通信第一课
2016-01-11 12:44阅读：
起了桥梁，可信息到底是个神马东西？它跟物质和能量有神马关系？这是我们绕不过去的两个基本问题。
信息的定义可是多了去了，据统计有上百种，下图是节选的几个定义。
“收信者事先所不知道的报导”，看来这是新闻工作者给下的定义，“信息是负熵”的定义八成来自物理学家，“信息是使概率分布发生变动的东西”这货肯定是个数学家，各个行业都对信息有着独特的解读。
那信息到底是什么呢？我觉得有一条定义更加本质深刻，那就是“信息是事物之间的差异”。这其实不能算是我的个人理解啦，这是意大利学者朗格的说法，而且是信息科学研究者的共识，而我不过是作为其中一员打心眼里认同这个定义罢了。
信息就是事物之间的差异。好比一个杯子吧，它的形状、材质、重量、图案都与其它事物不同，这些差异性本身就是信息，信息就是差异。
信息的定义解决了，那它与物质和能量有什么关系呢？先说说信息与物质的关系。
信息是依靠事物的差异性来体现的，例如形状、重量、质地等事物的差异性，都是通过物质来表现出来的。那信息的存储和传输该依托什么样的物质呢？答案非常简单，哪种物质在单位空间的差异性越大，就选它用作存储，哪种物质的速度越快，就选它用作传递。为什么有这种原则的呢？答案非常简单：因为效率高啊。于是乎，光盘硬盘U盘就被用作存储，而光和电就被用作传递。
再说说信息与能量的关系，这个关系曾在物理界有过一段公案。有人设想了一种情况：封闭空间内有一个单向门，空气粒子布朗运动通过一侧门时，有个妖魔就把门打开让粒子进去，但布朗运动反向通过时，妖魔就把门关上，久而久之一侧的粒子就越积累越多，于是就可以像电池那样放电做功了。有人会说“这世上哪里有什么妖魔”，其实妖魔是物理学家用来指代的某种物理现象，例如单向渗透膜啥的。
这个说法听起来没啥不对，但如果真的可行，那就违背了热力学第二定律了，该定律认为“孤立封闭系统内的熵只能增加而不能减少”，而一边粒子越积越多就是熵减啊，这怎么可能？
这个妖魔成了笼罩在物理学界上空的一片乌云，直到法国物理学家布里渊研究出了一个结论才将之驱散。布里渊的看法是：妖魔要能有选择性地开关门，它必须得获得粒子运动方向的信息，而获得信息必须伴随着能量的消耗。简单来说，如果想让粒子单边积累，则必须耗损能量，世界上不可能存在自充电的电池。
布里渊不仅捍卫了热力学第二定律的正确性，更重要的是打通了信息与能量之间的关系，信息熵与热熵的数量上的关系是：1(比特)=kln2(J/K)。
这个公式你不必深究，k这个玻尔兹曼常数是多少你更不必理会，但这个公式的意义你应该知道，那就是获取信息必定伴随着能量的损失。
现在，信息与物质能量的关系就明确了，信息不是物质也不是能量，但它的体现、获取、传输都离不开物质和能量的支持，它不可能脱离物质而存在，也不可能脱离能量而运动。
看到这里，你是不是有了一个感觉，这尼玛哪里是在上工科的专业基础课？这分明是在上文科的哲学课啊~
有这种感觉就对了，通信第一课就是先从哲学层面洗个脑，把“通信就是打电话发邮件”这种肤浅的理解洗出去，把深刻的本源性的概念植入大脑，以确保你的专业思维不至于被肤浅理解所束缚，将来你跟专家交流时可以保证你俩脑子里的概念是一致的。
好了，“通信就是信息的传递”可以进一步理解为“通信就是事物差异性的传递”。但这还不够，“传递”是发生在哪个域呢？在不同的域有是区别的，而通信关注的是空间域，所以应描述为“通信就是事物差异性在空间上的传递”。
说到空间那就有时间，那事物差异性在时间上的传递是什么呢？聪明的你一定领悟到了，那就是“存储”。一块硬盘上有很多文件，这些文件信息就是靠很多个磁记录单元指向性的差异来体现的，这种差异性今天存在明天还存在，事物差异性在时间上的传递就是存储。
事物差异性在时间上的传递就是存储，事物差异性在空间上的传递就是通信，这种说法估计你以前没有听说过，但这才是概念的本源，也是你进入专业领域所必须的理解。
当前我们处于信息社会，信息技术日新月异深刻地影响着我们的工作生活，而这都拜于信息科学的产生，信息科学最主要的奠基人就是下面这个帅老头香农。香农一生的著作不多，但篇篇都是经典之作，最重要的贡献就是创立了《信息论》。
世界上的事物分两种：确定和不确定，我们对事物的认知也分两种：确知和不确知，两两相乘就分成了四种情况。
第一种是确定确知，我们使用的是数学解析法，方程就是基本方法，例如研究鸡兔同笼。
第二种是确定不确知，例如你的头发有多少根？当然会有个确定数据，而你却不知道，但这不影响我们判定你是不是个秃子，研究这类问题的数学方法是模糊数学。
第三种是确知不确定，例如你这张彩票的中奖率是确知的，但能否中奖则是不确定，研究这类问题的数学方法是概率论和随机过程。
第四种是不确知不确定，这是最复杂的，其方法是灰色理论，以后有机会再说，我还真有资格说两句，因为这个理论的建立者是个中国人，他是我博导的硕导。
通信属于哪类问题呢？根据我们以往的经验，对于信息接收者来说，对收到某信息的正确率已经有了认识，但这条信息是否真的正确则是不确定的。通信是个确知不确定问题，应使用概率论和随机过程进行研究。
说这段绕口令的目的是什么呢？是为了再洗一次脑，你们以前学过的数学方式多属于解决确知确定问题的，笼统地说是数学解析法，因此你形成了确定性因果分析的思维方式。而通信研究的基本方法是概率测度法，它需要的是或然性的统计分析的思维方式。
建立或然性的统计分析思维方式，是通信专业人士的必经之路。我举个小栗子：艾滋病的发病率为万分之一，筛查的误诊率是百分之一，即有病的诊断为没病和没病的诊断为有病都是百分之一。筛查结果显示你是阳性，那你真得了艾滋的可能性有多少呢？
不具备“或然性的统计分析思维方式”的人会认为大约是99%，因为误诊率只有1%嘛，而具备这种思维方式的人会认为大约是1%，因为得病的先验概率是万分之一嘛。你的结论是多少呢？
小结：
这节课讲了四个问题：信息是什么？信息跟物质和能量有什么关系？通信是什么？研究通信需要什么样的数学方法和思维方式？
各用一句话总结：1. 信息是事物之间的差异性；2.
信息不是物质也不是能量，但它的体现、获取、传输都离不开物质和能量的支持，它不可能脱离物质而存在，也不可能脱离能量而运动；3.通信是事物差异性在空间上的传递；4.研究通信的基本方法是概率测度法，需要的是或然性的统计分析的思维方式。
同学们，这堂课的内容在教材上没有，恐怕你也从未听别人这样讲过，因为这是老师自己对通信的感悟。正因为是老师的个人感悟，因此肯定会有不当之处，甚至可能有错误，欢迎大家思考评判。谢谢大家，下课。
【后记】
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