определяет логика. Фактически мы познаем мир, глядя на
его отражение в зеркале – мышлении. И для понимания процессов, происходящих в реальности, надо знать, что из
отраженного в зеркале обусловлено реальными процессами, а что обусловлено свойствами зеркала.
Необходимость перехода от формальной логики к диалектической
Логика, как наука о законах и формах правильного построения мыслей, а так же о правилах
оперирования понятиями, позволяет конструировать алгоритмы, применяемые и в науке, и в технике, и в методологии,
да и в самой логике. В современной науке наиболее широко применяется логика Аристотеля (формальная логика).
Объектами этой логики являются понятия, как мысли, отражающие сущность вещей. Причем вещей качественно определенных
и не изменяющихся (статичных, устойчивых). При этом содержание и объем понятия тоже устойчивы и неизменны.
Такие понятия называют конечными понятиями, а языковая форма понятия отражает общие и существенные признаки предметов.
Менее известна и реже применяется логика Гегеля (диалектическая логика). Объектами этой логики тоже являются понятия,
как мысли, отражающие сущность вещей. Но вещей изменяющихся (динамичных, развивающихся). При этом содержание и
объем понятия тоже динамичны, изменчивы. Такие понятия называют бесконечными понятиями. Каждое такое понятие
отражает целостность, но целостность, обладающую внутренним самодвижением своего содержания.
Поэтому для того, что бы определить внутреннее самодвижение, целое определяет себя через самое
себя посредством абсолютного отрицания. В результате такого отрицания целое делится на самое себя
(что определяет его статику, устойчивость – и порождает пространственно-подобную логику Аристотеля)
и свою противоположность (а это определяет её динамику, изменчивость – что порождает новое измерение времени-подобное).
Гегель придал пространственно-подобному характеру логики Аристотеля дополнительное «временное» логическое измерение и
диалектическая логика Гегеля обрела структуру логического пространства-времени бесконечных понятий, а не только
логического пространства конечных понятий.
Так, например, в науке сосуществуют два различных подхода, две противостоящие друг другу концепции информации - атрибутивная и функциональная.
Атрибутивная концепция (атрибутивный подход) трактует информацию как свойство всех материальных объектов, т.е. как атрибут материи.
В таком подходе информация рассматривается как соответствие состояний материальных объектов и подобна категории «результат отражения».
При этом, чем более полным является соответствие, тем полнее состояние одного объекта отражает состояние другого объекта.
И, соответственно, тем больше информации один объект содержит о другом. Атрибутивный подход абсолютизирует изменение
материальных объектов, упуская из виду процесс взаимодействия объектов.
Функциональная концепция (функциональный подход) связывает информацию лишь с функционированием самоорганизующихся
систем и систем управления. В таком подходе информация рассматривается как результат взаимосвязи и взаимодействия
объектов реальности, как функция определённым образом организованной материи. Материя в этом отношении рассматривается
как носитель информации, т.е. информация есть содержательность материи. Функциональный подход абсолютизирует
взаимодействие объектов, упуская из виду изменения материальных объектов.
Каждый из этих подходов абсолютизирует только одну сторону феномена информации. Диалектическая логика
Гегеля в таких случаях требует рассматривать феномен как единое целое, т.е. информация должна рассматриваться
и как атрибутивность и как функциональность реально существующих объектов и явлений. При этом атрибутивная
концепция, делая акцент на независимости информации как атрибута материального объекта от процессов ее
использования, отражает тем самым статический аспект информации, а функциональная концепция, делая акцент
на динамике информационных процессов, отражает тем самым динамический аспект информации.
Диалектический материализм, зафиксировав противоположность материального и идеального, не сделал следующего
шага – не определил, в чем состоит единство материального и идеального. Материалисты в пылу борьбы с
идеалистами пошли по наиболее простому пути – ранжировали материальное - как первичное, а идеальное - как
вторичное, не существующее без материального носителя. Но, определив материю как то, что существуя независимо
от человека, может воздействовать на человека, тем самым материалисты неявно определили идеальное как
материальное. Ибо воздействие идей, как на отдельного человека, так и на группы людей, мы наблюдаем постоянно.
Получается, что традиционная категория материи представляет собой и материально-материальное, и материально-идеальное.
В настоящее время даже у ортодоксальных материалистов уже не вызывает отторжение мысль о том, что противоречие
между материальным и идеальным не физическое, а логическое. По определению – материя есть философская категория
для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется,
фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. Иначе говоря, материально то,
что оказывает воздействие на человека непосредственно или посредством других материальных объектов (приборов).
