Философия информации и сложных систем

Другой тип неопределенности характерен для так называемых игр с полной информацией (шашки, шахматы, рэндзю, решение головоломок типа кубика Рубика). В любой момент игрок обладает полной информацией о текущем положении дел. С формально-математической точки зрения, принципиально возможно перебором всех возможных вариантов и прослеживанием всех возможных последствий выбрать оптимальный ход. Однако число возможных ходов и их последствий настолько огромно, что на практике этого невозможно сделать. Неопределенность этого типа называется комбинаторной.

Статистическую, комбинаторную и некоторые другие типы неопределенности объединяет то, что неопределенность связана исключительно с самой по себе игровой ситуацией (раскладом карт, расположением цветов на гранях куба), то есть с синтаксическим аспектом информации о состоянии игры. Синтаксическая неопределенность может быть связана как с ходом противника (я не знаю, что выпадет на рулетке), так и с собственным ходом (я не знаю, на какое число поставить).

Неопределенность более высокого типа связана с тем, что игрок, пусть даже обладая полной информацией на синтаксическом уровне, не может до конца выяснить ее смысл. Неопределенность этого типа называется семантической. Неопытный шахматист, играя с гроссмейстером, не сразу поймет, что последовательность ходов противника вместе составляет единый маневр. Возможна также семантическая неопределенность своего хода (я не знаю, какой маневр предпринять) и семантическая неопределенность в отношении действий противника.

Семантическая неопределенность всегда существует в такой игровой ситуации, как научное познание (игра с природой). Такие постоянно развивающиеся формы, как понятия, категории, теории включают на семантическом уровне наряду с определенностью также некоторую неопределенность. Семантической неопределенностью обладают совокупности экспериментальных данных (неизвестно, какой закон за ними кроется).

Если синтаксическая неопределенность связана только со структурой множества возможных ходов (своих или противника), то семантическая неопределенность связана еще и с особенностями отражения этого множества в системе (сознании игрока). В случае статистической неопределенности при незнании конкретного исхода следующего хода все же известно распределение вероятностей, а в случае семантической неопределенности неизвестны даже вероятности.

Наиболее сложный вид неопределенности в игре — это стратегическая неопределенность. Игрок не знает, какого образа действий придерживается противник, какие цели перед собой ставит. Неопределенность этого типа обычно несвойственна играм (в обычном смысле этого слова): цель игры четко определена правилами, но присуща различным сферам человеческой деятельности (бизнес, политика и т. д.). Информация, снимающая стратегическую неопределенность — это стратегическая информация.

Частным случаем стратегической неопределенности является неопределенность прагматическая, состоящая в незнании (вернее, в неполном знании) игроком собственных целей. Прагматическая неопределенность связана с неадекватностью и неполнотой самоотражения субъекта, с неполной информацией о себе и о своем месте в игровой ситуации.

Между видами неопределенности и соответствующими видами информации обнаруживаются отношения взаимной подчиненности. Пока я не знаю, чего хочу сам, для меня бесполезна информация о стратегии других людей. Только когда мои цели определены, эта информация становится мне нужна — для выработки собственной стратегии. Лишь после того как продумана стратегия, можно планировать тактику — определять смысл (семантику) более мелких этапов. И лишь после этого можно переходить к уровню синтаксиса — планировать и совершать отдельные поступки.

При сборе сведений о противнике информация проходит лестницу уровней в обратном направлении. Естественно, что противник никогда сам не раскроет свою тактику (семантику) и тем более стратегию (прагматику). В лучшем случае я могу надеяться получить синтаксическую информацию — какие конкретные действия предпринимает противник, какими сообщениями обменивается по каналам связи (хотя и синтаксическая информация обычно засекречивается). Информацию высших уровней можно получить лишь путем анализа, переработки и обобщения непосредственно получаемой информации о действиях противника.

Связь информации с законами и категориями диалектики

Законы диалектики и информация

Диалектика, как известно, представляет собой всеобщую теорию развития. Поэтому действие основных законов диалектики проявляется, главным образом, при анализе информационных процессов (а не информации в одномоментном срезе). Рассмотрим по очереди три основных закона диалектики в приложении к движению информации ([А6], [А11], [Б1], [Б3]).

