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自生命诞生伊始,对外界世界的“事件信息”的感知(获取),成为生存自控的基本条件。“事件结构式”从数理上回答了“信息”的对象,弥补了“人”作为信宿的通信机制。
导读
自生命诞生伊始,对外界世界的“事件信息”的感知(获取),成为生存自控的基本条件。在生物的进化历程中,人类率先完成了对外界世界的“事件信息”进行符号化编码、传输、存储等。
人类祖先用结绳记录事件信息
人类古文字“甲骨文”作为事件信息的编码符号体系
中国古代事件信息的传输方式“飞鸽传书”
中国古代事件信息的传输方式“烽火诏诸侯”
直到1949年,信息学之父Shannon以一己之力,在the mathematical theory of communication《通信的数学原理》中提出通信系统模型,完成了对信息的度量,建立了“信息科学”。这为蓬勃发展的互联网行业奠定了科学理论基础,极大地推动了人类步入信息化社会的进程。
现代社会中事件信息的传输方式
70多年以后,the mathematical principle of psychology,MPOP《数理心理学:心理空间几何学》(高闯,2021),从数理上回答了“信息”的对象,弥补了“人”作为信宿的通信机制。这或将极大促进数字化信息时代下的应用工程,如人工智能、行为数据计算的底层逻辑、关键内核的升级。
1.信息学诞生初期
若要立体化环顾“信息学”这一学科的诞生背景,需要回到19世纪中期科学史上一系列标志性事件。科学史上标志性事件发生的必然性,源于科学问题本身的发展脉络。
“信息学”如其它关于“人”的分支学科一样,在那一时期在特定地点集中孕育、爆发。在这段时期,Shannon完成了对人的语言符号的度量,单枪匹马开辟了信息学。Chomsky完成了对人的语言符号的编码结构性,单枪匹马开辟了语言学。Miller尝试将Shannon的信息理论应用于心理学时感到沮丧,信息论中的概率与对数都不能揭示心理过程,他开始接受Chomsky的句法理论,认为句法理论更多地揭示了人类语言结构的认知过程,Miller发现了人的语言符号的编码局限性。Simon利用计算机模拟认知过程,完成了对人的加工机制的模拟与仿真。Wiener的控制论也越来越受欢迎。
1956年可以被视为信息加工心理学发展的关键一年。
1956年夏天,McCarthy, Minsky, Shannon 和 Nat Rochester在Dartmouth召开了一次关于人工智能的会议,这也是人工智能学史上的第一次会议,当时几乎所有在该领域工作的人都参加了,该会议确定了人工智能的目标是“实现能够像人类一样利用知识去解决问题的机器”。Shannon 和McCarthy编辑了《自动机研究》(automata Studies),Minsky交流了一份技术报告,经过多次修改,5年之后,这份报告成为了他颇具影响力的文章《迈向人工智能》(Steps toward artificial intelligence)。
1956年9月11日,受斯隆基金会(Sloan Foundation)资助,Miller等人在MIT(Massachusetts Institute of Technology)举办“special interest group in information theory”,起初梦想建立一门统一的科学“cognitive science”,打破以“人”为研究对象的分支学科的传统分配观念。这一对于“人”的不同学科交叉,在哈佛,称之为认知研究,在卡内基梅隆大学,称之为信息加工心理学,在拉霍亚大学,称之为认知科学。
认知科学纲领
根据认知科学纲领,计算机科学和语言学通过计算语言学联系在一起。语言学和心理学是通过心理语言学联系在一起的,人类学和神经科学是通过对大脑进化的研究联系在一起。控制论使用计算机科学发展的概念来模拟神经科学阐明的大脑功能。
尽管对于“人”的思维的信息表征和信息计算能力的数理揭示、人类大脑结构对“思维运作”的物质支撑还未实现(认知科学建立的初衷与目标),这一问题也是涉及“人工智能”这一大科学工程应用的所有分支学科的核心、瓶颈问题,而这也正是70多年以后的当代“信息科学”中把“人”作为信宿所涉及的信息接收、处理等信息加工机制的核心、瓶颈问题,即“人”的心理本质和“人”的信息加工处理和自控过程。
尽管对“人”的整体性理解的目标未能实现,但是它为立体化地考察“人”的整体机制进行了知识蓄积。“人”的信息的载体、编码结构、信息度量的探索,趋于成熟。“人”的心智结构的探索,开始走向成熟。“人”的生物学结构的探索,开始走向成熟。“人”的通讯结构(神经机制)与功能,开始走向成熟。人类信息的内容——因果律,在三大理学中蓄积,趋于成熟。以“人”为中心、以“人”为对象的统一性趋势开始到来。
2.信息学基本问题
Shannon(1949)在《the mathematical theory of communication》(通信的数学原理)中
给出信息量的度量公式:
和通信系统的基本模型:
这使得人们可以定量研究信息的传输、处理、存储, 并引领了蓬勃发展的互联网信息产业。
然而,Shannon信息论对“信息”的定义属于“狭义”信息论,“广义”信息包含心理学、语言学、神经生理学、组织学等信息概念。如何进一步界定“广义”信息的信息量的数理定义?这些“广义”信息的心理量的度量是否依旧满足:事件发生概率的倒数的log形式。
此外,尽管Shannon信息模型抽提了通信系统的本质,但如何与作为信宿的“人”的主观因素相结合,精确解决人类的实际通信中,对接收到的“符号信息”转为“主观信息”所存在的个体差异性问题。
由于“信息学”限于这一单一学科研究范畴的内部,没有明晰回答以下问题:
(1)信息产生的根源是什么?更进一步,信息与物质运动是什么关系?
