理论信息学PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 理论信息学的基本问题 1

1.1.1 物质与信息 2

1.1.2 物理学能量与信息学能量 2

1.1.3 物质过程与信息过程，物理学规律与信息学规律 4

1.1.4 物理学方法与信息学方法 5

1.2 理论信息学的基本内容 7

1.2.1 什么是理论信息学 7

1.2.2 理论信息学的目的和任务 9

1.2.3 理论信息学的基本内容 9

1.3 学习理论信息学的意义 10

1.3.1 国家信息化与行业信息化的要求 10

1.3.2 “学科信息化”的要求 10

1.3.3 学习和生活的要求 11

1.3.4 革新世界观、人生观的要求 12

思考题和练习题 14

第1章参考文献 14

第2章 理论信息学的产生与发展 15

2.1 科学发展与社会进步对理论信息学的需求 15

2.1.1 众多的应用信息学需要共同的理论基础 15

2.1.2 人文科学需要理论信息学 16

2.1.3 社会科学需要理论信息学 18

2.1.4 “国家信息化”需要理论信息学 19

2.1.5 工业社会向信息社会转型需要理论信息学 21

2.2 现有信息理论的局限性 22

2.2.1 香农通信理论的适用范围 22

2.2.2 计算机技术和工具：机械化与形式化 23

2.2.3 应用信息学的学科局限性 24

2.3 理论信息学需要信息世界观和信息方法论 26

2.3.1 “数学大厦常常是先修好楼层再打地基” 26

2.3.2 完整的信息科学知识体系没有建立起来 29

2.4 国内外关于信息科学基础理论的研究 30

2.4.1 北美和欧洲的统一信息理论研究 30

2.4.2 国内的信息科学基础研究 31

思考题和练习题 32

第2章参考文献 33

第3章 信息的定义及分类 35

3.1 对信息定义的评述 35

3.1.1 比较流行的信息定义 35

3.1.2 关于信息定义的评述 36

3.1.3 信息定义的领域性和层次性 40

3.1.4 在领域与层次的交叉中定义信息 40

3.2 理论信息学的信息定义与分类 42

3.2.1 理论信息学的信息定义 42

3.2.2 对理论信息学信息定义的诠释 43

3.2.3 理论信息学中信息的分类 44

3.3 信息存在与运动的二重性 45

3.3.1 关于信息特性研究的回顾 45

3.3.2 信息存在方式的二重性 46

3.3.3 信息运动动力和规律的二重性 47

3.4 信息的度量与信息过程的量化表达 48

3.4.1 信息载体的度量和纯粹信息的度量 48

3.4.2 信息过程的量化表达 49

思考题和练习题 50

第3章参考文献 50

第4章 信息能与宇宙要素四元论 51

4.1 能量一分为二：物质能与信息能 51

4.1.1 信息学需要新概念：表达信息引擎的动力 51

4.1.2 物理学能量不是信息运动的真正动力 52

4.1.3 物理学能量不能解释信息增生的机理 52

4.1.4 能量概念的一分为二：物质能与信息能 53

4.1.5 “信息能”概念的合理性 54

4.1.6 T．史东尼的泛化智能及其局限性 55

4.2 科学体系的层次性和“年轮模型” 56

4.2.1 系统中物质和信息的相互作用 56

4.2.2 物质系统构成的层次性 57

4.2.3 科学知识进步的层次性 58

4.2.4 科学知识体系的年轮模型 59

4.3 宇宙构成要素四元论 60

4.3.1 宇宙构成要素一元论 61

4.3.2 宇宙构成要素二元论 61

4.3.3 宇宙构成要素三元论 62

4.3.4 宇宙构成要素四元论 63

思考题和练习题 64

第4章参考文献 64

第5章 信息能与物质能的统一与进化 66

5.1 熵增原理及其推论：能量退化论 66

5.1.1 熵增原理和宇宙热寂说 66

5.1.2 热力学的价值判断：“熵恒增＝能贬值” 67

5.1.3 宇宙退化论和宇宙进化论 68

5.2 信息能与物理能的统一与进化 69

