信息生態(tài)方法學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)研究①

［美］馬克·波爾金 鐘義信

一、引言

科學(xué)研究的主要活動(dòng)，可以歸結(jié)為獲得關(guān)于自然界、人類、文化、社會(huì)和技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的信息，進(jìn)而加工成為相應(yīng)的知識(shí)。于是，由通信、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等構(gòu)成的各種信息加工過程就成為當(dāng)代自然科學(xué)與人文科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究的核心技術(shù)體系。無論要得到什么領(lǐng)域的知識(shí)，都必須基于信息獲取、信息傳遞、信息加工等過程。②H.C.von Bayer， Information：The New Language of Science，Harvard：Harvard University Press，2004.弗里敦（R.B. Frieden）就曾在他的著作中闡述過物理學(xué)的知識(shí)是如何從信息中提煉出來的。①R.B. Frieden，Physics from Fisher Information，Cambridge：Cambridge University Press，1998.更加深刻的例子是著名物理學(xué)家惠勒（John Wheeler）提出的論斷：It from bit，即“所有的知識(shí)都源于 信息”②J A.Wheeler，“Information，Physics，Quantum：The Search for Links”，in Proceedings of the 3rd International Symposium on the Foundation of Quantum Mechanics，1989，pp.354—368.。

分析表明，科學(xué)研究經(jīng)歷了和正在經(jīng)歷幾種不同的研究水平。最原始的水平是“就事論事的研究”，即直接去觀察和獲取研究對(duì)象的信息，積累實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，然后，在此基礎(chǔ)上加工提煉相應(yīng)的理論。這是十分樸素也是十分自然的科學(xué)研究模式和水平。實(shí)際上，在自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，在物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)以及人文科學(xué)等研究中，人們就是利用這樣的方法建立了相應(yīng)的理論模型并檢驗(yàn)這些模 型。

比“就事論事”研究水平更高一層次的研究水平，稱為“方法性的研究”。它所關(guān)注的，不僅是“獲取對(duì)象信息、積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和加工提煉相應(yīng)理論”這些研究過程本身，更為關(guān)注的是這些研究過程的性質(zhì)、方法和效果。比如，實(shí)證論的方法學(xué)就認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)根據(jù)感覺經(jīng)驗(yàn)把科學(xué)理論的內(nèi)容進(jìn)一步提煉為可判定邏輯的真值和數(shù)學(xué)的命題。這樣，有意義的科學(xué)結(jié)論的主要性質(zhì)就是其可證偽性。③K. Popper，The Logic of Scientific Discovery，New York：Basic Books，1959；K. Popper，Conjectures and Refutations，London：Routledge，1963.如果能夠找到否定性的根據(jù)（理論上的根據(jù)或事實(shí)上的根據(jù)），那么，這樣的研究結(jié)論、科學(xué)假說和科學(xué)理論就是可證偽 的。

拉卡托斯研究了數(shù)學(xué)和科學(xué)的發(fā)展過程。依照他的準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)方法，數(shù)學(xué)和科學(xué)研究的基本過程就是一種試錯(cuò)的探索計(jì)劃。④I.Lakatos，The Methodology of Scientific Research Programs：Philosophical Papers（Volume I），Cambridge：Cambridge University Press，1978.因此，在他們的工作中，數(shù)學(xué)公理化的方法雖然具有一定的闡述性價(jià)值，但實(shí)際上，數(shù)學(xué)家們是在通過融通他們的數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)新的概念、算法和原理?？茖W(xué)家們特別是物理學(xué)家們的確就是這么做的。有趣的是，他的這種方法后來被規(guī)范化為一種算法和計(jì)算理論，其中把試錯(cuò)預(yù)測(cè)作為回歸方法的一種自然推廣。⑤H. Putnam，“Trial and Error Predicates and the Solution to a Problem of Mostowski”，Journal of Symbolic Logic，Vol.30，No.1，1965，pp.49—57.

與此同時(shí)，作為科學(xué)方法學(xué)的操作主義，曾經(jīng)集中關(guān)注了各種科學(xué)概念的度量和應(yīng)用過程。⑥P. W. Bridgman，The Logic of Modern Physics，New York：Macmillan，1927；P. W.Bridgman，The Nature of Physical Theory，New York：Dover，1936.在這里，他們把科學(xué)理論緊緊地與可證偽性原理關(guān)聯(lián)起來以驗(yàn)證它的意義。因此，在方法學(xué)的水平上，度量和度量的方法都成為了科學(xué)研究的重要方面。①M(fèi).Burgin and L. Kavunenko，Measurement and Evaluation in Science，STEPS Center，Kiev（in Russian），1994；H.Chang，Inventing Temperature：Measurement and Scientific Progress，New York：Oxford University Press，2004.由此，就有了一類度量理論。②H. A Dingle，“Theory of Measurement”，The British Journal for the Philosophy of Science，Vol.1，No.1，1950 pp.5—26；T.S.Kuhn，“The Function of Measurement in Modern Physical Sciences”，Isis，Vol.52，No.2，1961，pp.161—193；H.E. Jr.Kyburg，Theory and Measurement，Cambridge：Cambridge University Press，1984；F.S. Roberts，“Measurement Theory：With Applications to Decision-making，Utility，and the Social Sciences”，Encyclopedia of Mathematics and its Applications，Vol.7，MA：Addison-Wesley，Reading，1979.

與上述兩種研究水平相比，信息生態(tài)學(xué)的方法將把現(xiàn)代科學(xué)研究推進(jìn)到第三個(gè)高度的水平，這就是“生態(tài)學(xué)的研究”。在這里，人們把自然界、社會(huì)、技術(shù)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等都作為相互作用、相互關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一整體進(jìn)行全局的研究。信息生態(tài)方法學(xué)就為實(shí)現(xiàn)第三高度的科學(xué)研究水平提供了一種統(tǒng)一的研究方 法。

本文的第一作者總結(jié)了一般生態(tài)學(xué)原理，③M.Burgin，“Principles of General Ecology”，in Proceedings，Vol.1，No.3，148；doi：10.3390/IS4SI-017-03996.第二作者提出了信息生態(tài)方法學(xué)的理論。④鐘義信：《從機(jī)械還原方法論到信息生態(tài)方法論》，《哲學(xué)分析》2017年第5期。本文的目的，就是把一般生態(tài)學(xué)原理與信息生態(tài)方法學(xué)理論有機(jī)聯(lián)系起來，為現(xiàn)代科學(xué)研究提供新的堅(jiān)實(shí)而有效的方法學(xué)基礎(chǔ)。

以下，本文第二節(jié)將介紹和分析包括生物學(xué)、技術(shù)學(xué)、社會(huì)學(xué)、知識(shí)學(xué)和信息學(xué)等不同領(lǐng)域的生態(tài)學(xué)研究方法，了解生態(tài)學(xué)方法的理論和實(shí)踐成果。第三節(jié)將提出一般生態(tài)學(xué)的要點(diǎn)，它們是構(gòu)建科學(xué)研究中的信息生態(tài)方法學(xué)和哲學(xué)所需要的基礎(chǔ)。第四節(jié)將給出信息生態(tài)方法學(xué)的簡(jiǎn)明而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x，第五節(jié)則將面向信息科學(xué)研究領(lǐng)域建立科學(xué)研究中的信息生態(tài)方法學(xué)基 礎(chǔ)。

二、生態(tài)學(xué)研究簡(jiǎn)史

在生態(tài)學(xué)的研究中，“生態(tài)系統(tǒng)（Eco-system）”這個(gè)概念最早出現(xiàn)在喬治·帕金斯·馬什（George Perkins Marsh）1864年出版的《人與自然》一書中。不過，根據(jù)文獻(xiàn)的記載，“生態(tài)系統(tǒng)”這個(gè)術(shù)語是在很多年以后應(yīng)坦斯萊（Arthur Tansley）的要求由克拉珀姆（Arthur Roy Clapham）建立起來的。⑤A.J.Willis，“The Ecosystem：An Evolving Concept Viewed Historically”，F(xiàn)unctional Ecology，Vol.11，No.2，1997.