При этом, материальное нечто может восприниматься и человеком и приборами (звуковые колебания), восприниматься
только приборами (электромагнитное поле) и восприниматься только человеком (смысловая информация). Ну а о том,
что не воспринимается ни человеком, ни приборами говорить нет смысла, поскольку любое высказывание об этом «нечто»
невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть.
Рассматривая философскую категорию «бытие» как противоположность категории «ничто» и не нарушая традиционные
соотношения между категориями, логически правильно представлять категорию «бытие» как единство бытия физического
(материально-материального в прежнем понимании) и бытия логического (материально-идеального в прежнем понимании).
Поэтому, применительно к информационным процессам, будем говорить о двух видах информации – физической (материальной)
информации и о логической (идеальной) информации. При этом, в общем и целом информация представляет собой единство
физического носителя и логического содержания, т.е. представляет собой объект, форма которого материальна, а
содержание идеально. Гегель [1] отмечал двойственный статус формы: нерефлектированная в самое себя, она – внешнее,
безразличное для содержания существование, а рефлектированная в самое себя она и есть содержание. Исследуя феномен
информации как разностороннее, но единое в своей сути целое, следует применять методы системного анализа, использующие
диалектику как логическую основу при исследовании любых процессов.
Содержание и форма информационных процессов
Рассмотрим содержание и форму информационных процессов на различных уровнях структурной организации бытия.
Процессы рассматриваем несколько упрощенно, но достаточно строго для понимания сути. Можно условно выделить четыре основных
уровня структурной организации бытия:
Первый, низший уровень структурной организации бытия это один объект с однородной внутренней структурой. В этом случае
движение материи (понимаемое как любое изменение) отсутствует, следовательно, отсутствуют любые процессы, в том числе
и информационные, отсутствует и информация. Если же внутренняя структура объекта неоднородна и внутренние процессы
оказывают влияние на изменения объекта, то необходимо рассматривать не один объект, а множество элементов внутренней
структуры как множество физических объектов, т.е. переходить на более высокий уровень структурной организации бытия.
Второй, более высокий уровень структурной организации бытия это множество физических объектов с однородной внутренней
структурой. В этом случае возможно движение материи и взаимодействие объектов, как причина изменений. При взаимодействии
физических объектов, между ними происходит обмен энергией и/или веществом, при котором происходит изменение положения,
формы, структуры или состояния взаимодействующих объектов, что можно рассматривать как информационный процесс.
При этом информационный процесс соответствует философской категории «явление» – конкретное проявление сущности
в зависимости от условий наблюдения. А информация, как изменение положения, формы, структуры или состояния
взаимодействующих объектов (изменение одного объекта под действием другого объекта, при котором возникают
однозначные соответствия характеристик одного объекта характеристикам другого объекта), соответствует
философской категории «сущность» - общее, проявляющееся во множестве явлений. Таким образом, практически
каждый процесс взаимодействия физических объектов является в то же время и информационным процессом.
Информация на этом уровне представлена в форме физической информации.
Содержание информационных процессов, на этом уровне структурной организации, можно представать в виде индукции,
редукции или хранения физической информации:
Индукция информации – при взаимодействии объектов между собой, происходят изменения этих объектов. Иначе говоря,
индукция информации происходит при таком взаимодействии объектов, при котором изменение характеристик одного
объекта отражает характеристики взаимодействующего с ним объекта (след, отпечаток). А параметры объекта,
изоморфные параметрам другого объекта представляют собой информацию об этом другом объекте. Количество
таких параметров представляет собой, на этом уровне, количество информации. Например: количество информации,
записанное на магнитный диск – это количество участков магнитного диска, изменивших своё состояние под
действием головки записи, а общая информационная ёмкость диска равна общему количеству участков
магнитного диска, которые можно использовать для записи/считывания. В информатике для такого случая
вместо термина «количество информации» предпочитают использовать термин «объём информации».
Хранение информации – новые изменения, возникающие при взаимодействиях объектов между собой,
вследствие своей незначительности не разрушают старые.
Редукция информации – вследствие взаимодействий объектов между собой, возникают всё новые и
новые изменения, которые разрушают (затирают) старые.