5.2.1 物理能与信息能的统一 69

5.2.2 物理能与信息能“品质”的提升 70

5.2.3 自由能的进化 71

5.3 运动形式和运动机理的统一性 72

5.3.1 物质世界运动的统一性 72

5.3.2 信息世界运动的统一性 73

5.3.3 运动统一论与“统一科学” 73

思考题和练习题 74

第5章参考文献 74

第6章 生命信息进化 75

6.1 达尔文进化论的功绩和局限性 75

6.1.1 达尔文生物进化论产生的背景 75

6.1.2 达尔文进化论的要点及核心 77

6.1.3 达尔文理论存在的难点问题 79

6.1.4 达尔文理论的局限性 79

6.1.5 对达尔文理论的发展 81

6.2 物理进化、化学进化、生物进化与社会进化 86

6.2.1 物理、化学、生物与社会进化的层次 86

6.2.2 生命物质进化与生命信息进化 87

6.2.3 物质生命与信息生命 87

6.3 生命信息进化的机理 91

6.3.1 生命信息学 91

6.3.2 “智能”概念的泛化 92

6.3.3 “宇宙智能谱” 93

6.3.4 生命信息进化的机理 93

思考题和练习题 94

第6章参考文献 94

第7章 智能与智能科学 96

7.1 机器进化的必然——智能化 96

7.1.1 人类新的进化方式 96

7.1.2 生物进化与机器进化 97

7.1.3 机器的起源与进化 100

7.1.4 机器进化的方向：人工智能 103

7.2 人类智能与人工智能 109

7.2.1 人类信息能：智能 109

7.2.2 人类智能的特征 111

7.2.3 关于人工智能的概念 113

7.2.4 人工智能的起源与发展 114

7.2.5 人工智能的研究方法 115

7.3 智能科学 117

7.3.1 智能的基本概念 118

7.3.2 智能科学的研究对象 120

7.3.3 智能科学的体系和内容 121

7.3.4 智能科学的研究方法 124

7.3.5 智能科学与信息科学 126

思考题和练习题 127

第7章参考文献 127

第8章 信息科学的基本定律 129

8.1 关于信息熵与信息负熵 129

8.1.1 信息学与热力学类比的依据 129

8.1.2 从热力熵、统计熵、信息熵到负熵 130

8.1.3 理论信息学借用负熵概念 131

8.2 信息学第一定律：信息不守恒 132

8.2.1 关于信息守恒的观点 132

8.2.2 物质常变与信息消失的倾向 132

8.2.3 信息复制与信息不灭的倾向 133

8.2.4 信息创生与信息增长的倾向 133

8.3 信息学第二定律：信息能与时俱增 133

8.3.1 演化物理学层次上的自组织现象 134

8.3.2 基因的复制和生物信息的增生 136

8.3.3 社会思维能力的增长 139

8.4 信息学第三定律：信息增长没有上限 143

8.4.1 人类文化科学知识的爆炸式增长 143

8.4.2 没有自然力量能阻止信息增长 143

8.4.3 没有人为力量能阻止信息增长 144

思考题和练习题 144

第8章参考文献 144

第9章 信息科学的世界观 146

9.1 古希腊、中世纪、近代以来世界观的演变 146

9.2 波普尔的三个世界理论 146

9.2.1 波普尔的三个世界理论 146

9.2.2 “世界3”的存在性证明 148

9.2.3 “世界3”的非物质性，对物质的依赖性和开放性 149

9.3 对于“三个世界”理论的评述 150

9.3.1 西方科学主义对“世界3”的冷淡与排斥 150

9.3.2 “世界3”：整个信息世界的一个子集 150

9.3.3 “世界2”：信息学还原——生命物质与生命信息 150

9.3.4 “世界1”：自然科学的建树和科学主义的片面 151

9.4 物质与信息的关系：“两个世界”理论 152

9.4.1 世界万物的物质与信息二重性 152

9.4.2 世界万物的空间与时间二重性 153

9.4.3 物质与信息的关系模型：对立统一的“两个世界” 153