至于術(shù)語“Ecology”（生態(tài)學(xué)，德語是 ?kologie），則是由德國(guó)學(xué)者海克爾（Ernst Haeckel）于1866年由希臘文杜撰的：其中，第一個(gè)希臘文單詞是oikos，意思是“居住地”；第二個(gè)希臘文單詞是logos，在古希臘時(shí)代是“秩序，意義，基礎(chǔ)或思維”的意思。兩個(gè)字的合成，就具有“生存環(huán)境的合理秩序”的含義。⑥E.P.Odum， Fundamentals of Ecology，Boston：Cengage Learning，2004.

?？藸柕乃枷爰?lì)了歐洲的植物學(xué)家去關(guān)注某一地域的植物群體及其相互依賴的關(guān)系，從而引發(fā)了“生態(tài)學(xué)”的科學(xué)研究。其實(shí)，生態(tài)學(xué)不僅研究植物群體本身，同時(shí)也研究其他生物物種。在當(dāng)代科學(xué)的語境中，人們通常把生態(tài)學(xué)理解為關(guān)于各種生物系統(tǒng)之間以及這些生物系統(tǒng)與它們的環(huán)境的綜合性研究，核心的問題是要闡明各種生物系統(tǒng)之間以及生物系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用過程及其相互關(guān) 系。

在此時(shí)期，生態(tài)學(xué)（更準(zhǔn)確地說是生物生態(tài)學(xué)）包含植物生態(tài)學(xué)和動(dòng)物生態(tài)學(xué)兩個(gè)子學(xué)科。植物生態(tài)學(xué)研究植物的分布和多樣性、環(huán)境因素對(duì)植物多樣性的影響，以及各種植物與其他有機(jī)體之間的相互作用。①J.E. Weaver and F.E.Clements，Plant Ecology，New York：McGraw-Hill Book Company，1938.動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究各種動(dòng)物、動(dòng)物之間的相處情況以及動(dòng)物與環(huán)境之間的相互關(guān)系，這種相互關(guān)系決定了它們的分布和多樣性狀況。植物生態(tài)學(xué)與動(dòng)物生態(tài)學(xué)一起構(gòu)成了生物生態(tài) 學(xué)。

研究人員還開創(chuàng)了其他領(lǐng)域的生態(tài)學(xué)。其中的一個(gè)是人類生態(tài)學(xué)，它是人類與自然界、社會(huì)、技術(shù)環(huán)境之間關(guān)系的跨學(xué)科和交叉學(xué)科研究，涉及地理學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、人類學(xué)、動(dòng)物學(xué)、認(rèn)識(shí)科學(xué)、公共衛(wèi)生學(xué)、家庭經(jīng)濟(jì)學(xué)以及自然生態(tài) 學(xué)等。②G.L.Young，“Human Ecology as an Interdisciplinary Concept：A Critical Inquiry”，Adv. Ecol. Res.，1974，pp.1—105.

還有工業(yè)生態(tài)學(xué)，就是把工業(yè)生產(chǎn)作為更大系統(tǒng)和更廣泛過程的一部分來研究，目的是有效減少工業(yè)的生產(chǎn)、消費(fèi)和消耗對(duì)環(huán)境所造成的影 響。

再如商業(yè)生態(tài)學(xué)，它在商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的框架下來研究各種商業(yè)機(jī)構(gòu)。商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是由各種互相依賴的商業(yè)組織構(gòu)成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，包括這些組織內(nèi)部的各種機(jī)構(gòu)、它們的供銷商和供銷渠道、標(biāo)準(zhǔn)化組織以及零部件供應(yīng)商，還包括那些對(duì)核心商業(yè)具有重要影響的貿(mào)易伙伴、法規(guī)組織、倉儲(chǔ)機(jī)構(gòu)和工會(huì)組織，等等。此外，還有知識(shí)生態(tài)學(xué)。③P. Shrivastava，Knowledge Ecology：Knowledge Ecosystems for Business Education and Training；Availableonline，1998；Y. Malhotra，“Knowledge Management for Organizational White Waters：An Ecological Framework”，Knowledge Management，Vol.2，No.6，1999，pp.18—2；G.Pór，“Nurturing Systemic Wisdom through Knowledge Ecology”，The Systems Thinker，Vol.11，No.8，2000，pp.1—5；D.A.Bray，“Knowledge Ecosystems：A Theoretical Lens for Organizations Confronting Hyper turbulent Environments”，in Organizational Dynamics of Technology-Based Innovation：Diversifying the Research Agenda，MA：Springer，2007，pp.457—462.知識(shí)生態(tài)學(xué)是關(guān)于知識(shí)管理學(xué)的一種研究方法，目的是研究各種不同系統(tǒng)之間知識(shí)相互作用的動(dòng)態(tài)進(jìn)化情形，以便通過增強(qiáng)合作的進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)來改善決策和創(chuàng)新效 果。

數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)概念的引入刺激了數(shù)字生態(tài)學(xué)的發(fā)展。④D.Hai，H.Farookhand E.Chang，“A Human-Centered Semantic Service Platform for the Digital Ecosystems Environment”，World Wide Web，Vol.13，No.1—2，2010，pp.75—103.所謂數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)，是指一種具有自組織性、變尺度性、可持續(xù)發(fā)展的分布式的、適應(yīng)性的、開放的社會(huì)—技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的具體化，還衍生了數(shù)字健康生態(tài)系統(tǒng)①D.Hai，H. Farookh，and E.Chang，“A Framework for Discovering and Classifying Ubiquitous Services in Digital Health Ecosystems”，Journal of Computer and System Sciences，Vol.77，No.4，2011，pp.687—704.、數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)②D.Hai，H. Farookh，and E.Chang，“Semantic Service Matchmaking for Digital Health Ecosystems”，Knowledge-Based Systems，Vol.24，No.6，2011，pp.761—774.、數(shù)字交通生態(tài)系統(tǒng)③D.Hai，H. Farookh，and E.Chang，“A service Concept Recommendation System for Enhancing the Dependability of Semantic Service Matchmakers in the Service Ecosystem Environment”，Journal of Network and Computer Applications，Vol.34，No.2，2015，pp.619—631.和數(shù)字商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)④A.Corallo，G. Passianteand A.Prencipe（eds），The Digital Business Ecosystem，Northampton，Massachusetts：Edward Elga Publishing，2007.。數(shù)字商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)，是與其用戶的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)伴隨相關(guān)的。⑤F.Nachira，A.Nicolai，P.Dini，M.Le Louarn and L.Rivera Leon（eds），Digital Business Ecosystems，European Commission，2008.除此之外，波爾金提出并研究了技術(shù)生態(tài)學(xué)⑥M.Burgin，“Techno-Ecology and Problems of Education”，in Intellectual Innovations in Society and Development of Education，Novosibirsk，1998，pp.175—178.（in Russian），柏特森（George Bateson）提出了心智生態(tài)學(xué)⑦G. Bateson，Steps to an Ecology of Mind，St. Albans：Jason Aronson Inc.，1973.，達(dá)米阿尼（Damiani）等人提出了電子學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)⑧E.Damiani，L. Uden and W. Trisnawaty，“The future of E-learning：E-learning ecosystem”，in IEEE Digital Ecosystems and Technologies Conference （IEEE DEST），2007.，波克欽（Murray Bookchin）還提出了社會(huì)生態(tài)學(xué)⑨M. Bookchin，The Ecology of Freedom，Stirling：AK Press，2005.，等 等。