Закон единства и борьбы противоположностей. Причину всякого информационного процесса, как и всякого вообще процесса, составляет взаимодействие двух противоположных начал. Так управление по принципу обратной связи основано на различии, несовпадении «желаемого» и «действительного» состояний системы и направлено на устранение разрыва между ними. В процессе обмена информацией между системой и внешней средой, как правило, имеет место противодействие системы негативным влияниям среды. Внутренняя противоречивость процессов управления заключается еще и в том, что самовоспроизводящиеся и самосовершенствующиеся системы в процессе функционирования, оставаясь в одном отношении тождественными самим себе (хотя бы генетическое тождество сохраняется всегда), в другом отношении могут претерпевать существенные изменения, вплоть до изменения своей качественной определенности.

Противоречивую роль информационных процессов раскрывает закон необходимого разнообразия Эшби. Хотя информация сама по себе связана с разнообразием, различием, ее использование в сложных самоуправляемых системах направлено на сохранения тождества. Только постоянно изменяясь под воздействием окружающей среды, только отражая ее изменения, система может остаться собой, сохранить свое качество.

Рассмотрим следующую ситуацию. Пусть мы пытаемся узнать что-либо об определенном объекте. Наши начальные представления о нем характеризуются полной неопределенностью. Это означает, что разнообразие возможных (с нашей точки зрения) предположений относительно данного объекта максимально. Всякий раз, когда мы узнаем об объекте что-то новое, круг допустимых предположений сужается, то есть, уменьшается разнообразие гипотез. В этом отношении получение информации есть ограниячение разнообразия (что равносильно рассматриваемому в статистической теории устранению неопределенности). В другом отношении получение информации сопряжено с нарастанием разнообразия. А именно, возрастает разнообразие тех достоверных фактов, которые нам известны и тех следствий, которые могут быть нами из них получены, иными словами, возрастает сложность имеющейся у нас картины мира.

Прогрессивное развитие всегда связано с ограничением разнообразия. Из множества возможных сценариев эволюции на практике реализуется только один. Из сотен тысяч органических молекул в живые организмы входят лишь сотни, из сотен аминокислот — лишь 20 и т. д. Но этот процесс сопровождается увеличением сложности, внутреннего разнообразия прогрессирующих систем, в частности, усложнением поведения (= увеличение разнообразия реакций) живых существ. Итак, любой процесс движения информации связан с уничтожением, ограничением одного вида разнообразия и одновременным увеличением другого его вида.

Закон перехода количественных изменений в качественные. В процессе эволюции любой системы происходит накопление заключенной в ней информации. На первых этапах приспособления к новым условиям внешней среды информация о среде накапливается в виде свободной информации. Это чисто количественный рост «знаний» системы о внешнем мире, не приводящий к изменению ее качественной определенности. При достижении определенного порога (при превышении меры) свободная информация переходит в связанную, то есть происходит закрепление полученных знаний в структуре системы. Отныне те или иные особенности среды отражены в системе «жестко» и являются неотъемлемой частью ее самой. Любая перестройка структуры есть, очевидно, качественное изменение.

Количественным накоплением информации сопровождался естественный процесс эволюции материи. Например, можно утверждать, что если информационное содержание объекта составляет несколько десятков бит относительно молекулярного уровня, то это наверняка объект неживой природы. Если же в объекте содержится порядка  бит на том же уровне, то это, скорее всего, живой объект.

Закон отрицания отрицания. Этот закон действует в сфере восходящего развития, то есть той линии развития, на которой происходит увеличение информационного содержания систем. В общем случае закон утверждает, что на более высокой ступени развития повторяются некоторые черты, свойственные исходной ступени, причем имеет место не полное копирование, а лишь частичное воспроизведение. В применении к информационным процессам это означает, что информационное содержание, достигаемое системой на последовательных ступенях развития, изменяется за счет поочередных отрицаний отдельных его частей. Второе отрицание, снимающее первое, ведет к частичному воспроизведению на качественно новом уровне информации, обогащенной опытом двух ступеней развития.

Всякий раз, когда развивающаяся система повторяет одну из предшествующих своих черт, это означает воспроизведение прошлой структурной информации. Наилучшим примером может быть то, что высокоорганизованные системы способны привлекать собственный прошлый опыт для решения текущих задач. Допустим, система некогда попадала в определенные условия и выработала оптимальную программу поведения в этих условиях. После этого условия изменились, система вынуждена была отвергнуть прежнюю программу и выработать множество новых. Пусть теперь система попадает снова в условия, подобные первоначальным. Теперь она сможет воспроизвести выработанную ранее соответствующую программу, причем значительно быстрее, чем в первый раз, и значительно качественнее, так как теперь знание системы о внешнем мире обогащено памятью о многих различных ситуациях.

