信息概念的层级性质

特伦斯·迪肯　王萍

摘要：信息哲学中存在的许多争议，大都是因为“信息”一词在不同使用语境中指称的现象不同导致的。香农将“信息”概念的形式缩减为通信媒介的统计属性，这使得它在以解释功能和指称为特色的领域中丧失了有用性。建议可以从区分媒介或信号属性、指称属性以及规范或功能属性的角度，更准确地描述信息概念。由此，基于符号媒介的内在统计特性所提供的功能可供性，信息理论可以对符号载体和指称对象的必要过程结构进行描述。

关键词：信息;符号过程;建基;层级结构

中图分类号：G201文献标识码：A文章编号：1673-8268（2022）04-0080-06

一、从信息到符号过程

指称和意义（significance）不是任何特定的物理基底或信号媒介所固有的（比如，以质量和电荷的方式）。在非技术的意义上，信息的规定性既不是信号的物理属性，也不是其逻辑属性，而是一种非内在的关系属性，并且是由外部的解释过程符号过程进行“分配”的。因此，无法用忽略了非内在的关系属性的信息概念来解释指称和意义。如果信息概念的定义仅仅相关于其内在的物理统计属性，那么，该概念便只能限定在忽略其指称和规范属性的情况下使用（比如工程环境）。

克劳德·香农（Claude Shannon）于1949年提出了一种定量方法，用于分析和测量通信媒介的信息承载性，这几乎改变了所有处理信息的科学领域，但是，“形式信息理论的巨大悲剧在于，它的表现力是通过对其旨在描述的东西进行抽象而获得的”[1]。

尽管香农的方法是通用的信息形式（包括连续信号），但对数字和语言的关注反映出他受到了加密和布尔代数方面背景的影响。

这种对信息概念的形式重构被认为是对该术语通俗用法的抽象。香农指出：“通信的基本问题是在某一点上准确或近似地再现在另一点上所选择的信号。”尽管通信通常具有意义，但“通信的语义方面与工程问题无关”[2]，后者评估各种形式信号的传输、存储和转换的需求。这完成了一些关键的工作：这种新意义上的“信息”可以用比特为单位进行精确测量。

沃伦·韦弗（Warren Weaver）意识到了“信息”的这种特殊的缩减（reduced）意义，在其与香农的理论一起发表的简短介绍中明确指出，这是一种高度限制的技术性使用。因此，“信息尽管的确描述了‘模式，但‘与意义无关”[3]。在此开创性著作发表后的几十年间，这种分析在许多研究领域中得到了广泛使用，人们常常忽略了技术概念和通俗概念之间的区别。因此，数学信息理论先驱罗伯特·法诺（Robert Fano）在2001年的一次采访中，认为有必要纠正这种误解：“我不喜欢信息理论一词。克洛德也不喜欢。你会发现，‘信息理论一词表明它是关于信息的理论，但事实并非如此，其实是关于信息的传输，而非信息。很多人不理解这一点……我创造了‘互信息（mutual information）一词来避免这种胡言，强调信息总是关于某物的，是某物提供的有关某物的信息。”[4]笔者在法诺的基础上进行补充，认为信息具有由某物提供、关于某物、且为了某物的特性，并且不认为互信息的概念可以解决相关性（aboutness）问题。

将“信息”概念在形式上还原为通信媒介的统计属性，这样做的巨大吸引力在于，可以把信息概念在哲学目的论方面的麻烦搁置一旁，使得信息概念对还原论科学来说是“安全”的。

仅通过悬置信息内容或指称、功能性或有用性的任何考量，根據物理媒介的统计属性来评估“信息”，信息就变成了可精确测量的现象，这与20世纪科学中严格的唯物主义形而上学假设保持了一致。此外，通过将符号学问题（semiotic issues）降级至“主观”语境，可有效地将其看成是附带的现象，并予以忽略。