(2)“信息既不是物质,也不是能量,信息就是信息”。那么,信息的本质是什么?信息的对象是什么?
(3)信息量的定义式为什么是事件发生概率的倒数的log形式,背后的机制什么?
(4)在涉及到“人”的通信问题中,什么是信息的介质载体?载体载的对象是什么?载的是对象的什么?
3.数理心理学第一公设:事件结构式
数理心理学第一公设:事件结构式(高闯 ,2021),天然地回答了“信息学”的基础科学问题的数理本源性。
根据数理心理学第一公设“事件结构式”(高闯,2021)中客体是否具有精神性,可以把事件分为如下两种表达形式:
图中(下)元素分别表示物质客体、客体之间相互作用的介质、事件结果、时间、地点、行为动机目标物、内在动机目标物、上述各个要素初始值。
4事件结构式对信息学的意义
4.1 从数理上明确了信息的对象
数理心理学第一公设“事件结构式”的出现,将对“消息”进行重新的定义、符号和事件结构之间的联系也将得到改造。信号代表事件的属性变量,信息代表事件的内容。用符号来表示的事件,人接收到符号,也就收到事件信息。对信号进行编码,码的量的大小是信息量,也叫信息熵。从事件结构式角度,信息分为:物质事件信息,生物学事件信息,人与社会事件信息。物质世界、生物世界、人的世界中信息的本质一致性,也找到了天然的连接。
4.2 从数理上揭示了“人”作为信宿的信息加工机制
此外,数理心理学第一公设“事件结构式”弥补了Shannon信息论中很难介入的人类的实际通信问题,回答了当“人”作为信宿时,对(物质、生物、人与社会)信息的统一性语义提取、转码、存储等问题(详见数理心理学第一公设“事件结构式”对“人”的底层信息加工机制)。这可能促使人工智能、行为数据计算的底层逻辑、关键内核的升级。
4.3 从数理上明晰了信息和物质之间的关系
物质与物质之间发生相互作用,信息传递的是作用。没有作用,就没有信息,所以信息具有动力性。所有的相互作用都是信息。相互作用力的机制即因果律是信息,也是“人”的认知的内容物。这样,信息的物质性、动力性、生物性、精神性这些属性在不同对象上的反映就联系在一起。人兼具上述所有特性。
4.4 延伸了信息的数理理论
在现代社会中,人类早已在信息空间中生存,需要尽快获得尽可能多的与外界世界对称的信息。
信息不对称理论,也称信息经济学。经济学家Mirrlees和Vickrey 因“对不对称信息条件下激励经济理论做出开拓性、基础性贡献”而获得1996年诺贝尔经济学奖。
经济学家Akerlof等人因“对不对称信息市场理论做出的拓荒性贡献”而获得2001年的诺贝尔经济学奖。
在长期的进化历程中,人类相对于其它物种,所获取的“事件信息”的信息量(信息熵)最大,满足“认知信息熵增原理”(高闯,2021)(详见数理心理学第二公设:认知对称性)。
4.5 从数理上回答了信息哲学的问题
西方哲学经历数次重大转型,第一时期是古希腊、中世纪时代,哲学研究本体论(研究可知客体的本质)。第二时期是17世纪的科学革命,哲学转向研究认识论(客体与认知主体之间的知识关系)。第三时期是20世纪上半叶的科学主义思潮,哲学转向语言论(分析语言以达到对世界的认识)。随着信息论、信息革命的出现,哲学转向信息论。信息哲学的核心目标是寻求统一信息理论(Unified theory of information, UIT)。“事件结构式”找到了物理性、生物性、精神性信息的统一性数学表述形式。
4.6 对信息科学走向的启发
回到信息科学诞生初期,认知科学纲领尝试从多样性知识中建立“人”的本质性理解。信息是“人”的功能体系属性之一,是通信的底层与大脑结构之间的联结与反映。“人”的信息的核心是“人”的物理性、生物性、精神功能性的内容反映。神经的通讯载体是符号,神经的功能即精神,精神的表现即信息。
数理心理学的统一性纲领路线,揭示了“人”的分支学科的内生数理逻辑。在这个路线图中,哲学的本质是人的认知的机制,也就是思维的机制。语言学的本质是心理编码,它也是人类认知过程中,信息的物质载体。人类学所包含的社会科学的各个学科,实际是社会运作的各类社会关系和价值理念,它构成了人类精神运作中的动力部分。人体生理学则提供关于人的供能与运动的物质外壳技术的理解。而神经科学提供的是对人类通讯系统的数字编码的理解。
由此可见,信息则是“人”的不同系统之间得以联结的关系,是人得以成为统一性、多功能机体的联结。信息科学需要建立自身学科的完备性数理理论,需要融合其它学科的知识,完成各个学科的统一性整合,才能回答“人”作为信宿的通信机制问题。
主要参考文献
Shannon, C. E.,& Weaver, W. (1949). The Mathematical Theory of Communication. Urbana, IL: The University of Illinois Press, 1-117.
Miller,The cognitive revolution: a historical perspective,TRENDS in Cognitive Sciences,2003,7,141-144.
高闯. (2021).数理心理学:心理空间几何学. 吉林长春:吉林大学出版社.
高闯,马安然,魏薇,德力达尔.(2021).数理心理学第一公设:事件结构式.[ChinaXiv:202107.00026V2] http://psych.chinaxiv.org/abs/202107.00026v2
高闯,马安然,魏薇,德力达尔.(2021).数理心理学第二公设:认知对称性.[ChinaXiv:202108.00099] http://psych.chinaxiv.org/abs/202108.00099?serverID=1
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