可以看出，生態(tài)學(xué)的概念和方法正在整個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域廣泛滲透。這不是一種偶然發(fā)生的現(xiàn)象。這是因?yàn)?，世界上各種事物本來就存在各種各樣的內(nèi)在聯(lián)系。過去，人們?yōu)榱搜芯康姆奖?，把它們逐一分割開來進(jìn)行分門別類的獨(dú)立研究，雖然取得了一個(gè)又一個(gè)局部的成果，卻丟失了各門各類事物之間相互關(guān)聯(lián)的規(guī)律，當(dāng)然也就丟失了宏觀整體的規(guī)律?，F(xiàn)在，人們需要認(rèn)識(shí)宏觀整體的規(guī)律，就不能不去深入研究這些局部之間的相互作用和相互關(guān)系。這是生態(tài)學(xué)必然要興起的原 因。

20世紀(jì)80年代，鐘義信在中國(guó)開啟了信息生態(tài)學(xué)的研究。⑩鐘義信：《信息科學(xué)原理》，北京：北京郵電大學(xué)出版社1988年版。他把一直被人們分別研究和獨(dú)立發(fā)展的各種信息過程——信息獲?。ǜ袦y(cè)與識(shí)別）、信息傳遞（通信與存儲(chǔ)）、信息處理（計(jì)算與認(rèn)知）、信息再生（智能與決策）、信息執(zhí)行（顯示與控制）——作為信息的生態(tài)鏈加以研究，發(fā)現(xiàn)了它們相互作用的規(guī)律，并命名為“信息科學(xué)原理”；后來，他又進(jìn)一步提煉為“信息轉(zhuǎn)換原理”?鐘義信：《信息轉(zhuǎn)換原理：信息、知識(shí)、智能的綜合理論》，載《科學(xué)通報(bào)》2013年第14期。 R. Capurro，“Towards an Information Ecology”，in Information and Quality，edited by I.Wormell，London：Taylor Graham，1990，pp.122—139；T.H.Davenport and L.Prusak，Information Ecology，Oxford：Oxford University Press，1997.。西方研究者也獨(dú)立地啟動(dòng)了他們的信息生態(tài)學(xué)研究。?鐘義信：《信息轉(zhuǎn)換原理：信息、知識(shí)、智能的綜合理論》，載《科學(xué)通報(bào)》2013年第14期。 R. Capurro，“Towards an Information Ecology”，in Information and Quality，edited by I.Wormell，London：Taylor Graham，1990，pp.122—139；T.H.Davenport and L.Prusak，Information Ecology，Oxford：Oxford University Press，1997.

總之，作為信息科學(xué)的研究，就應(yīng)當(dāng)站在“信息”的統(tǒng)一立場(chǎng)，對(duì)各種信息處理系統(tǒng)的性質(zhì)和功能進(jìn)行整體性研究，而不應(yīng)當(dāng)停留于分別獨(dú)立的研究，這樣才能夠更好地理解現(xiàn)實(shí)世界的各種信息過程。如果說植物生態(tài)學(xué)是要研究植物系統(tǒng)的相互關(guān)系，那么，信息生態(tài)學(xué)就是要研究各種信息處理系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。由此就可理解，信息生態(tài)學(xué)方法學(xué)對(duì)于信息科學(xué)的健康發(fā)展具有何等實(shí)質(zhì)性的重要意 義！

三、一般生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)

“生態(tài)系統(tǒng)”是由英國(guó)學(xué)者坦斯萊提出的一個(gè)概念，它是各種領(lǐng)域生態(tài)學(xué)的共同核心。這就是為什么本文一開始就要從最一般的場(chǎng)景來定義這個(gè)概念。為此，首先就要了解世界的全局結(jié)構(gòu)將會(huì)如何影響生態(tài)系統(tǒng)的組 織。

世界的宏觀結(jié)構(gòu)可以由圖1的“存在三元組”來表 示。

圖1所示的存在三元組并非互不相關(guān)，相反，它們互相交疊，互相作用：人的精神世界離不開物質(zhì)世界，它又會(huì)反過來影響物質(zhì)世界。同時(shí)，人們關(guān)于物理世界的知識(shí)則在很大程度上依賴于人的精神世界與物理世界的相互作 用。

其實(shí)，不僅人有精神世界，所有的信息處理系統(tǒng)也有它們自己的“精神世界”。比如，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的內(nèi)容就可以在一定程度上被看作是它的精神世界，計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)就是它的精神世界的一個(gè)重要部 分。

結(jié)構(gòu)世界（世界的結(jié)構(gòu)）包含著各種結(jié)構(gòu)。這個(gè)概念與柏拉圖的“思想世界／形式世界”是一致的，因?yàn)樗枷牖蛐问蕉寂c結(jié)構(gòu)相伴。各種結(jié)構(gòu)就像各種具體的事物一樣存在著，它們共同構(gòu)成了世界的結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要學(xué)習(xí)或創(chuàng)作某種系統(tǒng)或者需要啟動(dòng)某種過程的時(shí)候，就需要利用這些結(jié)構(gòu)的知識(shí)來實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)當(dāng)然包含著各種相互關(guān)系，正是它們把事物聯(lián)系在一 起。

世界的全局結(jié)構(gòu)可以生成三類生態(tài)系統(tǒng)：（1）物理生態(tài)系統(tǒng)，它的成分就是各種物理系統(tǒng)和過程；（2）精神生態(tài)系統(tǒng)，它的成分就是各種精神系統(tǒng)和過程；（3）結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)，它的成分就是各種物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過 程。

如果把這三種生態(tài)系統(tǒng)組合成為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，就得到了總的生態(tài)系統(tǒng)。這個(gè)總的生態(tài)系統(tǒng)也具有三個(gè)組成部分：（1）生態(tài)系統(tǒng)的物理方面及其環(huán)境；（2）生態(tài)系統(tǒng)的精神方面及其環(huán)境；（3）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面及其環(huán) 境。