但是，这便使信息概念在以解释功能和指称为特色的领域中丧失了有用性，如进化生物学、认知神经科学、心理学和社会科学等领域。由于这种信息概念类似于还原性的语言概念，它在这些领域中受限的方式不太明显。当将信息概念应用于生命有机体的非心理方面，以及通过相似性和指示性方式传输信息时，便出现了问题（见下文）。信息理论隐含的语言框架掩盖了许多重要的符号区别，因为语言是符号交流的一种特殊衍生情况，而非通用情况。语言作为信息理论的通用模型颠倒了其逻辑基础，是交流新近演化的、最发散（divergent）的指称形式，它仅由一个物种使用，并且是从其他非语言形式的交流中演变而来，并依赖于这些形式。然而，作为一种信息传输媒介，语言与其他符号系统具有某些共同的约束。出于这个原因，语言指称和使用在高层级的普遍性约束，已经为人们初步了解完整的信息理论中被搁置起来的性质提供了线索。

二、三种嵌套信息理论

信息哲学中许多争议纷起，是因为“信息”一词实际上在不同预设的使用语境中指的是不同的现象。这一哲学传统可追溯到查尔斯·莫里斯（Charles Morris）以及他对查尔斯·桑德斯·皮尔士（Charles Sanders Peirce）最初提出的符号分类的使用，笔者由此区分为三种嵌套属性，它们通常是在不同语境中使用“信息”一词所引用的。莫里斯作了三种方法论区分，此后也成了语言研究的标准划分：句法学、语义学和语用学。在句法分析中，从含义或用法中抽象出句子结构，以便仅研究符号标记（sign token）之间的关系，包括“……从符号与对象或解释者的关系中抽象出来的符号之间的关系”[5]。语义分析从使用语境中抽象出来，仅分析符号与其含义（meaning）之间的关系;“符号与其名称的关系以及与它们可能或确实表示的对象的关系”[6]。语用分析则考虑了含义与使用者、特定用途或语境的影响的相关性，即“符号与解释者的关系”[7]。

遵循这一划分方式，信息哲学家也区分出了信息概念的相应框架：句法信息、语义信息和语用信息。句法信息通常是指与数学信息理论相关的信息;语义信息则通常被描述为信息的内容，即给定信息源的相关性内容;语用信息是指给定信号用来控制或修改某些过程的功能属性。

需指出的是，这些区分导致了重大的语言偏见。如上所述，在不适用规约性（symbolic）指称的领域中，使用这种信息概念特别麻烦。以发烧为例，当一个人的体温超过华氏100度（约等于摄氏37.8度）时，这便成为其身体发烧状况的信息。尽管可以将体温升高描述为句法信息，将推断出的原因描述为语义信息，但这些用法过度地延伸了语言类比。除了隐喻意义外，“句法”一词的组合含义和“语义”一词的定义含义均不适用。

其结果是，信息概念的语言框架成为问题。围绕信息概念产生的辩论很大一部分可能来源于此。从生物学和进化的角度考虑，语言是极端例外的信息传输和保存媒介，它仅在一个物种——智人——且是最新近的演化中出现了一次，并与许多其他媒介共同存在，以便于社会交流。语言的习得和使用很大程度上取决于这个庞大而古老的信息基础结构，包括经过适当调整的灵长类动物大脑。因此，尽管语言对我们来说是一种熟悉的信息承载媒介，但其非典型的特征可能会误导我们忽略与其形式相异的其他信息关系的特征。例如，语言可以在许多层次上分析为离散的单元，如声音单元（音素）和意义单元（语素和单词）。它们可以重组为许多可能的高阶单元（如短语和句子），并以此来传输信息。但是，这种数码组织原则与信息的其他许多形式无关。由于熟悉的语气而知道朋友的到来，或由于难闻的气味而感觉到臭鼬的存在，都是信息的来源，但将它们的形式看作是单位的独特组合或所传达内容似乎很奇怪。语言是特殊情况，而非通用情况。

因此，尽管笔者发现这三种区分反映了一种有用的范畴分类，但建议以更为一般性的术语重新表达会更加准确。几乎可以肯定的是，语言学在分析方法上的区别反映了更为普遍的符号逻辑。