Выделив ограниченное множество взаимодействующих объектов, получим термодинамическую систему и
можем вычислить функцию состояния этой системы, которая называется «энтропия». При этом, рассматривая
выделенное множество объектов как один объект, а его окружение как второй объект, изменение состояния
первого объекта при взаимодействии со вторым объектом можно рассматривать как физическую информацию,
а сам процесс взаимодействия как индукцию информации. С учетом особенностей такого взаимодействия и
во избежание путаницы целесообразно обозначить такую информацию как «статистическая информация», а
изменение энтропии обозначить как объем статистической информации.
Третий уровень структурной организации бытия – это множество физических объектов с неоднородной
внутренней структурой. В этом случае рассматриваются уже не только взаимодействия отдельно взятых
объектов, но и взаимодействие структурных образований в рамках одного объекта. Взаимодействие подобных
объектов принято описывать на языке системного анализа. Иначе говоря, в данном случае взаимодействуют
две системы, представляющие собой структуры, состоящие из элементов и связей между ними. Каждый элемент
выполняет определенную функцию в рамках системы, а система в целом является элементом систем более
высокого уровня структурной организации материи. При этом воздействие на один из элементов системы
порождает, благодаря наличию связей между элементами, целый комплекс взаимодействий между элементами системы.
Содержанием информационных процессов, на этом уровне структурной организации, являются взаимодействия
не только объектов, но и элементов внутренних структур физических объектов, при которых происходят
изменения состояния элементов и/или их связей у взаимодействующих объектов, но сохраняется качественная
определенность самих объектов. Это содержание можно представить в виде генерации, передачи, приема и
преобразования сигналов. Обобщенно эти формы информационных процессов принято называть передачей информации,
хотя реально в пространстве (и во времени) передается только физический объект или протекает физический
процесс, называемый сигналом (носителем информации). На этом уровне наряду с представлением об информации
в форме физической информации, появляется представление об информации в форме логической информации, как
содержание (смысл) сигналов. Необходимым условием существования логической информации являются наличие
логического анализатора сигналов со своей логической базой (тезаурусом). При этом логическая информация,
как содержание сигнала, является инвариантом относительно операции замены носителя. Например, при передаче
радиосигналов азбукой Морзе содержание радиосигналов, звуковых сигналов в наушниках радиста и сигналов на
ленте телеграфного аппарата одинаково.
В общем виде на этом уровне информационные процессы укладываются в следующую схему – при взаимодействии
двух физических объектов один элемент или функционально связанная группа элементов, так называемые датчики
(рецепторы) одного из объектов воспринимает воздействие другого объекта, формируя сигнал, как изменение
некоторой физической величины и/или процесса во времени. При этом характеристика сигнала, которая служит
для представления информации, является информационным параметром сигнала, который может быть как аналоговым
(сигнал, изменяясь, принимает множество информационных значений), так и дискретным (сигнал имеет только два
информационных значения, которые можно условно обозначить цифрами 0 и 1). Таким образом, сигнал представляет
собой физическую информацию. При этом исходный физический объект или процесс называют носителем сигнала, а
процесс изменения параметров носителя, в результате чего носитель превращается в сигнал – модуляцией.
Благодаря наличию связей, сигнал распространяется между элементами системы, достигая логического
анализатора сигналов (приёмника сигналов) или затухает и исчезает, т.е. происходит редукция физической
информации. В отличие от физической информации, логическая информация появляется только тогда, когда есть
приёмник сигналов, обладающий своим тезаурусом – логической системой. При этом, логическая информация
есть изменение тезауруса приемника, индуцированное физической информацией полученного сигнала. Иногда,
пусть и с некоторой погрешностью, но для удобства можно отождествлять логическую информацию с
содержанием сигнала, принятого приёмником. При этом, путь, по которому шло распространение сигнала
от датчика до приёмника можно рассматривать как канал передачи информации (канал связи) от источника
(передатчика) до приёмника (логического анализатора).
Существует эффект физического структурирования логической информации, т.е. разделения логической
информации на телеметрическую информацию и управляющую информацию. Если сигнал передается по линии
связи для телеметрических сигналов, то в приёмнике он воспринимается как телеметрическая информация
(данные о взаимодействии). Если же сигнал передается по линии связи для управляющих сигналов, то в
приёмнике он воспринимается как управляющая информация (команды управления). Один и тот же сигнал
может восприниматься или как управляющая информация, или как телеметрическая информация, в зависимости
от того, по какой линии связи он передается.