一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可以用三個(gè)參量來表征：（1）空間中的某個(gè)區(qū)域（或者科學(xué)論域中的某個(gè)領(lǐng)域）。通常認(rèn)為，某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的所有成分都在這個(gè)區(qū)域之內(nèi)。（2）基本成分的形式。它的意思是，從生態(tài)學(xué)研究的觀點(diǎn)來看，需要明確某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的哪些成分是最基本的。（3）基本關(guān)系的形式。就是說，從生態(tài)學(xué)研究的觀點(diǎn)來看，需要明確某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的哪些關(guān)系是最基本 的。

例如，某個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)由某個(gè)地區(qū)內(nèi)的若干生物體構(gòu)成，這些生物體之間存在動(dòng)態(tài)的互相作用，同時(shí)也與非生物的環(huán)境相互作用。因此，這些生物體就是這個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)成分的基本形式，而在地球上選定的地區(qū)就是它的區(qū) 域。

為了從形式上定義一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，需要利用三個(gè)集合：（1）一個(gè)表示空間區(qū)域的集合R，如地球上的森林區(qū)域或沙漠區(qū)域。（2）一個(gè)表示成分的集合E，如生活在這個(gè)區(qū)域的各種動(dòng)物、生長(zhǎng)在這個(gè)區(qū)域的各種植物以及自然要素，如這個(gè)區(qū)域的河流山脈等。（3）一個(gè)表示成分之間關(guān)系的集合C。

定義3.1一個(gè)（R，E，C）—生態(tài)系統(tǒng)，是指這樣一個(gè)系統(tǒng)，它以E的元素為成分，這些成分都屬于區(qū)域r∈R，成分之間的關(guān)系是C中的連接。

在一個(gè)信息生態(tài)系統(tǒng)里，所有的信息處理系統(tǒng)構(gòu)成了它的成分的基本形式，地球上某個(gè)選定的地區(qū)（也可能是整個(gè)地球）定義了它的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)這些信息處理系統(tǒng)之間互相作用，也與它們的環(huán)境互相作用。顯然，信息生態(tài)系統(tǒng)的研究將集中于其中的信息處理系 統(tǒng)。

值得注意的是，存在許多不同種類的信息處理系統(tǒng)：技術(shù)信息處理系統(tǒng)、生物信息處理系統(tǒng)、人類信息處理系統(tǒng)，等 等。

生態(tài)信息系統(tǒng)的成分存在三個(gè)等級(jí)：第一，基本的或主要的；第二， 次要的或輔助性的；第三，更次要的或背景性 的。

生態(tài)學(xué)研究的目的是要理解生態(tài)系統(tǒng)主要成分的性質(zhì)和功能，以及生態(tài)系統(tǒng)的基本關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)的主要成分和其他成分是指那些由相似個(gè)體組成的族群。比如，在自然生態(tài)系統(tǒng)中，它的成分就包括人類、動(dòng)物、植物和病 毒。

四、信息科學(xué)的方法學(xué)問題

信息，是可供人類和各種生物用來求生避險(xiǎn)的一類極其重要的資源。為此，人類擁有各種用來獲取、處理和利用信息的器官組織：（1）用來從環(huán)境中接受信息的感覺器官；（2）用來在人體內(nèi)部傳遞信息的傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)；（3）用來處理信息、生成知識(shí)和生成解決問題的智能策略的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（大腦）；以及（4）把中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的智能策略轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苄袨榈膱?zhí)行器官。它們構(gòu)成了人體內(nèi)高度和諧的信息與智能系 統(tǒng)。

另一方面，人類還創(chuàng)造了豐富的信息技術(shù)系統(tǒng)來增強(qiáng)人類信息器官的功能。例如，感受各種信息的傳感系統(tǒng)、傳輸與分配信息的通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、處理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、生成知識(shí)和制定決策的人工智能系統(tǒng)以及執(zhí)行策略的控制系統(tǒng)，等 等。

不過，與人類信息器官的工作情況相比，技術(shù)信息系統(tǒng)的工作卻存在明顯的反差。一方面，人類信息器官的工作非常穩(wěn)定、和諧、可靠和可信，有效地支持了人類的進(jìn)步；另一方面，各種技術(shù)信息系統(tǒng)的工作卻不那么令人滿 意。

問題在哪里呢？分析表明，主要的問題不在于各種信息處理技術(shù)系統(tǒng)本身，而在于各種信息處理技術(shù)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。起初，各種信息處理的技術(shù)系統(tǒng)都是分別獨(dú)立研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的，沒有考慮與其他信息處理技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)系。比如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的早期設(shè)計(jì)只考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身的工作要求，而沒有考慮與其他信息系統(tǒng)的協(xié)同工作。后來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)之間需要通過通信網(wǎng)絡(luò)互相聯(lián)合工作，于是形成了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。但是，與人類自身負(fù)責(zé)信息傳遞的傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)與負(fù)責(zé)信息處理的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的工作性能相比，互聯(lián)網(wǎng)的工作協(xié)同性和理解能力存在很大差 距。

由此可知，相對(duì)于人類信息系統(tǒng)，各種技術(shù)信息系統(tǒng)存在的差距主要?dú)w因于后者研究和設(shè)計(jì)的方法學(xué)方面。具體來說，人類信息系統(tǒng)是由“自然選擇”這種強(qiáng)大的自然法則所主導(dǎo)，以“優(yōu)勝劣汰”為準(zhǔn)則，按照人體大系統(tǒng)全局優(yōu)化的進(jìn)化法則形成的，因此，優(yōu)秀的信息系統(tǒng)體系被保留下來，而不夠優(yōu)秀的系統(tǒng)體系則被淘汰了；各種技術(shù)信息系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)（特別是在初期）卻沒有全局的目標(biāo)，也沒有全局的優(yōu)化和統(tǒng)一的準(zhǔn)則，而是由各個(gè)部門分別獨(dú)自研究設(shè)計(jì)，然后才根據(jù)實(shí)際的需要逐步研究各種不同信息系統(tǒng)之間的聯(lián)合工 作。

總之，技術(shù)信息系統(tǒng)的發(fā)展是按照“分而治之”的方法學(xué)思想，由此及彼，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，一步一步積累起來的，因此，既缺乏系統(tǒng)全局的協(xié)同和優(yōu)化，更缺乏不同信息系統(tǒng)之間以及各種信息系統(tǒng)與環(huán)境之間和諧共生的理念。而所有這些問題，正是“信息生態(tài)方法學(xué)”所要解決而且能夠解決的問題。換言之，這里就需要完成“機(jī)械還原方法學(xué)”向“信息生態(tài)方法學(xué)”的轉(zhuǎn)變。①鐘義信：《從機(jī)械還原方法論到信息生態(tài)方法論》。

五、信息科學(xué)研究與信息生態(tài)方法學(xué)

本節(jié)將以信息科學(xué)為例，具體考察信息生態(tài)方法學(xué)究竟能為信息科學(xué)的進(jìn)步發(fā)揮什么樣的重要作 用。

值得注意的是，隨著信息時(shí)代的不斷進(jìn)步，信息科學(xué)將在整個(gè)科學(xué)體系中發(fā)揮越來越全面的主導(dǎo)作用。因此，信息生態(tài)方法學(xué)對(duì)信息科學(xué)發(fā)揮的作用也將越來越廣泛地波及整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域。而且，本質(zhì)上說，所有學(xué)科領(lǐng)域的研究過程都是信息獲取和信息加工的過程。因此，本節(jié)的討論不僅僅對(duì)信息科學(xué)而言是重要的，而且對(duì)整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)研究領(lǐng)域而言也具有重要的意 義。

（一） 信息生態(tài)學(xué)的概念

為了深刻理解信息生態(tài)方法學(xué)的含義，準(zhǔn)確把握信息生態(tài)方法學(xué)的應(yīng)用條件，這里首先需要闡明“信息生態(tài)學(xué)”的定義。①Y. X. Zhong，“The Law of ‘Information Conversion and Intelligence Creation’”，in Information Studies and the Quest for Trans-disciplinarity， New York，London，Singapore：World Scientific，2017.