笔者建议可以从媒介或信号属性（语法作为特殊情况）、指称属性（含义作为特殊情况）以及规范或功能属性（语用作为特殊情况）三个方面来准确地描述隐含的三重区分。我们可以将其缩写为结构信息、指称信息和规范信息，同时认识到信息的完整概念涉及所有这三个方面。

莫里斯的语言学分类和以上这一更通用的重新定义，都受到了哲学家皮尔士的影响（皮尔士最先系统地提出了符号分类学）。皮尔士尝试建立包括所有表征关系在内的分类学，其中，他区分了符号载体（sign vehicle）属性、符号载体相关于其所指称物的属性以及建立这一关联的解释过程的属性。皮尔士还指出，任何表征关系的这三个方面都是相互依存的，这种层级的不对称性在信息研究中有明显的对应物。因此，形式信息理论对媒介属性的分析可以不考虑它们的指称或使用。正是由于能够撇开这些顾虑，香农（1948年）对信息的分析才成为可能。尽管香农在其分析中继续使用了“消息”（message）的概念（比如区别于噪声;不是内在于媒介特征的规范性区别），但在分析中可以忽略该消息所具体指称的内容。同样地，尽管可以在忽略该指称信息被如何使用的情况下，去指定某既定符号载体的可能指称对象，但是，无法在不明确指称的情况下，考虑该信息被如何使用。

因此，人们可以抛开高阶关系方面，而只关注低阶方面，但这并不意味着信息可以还原到其最具有分析意义的极简属性。从这些最基本的统计属性中，无法构造出任何信息源的指称和规范性方面。最终，具有隐含的规范特征的功能被假设出来，但只要是隐含的，“信息”就成为了仅仅描述物理媒介的某些顺序参数的一种方式。这种还原分析的巨大贡献之一是，它导致了可以用一种更复杂的方式来分析有序和无序的概念。因为可以在不明确指定指称或功能的情况下分析信息，所以人们一直试图将信息视为某种物理媒介表现出来的形式，并将这些物理属性称为信息本身。作为工程或物理分析中采用的操作性定义，这是完全合法的，但它可能会错误地暗示信息规定性中的指称和规范属性仅仅是启发式的主观臆断。

综上所述，可以不考虑指称或使用来分析媒介属性;可以不考虑使用来分析指称属性，但不可忽略媒介属性;可以不考虑指称和媒介屬性来分析功能属性。皮尔士将这种嵌套的还原分析称之为脱嵌（prescinding）。

三、计算和结构信息

经典计算理论假定，指称是通过任意的一对一映射函数由外部进行分配的。这就需要在形式操作和特定的机械过程之间，找到或构造同构性（isomorphism）。例如，通过为每个独特的机器状态分配一个符号值，使得机器的操作能够产生与规约符标记（symbol token）的特定操作相对应的状态变化。因此，通过某些形式操作的符号和转换，与发动机的运行状态和结构变化之间建立映射，使得发动机能够“计算”该形式操作（尽管这是非常简单且重复的）。

自启蒙运动以来，机器隐喻一直是科学解释的范式模型。但我们一定要认识到，机器是一种理想化的模型，在它所能做的任务中，只有部分服务于其设计功能，而其设计功能是从外部施加的。工程机器可以或大或小地精确实现简化的演绎功能（比如，若X则Y），因此，仅根据其零件在某时产生的接续物理状态的变化，便可分析和描述诸如机械钟等设备。从物理学家的角度来看，它的设计功能，即作为时间流逝的标志，是完全可忽略的，甚至可能不会被一个事先没有人类文化知识的外星访客猜到。

因此，尽管时钟的设计被确定为服务于某种信息功能，可一旦建立并设置运行，它的“功能”就不是其固有属性，

而只是描述了将其变化模式映射到世界中其他特征上的一种可能方式

，即标志着时间的流逝。还要注意，如果齿轮以某种不适当的方式（比如螺钉松动）连接在一起，它可能仍会以精确且确定的方式进行物理状态上的更改，但将不再能够提供其被设计的信息功能，因为这些更改不再符合“被认可的”映射。在这方面，时钟的功能完全取决于人类用户的操作使用。同样，计算或物理信息传输过程的形式细节本身并不能决定它被解释成什么或如何使用该信息。因此，尽管通常将信息与噪声区分开来，但是这种区分不是由信号本身的任何固有特征带来的，而是规范性的。