Говоря о количестве информации на этом уровне, следует уточнять, о чем идет речь – об объеме принятой
физической информации, или о количестве логической информации, что требует учитывать не только сигналы,
но и объем тезауруса приемника. При этом для одного приемника количество логической информации, полученное
в результате приема конкретного сигнала будет одним, а для другого приемника количество логической информации,
полученное в результате приема того же сигнала, будет другим. Таким образом, количество информации (логической!),
принятое приёмником, можно определить как I = Z2 – Z1, где Z1 и Z2 это объем тезауруса приёмника до и после получения сигнала.
Объем информации (физической!), содержащейся в сигнале, зависит не только от передатчика (датчика), но и
от способа модуляции. Например, объем информации (Q) группы сигналов, полученных за время Т, можно определить по формуле:
Для последовательности дискретных сигналов с двоичной модуляцией (есть сигнал / нет сигнала):
Q = k * D *Т где
k = U / Y – отношение сигнал/шум (коэффициент различимости);
U и Y – соответственно уровни сигнала и шума (помех);
D = N / t – частота сигналов (коэффициент информативности);
N – количество сигналов, превышающих по величине уровень шума, в единицу времени (t).
Для дискретного сигнала с амплитудно-импульсной модуляцией формула остается такой же, но
D = N / t – частота следования импульсов (коэффициент информативности);
N – количество импульсов, превышающих по величине уровень шума, в единицу времени (t).
Для амплитудно-модулированного аналогового сигнала формула та же, но
D = N / t – частота изменений сигнала (коэффициент информативности);
N – количество значимых изменений сигнала, т.е. превышающих по величине уровень шума, в единицу времени (t).
Для частотно-модулированного сигнала формула та же, но:
k = U / Y – отношение частоты сигнала к паразитной девиации частоты из-за изменений параметров приёмника, передатчика и канала связи (коэффициент различимости);
U и Y – соответственно частота сигнала и паразитная девиация частоты;
D = N / t – скорость изменений частоты сигнала (коэффициент информативности);
N – количество изменений частоты сигнала, превышающих по величине паразитную девиацию частоты, в единицу времени (t).
Для сигнала с фазо-импульсной модуляцией формула та же, но:
k = U / Y – отношение периода следования импульсных сигналов к паразитному сдвигу фазы из-за изменений параметров приёмника, передатчика и канала связи (коэффициент различимости);
U и Y – соответственно период следования импульсных сигналов и паразитный сдвиг фазы;
D = N / t – скорость изменений фазовых сдвигов сигнала (коэффициент информативности);
N – количество изменений фазы сигнала, превышающих по величине паразитный сдвиг фаз, в единицу времени (t).
Вместо Q, для совместимости с традиционным подходом, можно использовать логарифм Q. Следует заметить,
что в общем случае, объем физической информации, переданный передатчиком (датчиком), отличается от объема
физической информации, полученной приемником. Причиной этого являются влияния свойств канала связи и технических параметров приёмника и передатчика.
Четвертый уровень структурной организации бытия – это множество комплексов, т.е. физических объектов с
неоднородной структурой, включающих в себя и физические и логические структуры, а так же общие для
взаимодействующих объектов знаковые логические структуры (языки). Содержанием информационных процессов,
на этом уровне структурной организации, являются взаимодействия комплексов, происходящие путем обмена
информационными сообщениями, представляющими собой физически и/или логически выделенные совокупности
(и/или последовательности) сигналов, содержанием которых являются знаки конкретной знаковой системы (языка).
На этом уровне информационные процессы принято называть коммуникационными процессами или обобщенно – коммуникацией
и появляется такая форма информации как сведения, представляющие собой содержание сообщений.
Происходящие на этом уровне информационные процессы укладываются в следующую схему – при взаимодействии двух
объектов один из объектов (источник) генерирует и отправляет по какой-либо линии связи сообщение в виде набора
сигналов. Второй объект (приёмник) воспринимает это сообщение, интерпретирует его на базе своего тезауруса,
т.е. выделяет содержание сообщения. Одно и то же сообщение может восприниматься или как информативное
сообщение, или как пустое сообщение, или как команда в зависимости от содержания предыдущих сообщений.
Это эффект логического структурирования логической информации, т.е. разделения сообщений на сведения, команды, пустую информацию и пр.
Объем информации в конкретном сообщении существенно зависит от языка, который использован для формирования
сообщения, метода кодирования и способа модуляции. При этом содержание сообщения является инвариантом
относительно операции перевода сообщения на другой язык.
