Введение к работе
Актуальность темы. Темпы развития информатики и вычислительной техники, названных М.С.Горбачевым "катализаторами научно-технического прогресса", обусловили актуальность рассматриваемых в данной работе проблем. Внедрение информатики и вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности сопряжено с необходимостью решения целого ряда прикладных, общетеоретических и методологических задач. Одна из центральных методологических проблем заключается в осмыслении статуса самого понятия "информации", соотношения его с такими общенаучными понятиями, как энергия и энтропия, и с философскими категориями материя и движение. При этом необходимо учитывать, что эта проблема возникла в связи с введением в науку информационной количественной меры, благодаря которой информация превратилась из обиходного понятия в предает разносторонних исследований методами современной науки.
С установлением не только формальной, но и содержательной
взаимосвязи между количеством используемой системами информации
и их энтропией становится очевидны:,! антиэнтропийный характер ин
формационных процессов. Вместе с тем традиционное, применение ме
тодов теории информации расдространяется лишь на искусственные
каналы связи, в которых количество информации может лишь
уменьшаться в результате воздействия всякого рода'
помех. В связи с этим представляется весьма актуальной предпри
нятая в данной работе попытка разработки методологии анализа ин-'
формационно-энтропийных процессов, приводящих к самопро
извольному накоплению информации'
в результате взаимодействий систем друг с другом и с внешней
средой. - .
Разработка и дальнейшее использование этой методологии может служить.основой изучения информационно-энтропийных процессод лежащих в основе самоорганизации и развития как естественньос.так и искусственно создаваемых систем.
Достижения таких интенсивно развивающихся областей современной науки, как синергетика, неравновесная термодинамика, генетика, общая теория систем, кибернетика, позволяют утверждать,что современная наука вышла на качественно новый этап. В течение
Горбачев М.С. Коренной вопрос экономической политики партии. Доклад на совещании Щ КПСС II июня 1985 г. // Коммунист,
длительного времени исследование законов развития представляло прерогативу философии.Биологические и космогонические теории эволюции имели описательный характер. Лишь в последние десятилетия появилась возможность использования аналитических методов исследовании общих закономерностей процессов развития, предложенных целым рядок конкретных наук. При этом не уменьшается, а возрастает актуальность фклософско-методологического анализа процессов развития, обусловленная следующими основными причинами:
-
Необходимостью выявления общности разнородных явлений,обнаруживаемой, как правило, на стиках конкретных научных областей, в частности, па стиках теории информации с термодинамикой,синергетикой, биологией, общей теорией систем.
-
Необходимостью сопоставления результатов исследований процессов самоорганизации, адаптации и эволюции конкретных систем с общими законами развития, установленными диалектическим материализмом.
-
Необходимостью философской интерпретации вновь выявляемых противоречий.
Так, например, в ходе проводимте в данной работе исследований информацйонно-знтропийішх свойств процессов развития были выявлены диалектические противоречия: между субъективным и объективным аспектами информации; мезду информацией, отрицающей онтрс-шпо, и необходимой для возникновения новой информации энтропией, проявляющейся в простейшей форме в виде флуктуации при бифуркациях, а в более слокпых формах - в виде генетических мутаций, случайных ассоциаций в эвристике и т.п.; мезду стремлением самоорганизующихся систем к прекращению развития при достижении нулевой энтропии т. увеличением информационной емкости путем формирования иерархических структур.
В процессе выявления подобных противоречий приобретает актуальность вопрос сопоставления информационно-энтропийных свойсте развивающихся систем с общими законами развития, установленными диалектическим материализмом.
Степень разработанности проблемы. Многие труды советских философов посвящены рассмотрению содержательного смысла научного термина "информация" и объективно протекающих информационных процессов на различных уровнях организации материи (Урсул А.Д., Ей-, рюков Б.В., Готт B.C., Новик И.Б., Котова Е.В., Нотрушенко Л.Л., Сороко Э.М. и др.).
Главным аргументом в пользу указанной интерпретации понятия
"информация" служит универсальность предложенной К.Шенноном информационной количественной моры и ее связь с количественной мерой энтропии, применимой в равной степени к анализу как физических, так и биологических систем.