以时钟为例，我们还可以区分信息规范基础的两个关联项。首先，只有极少的一组时钟物理属性用于提供关于时间的信息。这也是所有用于传输信息的物理媒介的特征。与时钟一样，许多“偶然”后果（如发出的声音）与其通常的信息功能无关。但是，这种功能附带的物理特性偏差可能会为修理人员提供信息。当我们考虑过程的物理性和指称概念的指示性（indexicality）之间的联系时，这将变得很重要。其次，可以通过多种机制来实现动态约束的形式，使物理过程用来“告知时间”。这在功能主义的哲学范式中被描述为多重可实现性（multiple realizability）。这是因为，事实上指称和功能都不是物理信号的内在属性，信息承载媒介中仅有部分物理属性是相关的，且许多物理配置可以传达相同的信息，这两个事实都清楚地表明，规范性和指称是外部（即通过解释）施加的属性。

四、符号接地问题

为了将信息理论和符号学理论整合为统一的信息理论，有必要处理指称位移（displacement）的问题。这是“相关性”（aboutness）的属性，即指称的非内在性。这是认识论的一个古老而基本的问题，即符号载体，如思想和言语，如何能够为物理世界中的其他对象和过程提供因果关系，进行解释，即使它们并没有以任何固有或间接的方式与它们的指称对象相关。

该经典问题的计算框架化变体，在1990年被史蒂文·哈纳德（Steven Harnad）描述为“符号接地问题”（symbol grounding problem）。此处的“符号”一词，被视为任何符号载体的通用术语，这是一种语言上的类比。这给任何将信息理论与符号学理论统一起来的努力带来了一个共同的术语问题，在进一步研究之前需要解决这个问题。在符号学的语境中，规约性关系（symbolic relationship）是符号关系（sign relation）的专门子类，而非一般性子类，并且语言指称被理解为指称关系的高度派生形式，而不是其基本形式。混淆这些用途可能会导致严重的混乱。

通常，术语“接地”是指给予表征关系其潜在的物理相关性，即它所对应的真实世界连接。接地不是“既定”的内在的符号载体属性，它必须通过解释过程才能产生。因此，符号载体（sign vehicle）的属性不能决定指称，但它可以作为功能可供性（affordances）来帮助解释过程。

建立指称接地的两个主要的内在功能可供性是：符号载体和对象之间分享有形式属性（相似性，iconicity）。符号载体和指称对象之间具有某种物理时间相关性或连续性（指示性，indexicality）。

相似性指称取决于符号载体及其指称对象之间共享的形式属性。但是，相似性也可以是高度抽象的。

一旦知道如何辨别某数学方程式由符号中介的等值关系（例如，被解释的方程式结构和相应的几何或动力学关系之间的关系），那么该数学方程便是以相似性方式来指称。

当仅知道如何分辨数值或运算的差异直接对应于其指称的几何对象的差异的方式时，一个方程式便可被解释为是相似性的（如抛物线轨迹方程）。

指示性指称取决于空间和时间的连续性，来源于共同的物理基础或底物。因此，简单的关联可以成为指示性指称的基础。男人衬衫领子上的口红印对于他的妻子來说可能是个麻烦，树枝上的尿味对雌性狐猴可能是用于识别的指示符，而小鸟群起的暴躁叫声则可以表明猛禽的出现。相关的是什么以及如何关联（偶然的、文化的、演化的）是任意的，但关联的事实不是。因此，在斯金纳箱中的老鼠，听到铃声按下操作杆以获取喝水奖励，它便学会了铃声是设备状态的指示符，即使这种匹配来自实验者的心血来潮。任意的匹配不会使一个成为另一个的符号。对于老鼠而言，重要的是发现这种相关性，以便可以使用铃声来表示水的可用性。尽管铃声的特定物理属性与水之间没有内在联系，但老鼠领悟到其与喝水奖励之间可靠的时间相关性，使铃声成为了指示符。