Информация и развитие

Понимание информации как разнообразия тесно связано с наиболее общими представлениями о движении как изменении. Результатом движения системы становится различие (разнообразие) во временном отношении. Движение является атрибутом материи, неотъемлемо присуще материи и такое ее свойство, как различие. Поскольку понятие информации трактуется на основе категории различия, можно предположить, что информация также имеет атрибутивный характер. Связь понятий движения и информации, в частности, такова, что позволяет результат движения отображать методами теории информации. Это имеет большое значение для изучения процессов развития, дает возможность выработать информационный критерий, позволяющий устанавливать степень развития той или иной системы.

Поскольку далее рассматривается лишь развитие каких-либо конкретных систем, то под развитием данной системы понимаются ее внутренние изменения, или изменения ее внутреннего разнообразия. Если внутреннее разнообразие системы не изменяется, то в этом случае движение системы относительно других систем будет «чистым» движением.

Разнообразие, как отмечалось выше, имеет различные уровни, классы и т. д. Внутренне оно может изменяться на уровне: элементов, отношений порядка, прочих отношений и связей, целостности и т. д. Кроме того, возможны различные направления самого изменения разнообразия, например, прогресс и регресс.

Под восходящим развитием, или прогрессом, понимается увеличение внутреннего разнообразия систем. На языке теории информации это означает накопление информации. Нисходящая ветвь развития, или регресс, означает уменьшение внутреннего разнообразия систем или уменьшение количества информации. Таким образом, изменение информационного содержания систем — это количественный критерий развития.

Информационный критерий развития находит свое применение в теории эволюционного ряда, или ряда развития. Под ступенями развития материи имеются в виду наиболее общие материальные системы, которые последовательно появлялись друг за другом в процессе прогрессивного развития материи. Ступеней развития материи в принципе бесконечно много, но нам известны всего пять: дозвездная, звездная, планетарная, биологическая и социальная (этот ряд, хотя и связан с классификацией форм движения материи, далеко не изоморфен ей).

Каждая ступень характеризуетсяструктурой (организацией), элементами которой являются определенные дискретные единицы. Так, для дозвездной ступени за структурную единицу можно принять элементарные частицы, для звездной — атомы, для планетной — молекулы, для жизни — организм, для социальной — человека. Структурная единица — это появляющийся именно на данной ступени развития основной ее элемент. Ступени развития сами по себе являются системами, поскольку удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к системам. Характерно, что количество информации в ступенях развития и во всех структурных единицах увеличивается.

Прогрессивное развитие систем сопровождается качественными скачками. Поэтому прогресс системы сопровождается не только количественным ростом структурной информации, но и изменением ее качества. Это позволяет вводить в рассмотрение качественные информационные критерии развития.

Например, степень развития некоторых технических систем характеризуется ценностью этих систем (= ценностью заключенной в них структурной информации). Ценность, как отмечалось выше, всегда связана с определенной целью. Приведем пример. На смену очень сложным по конструкции поршневым авиационным двигателям пришли более простые — реактивные. Упрощение конструкции последних есть уменьшение количества структурной информации. Поэтому, если пользоваться только количественным критерием развития, то изобретение реактивных двигателей следовало бы расценить как шаг к регрессу. Но ведь цель человека состоит не в усложнении конструкции двигателя, а в достижении более высокой скорости полета. Реактивные двигатели более полезны для достижения данной цели, чем поршневые. Так включение прагматического аспекта информации в критерий развития приводит нас к выводу том, что изобретение реактивного двигателя было прогрессивным явлением.

Информация, законы природы и причинность

Закон отражает общие устойчивые связи и отношения между явлениями (или частями одного явления). Таким образом, закон есть структура явления, если последнее рассматривается как система. Как и всякая структура (инвариант), закон ограничивает разнообразие, так как из всех мыслимо возможных сценариев протекания процесса реализуются лишь те, которые подчиняются закону. Например, из всего мыслимого разнообразия процессов, происходящих с макроскопическими телами, возможными оказываются только те, которые удовлетворяют законам ньютоновской механики.

Любое явление подчиняется не одному какому-либо закону, а совокупности законов, причем, вседствие неисчерпаемости материи, бесконечной. Каждый закон природы фиксирует лишь одну из бесконечного множества сторон явления и потому является абстракцией, упрощением по сравнению с действительностью. Следовательно, внутреннее разнообразие и информационное содержание закона меньше, чем у исследуемого явления.

