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第1章 绪论1

1.1 理论信息学的基本问题1

1.1.1 物质与信息2

1.1.2 物理学能量与信息学能量2

1.1.3 物质过程与信息过程，物理学规律与信息学规律4

1.1.4 物理学方法与信息学方法5

1.2 理论信息学的基本内容7

1.2.1 什么是理论信息学7

1.2.2 理论信息学的目的和任务9

1.2.3 理论信息学的基本内容9

1.3 学习理论信息学的意义10

1.3.1 国家信息化与行业信息化的要求10

1.3.2 “学科信息化”的要求10

1.3.3 学习和生活的要求11

1.3.4 革新世界观、人生观的要求12

思考题和练习题14

第1章参考文献14

第2章 理论信息学的产生与发展15

2.1 科学发展与社会进步对理论信息学的需求15

2.1.1 众多的应用信息学需要共同的理论基础15

2.1.2 人文科学需要理论信息学16

2.1.3 社会科学需要理论信息学18

2.1.4 “国家信息化”需要理论信息学19

2.1.5 工业社会向信息社会转型需要理论信息学21

2.2 现有信息理论的局限性22

2.2.1 香农通信理论的适用范围22

2.2.2 计算机技术和工具：机械化与形式化23

2.2.3 应用信息学的学科局限性24

2.3 理论信息学需要信息世界观和信息方法论26

2.3.1 “数学大厦常常是先修好楼层再打地基”26

2.3.2 完整的信息科学知识体系没有建立起来29

2.4 国内外关于信息科学基础理论的研究30

2.4.1 北美和欧洲的统一信息理论研究30

2.4.2 国内的信息科学基础研究31

思考题和练习题32

第2章参考文献33

第3章 信息的定义及分类35

3.1 对信息定义的评述35

3.1.1 比较流行的信息定义35

3.1.2 关于信息定义的评述36

3.1.3 信息定义的领域性和层次性40

3.1.4 在领域与层次的交叉中定义信息40

3.2 理论信息学的信息定义与分类42

3.2.1 理论信息学的信息定义42

3.2.2 对理论信息学信息定义的诠释43

3.2.3 理论信息学中信息的分类44

3.3 信息存在与运动的二重性45

3.3.1 关于信息特性研究的回顾45

3.3.2 信息存在方式的二重性46

3.3.3 信息运动动力和规律的二重性47

3.4 信息的度量与信息过程的量化表达48

3.4.1 信息载体的度量和纯粹信息的度量48

3.4.2 信息过程的量化表达49

思考题和练习题50

第3章参考文献50

第4章 信息能与宇宙要素四元论51

4.1 能量一分为二：物质能与信息能51

4.1.1 信息学需要新概念：表达信息引擎的动力51

4.1.2 物理学能量不是信息运动的真正动力52

4.1.3 物理学能量不能解释信息增生的机理52

4.1.4 能量概念的一分为二：物质能与信息能53

4.1.5 “信息能”概念的合理性54

4.1.6 T．史东尼的泛化智能及其局限性55

4.2 科学体系的层次性和“年轮模型”56

4.2.1 系统中物质和信息的相互作用56

4.2.2 物质系统构成的层次性57

4.2.3 科学知识进步的层次性58

4.2.4 科学知识体系的年轮模型59

4.3 宇宙构成要素四元论60

4.3.1 宇宙构成要素一元论61

4.3.2 宇宙构成要素二元论61

4.3.3 宇宙构成要素三元论62

4.3.4 宇宙构成要素四元论63

思考题和练习题64

第4章参考文献64

第5章 信息能与物质能的统一与进化66

5.1 熵增原理及其推论：能量退化论66

5.1.1 熵增原理和宇宙热寂说66

5.1.2 热力学的价值判断：“熵恒增＝能贬值”67

5.1.3 宇宙退化论和宇宙进化论68

5.2 信息能与物理能的统一与进化69

5.2.1 物理能与信息能的统一69

5.2.2 物理能与信息能“品质”的提升70

5.2.3 自由能的进化71

5.3 运动形式和运动机理的统一性72

5.3.1 物质世界运动的统一性72

5.3.2 信息世界运动的统一性73

5.3.3 运动统一论与“统一科学”73

思考题和练习题74

第5章参考文献74

第6章 生命信息进化75

6.1 达尔文进化论的功绩和局限性75

6.1.1 达尔文生物进化论产生的背景75

6.1.2 达尔文进化论的要点及核心77

6.1.3 达尔文理论存在的难点问题79

6.1.4 达尔文理论的局限性79

6.1.5 对达尔文理论的发展81

6.2 物理进化、化学进化、生物进化与社会进化86

6.2.1 物理、化学、生物与社会进化的层次86

6.2.2 生命物质进化与生命信息进化87

6.2.3 物质生命与信息生命87

6.3 生命信息进化的机理91

6.3.1 生命信息学91

6.3.2 “智能”概念的泛化92

6.3.3 “宇宙智能谱”93

6.3.4 生命信息进化的机理93

思考题和练习题94

第6章参考文献94

第7章 智能与智能科学96

7.1 机器进化的必然——智能化96

7.1.1 人类新的进化方式96

7.1.2 生物进化与机器进化97

7.1.3 机器的起源与进化100

7.1.4 机器进化的方向：人工智能103

7.2 人类智能与人工智能109

7.2.1 人类信息能：智能109

7.2.2 人类智能的特征111

7.2.3 关于人工智能的概念113

7.2.4 人工智能的起源与发展114

7.2.5 人工智能的研究方法115

7.3 智能科学117

7.3.1 智能的基本概念118

7.3.2 智能科学的研究对象120

7.3.3 智能科学的体系和内容121

7.3.4 智能科学的研究方法124

7.3.5 智能科学与信息科学126