规约性指称不同于相似性和指示性指称模式，因为指称的功能可供性不是由符号载体的内在特征提供的。因此，规约性能力是由规约符使用者的不同解释习惯之间的一种相似性提供的。换言之，规约性指称的功能可供性是分散式的，而非位于符号载体或媒介结构中。因此，由于选择符号载体属性可以不考虑其内在指称的功能可供性，规约符的内在属性可以被自由用作其他方面，规约符之间的相似性和指示性关系可以分别提供信息。

如上所述，将规约符号载体当作是规约符（symbol）已变得司空见惯。虽然在信息理论和计算理论中可以不考虑两者的区分，但在面对指称接地问题时则不能将其忽略，正如在符号学分析中一样。当前将字母、数字字符称为规约符，反映了这些字符已经在数千年中得以发展并用来表达规约符关系（symbolic relations）。但是，当你的计算机屏幕上开始随机出现字母、数字字符时，这些将被解释为故障的指示符，而非规约性地指称任何东西。

正如符号学理论之父皮尔士在一个多世纪前指出的那样，我们必须区分符号载体的属性（比如图画或口语单词）及其与指称对象相关联的属性。规约性指称包括规约符号载体，且同时以规约——中介的方式表征其指称对象。只有当决定其与指称对象的关系的属性也是由于某种共同规则规约时，某物才被视为具有规约性。在这种意义上，规约符具有双重规约性，它们是规约衍生的符号载体，并通过规约性决定的方式指称某物。

符号功能可供性的层次结构也对指称信息和规范信息的关系产生了影响。使用和功能从符号载体属性中的双重偏离，类似于规约性指称偏离其指称接地的方式。因此，即使对那些生活在法国南部、在洞穴墙壁上绘画的石器时代人类的信仰和仪式一无所知，我们仍可以轻易地识别出这些石器时代的“艺术家”所绘画的动物和人类的理想形式。但如果无法重建他们所创造的分散式社会习惯，仅仅解释它们的相似性内容是不够的，解释这些绘画的规约性意义（如果有的话）或规范功能便超出了我们的能力范围。为了能够解释洞穴壁画的意义，或已经消失的古代语言中单词的含义，人们需要对这些处在一个与符号活动共同的文化网络中的人工制品的使用方式和习惯，即它们之间的相似性和指示性关系有一些先前的经验。

五、旧理论和新理论的桥梁

尽管形式信息理论分析了符号媒介的内在统计特性，但并未考虑该媒介的形式特性与物理特性之间的关系。正如我们现在所看到的，它们提供了建立相关性关系所必需且关键的功能可供性。信息理论可以扩展从而包含这些区别吗？答案是肯定的。例如，互信息概念可以提供一种具有相似形式化的功能可供性概念，这是因为它有效地提供了对共同形式的度量。对于能够相似性地指称其对象的符号载体，需要识别它们之间的一些相互信息。要建立这种特定的映射，使其区别于互信息的其他情况，必须有一个能够生成此共同抽象属性的过程。

要识别与指示性类似的信息理论有点复杂，它取决于信息和热力学意义上的熵的概念。然而，将它们都称为“熵”是会令人费解的，因为它们的关系不是相同的，正如许多人通常会拒绝使用同一术语来描述不同事物的性质一样。但是，通过避免混淆两个熵的概念，可以认识到它们相关的连接（除了它们表面的数学表征相似性之外）。这种“熵连接”依赖于一个事实，即任何符号媒介都是物理媒介。因此，媒介的信息熵必然是其可能存在的不同状态（比如，香农术语中的“通道”、符号学术语中的符号）的函数。但是，媒介的特定状态是其与外部物理影响（无论是人为还是其他某种物理影响）之间关系的函数。这意味着信息熵的变化（可能对应于香农的“消息”）也必然对应于其物理熵的一些相关变化，也意味着信息熵的变化与介质的物理熵的变化相关，这是因为一些外在的影响改变了它，它也因此标明了这一点。这些不同的熵概念之间的关系，及其与指称信息问题的相关性已在迪肯的相关文献中进行了更详细的描述[8]。这样，可以弥合信息理论和符号学理论之间的鸿沟。对此，需要扩展结构信息的概念，包括对媒介的形式和物理特性的分析。但这只是第一步，因为如若提供包括解释过程如何利用它们来提供指称和规范性信息在内的完整解释，仍然需要对利用这些功能可供性的过程进行说明。