9.5 信息科学世界观与信息主义时代精神 154

9.5.1 信息科学的世界观 154

9.5.2 信息主义的时代精神 155

思考题和练习题 155

第9章参考文献 156

第10章 理论信息学的方法及范式 157

10.1 方法与科学方法 157

10.1.1 什么是方法、什么是科学方法 157

10.1.2 科学方法论及其认识论基础 158

10.1.3 科学研究中的经验方法与理性方法 160

10.2 科学的实证方法与信息时代的要求 160

10.2.1 孔德的科学发展“三阶段论” 160

10.2.2 实证方法在信息时代必须发展 162

10.3 信息科学的基本方法：涌现论 163

10.3.1 物质科学还原论方法的适用范围 163

10.3.2 物质系统整体上的涌现特征 164

10.3.3 关于信息科学的涌现论方法 169

10.4 信息科学范式及科学范式转型 171

10.4.1 物质科学范式的使用范围及其局限性 171

10.4.2 物理学羡慕症和数量化情结 171

10.4.3 信息科学范式：图灵与冯·诺依曼计算模型 173

10.4.4 由物质科学范式向信息科学范式的转变 174

10.4.5 方法论、科学观和世界观的信息学转向 174

思考题和练习题 175

第10章参考文献 176

第11章 理论信息学的应用 177

11.1 物质科学的理论基础 177

11.1.1 从分子化学、超分子化学到“软化学” 178

11.1.2 分子识别、信号及信息化学 179

11.1.3 超分子逻辑转换器件：化学的“逻辑门”和“程序” 180

11.1.4 范式转变：从凝聚态到组织化、适应性物质，再到有思想的物质 181

11.2 为人文社会科学的方法论提供信息学依据 184

11.2.1 人文社会科学研究对象的自为性与价值性 184

11.2.2 研究对象的特殊性对社会科学研究方法的影响 185

11.2.3 为人文社会科学方法论提供理论依据 186

11.2.4 为人文社会科学范式提供科学基础 188

11.3 说明系统科学的研究方向 189

11.3.1 传统系统科学主要研究系统的物质特性 189

11.3.2 传统系统科学无法说明生物系统和社会系统 190

11.3.3 系统科学与信息科学在学术研究的前沿相遇 191

11.3.4 一般信息系统论与理论信息学互补 191

11.3.5 实现信息系统学与理论信息学的合作与双赢 193

11.4 与热力学“合作”说明格埃难题 195

11.4.1 什么是格埃难题 195

11.4.2 信息熵增与信息熵减 195

11.4.3 对格埃难题的解答 196

11.5 人的本质以及与脑死亡相关的伦理问题 196

11.5.1 人体：多层次的信息网络 196

11.5.2 心肺死亡与脑死亡 201

11.5.3 脑死亡的伦理学 202

思考题和练习题 204

第11章参考文献 205

第12章 理论信息学研究的相关问题 206

12.1 理论信息学“问题”的类型与结构 206

12.1.1 科学问题及其分类 206

12.1.2 理论信息学问题的目标和应答域 208

12.1.3 理论信息学面临的三个瓶颈问题 209

12.2 理论信息学学科的发展目标 213

12.2.1 理论信息学建立和发展成熟的标准 213

12.2.2 理论信息学的合理性证明需要新的规则 214

12.2.3 理论信息学要求哲学本体论承诺 214

12.3 理论信息学的研究方法 215

12.3.1 理论信息学研究必须以方法创新带动知识创新 215

12.3.2 对工具信息学和应用信息学的大综合 216

12.3.3 空间上现实横向与时间上历史纵向跨学科综合法 217

12.3.4 应用、理论、哲学跨层次综合法 218

12.4 有待进一步探讨的若干问题 218

12.4.1 理论信息学处于发展的初级阶段 218

12.4.2 有待进一步研究的若干问题 219

思考题和练习题 221

第12章参考文献 221

附录 专业术语 223