信息系统的理论基础浅析，本文主要内容关键词为：信息系统论文,理论基础论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
信息系统是情报学研究的重要内容之一，近年来，信息系统的研究非常活跃，成了情报学研究的热点。但是，有关信息系统的研究基本是围绕信息技术及其应用进行的，而对系统建设中的诸多非技术因素，如环境因素、用户因素等没有引起足够的重视，出现了片面追求技术先进性的倾向，理论研究则成了“被遗忘的角落”。由于缺乏理论指导，信息系统的建设带有很大的盲目性，给国家和开发单位造成了很大的经济损失。本文试图从信息系统的思想根源、信息论对信息系统的影响、信息系统的控制以及信息系统的演化与稳定机制诸方面对信息系统的理论基础进行探讨。
1 信息系统的概念与特点
1.1 系统
一般认为，系统是指相互依赖的若干事物结合而成的具有特定功能的有机整体。 要构成系统必须具有3个条件：①要有两个以上的要素； ②要素之间要相互联系、相互作用；③要素间的联系与作用必须产生整体功能[1]。一般来说，系统具有如下特征[2,3]：整体性、层次性、相关性和环境适应性。
1.2 信息系统
信息系统又称信息传递交流系统，是将信息从信息源传递给有关用户的职能系统。信息系统是由包括人、设备、信息传递交流过程及目的等系统对象所组成的综合体，是人们为了搜集、处理、存贮、传递交流信息而建立的一种人工系统。
信息系统既可以是一个信息工作机构，也可以是一个信息管理的软件，从广义上来讲，整个社会可以看作是一个大的信息系统。
信息系统具有如下特点：①信息系统是一种开放系统，它与环境之间存在着密切的物质、能量和信息联系；②信息系统通常都是用户所在系统中的子系统，其最优化目标就是充分满足用户所在系统的信息需求，如何使信息系统与所在系统进行配合工作，发挥信息系统的职能，以求整个系统工作协调，是信息系统管理的首要任务；③信息系统的目标不是单一的，而是多目标的，可以满足不同用户的多种信息需求；④信息系统的发展与信息处理技术的进步密切相关。
2 信息系统产生的思想根源——一般系统论
系统论是美籍奥地利生物学家L.V.贝塔朗菲创立的一门运用科学方法考察一般系统的理论，故人们常称其为一般系统论[4]。
系统论认为，系统是由许多要素所组成，各要素之间通过一定的组织结构、层次、形式相互联系、相互作用，并在系统中发挥各自的功能作用，以取得系统的最佳效果。在系统中，由于各要素的协同作用，系统整体的功能往往大于各孤立部分功能之和。如果不能很好协同，会削弱系统的整体功能。系统的功能不仅取决于其组成要素，而且取决于结构。同样的要素，若相互结合的方式不同，性质会表现出很大的差异。如化学中的同分异构和同素异形现象。另外，系统与环境的关系很密切，环境变化对系统功能的影响甚大。
信息系统是一种人工系统。它的出现直接得益于系统论思想，理由如下：①从信息系统的组成看，它是由输入、输出、贮存、处理、控制等各个不同的功能模块构成的，由于各个功能模块的协同作用，才能使信息系统得以正常运转。②信息系统与环境之间不断进行物质、能量和信息的交换。③系统各功能模块间存在着密切的相互联系和相互作用。系统论思想是信息系统产生的思想根源。
3 古典信息论对信息系统的影响
信息论作为一门系统的科学理论出现于本世纪40年代中期，其真正的理论基础和在方法论上对信息进行研究的努力，是在通信技术发展的需求牵引下活跃起来的。
申农应用概率论和数理统计方法，从量的方面来研究信息的传输和提取问题，首先提出了信息量的概念，把信息量看作是不确定性减少的量，信息就是两个不确定性之差。申农的古典信息论把信息运动的全过程概括为信息传输、储存、处理到输出，为我们从通信角度研究信息系统提供了方法论。它的许多概念对情报学的形成和发展产生了很大影响和促进作用。它是人们第一次科学地对信息现象进行研究的一种尝试，故有人把它看作现代情报学的源头。