При таком подходе и энтропия и информация могут рассматриваться как неотъемлемые атрибуты всех материальных объектов, вследствие чего разработка универсальной методологии анализа информационных процессов применительно к объектам :ивол и неорганической природы получила название атрибутивного подхода. Именно атрибутивний подход, главная цель которого заключается в выявлении общих информационно-энтропийных свойств всех протекающих в природе процессов, приближает науку к решению проблемы, выдвинутой термодинамикой и не находившей окончательного решения в течение более чем ста лет. Речь вдет о противоречии меэду наблюдаемой в природе тенденцией самопроизвольного формирования и развития сложных систем и выявленной термодинамикой общей тенденцией деградации, сопровождающейся обусловленным действием второго закона термодинамики возрастанием энтропии.
Исследование механизмов самопроизвольного накопления информации в антиэнтропийных процессах позволит дать аргументированный отеєт на этот вопрос.
Предпосылками развития атрибутивного подхода к анализу соотношения энтропийных и антиэнтропийных процессов могут слунить исследования информации в термодинамических процессах и термодинамический анализ влияния флуктуации на пропускную способность информационных каналов связих.
Цель и задачи исследования. Несмотря на разносторонние конкретные исследования термодинамических свойств информации,, до сих пор по существу остается открытым поднятый Л.Бриллюэном' методоло-
х Бриллюэн Л. Наука и теория информации. М., Наука, I960; Терлецкий Я.П. Статистическая физика. ;>!., Физматгиз, 1966; Стратопович Р.Л. Теория информации. М., Наука, 1975; Митюгов В.В* Физические основы теории информации. Ы., Наука, 1976; Поплав-ский Р.П. Термодинамика информационных процессов. М., Сов.радио> 1981; Дюкрок А. Физика кибернетики // Кибернетика ожидаемая и кибернетика неожиданная. М., Наука, 1968; Joynee е.т.Information theory and statistical Review vol.106,1957,
M5 jTrubud M,Information theory as tne basio for then.io^taticu und
thermodynamics/ZJournal of Applied tlechanici;tvol.6,ISiei.U>..
плески Еаяный вопрос содер;кательной интерпретации взаимосвязи информации к физической энтропии. Этот вопрос требует дальнейшей методологической проработки, поскольку предложенная Л.Бриллганоы содержательная интерпретация этой взаимосвязи сводится к зависимости физической энтропии системы от степени осведомленности наблюдателя о структуре этой системы. Таким образом, остается открытым вопрос об объективном характере информационно-энтропийных взаимодействий и о природе приводящих к накоплению информации антиэнтропийных процессов.
Цель диссертационной работы заключается в разработке методологических принципов анализа информационно-энтропийных соотношений, возникающих в процессах самоорганизации, адаптации и эволюционного развития систем. Для достижения этой цели необходимо было провести три этапа исследований, каждый из которых потребовал решения ряда методолопіческих задач.
Первый этап: разработка методологических основ информационно-энтропийного анализа путем вычленения 'объективного и субъективного аспектов понятия количества информации, выявления содержательной связи между понятиями информации и физической энтропии, соотношения естественнонаучных понятий информации, энтропии, энергии с философскими категориям;! движение и развитие.
Второй этап: выявление информационно-энтропийных закономерностей процессоз развития.
Третий этап: сопоставление полученных информационно-энтропийных закономерностей процессов развития со свойствами реальных эволюционирующих систем различной природы (биологических, технических, космогонических, лингвистических и'др.) и с общими законами развития, установленными диалектическим материализмом.
Методологическая основа и принципы исследований. Методологической основой для выявления объективной сущности информации в самопроизвольно протекающих информационно-энтропийных процессах послужили разработанные материалистической диалектикой гносеологические принципы анализа субъект-объектных соотношений. На основе этих принципов выявлена взаимосвязь между объективной упорядоченностью структуры исследуемых систем и субъективной информацией, получаемой в результате статистических наблюдений этих систем. Указанный подход позволил определить информационную меру объективной упорядоченности (частичной детерминации) структуры систем и соотнести эту меру с таким субъективным критерием, как избыточная информация систем.