定義5.1信息生態(tài)學(xué)是對(duì)某種論域內(nèi)各種信息處理過程（系統(tǒng)）及其環(huán)境的整體性研究，旨在闡明在環(huán)境約束下這些信息處理過程（系統(tǒng)）所應(yīng)當(dāng)遵循的工作方式以及這些信息處理過程（系統(tǒng)）之間應(yīng)當(dāng)保持的相互關(guān)系。

從科學(xué)研究的角度來說，迄今存在兩種基本的方法學(xué)：一種是還原論，另一種是整體論。還原論方法學(xué)的主要特征是“分而治之”，把復(fù)雜系統(tǒng)分解為一組要素，把系統(tǒng)理論還原為要素理論。整體論方法學(xué)的特征則相反，它認(rèn)為系統(tǒng)的性質(zhì)和功能不等于要素的性質(zhì)和功能的簡(jiǎn)單求和，因此堅(jiān)持在整體上來認(rèn)識(shí)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)各種要素之間協(xié)同合作的相互作用與和諧默契的相互關(guān)系。如果忽視了系統(tǒng)的整體性，忽視了系統(tǒng)各種要素之間的協(xié)同性與和諧性，就將無法正確理解整個(gè)系 統(tǒng)。

信息生態(tài)方法學(xué)比一般的整體論更進(jìn)步的特點(diǎn)在于：它不但強(qiáng)調(diào)整體性，而且強(qiáng)調(diào)整體與環(huán)境之間保持協(xié)調(diào)關(guān)系；不但強(qiáng)調(diào)整體的不可還原性，而且強(qiáng)調(diào)整體與環(huán)境共同的生態(tài)演化（即不斷改善系統(tǒng)的生存狀態(tài)）。②Y. X. Zhong，“Information Ecology”，Proceedings，Vol.1，No.3，doi：10.3390/IS4SI-2017-03996.

本文建議把“信息生態(tài)學(xué)”作為研究信息科學(xué)的方法學(xué)，并考察由此給信息科學(xué)的研究所帶來的主要新進(jìn) 展。

（二） 信息生態(tài)方法學(xué)與信息科學(xué)研究模型

研究模型，是一個(gè)研究領(lǐng)域的基本藍(lán)圖。如果藍(lán)圖不明確或者不準(zhǔn)確，就必然在整體上影響這個(gè)研究領(lǐng)域的成功。信息科學(xué)的研究已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，人們提出了通信系統(tǒng)的模型和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模型等等，但是一直沒有統(tǒng)一的研究模型。為了使信息科學(xué)的研究達(dá)到“生態(tài)學(xué)研究”的水平，首要的問題就是要用信息生態(tài)學(xué)的觀念來審慎分析和精心構(gòu)筑信息科學(xué)的研究模型。圖2所示的“主（體）客（體）相互作用”模型就是這一研究的創(chuàng)新結(jié)果。①鐘義信：《高等人工智能原理》，北京：科學(xué)出版社2014年 版。

圖中的“主客相互作用”模型含有三類部件：（1）主體。主體的特點(diǎn)是具有目的和知識(shí)，因此，它可以是任何智能系統(tǒng)。當(dāng)然，最典型也最有意義的主體是人類，他具有最復(fù)雜的目的和最豐富的知識(shí)。（2）客體。它是環(huán)境中的任何對(duì)象或問題。（3）相互作用。它是發(fā)生在主體與客體之間的雙向過 程。

可以看出，圖2的模型是一個(gè)典型的“信息生態(tài)學(xué)模型”，因?yàn)樗耆隙x5.1的要求，是對(duì)各種信息處理系統(tǒng)（它們蘊(yùn)含在主體內(nèi)部）之間以及各種信息處理系統(tǒng)與其環(huán)境之間的關(guān)系的整體性研 究。

圖2的模型可以用來作為整個(gè)信息科學(xué)研究的抽象模型，因?yàn)椤爸骺拖嗷プ饔谩笔乾F(xiàn)實(shí)世界最普遍的信息過程。也就是說，信息科學(xué)研究的所有問題都可以由圖2的模型來表示。這是因?yàn)?，無論是什么主體，它的基本任務(wù)都是要認(rèn)識(shí)環(huán)境和適應(yīng)環(huán)境以至改造環(huán)境，認(rèn)識(shí)環(huán)境就需要接收來自環(huán)境的信息（圖中的“客體信息”），而適應(yīng)環(huán)境和改造環(huán)境則需要由主體產(chǎn)生一定的行為反作用于環(huán)境（圖中的“智能行 為”）。

在數(shù)學(xué)上，圖2的模型稱為“雙向基本三元組”結(jié)構(gòu)，它的一般形式可以表示 為：

這是一個(gè)雙向的基本三元組 X =（X，f/g， Y），其中X和Y是兩個(gè)實(shí)體，f 是由X到Y(jié)的關(guān)系，g是由Y到X的關(guān)系。在圖2的模型中，X可以表示主體，Y可以表示環(huán)境中的客體，g代表環(huán)境中的客體發(fā)出的客體信息，f代表主體生成的智能行為。如果兩個(gè)實(shí)體代表在通信中的兩個(gè)人，那么，f和g就分別是X給Y發(fā)送的信息和Y給X發(fā)送的信息。波爾金對(duì)基本三元組的性質(zhì)進(jìn)行了研究。①M(fèi). Burgin，“Theory of Named Sets as a Foundational Basis for Mathematics”，in Structures Mathematical Theories，San Sebastian，1990，pp.417—420；M. Burgin，Theory of Named Sets，Mathematics Research Developments，New York：Nova Science，2011.

