1.1　什么是信息

当今的时代是信息时代，人们的日常生活已离不开信息，人们对信息的依赖性也越来越强。另外，有关信息的新名词和新术语层出不穷，作为一种产业，“信息”在社会、经济中所占的份额越来越大，快速的信息基础设施建设也成为这个时代的重要特征。物质、能源和信息构成了现代社会生存发展的三大基本支柱，其中信息是最基本和最重要的概念，那么什么是信息（information）呢？

当人们收到一封电报，接到一个电话，早晨从收音机里听到气象预报或看到电视里的新闻之后，人们都感到自己得到了“信息”。那么，“信息”是否就是这些电报、电话、预报或新闻呢？再如，甲乙两人同时去听某一学者的课程，由于是同一时间同一学者的课程，是否意味着甲乙两人获得了相同的“信息”？直观上，这两个问题会存在一些模糊的、不确切的答案。因为当电报、电话、预报或新闻的内容是早知道的或已了解的，在获得这些“信息”时，就会觉得没有什么意义，或者说没有带来什么信息；相反，如果电报、电话、预报或新闻的内容，不但是原来不知道的，而且是完全出乎意料的，就觉得获得了很多信息。同样，对于第二个问题，当甲乙两人的基础不同时，尽管他们听到的是同一内容，但听后所获取的新知识并不相同，或者说所得到的有用信息不一样。“信息”正是从这些原始的、含混不清的概念中概括、提炼、提高和开拓获取的内容，它具有严格的、确切的含义和一定的数学表达，并且信息能够被定量地度量。

广义上，信息是对物质存在和运动形式的一般描述。1975年，朗格提出“一旦理解了是信息触发了行为和能力，信息包含于客体间的差别中，而不是客体本身中，人们就意识到在通信中所被利用的（亦即携带信息的）实际客体物质信息是物质的普遍属性。所谓物质系统的信息是指它所属的物理系统在同一切其他物质系统全面相互作用（或联系）的过程中，以质能和波动的形式所呈现的结构、状态和历史是不重要的，唯有差别关系是重要的。”

物质、能量和信息是构成客观世界的三大要素。信息是物质和能量在空间和时间中分布的不均匀程度。信息是事物的状态和运动形式的表征。在日常生活中，我们收到一封电报、接到一个电话或听到气象预报后，所得到的具体内容是对某一事务状态的描述。例如，气象预报说“晴转多云”，这是对气象状态这一事物的具体描述。电报上的报文，如“母病愈”，是对母亲身体健康情况的描述。这些都是人脑以外的客观物质世界表现出来的各种不同的运动状态。电话中说“他想去北京”，则是存在于人头脑里的思维活动，反映了人的主观世界——大脑物质的思维活动所表现出来的思维状态。

在信息社会中，“信息”这个词应用十分广泛（如报纸上和电视节目中的经济信息、商品信息和人才交流信息等）。迄今为止，信息还没有形成一个完整的定义。不同的研究学派对信息的本质及其定义还没有形成统一的意见和认识。综合信息的各种定义，较为一致的定义是：信息是认识主体（人、生物和机器）所感受的或所表达的事物运动的状态和运动状态变化的方式。信息具有以下特点：

①普遍存在性，它存在于自然界，存在于人类社会，也存在于思维领域，哪里有事物，哪里就有事物的运动状态和方式；

②信息与物质既有区别又有联系，物质是信息的载体，物质的运动是信息的源泉，但信息只是事物运动的状态和方式，信息不是物质；

③信息与能量既有联系又有区别，传递信息需要能量，同样传递能量需要信息；信息是事物运动的状态和方式，能量则是物体做功的本领，两者之间有着本质的区别；

④信息是事物运动的状态和方式，是认识主体感知活动所表述的事物运动和方式，人类要认识事物就必须要取得信息，同样，要变革事物也必须要有信息。

为了度量信息，香农给出了概率信息概念，又称香农信息或狭义信息。香农从信息源具有随机不确性出发，为信源推出一个与统计力学熵相似的函数，称为信息熵（entropy）。其实，信息熵是表征信源平均不确定度的量，信息不等同于不确定度，而是为了消除不确定度必须获得与此不确定度相等的信息量。例如，甲袋中有100个球，其中红、白球各50个；而乙袋中也有100个球，红球25个，白球25个，蓝球25个，黑球25个。从两个袋子中各取一球，若是红球，则红球所包含的信息量并不相同。对于甲袋来说，获得红球的概率为1/2，因此为了准确获得是否是红球的判断，需要获取1比特（bit）的信息；而对于乙袋来说，获得红球的概率为1/4，因此为了准确获得是否是红球的判断，需要2比特的信息。由此，香农基于信息熵给出了信息的度量。香农信息就是消除不确定时所获得的信息量。