.Методологическим принципом анализа взаимодействий,г.еслсих и вероятностных связей с помощью информационно-энтропийных соотношений послужили выводы Ф.Энгельса о диалектическом единстве противоположных по своей сущности случайны:', и необходимых явлений, об отсутствии мезду случайностью и необходимостью "месткнх разграничительных линий" и критические замечания в отношении метафизических трактовок этих взаимосвязей, согласно которым "какая-нибудь вещь, какое-нибудь отношение, какой-нибудь процесс либо случайны, либо необходимы, но не могут быть и тем к другим"".
Развивая указанные положения Ф.Энгельса, В.К.Ленин предлагал рассматривать диалектически противоположное свойства явлений не как "мертвые, застывше", а как "живые, условные, подвижные, превращающиеся одна в другую"'. Иллюстрацией и данному высказыванию В.К.Ленина могут слухкть выявленные в диссертации "подкжные" превращения внутрисистемных связей с постепенным переходом, от полностью хаотичного состояния с равновероятным распределение:,: всех элементов и связей и максимальной энтропией к состояни:: жесткой детерминации, реализуемому со стопроцентной вероятностью и характеризуемому нулевым значением энтропии.
* 3 диссертации показано, что используемая теорией информации статистическая функция энтропии з сочетании с условием нормировки, согласно которому при любых распределениях'вероятностей группы событий» сумма есєх вероятностей равна единице, позволяют описывать все промежуточные стадии перехода системы от хаотичного
СОСТОЯНИЯ ДО ЖеСТКОЙ Детерминации Внутренних СЕЯЗЄЙ.
Методология проводимых в данной работе исследований измене--ний информационно-энтропийных соотношений з процессах раз витім основывалась на сопоставлении выявляемых закономерностей с общими законами развития, сформулированными диалектическим материализмом.
Научная новизна диссертационной работы. По мере развития и расширения области применения методов теории информации становится все более очевидным антиэ'нтропийяы'й характер информационных процессов..Столь же очевидным представляется теперь и тот факт, -что все процессы самоорганизации и развития обусловлены накоплением информации в структуре развивающихся'систем. Вместе с тем
1 Маркс К., Энгельс Ф'. Сочинения. Ы.,-Политиздат, т. 20, с. 527-533.
. * Ленин В.И. Сочинения". М..'Политиздат, т. 29, с. 58.
,-6-
разработашше теорией информащш методы количественных оценок до настоящего времени использовались исключительно для анализа потерь информации в различных каналах связи. Новизна анализируемого в данной работе подхода заключается в том, что он позволяет анализировать процессы самопроизвольного накопления информации в результате взаимодействий систем друг с другом или с внешней средой.
Для проведения такого анализа Епервые предложено использовать информационную количественную меру для оценки объективной упорядоченности структуры систем. Как указывалось выше, для введения такой меры необходимо было разграничить субъективный и объективней аспекты понятия информации и показать, что одна и та же величина информации может характеризовать и субъективную меру осведомленности наблюдателя и объективную упорядоченность структуры систем.
Указанный подход позволил выявить ряд новых закономерностей в отношении взаимодействия и взаимных переходов жестких и вероятностных связей в структуре развивающихся систем и соотнести эти закономерности с диалектическими законами развития.
Впервые предложен количественный критерий (коэффициент стс-хастичности, определяемый как отношение количества накопленной и сохраняемой в структуре систем информации к величине их остаточной энтропии), позволяющий анализировать процесс постепенного накопления структурной информации, сопровождающийся ужесточением (увеличением взаимной корреляции) внутренних связей и соответствующим уменьшением энтропии.
Показано, что выявленные информационно-энтропийные закономерности переходов на более высокие уровни иерархической структуры соответствуют установленным материалистической диалектикой законам развития по спирали с качественными скачками, обусловленными переходом количества накопленной информации в новое качество, соответствующее более высокому структурному уровню развития систем.
Mosho надеяться, что дальнейшие исследования объективных свойств информации, взаимосвязанной со структурой материальных систем, их энергией и энтропией, позволит науке в недалеком будущем сформулировать ряд законов развития, дополнительных к фунда-. ментальным естественнонаучным законам сохранения энергии и возрастания энтропии, углубив тем самым представления об общих механизмах, определяющих свойство самодвижения, присущее всем уровням
организации материального мира.