總之，無論從理論研究的角度看，還是從具體問題的角度來看，圖2都是信息科學(xué)領(lǐng)域十分典型、十分有用的研究模型，而面向圖2模型的信息生態(tài)學(xué)方法則可以作為信息科學(xué)研究的普遍適用的方法 學(xué)。

還要指出，在圖2的模型中，符合“信息生態(tài)學(xué)”要求的主體所產(chǎn)生的（反作用于客體的）行為應(yīng)當(dāng)具有足夠的智能水平，否則，主體將會(huì)遭受生存發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。這里，所謂主體的行為必須有足夠的智能水平，是指：（1）主體產(chǎn)生的行為應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到主體的目的，否則就是失敗的行為；（2）主客相互作用應(yīng)遵從客觀規(guī)律，不能破壞客觀規(guī)律；否則，也會(huì)遭遇風(fēng) 險(xiǎn)。

另外還需要指出，“主客相互作用”模型中的主體不一定是單個(gè)的人，它也可以是團(tuán)體甚至是社會(huì)，唯一需要滿足的條件是：團(tuán)體主體必須具有共同的目的和知 識(shí)。

總之，圖2是現(xiàn)代信息科學(xué)研究所需要的統(tǒng)一的抽象模型，它能概括幾乎所有的信息科學(xué)領(lǐng)域研究的問題。不過，對(duì)于具體的信息科學(xué)研究來說，人們肯定還希望把圖2的模型加以具體化。為了這個(gè)目的，我們就得到了圖3的模型。②鐘義信：《機(jī)器知行學(xué)原理》，北京：科學(xué)出版社2014年 版。

由圖3與圖2的對(duì)比可以看出，兩者完全一致，只是圖3把“主客相互作用”模型中主體所執(zhí)行的信息過程具體表現(xiàn)為以下四 類。

過程（1）：客體信息被轉(zhuǎn)換為感知信息（感知選擇單元的功能）。過程（2）：感知信息被轉(zhuǎn)換為知識(shí)（認(rèn)知單元的功能）。過程（3）：在相關(guān)知識(shí)支持下，在目的導(dǎo)控下，感知信息相繼被轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)意識(shí)、情感和理智，并被綜合成為主體的智能策略（決策單元的功能）。過程（4）：智能策略被轉(zhuǎn)換為智能行為并反作用于客體（執(zhí)行單元的功 能）。

上述四個(gè)過程完成了“主客相互作用”的基本回合。但是，如果主體的智能行為反作用于客體之后得到的結(jié)果與“目的”之間存在誤差，那么，這個(gè)誤差本身就是一種新的信息，說明上述基本回合不夠理想。為此，必須把這個(gè)誤差信息反饋到感知單元，據(jù)此通過學(xué)習(xí)增加知識(shí)、優(yōu)化策略，從而改進(jìn)智能行為的效果。這種“誤差反饋—學(xué)習(xí)優(yōu)化”的回合也許要反復(fù)多次，才能使智能行為所產(chǎn)生的誤差減小到滿意的程 度。

需要引起注意的是，圖3模型中的“感知選擇”單元并不是普通的“傳感單元”。實(shí)際上，傳感單元（包括人的感覺器官）只能感受有客體信息的存在，但不能分辨這個(gè)客體信息是否與主體的目的有關(guān)。而感知單元?jiǎng)t不但能夠感受客體信息的存在，而且能夠分辨這個(gè)客體信息是否與主體的目的有關(guān)，從而能夠決定要對(duì)這個(gè)客體信息作出何種響應(yīng)——或者不予理會(huì)（若它與主體目的無關(guān)），或者要把它選擇進(jìn)來并據(jù)此生成感知信息（若它與主體目的有 關(guān)）。

綜上所述，圖3所示的信息科學(xué)研究模型表現(xiàn)的是一類開放的、大規(guī)模的、復(fù)雜的信息系統(tǒng)（過程），涵蓋了人類各種信息活動(dòng)，確實(shí)是信息領(lǐng)域研究所需要的科學(xué)模 型。

（三） 信息生態(tài)方法學(xué)與信息科學(xué)的研究路徑

構(gòu)筑了信息科學(xué)的研究模型，就相當(dāng)于描繪了反映信息科學(xué)研究?jī)?nèi)容的總體藍(lán)圖。有了正確的藍(lán)圖，接下來要解決的問題就是：如何精心選擇合適的研究路徑來研究所構(gòu)筑的研究模型，以便揭示信息科學(xué)的基本規(guī) 律？

此前的信息科學(xué)研究存在若干不同的研究路徑：結(jié)構(gòu)主義研究路徑、功能主義研究路徑和行為主義研究路徑，等等。其中每一種研究路徑都取得了不少的成果，但每一種路徑也都各自面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。那么，究竟什么樣的（已有的、新創(chuàng)的）研究路徑才適合于信息科學(xué)的研究 呢？

正如上面所強(qiáng)調(diào)的，信息生態(tài)方法學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)問題，是領(lǐng)域中各種信息處理系統(tǒng)之間的相互關(guān)系以及這些系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系。那么，從圖3所表示的信息科學(xué)研究模型可以十分清晰地看出，在“主客相互作用模型”的總體框架中，最為本質(zhì)的關(guān)系乃是一系列的轉(zhuǎn)換①鐘義信：《信息轉(zhuǎn)換原理：信息、知識(shí)、智能的綜合理論》。：

或更簡(jiǎn)潔地表示 為：

不難理解，關(guān)系（5.1）或（5.2）是“主客相互作用模型”的全局靈魂和生命線，只要遵循并妥善完成這一系列轉(zhuǎn)換，主體就可以達(dá)成自己的目的并與環(huán)境中的客體實(shí)現(xiàn)和諧相處。而且值得特別指出，關(guān)系（5.1）或（5.2）也是在“主客相互作用”過程中，主體生成智能策略和智能行為的根本工作機(jī) 制。

更具體地說，只要能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)系（5.1）或（5.2），就可以保證：（1）在主客相互作用的過程中，主體能夠生成智能策略和智能行為，因而（2）主體就能夠達(dá)成自己的目的，（3）主體就能與環(huán)境和諧相 處。

可見，關(guān)系（5.1）或（5.2）就是信息領(lǐng)域科學(xué)研究的最佳研究路徑。由于（5.1）或（5.2）是“主客相互作用過程”生成智能策略和智能行為的根本機(jī)制，我們就把信息領(lǐng)域科學(xué)研究的這種全新研究路徑命名為“機(jī)制主義”的研究路徑。

不難理解，這種全新的“機(jī)制主義研究路徑”是比“結(jié)構(gòu)主義研究路徑”“功能主義研究路徑”和“行為主義研究路徑”更具本質(zhì)意義的研究路徑，這是因?yàn)椋簩?duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，機(jī)制反映了系統(tǒng)的本質(zhì)和靈魂，結(jié)構(gòu)和功能都只是為機(jī)制服務(wù)的，而行為則是機(jī)制所實(shí)現(xiàn)的外部表現(xiàn)。正像飛機(jī)設(shè)計(jì)的奧妙在于理解和遵循了鳥類飛行的空氣動(dòng)力學(xué)原理，而不是簡(jiǎn)單地模擬鳥類的結(jié)構(gòu)；與此類似，信息科學(xué)系統(tǒng)研究的奧妙則在于理解和遵循智能生成的機(jī)制（也是信息生態(tài)學(xué)在信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的機(jī)制），而不是機(jī)械地模擬原型智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能或行為。①Y. X.Zhong，“Structuralism？Functionalism？Behaviorism？Or Mechanism？Looking for Better Approach to AI”，International Journal on Intelligent Computing and Cybernetics，Vol.1，No.3，2008，pp.325—336.