综上，信息具有以下性质：

（1）信息是无形的。信息不同于物质和能量，它是看不见摸不着的，信息不具有实体性。

（2）信息是可共享的。信息的交流，不会使交流者失去原有的信息，而且还可以获得新的信息。

（3）信息是无所不在的。上至宇宙天体，下至地面矿藏，无不含有客观特征的信息；人类生存离不开信息，人的五官不停地接收信息，人的神经系统不断地传递信息，人的大脑则不停地处理、存储和利用信息。信息具有传递性。

（4）信息是无限的。信息作为事物运动状态和存在状态的一般描述，和事物及它们的运动一样是永恒的、无限的。信息的无限性还表现在时空上的可拓展性。例如，今天气象台报告的气象数据所含有的信息，明天就失去价值，明天又会产生新的信息。如果将所有这些信息积累起来作为历史资料，又可以成为关于气候演变的重要信息依据，给人类创造幸福。

（5）信息是可度量的。信息论中最重要的问题就是要解决信息的度量。信息度量应满足信息的三个基本方向：结构的、统计的和语义的。信息的度量与事件发生的概率有关。概率性事件的示性函数取值范围为[0，1]，模糊性事件的示性函数取值为0~1。1比特=10-16尔格/开尔文。

另外，信息还必须具有以下特征：

①对于接收者来说，信息必须是新的知识，有别于已知的内容；

②信息是一个抽象的概念，本身看不见、摸不着，它必须依附于一定的物质形式，如文字、声波和电磁波等，这种运载信息的物质称为信息载体；

③若接收者不能解释所接收的信息载体，则不存在信息；

④信息可以产生，也可以消失，同时信息可以被携带、存储及处理；

⑤信息是可以度量的。通常，人们用文字、语音和图像等能够被感觉器官所感知的物理现象，来表述客观的物质运动和主观的思维活动状态，称此为消息（message）。消息是具体的、非物理的，可描述为语言文字、符号、数据或图片，能够被感觉到，它是信息的载体，是信息论中主要描述形式，是信息的数学层表达。因此，从电报、电话或电视获得的是消息，而电报、电话、电视等载荷的内容才是信息。在通信中，消息是指传送信息的单个符号或符号序列。这些符号包括字母、文字、数字和语言等。例如，可用符号x₁表示晴天，x₂表示阴天，x₃表示雨天。

另一个重要的概念是信号（signal）。信号是消息的物理体现，也是信息的载体。它可以是运载或携带消息的任何物理量，以达到迅速并有效地传送和交换信息的目的。目前信息传输主要使用的信号有电信号、光信号和无线电信号。信息包含在信号之中，是通信系统中传送的主要对象。

信息是信号、消息的内涵，是信号载荷的内容，是消息描述的对象。反过来，信号则是信息在物理表达上的外延，消息则是信息在数学表达上的外延。同一信息，可以采用不同形式的物理量来承载，也可以采用不同的数学描述方式。同样，同一类型的信号或消息也可以代表不同内容的信息。

例如，烽火台是古代的军事设置，从边境按一定距离一座一座直到京都，有军事情况的时候，白天举烽（狼烟），晚上举火，具有军事信息传递作用。其中，烽火台是否点燃烽（火）是信号，传送的敌情有无是信息。当然，在“烽火戏诸侯”的典故中，周幽王点燃的烽火台就不包含有无敌情的信息，当诸侯们多次被戏弄后，烽火台不再具有预报敌情的作用，导致镐京被攻破，周幽王被杀死。再如，我们可以通过手机进行信息交流，以无线电磁波为信号，传送的符号序列是消息，所表达的内容则是信息。