В то же время известно, что в абстрактном законе природа отражена глубже, вернее, точнее, чем в наших ощущениях, восприятиях и представлениях. В процессе отражения природы органами чувств последние огрубляют, ограничивают разнообразие объективно существующих систем. Бесконечное разнообразие реальных явлений нашими органами чувств отражается в виде конечного разнообразия. Часть информации при чувственном восприятии теряется. Однако благодаря абстрактному мышлению и знанию законов природы мы можем оперировать и той информацией, которая непосредственно не заключена в чувственном образе. Поэтому абстракция закона — это не простое ограничение эмпирического разнообразия, а лишь ограничение несущественных сторон чувственного образа явлений с целью расширить существенное разнообразие, непосредственно не доступное чувственному восприятию.

Теперь можно с уверенностью утверждать, что в природе реализуется лишь то разноообразие состояний, которое попадает в затемненную область, имеющую площадь . Таким образом, количество информации в эмпирическом законе может быть выражено через ограничение разнообразия:

.

Возможен и другой подход к определению информационного содержания заакона или теории, прагматический, оценивающий ценность данного закона для достижения определенной цели, например, создания какого-либо прибора.

Обширный класс законов природы — это законы, устанавливающие связь между состояниями системы в два различных момента времени, т.е. причинную связь. Поэтому обнаруживается связь информации с категорией причинности.

Согласно А. А. Маркову, событие A содержит информацию о событии B в силу совокупности законов M, если наличие B может быть логически выведено из наличия A с помощью B. При этом A рассматривается как причина, B — как следствие. Вывод А. А. Маркова состоит в том, что причина содержит информацию о следствии.

При однозначной причинной связи речь может идти о полной передаче информации от причины к следствию. При этом структура причины полностью передается следствию, воспроизводится в нем. Этот важный, но все же частный случай имеет место в механических цепях причинности.

В классической механике при переходе от явления A к его следствию B не происходит ни потеря, ни накопление информации: события A и B эквивалентны в информационном отношении. Подобный информационный смысл в механическую причинность вкладывал еще Лаплас, когда предложил идею «демона», который, зная все причины, мог бы предстказать все следствия. По одному звену однозначной причинной связи можно определить все остальные звенья, так как в них содержится одинаковое количество информации.

Дальнейшее развитие науки выявило недостаточностьпредставлений о причинной связи как взаимно одноначном соответствии причины и следствия. Оказалось, что недетерминированное, а точнее — не полностью детерминированное поведение свойственно материи на уровне квантов. В этом случае имеет место многозначная причинность, когда одна причина (строго определенная) порождает не одно, а область возможных следствий.

В случаях многозначной причинной связи невозможно точное воспроизведение структуры причины в структуре следствия. Их информационное содержание неэквивалентно. Во-первых, поскольку следствие определяется не только своей причиной, в нем содержится некоторая новая информация, которой в причине не было. С другой стороны, часть информации при переходе от причины к следствию безвозвратно теряется, вседствие чего точное знание следствия не позволяет однозначно восстановить причину. Прогрессивное развитие системы, как такое развитие, в ходе которого идет накопление структурной информации, возможно лишь в случае неоднозначной причинности.

Отсюда следует, что лапласовский демон невозможен не только по техническим, но и по принципиальным причинам.

В этой связи уместно сделать одно важное замечание. Расцвет механистических философских концепций совпал с эпохой линейных физических теорий, и не только по времени. Точнее, механицизм был естественным и необходимым философским обобщением линейной физики Ньютона. Согласно Ньютону, знание всех сил, действующих на тело, приводит к абсолютно точному знанию его поведения в будущем. Если весь мир подчиняется законам Ньютона, то он однозначно детерминирован. При этом в классической линейной физике источник движения, сила рассматривается как нечто внешнее по отношению к телу. Поэтому Ньютону необходимо было постулировать божественный первотолчок.

Напротив, уравнения квантовой механики существенно нелинейны (формальная сторона), с содержательной стороны она рассматривает материю как нечто активное, заключающее в себе и неопределенность (недетерминированность), и потенции своего дальнейшего развития. То же самое, но только в отношении макроскопических свойств материи, можно сказать и об общей теории относительности. Таким образом, именно в признании фундаментальной роли нелинейности в картине мира есть ключ к 1) пониманию движения материи как самодвижения и 2) к переходу от однозначной к многозначной модели причинности. Нелинейной физике соответствует диалектическая философия. [Б11]

Л.Бриллюэн в своей книге [А2] подробно проанализировал связь научных законов и теорий с понятием информации, опираясь на негэнтропийное определение информации. Один из наиболее важных выводов Л.Бриллюэна состоит в следующем.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6