總體來說，機(jī)制主義研究路徑就是實(shí)現(xiàn)（5.1）或（5.2）的信息轉(zhuǎn)換，至于選擇什么樣的結(jié)構(gòu)和功能來實(shí)現(xiàn)這些信息轉(zhuǎn)換，以及要表現(xiàn)什么樣的外部行為，則依具體的研究問題的不同而不 同。

（四） 信息生態(tài)系統(tǒng)的基本關(guān)系

以上三點(diǎn)分別解析了信息生態(tài)學(xué)的概念、在信息生態(tài)方法學(xué)指導(dǎo)下建立了信息領(lǐng)域科學(xué)研究的主客相互作用模型和機(jī)制主義研究路徑。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)在就可以利用機(jī)制主義研究路徑來系統(tǒng)地闡明主客相互作用模型中的各種基本關(guān)系。②鐘義信：《信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》，北京：北京郵電大學(xué)出版社2015年版。

對(duì)照?qǐng)D3的模型可知，第一類關(guān)系是客體信息與感知信息之間的相互關(guān)系（其他各類關(guān)系將留待以后討論）。長(zhǎng)期以來，人們一直以為，人類的感覺器官或技術(shù)上的傳感器承擔(dān)了客體信息向感知信息轉(zhuǎn)換的功能。其實(shí)不然，人類的感覺器官和技術(shù)上的傳感器所承擔(dān)的功能只是把客體信息轉(zhuǎn)換成為了作為感知信息表層的“語法信息”，即香農(nóng)（Shannon）理論意義上的信息，也就是“既忽略了內(nèi)容因素也忽略了價(jià)值因素的信息”，這顯然不是完全的感知信 息。

為了理解這個(gè)論點(diǎn)，有必要首先闡明客體信息與感知信息的概念。①鐘義信：《信息科學(xué)原理》，北京：北京郵電大學(xué)出版社1988年 版。

定義5.2客體信息，是指客體自身所呈現(xiàn)出來的形 態(tài)。

這里的“形態(tài)”包括客體對(duì)外呈現(xiàn)的形狀、姿態(tài)、大小、顏色、重量、結(jié)構(gòu)，等等。按照這個(gè)定義，現(xiàn)實(shí)世界的每個(gè)客體都在時(shí)時(shí)刻刻地產(chǎn)生自己的客體信息，它是現(xiàn)實(shí)世界普遍存在的現(xiàn) 象。

顯然，客體信息只與客體本身有關(guān)，而與主體的意志和愿望無關(guān)。因此，客體信息有時(shí)也被稱為“本體論信 息”。

定義5.3感知信息，是指主體從客體信息所感知的信息。

感知信息既與客體有關(guān)，也與主體有關(guān)。它來源于客體，同時(shí)又注入了主體的目的因素和知識(shí)因素。由于這個(gè)緣故，感知信息有時(shí)也被稱為“認(rèn)識(shí)論信息”。同樣因?yàn)檫@個(gè)緣故，感知信息就具有比客體信息更加豐富的內(nèi)涵：（1）由于主體具有感覺能力，因此能夠感覺到客體的形態(tài)，這便是感知信息的形態(tài)分量，習(xí)慣上被稱為“語法信息”；（2）由于主體具有目的性，因此能夠檢驗(yàn)這樣的客體是否與主體的目的有關(guān)，如果有關(guān)，究竟是有利還是有害？這便是感知信息的效用分量，被稱為“語用信息”；（3）由于主體具有理解和抽象能力，因此能夠?qū)τ谕瑫r(shí)具備條件（1）和（2）的客體賦予其特定的含義和名稱，這便是感知信息的內(nèi)容分量，被稱為“語義信 息”。

由此，還可以得到“語義信息”和“全信息”的定義②鐘義信：《信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》，北京：北京郵電大學(xué)出版社2015年 版。：

定義5.4語義信息是主體對(duì)“語法信息與語用信息共同體的抽象與命名”。

定義5.5感知信息是語法信息、語用信息、語義信息的三位一體。同時(shí)具備這三個(gè)分量的信息也被稱為“全信息”。

對(duì)于任何正常的人類主體來說，感知信息的三個(gè)分量不可或缺，幾乎沒有什么人只對(duì)形式感興趣而對(duì)效用和意義不感興趣。即使對(duì)于其他生物主體，情形也是如此，只不過它們能夠感知的語法信息、語用信息和語義信息要比人類感知的語法信息、語用信息和語義信息簡(jiǎn)單得 多。

需要說明的是，“語法、語義、語用”是從“符號(hào)學(xué)”借用過來的術(shù)語，并且已經(jīng)約定俗成（所以不便棄用或改用）。但是需要注意，符號(hào)學(xué)的創(chuàng)始人和后續(xù)的研究者們對(duì)這三個(gè)概念的定義與本文的定義有所不同，特別是，符號(hào)學(xué)對(duì)其中的“語義”和“語用”的概念定義不夠嚴(yán)謹(jǐn)，因此引出了一系列的爭(zhēng)議。尤其在“語言學(xué)”領(lǐng)域，這種爭(zhēng)議相當(dāng)激烈，而且至今沒有彌合的趨勢(shì)。為此，本文作者希望，信息科學(xué)領(lǐng)域的讀者恪守本文給出的定義，以避免那些不必要的含混和爭(zhēng) 議。

還要指出，符號(hào)學(xué)的創(chuàng)始人和后續(xù)的研究者們只是分別定義了上述三個(gè)概念，卻從來沒有深入分析這三個(gè)概念之間究竟是否存在什么樣的邏輯關(guān)系。從這個(gè)意義上可以說，“符號(hào)學(xué)”對(duì)于“語法”“語用”“語義”這組基本概念的研究是不充分、不到位的。這也是引起許多歧義和爭(zhēng)論的直接原 因。

為了深刻認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確把握感知信息定義中關(guān)于“語法信息”“語用信息”和“語義信息”這三個(gè)基本概念，這里有必要具體分析它們的生成機(jī)理，從而揭示出三者之間內(nèi)在的深刻關(guān)聯(lián)（進(jìn)而也可以消除現(xiàn)存的一些誤解和爭(zhēng) 論）。

圖4就是語法信息、語用信息和語義信息的生成機(jī)理模型①鐘義信：《信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo) 論》。。

圖中，虛線以內(nèi)表示的就是主體的感知單元。它的輸入是客體信息，用符號(hào)S表示，它的輸出是主體所生成的感知信息的三個(gè)分量：語法信息（用符號(hào)X表示）、語用信息（用符號(hào)Z表示）和語義信息（用符號(hào)Y表 示）。

那么，這些信息是怎樣生成的呢？在考察它們的生成過程之前需要說明：在這三個(gè)分量之中，語法信息（即形態(tài)信息）是具體而直觀的信息，因此可以直接感覺出來；語用信息（即效用信息）也是具體而明確的信息，可以直接檢驗(yàn)出來；而語義信息（即內(nèi)容信息，有時(shí)也叫意義信息）則是抽象的信息，既不能直接感覺出來也不可能直接檢驗(yàn)出來，只能通過具體的語法信息和語用信息的共同體（笛卡爾積）來抽象定義。在明確了這些性質(zhì)之后，現(xiàn)在就可以理解它們的生成機(jī) 理 了。

從圖4的模型可以看出，整個(gè)模型中的核心單元是“綜合知識(shí)庫”，它存儲(chǔ)著主體的“目的”（用符號(hào)G表示）和主體此前所積累起來的大量的“語法信息—語用信息”偶對(duì)（用列表｛x，z｝表示）。至此，感知信息生成過程就可以描述如 下。

