1.1　什么是信息

當今的時代是信息時代，人們的日常生活已離不開信息，人們對信息的依賴性也越來越強。另外，有關信息的新名詞和新術語層出不窮，作為一種產業，“信息”在社會、經濟中所占的份額越來越大，快速的信息基礎設施建設也成為這個時代的重要特征。物質、能源和信息構成了現代社會生存發展的三大基本支柱，其中信息是最基本和最重要的概念，那么什么是信息（information）呢？

當人們收到一封電報，接到一個電話，早晨從收音機里聽到氣象預報或看到電視里的新聞之后，人們都感到自己得到了“信息”。那么，“信息”是否就是這些電報、電話、預報或新聞呢？再如，甲乙兩人同時去聽某一學者的課程，由于是同一時間同一學者的課程，是否意味著甲乙兩人獲得了相同的“信息”？直觀上，這兩個問題會存在一些模糊的、不確切的答案。因為當電報、電話、預報或新聞的內容是早知道的或已了解的，在獲得這些“信息”時，就會覺得沒有什么意義，或者說沒有帶來什么信息；相反，如果電報、電話、預報或新聞的內容，不但是原來不知道的，而且是完全出乎意料的，就覺得獲得了很多信息。同樣，對于第二個問題，當甲乙兩人的基礎不同時，盡管他們聽到的是同一內容，但聽后所獲取的新知識并不相同，或者說所得到的有用信息不一樣。“信息”正是從這些原始的、含混不清的概念中概括、提煉、提高和開拓獲取的內容，它具有嚴格的、確切的含義和一定的數學表達，并且信息能夠被定量地度量。

廣義上，信息是對物質存在和運動形式的一般描述。1975年，朗格提出“一旦理解了是信息觸發了行為和能力，信息包含于客體間的差別中，而不是客體本身中，人們就意識到在通信中所被利用的（亦即攜帶信息的）實際客體物質信息是物質的普遍屬性。所謂物質系統的信息是指它所屬的物理系統在同一切其他物質系統全面相互作用（或聯系）的過程中，以質能和波動的形式所呈現的結構、狀態和歷史是不重要的，唯有差別關系是重要的。”

物質、能量和信息是構成客觀世界的三大要素。信息是物質和能量在空間和時間中分布的不均勻程度。信息是事物的狀態和運動形式的表征。在日常生活中，我們收到一封電報、接到一個電話或聽到氣象預報后，所得到的具體內容是對某一事務狀態的描述。例如，氣象預報說“晴轉多云”，這是對氣象狀態這一事物的具體描述。電報上的報文，如“母病愈”，是對母親身體健康情況的描述。這些都是人腦以外的客觀物質世界表現出來的各種不同的運動狀態。電話中說“他想去北京”，則是存在于人頭腦里的思維活動，反映了人的主觀世界——大腦物質的思維活動所表現出來的思維狀態。

在信息社會中，“信息”這個詞應用十分廣泛（如報紙上和電視節目中的經濟信息、商品信息和人才交流信息等）。迄今為止，信息還沒有形成一個完整的定義。不同的研究學派對信息的本質及其定義還沒有形成統一的意見和認識。綜合信息的各種定義，較為一致的定義是：信息是認識主體（人、生物和機器）所感受的或所表達的事物運動的狀態和運動狀態變化的方式。信息具有以下特點：

①普遍存在性，它存在于自然界，存在于人類社會，也存在于思維領域，哪里有事物，哪里就有事物的運動狀態和方式；

②信息與物質既有區別又有聯系，物質是信息的載體，物質的運動是信息的源泉，但信息只是事物運動的狀態和方式，信息不是物質；

③信息與能量既有聯系又有區別，傳遞信息需要能量，同樣傳遞能量需要信息；信息是事物運動的狀態和方式，能量則是物體做功的本領，兩者之間有著本質的區別；

④信息是事物運動的狀態和方式，是認識主體感知活動所表述的事物運動和方式，人類要認識事物就必須要取得信息，同樣，要變革事物也必須要有信息。

為了度量信息，香農給出了概率信息概念，又稱香農信息或狹義信息。香農從信息源具有隨機不確性出發，為信源推出一個與統計力學熵相似的函數，稱為信息熵（entropy）。其實，信息熵是表征信源平均不確定度的量，信息不等同于不確定度，而是為了消除不確定度必須獲得與此不確定度相等的信息量。例如，甲袋中有100個球，其中紅、白球各50個；而乙袋中也有100個球，紅球25個，白球25個，藍球25個，黑球25個。從兩個袋子中各取一球，若是紅球，則紅球所包含的信息量并不相同。對于甲袋來說，獲得紅球的概率為1/2，因此為了準確獲得是否是紅球的判斷，需要獲取1比特（bit）的信息；而對于乙袋來說，獲得紅球的概率為1/4，因此為了準確獲得是否是紅球的判斷，需要2比特的信息。由此，香農基于信息熵給出了信息的度量。香農信息就是消除不確定時所獲得的信息量。

