Николай Чурсин - Популярная информатика

При учете вероятностей четырехбуквенных сочетаний текст становится настолько упорядоченным, что по некоторым формальным признакам приближается к осмысленному: ВЕСЕЛ ВРАТЬСЯ НЕ СУХОМ И НЕПО И КОРКО. Причиной такой упорядоченности в данном случае является информация о статистических закономерностях текстов. В осмысленных текстах упорядоченность, естественно, еще выше. Так, в фразе ПРИШЛ… ВЕСНА мы имеем еще больше информации о движении (чередовании) букв. Таким образом, от текста к тексту увеличиваются упорядоченность и информация, которой мы располагаем о тексте, а энтропия (мера неупорядоченности) уменьшается.

Используя различие формул количества информации Шеннона и энтропии Больцмана (разные знаки), Л. Бриллюэн охарактеризовал информацию как отрицательную энтропию, или негэнтропию . Так как энтропия является мерой неупорядоченности, то информация может быть определена как мера упорядоченности материальных систем .

В связи с тем, что внешний вид формул совпадает, можно предположить, что понятие информация ничего не добавляет к понятию энтропии. Однако это не так. Если понятие энтропии применялось ранее только для систем, стремящихся к термодинамическому равновесию, т. е. к максимальному беспорядку в движении ее составляющих, к увеличению энтропии, то понятие информации обратило внимание и на те системы, которые не увеличивают энтропию, а наоборот, находясь в состоянии с небольшими значениями энтропии, стремятся к ее дальнейшему уменьшению.

Теория информации «переросла» рамки поставленных первоначально перед ней задач. Ее начали применять к более широкому кругу явлений. Увеличение количества информации стали связывать с повышением сложности системы, с ее прогрессивным развитием. Так, по данным некоторых исследований, при переходе от атомного уровня к молекулярному количество информации увеличивается в 10 3раза. Количество информации, относящейся к организму человека, примерно в 10 11раз больше информации, содержащейся в одноклеточном организме.

Процесс развития в определенном аспекте можно моделировать, используя процесс передачи информации. Применение информационной модели развития дает возможность прояснить механизм прогресса с учетом усложнения, упорядочения и повышения степени организации материальных систем.

Трудно переоценить значение идей теории информации в развитии самых разнообразных научных областей.

Однако, по мнению К. Шеннона, все нерешенные проблемы не могут быть решены при помощи таких магических слов, как «информация», «энтропия», «избыточность»

Теория информации основана на вероятностных, статистических закономерностях явлений. Она дает полезный, но не универсальный аппарат. Поэтому множество ситуаций не укладываются в информационную модель Шеннона. Не всегда представляется возможным заранее установить перечень всех состояний системы и вычислить их вероятности. Кроме того, в теории информации рассматривается только формальная сторона сообщения, в то время как смысл его остается в стороне. Например, система радиолокационных станций ведет наблюдение за воздушным пространством с целью обнаружения самолета противника Система S , за которой ведется наблюдение, может быть в одном из двух состояний x 1— противник есть, x 2— противника нет. Важность первого сообщения нельзя оценить с помощью вероятностного подхода. Этот подход и основанная на нем мера количества информации выражают, прежде всего, «структурно-синтаксическую» сторону ее передачи, т. е. выражают отношения сигналов. Однако понятия «вероятность», «неопределенность», с которыми связано понятие информации, предполагают процесс выбора. Этот процесс может быть осуществлен только при наличии множества возможностей. Без этого условия, как можно предположить, передача информации невозможна.

Рассмотрим пример Р. Эшби. Заключенного должна навестить жена Сторож знает, что она хочет сообщить мужу, пойман ли его сообщник. Ей не разрешено делать никаких сообщений. Но сторож подозревает, что они договорились о каком-то условном знаке. Вот она просит послать мужу чашечку кофе. Как сторож может добиться, чтобы сообщение не было передано? Он рассуждает так: может быть, она условилась передать ему сладкий чай или несладкий кофе, тогда я могу помешать им, добавив в кофе сахару и сказав об этом заключенному. Может быть, она условилась послать или не послать ему ложку, тогда я могу изъять ложку и сказать ему, что передача ложек воспрещена. Она может послать ему не кофе, а чай, но все знают, что в это время выдается только кофе. И сторож, стремясь пресечь всякую возможность связи, сводит все возможности к одной — только кофе, только с сахаром, только без ложки. Если все возможности сведены к одной, связь прерывается, и посылаемый напиток лишен возможности передать информацию.

Р. Эшби осуществил переход от толкования информации как «снятой» неопределенности к «снятой» неразличимости. Он считал, что информация есть там, где имеется (дано или выявляется) разнообразие, неоднородность. В данном случае единицей измерения информации может быть элементарное различие, т. е. различие между двумя объектами в каком-либо одном фиксированном свойстве. Чем больше в некотором объекте отличных (в строго определенном смысле) друг от друга элементов, тем больше этот объект содержит информации. Информация есть там, где имеется различие хотя бы между двумя элементами. Информации нет, если элементы неразличимы.

В середине 50-х годов, используя материал статистической теории информации, Р. Эшби изложил концепцию разнообразия, согласно которой под разнообразием следует подразумевать характеристику элементов множества, заключающуюся в их несовпадении. Так, множество, в котором все элементы одинаковы (допустим, это последовательность а, а, а, и т. д.), по мнению Эшби, не имеет «никакого» разнообразия, ибо все его элементы одного типа. Если разнообразие его измерить логарифмически, то получим логарифм единицы (единица означает однотипность элементов множества) — нуль. Множество с таким разнообразием соответствует единичной вероятности выбора элемента, т. е. какой элемент множества не был бы выбран, он будет одного и того же типа. Суть концепции разнообразия, по Эшби, заключается в утверждении, что теория информации изучает процессы «передачи разнообразия» по каналам связи, причем «информация не может передаваться в большем количестве, чем это позволяет количество разнообразия».

Исходя из идей основоположника кибернетики Н. Винера и результатов, полученных К. Шенноном, Эшби открыл закон, названный законом необходимого разнообразия, который так же, как закон Шеннона для процессов связи, может быть общим для процессов управления. Суть этого закона состоит в следующем. Для управления состоянием кибернетической системы нужен регулятор, ограничивающий разнообразие возмущений, которые могут разрушить систему. При этом регулятор допускает такое их разнообразие, которое необходимо и полезно для системы.