4 控制论与信息系统
控制论是研究各种系统的控制规律的科学。生物学、医学和心理学等与控制论有密切的关系，特别是神经生理学中的反馈原理和调节原理，是控制论产生的重要理论基础[5]。
控制论作为一门科学是在40年代发展起来的。1948年，维纳出版了《控制或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书，标志着控制论正式诞生。控制论认为，为了实现系统自身的稳定和功能，需要对系统的各个构成部分进行控制。控制论的主要思想和内容体现在以下几个方面[6]：
（1）控制论将它的研究对象看作一个整体， 系统地而不是分割地把握对象。
（2）控制论研究的是动态系统， 系统的发展和变化存在着多种可能性，控制实际上是对系统发展和变化的多个可能性进行选择。
（3）控制论系统中存在着反馈机制，反馈原理是控制论的核心，是控制的机制所在。
（4）控制论着重从信息的角度来研究控制系统的结构和功能， 实现控制的手段主要是信息反馈方法。
如前所述，信息系统是一个开放系统，系统中存在着信息的输入、输出、传递和反馈，并与外界环境进行物质、能量和信息的交换，所以信息系统具备了一个控制系统应具备的基本条件，完全可以用控制论的原理和方法研究信息系统的控制问题。
按照维纳的观点，信息系统的行为主要表现为有目的的、反馈的、预测的主动行为。从控制论观点来看，为保证系统目标的实现，对信息系统的行为可以采用多种控制方式[7]：
（1）反馈控制。信息服务功能的改进，检索策略的调整， 都是反馈控制的例子。
（2）随机控制。它以概率统计结果为依据调整系统行为， 在信息系统中，信息资源的范围、用户需求的调查等都可以通过随机控制原理来实现。
（3）模糊控制。用户的信息需求往往是模糊的， 信息与信息需求的相关性也存在着模糊性，这可以通过模糊控制原理来实现对信息和信息需求的控制。
（4）最优控制。信息系统不可能覆盖所有的信息资源， 也不可能满足所有的信息需求，因此需要制订合适的指标，对每项指标实施最优控制。
（5）就信息系统的管理而言，可以采用集中控制、 分散控制以及多极分层控制等方式。
除了对信息系统的整体的控制，控制论原理还可用于信息系统的组成要素的控制。
控制论提出的控制、反馈、信息等重要概念，给解决系统的稳定性机制问题提供了基础。控制论提出后，发展很快。目前，其应用范围已渗透到工程、经济、社会、生物等领域。
5 信息系统的演化
本世纪40年代末产生的一般系统论、古典信息论和控制论3 种系统理论（俗称“老三论”），为信息系统的开发、设计、运行提供了理论依据。但是，遗憾的是它们未能对系统由一种结构向另一种结构的演变问题作出正确的解释。到了70年代，系统理论得到了进一步发展，出现了耗散结构理论、协同学、突变论（俗称“新三论”），对这一问题作出了较满意的解释。
耗散结构理论是物理化学家普利高津创立的一种关于非平衡系统的组织理论，它本质上是研究系统演化的理论。该理论认为，一个远离平衡态的开放系统，不断地与环境交换物质和能量，一旦系统的某个参量达到一定的阈值，通过涨落，系统就可以产生转变，由原来混沌无序的混乱状态转变为一种在时间、空间或功能上的有序状态。他把这种在远离平衡情况下所形成的新的有序结构命名为“耗散结构”。一个系统由混沌向有序转化形成耗散结构，至少需要4个条件[8]：①必须是开放系统；②必须远离平衡态；③系统内部各个要素之间存在着非线性的相互作用；④涨落导致有序。