Для того, чтобы некий объект получил конкретную информацию необходимо следующее:
- источник информации, формирующий конкретное сообщение, как логически связанную структуру знаков конкретного языка;
- передатчик информации, формирующий набор сигналов (в том числе и с использованием кодирования),
содержанием которых является данное сообщение и осуществляющий модуляцию носителя информации;
- канал связи (включая носитель/носители информации), по которому происходит перемещение (в пространстве и времени)
данного набора сигналов;
- приёмник информации, выделяющий из канала связи набор сигналов (в том числе и с использованием декодирования),
содержанием которых является данное сообщение;
- логический анализатор, интерпретирующий полученный приёмником набор сигналов на базе тезауруса приёмника.
В системе передачи информации, при передаче одного и того же сообщения, объем физической информации
меняется в зависимости от используемых методов и способов передачи, модуляции и кодирования. При этом
к полезной информации (содержание сообщения) добавляется вспомогательная информация (используемая при
демодуляции и декодировании) и информация помех (искажения, шум). Количество информации определяется,
как и на предыдущем уровне структурной организации бытия, изменением тезауруса приёмника. При этом
вопросы дискретизации и квантования информации, с учетом принципа информационной неопределенности Р.Бартини, выходят за рамки данной статьи.
Исторически именно на уровне передачи сообщений в науку вошел термин «информация», как устраненная
неопределенность, при абстрагировании от способов передачи сообщений, от причин, вызывающих неопределённость,
от условий, ограничивающих диапазон неопределённости. Но по мере развития технологий передачи сообщений
появилась статистическая теория передачи знаковых сообщений с помощью сигналов, предложенная Р.Хартли [2] и
расширенная К.Шенноном [3]. К сожалению, в настоящее время наметилась опасная тенденция отождествлять
понятия «энтропия» и «информация». При этом, если слова «информация термодинамической системы» еще
более-менее понятны, то слова «система передачи энтропии» будут звучать туповато-загадочно. Во избежание
путаницы, возникающей при смешивании разнородных понятий, следует оставить термин «энтропия» или
«энтропия Больцмана» для функции состояния термодинамической системы, а в информатике использовать
термин «энтропия Шеннона». Работы А.Н.Колмогорова и его последователей по теории динамических систем
показали, что энтропия Шеннона близка к энтропиям частных классов динамических систем, но не тождественна им.
Бурное развитие информационных технологий привело к тому, что каждое направление этих технологий,
решая ряд частных задач, использует своё понимание термина «информация». При этом правомерна такая
аналогия – человек, задав вопрос – каково расстояние от пункта А до пункта В? и получив ответ – 10 километров, не стремится уточнить:
По карте по прямой? Или по прямой по местности (по холмам и оврагам)? Или по тропинке? Или по шоссейной дороге? Или по железной дороге? …
Заключение
В общем виде информационные процессы, происходящие на разных уровнях структурной организации материи,
образуют иерархическую структуру:
- нижний уровень – это индукция, редукция и хранение физической информации;
- средний уровень – это формирование логической информации в форме содержания сигналов, передача физической информации в форме
сигналов (включая процессы физического структурирования логической информации) и прием сигналов;
- высший уровень – это передача и прием сообщений (включая процессы кодирования и декодирования путем преобразования физической
и/или логической информации), интерпретация принятых сообщений на базе тезауруса приемника (выделение содержания) и формирование ответных сообщений.
При этом, не лишне напомнить, что содержание каждого более высокого уровня организации материи включает в себя содержание всех
предыдущих уровней, а количество информации на всех уровнях определяется изменениями тезауруса приёмника.
Памятуя о том, что понятие «информация», как и любое другое научное понятие, определено только в совокупности его
диалектических моментов – всеобщем, особенном и единичном, необходимо упомянуть и о всеобщем аспекте феномена информации.
Отражение присуще материи (бытию, природе), как ее атрибут. Нет ничего, что бы ни было включено в какие-то специфические
взаимосвязи с чем-то другим, не отражало бы другое и не отражалось бы им. Логическое в той же мере универсальное свойство
материи, как и физическое. Отрицать логическое, присущее материи, – значит отрицать ее движение, ее способность к
изменению, отрицать саму материю. Таким образом, информация как изменения объектов, как результат взаимодействия
объектов, является неотъемлемым свойством движения материи.
Литература
1. Гегель Г.В.Ф. Наука логики. Т.2 (М.: Мысль, 1971)
2. Хартли Р. Передача информации. (М.: ИЛ, 1957)
3. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. (М.: ИЛ, 1963)