（1） 語法信息（X）的生 成。

當(dāng)外來的客體信息（S）作用于主體的時(shí)候，主體的感覺器官（機(jī)器的傳感系統(tǒng)）就可以直接把它轉(zhuǎn)換為語法信息（X）輸出（這是人盡皆知的過 程）。

（2） 語用信息（Z）的生成卻要分為兩種互補(bǔ)的情 形。

（2-1） 如果這個(gè)客體是以前曾經(jīng)處理過的，于是，綜合知識(shí)庫的列表｛x，z｝中就會(huì)存儲(chǔ)它的“語法信息—語用信息”偶對(duì)。這時(shí)，就可以利用上面所產(chǎn)生的語法信息（X）作為檢索子（關(guān)鍵詞）對(duì)綜合知識(shí)庫的列表｛x，z｝進(jìn)行搜索，只要發(fā)現(xiàn)了其中某個(gè)語法信息 xk與X匹配，那么與 xk相應(yīng)的 zk就是它的語用信息Z。

（2-2） 如果這個(gè)客體是以前從未處理過的，因此，綜合知識(shí)庫的列表｛x，z｝中就不會(huì)有它們的偶對(duì)。這時(shí)，就可以通過計(jì)算X與G的相關(guān)性（即圖4中的“目的檢驗(yàn)”單元）得到所要求的語用信息Z。如圖4所示，2-2與2-1遵守“或”的關(guān) 系。

（3） 語義信息（Y）的生成。

根據(jù)定義5.3的釋文（3），把以上兩步得到的{X，Z}映射到語義信息空間（這就是一個(gè)抽象過程）并給映射的結(jié)果命名，便得到了語義信息（Y）。

圖4的模型和上述三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)了由客體信息到感知信息的轉(zhuǎn)換，同時(shí)也展現(xiàn)了客體信息與感知信息之間的相互關(guān) 系。

特別值得指出的是，以上的分析，在歷史上第一次揭示了語法信息、語用信息、語義信息三者之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，也為語義信息提供了嚴(yán)格的定義①鐘義信：《信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》。：

公式（5.3）中的符號(hào) 是“映射與命名”算子。頗為有趣的是，這個(gè)號(hào)也正是命名集理論的基本算子。①M(fèi).Burgin，Theory of Named Sets，Mathematics Research Developments，New York：Nova Science，2011.

我們注意到，近十多年來學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中雖然大量使用“語義信息”的術(shù)語，而且也在利用語義信息來說明和解決各種信息處理問題，但是并無文獻(xiàn)給出過語義信息的嚴(yán)格定義。因此不同的使用者對(duì)語義信息各有不同的理解，存在很大的任意性。自然，這樣隨意的語義信息概念并未對(duì)信息研究作出人們所期待的 貢 獻(xiàn)。

在這種情況下，嚴(yán)格而準(zhǔn)確地界定“語義信息”內(nèi)在含義的定義5.4及其定義表達(dá)式（5.3）將對(duì)信息處理和整個(gè)信息科學(xué)研究產(chǎn)生特別重要的意 義。

定義5.4和表達(dá)式（5.3）還表明，這樣定義的語義信息可以成為語法信息和語用信息的合法代表：一旦獲得了語義信息，也就獲得了語法信息和語用信息。這就是為什么人們最為關(guān)注的是語義信息的原 因。

六、結(jié)語

本文論述了信息生態(tài)方法學(xué)的優(yōu)勢(shì)是：可以把科學(xué)研究從“就事論事的研究”水平和“方法性研究”水平提高到“生態(tài)學(xué)研究”的水平。后者是當(dāng)今以及未來科學(xué)研究的重要特征，體現(xiàn)了開放信息系統(tǒng)的特點(diǎn)、復(fù)雜信息系統(tǒng)的特點(diǎn)、智能信息系統(tǒng)的特點(diǎn)、整體優(yōu)化的特點(diǎn)以及和諧演化的特 點(diǎn)。

為此，本文介紹了生態(tài)學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史和各種生態(tài)學(xué)的概念，給出了一般生態(tài)學(xué)的理論要點(diǎn)，特別闡述了信息生態(tài)學(xué)的定義和信息生態(tài)方法學(xué)對(duì)信息科學(xué)研究領(lǐng)域所作出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，包括：構(gòu)筑了信息科學(xué)研究的統(tǒng)一的抽象模型和具體模型，創(chuàng)建了比結(jié)構(gòu)主義、功能主義、行為主義更優(yōu)越的機(jī)制主義的研究路徑，揭示了信息科學(xué)研究領(lǐng)域客體信息與感知信息之間的轉(zhuǎn)換原理，闡明了語法信息、語用信息、語義信息的定義及其相互關(guān)系。這一切都是“信息生態(tài)方法學(xué)”所作出的歷史性貢獻(xiàn)，突破了香農(nóng)信息論的局限，也超越了符號(hào)學(xué)的結(jié) 果。

這些結(jié)果，是“信息生態(tài)方法學(xué)”優(yōu)于“機(jī)械還原方法學(xué)”的重要見證。換句話說，以上這些結(jié)果只能在“信息生態(tài)方法學(xué)”的指導(dǎo)下才能揭示出來；以“分而治之”為特征的機(jī)械還原方法學(xué)不可能得到上述這些重要的結(jié)果，不可能揭示信息科學(xué)領(lǐng)域這些重要的關(guān)系和規(guī) 律。

事實(shí)上，整個(gè)科學(xué)研究的知識(shí)，都是通過人類的信息獲取和加工過程所產(chǎn)生的結(jié)果，因此應(yīng)當(dāng)把科學(xué)研究建立在先進(jìn)的信息加工模型及其數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上。就作者所知，人們迄今已經(jīng)建立了不少這類模型，比如：表征命題邏輯與謂詞邏輯系統(tǒng)科學(xué)理論的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)證模型①F.Suppe（ed.），The Structure of Scientific Theories，Urbana：University of Illinois Press，1974；F. Suppe，“The Positivist Model of Scientific Theories”，in Scientific Inquiry，New York：Oxford University Press，1999，pp.16—24.，展示數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)科學(xué)理論的結(jié)構(gòu)主義模型②J. D.Sneed，The Logical Structure of Mathematical Physics，Dordrecht：D. Reidel，1971；B. van Frassen，“The Semantic Approach to Scientific Theories”，in The Nature of Scientific Theory，2000，pp.175—194.，涵蓋現(xiàn)有其他各種理論和實(shí)際知識(shí)的結(jié)構(gòu)規(guī)范化模型，等等。它們表現(xiàn)了知識(shí)的先進(jìn)表示方法。③M. Burgin and L. Kavunenko，“Measurement and Evaluation in Science”.

信息生態(tài)方法學(xué)在信息科學(xué)領(lǐng)域還有更多的重要作用和精彩的結(jié)果可以逐一展示，包括感知信息與知識(shí)的關(guān)系，感知信息與智能策略（基礎(chǔ)意識(shí)、情感與理智的綜合集成）的關(guān)系，智能策略與智能行為的關(guān)系，等等。不過，由于篇幅的原因，我們將把這些成果留待以后陸續(xù)發(fā) 表。