思考题和练习题127

第7章参考文献127

第8章 信息科学的基本定律129

8.1 关于信息熵与信息负熵129

8.1.1 信息学与热力学类比的依据129

8.1.2 从热力熵、统计熵、信息熵到负熵130

8.1.3 理论信息学借用负熵概念131

8.2 信息学第一定律：信息不守恒132

8.2.1 关于信息守恒的观点132

8.2.2 物质常变与信息消失的倾向132

8.2.3 信息复制与信息不灭的倾向133

8.2.4 信息创生与信息增长的倾向133

8.3 信息学第二定律：信息能与时俱增133

8.3.1 演化物理学层次上的自组织现象134

8.3.2 基因的复制和生物信息的增生136

8.3.3 社会思维能力的增长139

8.4 信息学第三定律：信息增长没有上限143

8.4.1 人类文化科学知识的爆炸式增长143

8.4.2 没有自然力量能阻止信息增长143

8.4.3 没有人为力量能阻止信息增长144

思考题和练习题144

第8章参考文献144

第9章 信息科学的世界观146

9.1 古希腊、中世纪、近代以来世界观的演变146

9.2 波普尔的三个世界理论146

9.2.1 波普尔的三个世界理论146

9.2.2 “世界3”的存在性证明148

9.2.3 “世界3”的非物质性，对物质的依赖性和开放性149

9.3 对于“三个世界”理论的评述150

9.3.1 西方科学主义对“世界3”的冷淡与排斥150

9.3.2 “世界3”：整个信息世界的一个子集150

9.3.3 “世界2”：信息学还原——生命物质与生命信息150

9.3.4 “世界1”：自然科学的建树和科学主义的片面151

9.4 物质与信息的关系：“两个世界”理论152

9.4.1 世界万物的物质与信息二重性152

9.4.2 世界万物的空间与时间二重性153

9.4.3 物质与信息的关系模型：对立统一的“两个世界”153

9.5 信息科学世界观与信息主义时代精神154

9.5.1 信息科学的世界观154

9.5.2 信息主义的时代精神155

思考题和练习题155

第9章参考文献156

第10章 理论信息学的方法及范式157

10.1 方法与科学方法157

10.1.1 什么是方法、什么是科学方法157

10.1.2 科学方法论及其认识论基础158

10.1.3 科学研究中的经验方法与理性方法160

10.2 科学的实证方法与信息时代的要求160

10.2.1 孔德的科学发展“三阶段论”160

10.2.2 实证方法在信息时代必须发展162

10.3 信息科学的基本方法：涌现论163

10.3.1 物质科学还原论方法的适用范围163

10.3.2 物质系统整体上的涌现特征164

10.3.3 关于信息科学的涌现论方法169

10.4 信息科学范式及科学范式转型171

10.4.1 物质科学范式的使用范围及其局限性171

10.4.2 物理学羡慕症和数量化情结171

10.4.3 信息科学范式：图灵与冯·诺依曼计算模型173

10.4.4 由物质科学范式向信息科学范式的转变174

10.4.5 方法论、科学观和世界观的信息学转向174

思考题和练习题175

第10章参考文献176

第11章 理论信息学的应用177

11.1 物质科学的理论基础177

11.1.1 从分子化学、超分子化学到“软化学”178

11.1.2 分子识别、信号及信息化学179

11.1.3 超分子逻辑转换器件：化学的“逻辑门”和“程序”180

11.1.4 范式转变：从凝聚态到组织化、适应性物质，再到有思想的物质181

11.2 为人文社会科学的方法论提供信息学依据184

11.2.1 人文社会科学研究对象的自为性与价值性184

11.2.2 研究对象的特殊性对社会科学研究方法的影响185

11.2.3 为人文社会科学方法论提供理论依据186

11.2.4 为人文社会科学范式提供科学基础188

11.3 说明系统科学的研究方向189

11.3.1 传统系统科学主要研究系统的物质特性189

11.3.2 传统系统科学无法说明生物系统和社会系统190

11.3.3 系统科学与信息科学在学术研究的前沿相遇191

11.3.4 一般信息系统论与理论信息学互补191

11.3.5 实现信息系统学与理论信息学的合作与双赢193

11.4 与热力学“合作”说明格埃难题195

11.4.1 什么是格埃难题195

11.4.2 信息熵增与信息熵减195

11.4.3 对格埃难题的解答196

11.5 人的本质以及与脑死亡相关的伦理问题196

11.5.1 人体：多层次的信息网络196

11.5.2 心肺死亡与脑死亡201

11.5.3 脑死亡的伦理学202

思考题和练习题204

第11章参考文献205

第12章 理论信息学研究的相关问题206

12.1 理论信息学“问题”的类型与结构206

12.1.1 科学问题及其分类206

12.1.2 理论信息学问题的目标和应答域208

12.1.3 理论信息学面临的三个瓶颈问题209

12.2 理论信息学学科的发展目标213

12.2.1 理论信息学建立和发展成熟的标准213

12.2.2 理论信息学的合理性证明需要新的规则214

12.2.3 理论信息学要求哲学本体论承诺214

12.3 理论信息学的研究方法215

12.3.1 理论信息学研究必须以方法创新带动知识创新215

12.3.2 对工具信息学和应用信息学的大综合216

12.3.3 空间上现实横向与时间上历史纵向跨学科综合法217

12.3.4 应用、理论、哲学跨层次综合法218

12.4 有待进一步探讨的若干问题218

12.4.1 理论信息学处于发展的初级阶段218

12.4.2 有待进一步研究的若干问题219

思考题和练习题221

第12章参考文献221

附录 专业术语223