很多学者对满足形成耗散结构的4个条件进行了专门论证[9～11]。我们可以利用耗散结构理论探讨信息系统的演化机制。作为耗散结构的信息系统，其演化方向是从无序趋向有序，只有有序的信息系统才可能存在。信息系统有序结构的形成，是通过输入负熵流耗散系统的熵增实现的。这里的负熵流不是一般的信息输入，而是与资源信息相联系的功能信息。所谓资源信息，是指从外部输入的、作为信息系统内部资源的各种信息；而功能信息是表征资源信息的特征、并用于控制资源信息的控制信息。资源信息的输入导致信息系统的熵增，形成涨落。在信息系统形成阶段，这种涨落经非线性相互作用放大为巨涨落，促使信息系统耗散结构的形成；当系统处于稳定态时，这种涨落只是微涨落，造成的熵增由功能信息输入产生的负熵抵消[7]。
协同学是物理学家哈肯创立的一门研究系统自组织理论的新学科，形成于70年代初。它着重探求系统的有序结构是如何通过自组织方式而形成的。该理论与耗散结构理论所追求的目标是一致的，即都是试图找到一个能对系统结构的自发形成起支配作用的原理。因此，两者都是关于系统演化的理论。相对于耗散结构理论，协同学是一种发展，有更广泛的适用性。哈肯在研究中发现有序结构的出现不一定要远离平衡。哈肯强调了系统内部要素之间协同动作的重要性，从而把内因引入到系统演变中来。他认识到熵概念的局限性，提出了序参量的概念。序参量是系统通过各要素的协同作用而形成，同时它又支配着各个子系统的行为。因此，序参量是系统从无序到有序变化发展的主导因素，它决定着系统的自组织行为。当系统处于混乱的状态时，其序参量为零；当系统开始出现有序时，序参量为非零值，并且随着外界条件的改善和系统有序程度的提高而逐渐增大，当接近临界点时，序参量急剧增大，最终在临界区域突变到最大值，导致系统不稳定而发生突变。序参量的突变意味着宏观新结构出现。
利用协同学原理，我们可以从另一个角度探讨信息系统的行为机制和规律。我们认为，信息系统的序参量应该包括3 个：即信息累积变量、信息需求变量、信息序化变量。我们在进行系统管理时，要重点处理好这3个序参量的关系，使它们协同合作，形成自组织结构， 保证信息系统健康运行。
突变论是研究不连续现象的一个新兴数学分支。它是在系统结构稳定性理论、拓扑学和奇点理论的基础上发展起来的。突变论的问世，不但为耗散结构理论、协同学找到了方法论基础，而且它的基础，稳定性和结构稳定性已成为系统建设必须遵循的原则[12]。突变论认为，系统的相变，即由一种稳定态演化到另一种不同质的稳定态，可以通过非连续的突变，也可以通过连续的渐变来实现，相变的方式依赖于相变条件。如果相变的中间过渡态是不稳定态，相变过程就是突变；如果中间过渡态是稳定态，相变过程就是渐变。原则上可以通过控制条件的变化控制系统的相变方式。
信息系统内部各子系统之间存在着非线性的相互作用。由于这些作用，导致系统序参量的变化。我们可以通过控制条件来控制序参量变化的方式。当我们需要系统稳定时，就要采取一切可能的方法，使系统的变化以渐变的方式进行；当系统的功能严重衰退，远远不能满足社会和经济发展的需要时，我们要创造条件，不失时机地促使系统的突变。
信息系统是一个多功能、多层次、复杂的人工系统，它的正常运行要求各要素的密切配合和协调工作，系统论的思想为它的建设提供了思想基础和方法论；信息论提出的信息、熵等概念及其提出的信息传递模型，对情报学以及信息系统的发展产生了决定性影响。可以毫不夸张地说，没有信息论就没有今天的情报学和信息系统；控制论为信息系统的控制方法和控制模型提供了理论指导；耗散结构理论、协同学和突变论，从不同侧面对信息的演化和稳定机制进行了分析，是对“老三论”的补充。因此，我们认为新、老三论构成了信息系统的理论基础。