六、结论

信息哲学受到三个错误假设的阻碍：（1）认为信息是一个单一层级概念，实际上则是一个概念的嵌套层级结构;（2）语言是基本级别的通用信息关系的适当示例，在这种情况下，指称可以理解为任意映射;（3）只有内在的结构信息是物理的，指称和规范信息关系是“主观的”和附带现象的。

为了建立统一的符号信息理论，需要放弃这些假设。这些假设造成的困惑只能通过认识信息理论是如何嵌入到符号学理论中的来加以解决。为此，必须认识到信息的概念需要分为一般范式的三个层级嵌套的方面：结构、指称和规范信息。目前，仅结构信息（最初来自香农的工作）具有严格的形式定义。搭建这些范式之间的关键桥梁，需要确定如何分析结构信息，以使其对应于被描述为相似性、指示性和规约性指称关系的符号功能可供性。识别这种对应关系需要区分信息承载媒介（或符号载体）的两个结构特征：与另一种媒介的形式关系和物理关系。互信息的信息理论概念捕获了相似功能可供性必不可少的形式对应关系，而信息熵和热力学熵之间的关系则捕获了指示功能可供性必不可少的物理关系。熵的这两个非对等概念，因信息媒介的物理性嵌套在更大的物理环境中而联系在一起。因此，指示性关联是通过以下事实来调节的：物理环境可能会导致媒介的物理配置發生变化，从而导致其热力学熵的变化，而这有可能反映在其信息熵的变化中。最终，规约性指称的功能可供性由相似性和指示性符号关系产生的解释过程予以支持。

这项分析仅试图对能够说明其指称和规范属性的统一的信息理论过程进行阐明，余下的是需要发展一种解释理论，能够利用这些符号的功能可供性对符号载体和指称对象的中介关联的必要过程结构进行描述。但是，我们之前无法确定基本信息的理论特性，也无法分析主要符号单元之间的共同基础，直到现在，这依旧阻碍着我们将这些领域整合在一起，难以提供统一的符号学意义上完整的信息理论。

参考文献：

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[4]FANO R. Interview in Aftab， Cheung， Kim， Thakkar， Yeddanapudi[C]//Information Theory & the Digital Age. https：//web.mit.edu/6.933/www/Fall2001/Shannon2.pdf.

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[7]PEIRCE C S. Collected Papers of Charles Sander Pierce[M]//HARTSHORN C， WEISS P. Elements of Logic： Vol II.  Cambridge，MA：Harvard University Press，1931：114.

[8]DEACON T. Information and Reference[C]//CRNKOVIC G D， GIOVAGNOLI R.  Representation and Reality：Humans，Animals and Machines.London：AISB50，2014.

The Hierarchic Nature of the Information Concept

Terrence Deacon WANG Ping

（1. University of  Califormia， Berkeley， Berkeley 3405305， USA;

2. School of Humanities and Social Sciences， Xian Jiaotong University， Xian 710049， China）

Abstract： Many controversies in the philosophy of information arise because the term ‘information actually refers to a different phenomena depending on the context of use that is presupposed. Shannon reduced the form of the concept of “information” to the statistical attribute of communication media， which made it lose its usefulness in the field characterized by interpretive function and reference. The authors suggest that we can describe the concept of information more accurately from the perspective of distinguishing media or signal attributes， referential attributes， and normative or functional attributes. Therefore， based on the functional availability provided by the inherent statistical characteristics of symbol media， information theory can describe the necessary process structure of symbol carrier and reference object.

Keywords： information; semiosis; grounding; hierarchy

（編辑：刘仲秋）