綜上，信息具有以下性質：

（1）信息是無形的。信息不同于物質和能量，它是看不見摸不著的，信息不具有實體性。

（2）信息是可共享的。信息的交流，不會使交流者失去原有的信息，而且還可以獲得新的信息。

（3）信息是無所不在的。上至宇宙天體，下至地面礦藏，無不含有客觀特征的信息；人類生存離不開信息，人的五官不停地接收信息，人的神經系統不斷地傳遞信息，人的大腦則不停地處理、存儲和利用信息。信息具有傳遞性。

（4）信息是無限的。信息作為事物運動狀態和存在狀態的一般描述，和事物及它們的運動一樣是永恒的、無限的。信息的無限性還表現在時空上的可拓展性。例如，今天氣象臺報告的氣象數據所含有的信息，明天就失去價值，明天又會產生新的信息。如果將所有這些信息積累起來作為歷史資料，又可以成為關于氣候演變的重要信息依據，給人類創造幸福。

（5）信息是可度量的。信息論中最重要的問題就是要解決信息的度量。信息度量應滿足信息的三個基本方向：結構的、統計的和語義的。信息的度量與事件發生的概率有關。概率性事件的示性函數取值范圍為[0，1]，模糊性事件的示性函數取值為0~1。1比特=10-16爾格/開爾文。

另外，信息還必須具有以下特征：

①對于接收者來說，信息必須是新的知識，有別于已知的內容；

②信息是一個抽象的概念，本身看不見、摸不著，它必須依附于一定的物質形式，如文字、聲波和電磁波等，這種運載信息的物質稱為信息載體；

③若接收者不能解釋所接收的信息載體，則不存在信息；

④信息可以產生，也可以消失，同時信息可以被攜帶、存儲及處理；

⑤信息是可以度量的。通常，人們用文字、語音和圖像等能夠被感覺器官所感知的物理現象，來表述客觀的物質運動和主觀的思維活動狀態，稱此為消息（message）。消息是具體的、非物理的，可描述為語言文字、符號、數據或圖片，能夠被感覺到，它是信息的載體，是信息論中主要描述形式，是信息的數學層表達。因此，從電報、電話或電視獲得的是消息，而電報、電話、電視等載荷的內容才是信息。在通信中，消息是指傳送信息的單個符號或符號序列。這些符號包括字母、文字、數字和語言等。例如，可用符號x₁表示晴天，x₂表示陰天，x₃表示雨天。

另一個重要的概念是信號（signal）。信號是消息的物理體現，也是信息的載體。它可以是運載或攜帶消息的任何物理量，以達到迅速并有效地傳送和交換信息的目的。目前信息傳輸主要使用的信號有電信號、光信號和無線電信號。信息包含在信號之中，是通信系統中傳送的主要對象。

信息是信號、消息的內涵，是信號載荷的內容，是消息描述的對象。反過來，信號則是信息在物理表達上的外延，消息則是信息在數學表達上的外延。同一信息，可以采用不同形式的物理量來承載，也可以采用不同的數學描述方式。同樣，同一類型的信號或消息也可以代表不同內容的信息。

例如，烽火臺是古代的軍事設置，從邊境按一定距離一座一座直到京都，有軍事情況的時候，白天舉烽（狼煙），晚上舉火，具有軍事信息傳遞作用。其中，烽火臺是否點燃烽（火）是信號，傳送的敵情有無是信息。當然，在“烽火戲諸侯”的典故中，周幽王點燃的烽火臺就不包含有無敵情的信息，當諸侯們多次被戲弄后，烽火臺不再具有預報敵情的作用，導致鎬京被攻破，周幽王被殺死。再如，我們可以通過手機進行信息交流，以無線電磁波為信號，傳送的符號序列是消息，所表達的內容則是信息。