Теоретическая и практическая ценность работы. В результате проведенного анализа удалось выявить общие закономерности происходящих в эволюционных процессах изменений соотношения жестких и вероятностных связей путем анализа изменения количественного соотношения сохраняемой в структуре систем информации и их энтропии.
Авторами ряда философских трудов отмечалось важное значение подхода, изложенного в опубликованных по теме диссертации работах, для развития методологии исследований проблем взаимосвязи случайных и необходимых явлений . Дальнейшее развитие указанной методологии может послужіть еще одним шагом на пути к решению сформулированной В.И.Лениным общенаучной задачи: "Исследовать и исследовать, каким образом связывается материя, якобы не ощущающая вовсе, с материей, из тех же атомов (или электронов) составленной к в то :ке время обладающей ясно выранеяиой способностью ощущений".
Универсальный характер предложенной методологии анализа информационно-энтропийных соотношений для исследований процессов самоорганизации и развития послужил основой для ее практического использования при решении теоретических и прикладных задач в различных научных областях .
1 Материалистическая диалектика как общая теория развития/ ' под ред. акад. Л.Ф.Ильичева, М., Наука, 1983; Урсул А.Д. Информация. Методологические аспекты. Н., Наука, 1971; Котова К.В. Энер-; гия и энтропия. Киев, Наукова думка, 1980; Сороко Э.М. Структур-' ная гармония систем. Минск, Наука, 1984.
^ Ленин В.И. Полное собрание сочинений. М., Политиздат, т. 18, с.-40.
З Татаринов Л.ІІ. Очерки по теории эволюции. 1.L, Наука,1987; Малышев В.П., Седов Е.А. Общие информационные свойства самоорга- -J низугощихся иерархических систем // Вестник АН Каз.ССР,1984, Б 7; Малышев В.П., Бисенбаева 111.А. Об экспоненциальной модели температурной зависимости энтропии одноатомного идеального газа// Изв. АН Каз.ССР, Серия хим., IS86, й 4; Николов И. Труд как энергетический и информационгша процесс. София, 1986; Глейзер С. Как трудно быть симхионом // Знание - сила,1983, 3 II; Генкин И.Л., Седов В.А. Об особенностях развития космических систем // Динамика оесстолкновительных гтавитирующих систем / Иод ред. А.Е.Курганова'. Алма-Ата,Наука,1988; Фабрикантова Е.В- Определение средних информационно-энтропийных характеристик сложной системы при статическом взаимодействия ее подсистем // НТИ; Серия 2, й 3, 1983; фабрикантова Е.В., Шилейко А.В. Теоретико-инфоркациоккая оценка эффективности многопроцессорной системы // Вопросы информационной теории и практики, № 46, 1981; Назаретян A.Q. Кибернетика и интеграция Наук. Ереван, Айастан, 1986.
лгфобация работ». Основные положения диссертации отражены в монографій и в опубликованных в научных сборниках и журналах статьях. По теме диссертации автором сделан ряд научных докладов: на методическом семинаре Научного совета по комплексной проблеме "Ки-сюрнетика" ЛИ СССР, Москва, 1974; на семинаре теоретической биологии :.!ГУ, Москва, 1977; на методологическом семинаре Института биофизики ЛИ СССР, г. Пущино, 1979; на семинаре Высшей биологической школы МГУ и Тартуского университета, г. Тарту, 1978; на научно-исследовательском семинаре по логике и методологии науки при Научном совете по комплексной проблеме "Кибернетика", кафедре математической логики физико-математического факультета ІДГУ и кафедре логики философского факультета МГУ (I доклад в І98Г г., 2 доклада в 1982 г.); на методологическом семинаре ФИАН им. П.Н.Лебедева ЛИ СССР (Г984 г., 1937 г.); на Всесоюзном совещании по теории и практике системных исследований (Г985 г.).
Структура к объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 284 наименования. Работа кзлоаена на 233 страницах машинописного текста с 5 иллюстрациями и 19 страницах библиографии.
