信息的新实质定义与基因信息

Journal of Mathematical Medicine Vo1．17 NO．5 2004 文章编号：1004—4337(2004)05—0450—03 中图分类号：0236 文献标识码：A 信息的新实质定义与基因信息 邓 宇 邓 海 朱栓立 罗小方 曾小红 毕秀媛 (清华大学附属北京酒仙桥医院 北京100016) 摘 要： 信息被重新定义为事物属性标识的集合，即“属概念+种差”的实质及数理定义，它涵盏了非生物、生物的物一物、人． 物、人·人间信息流的本质内涵与统一． 关■调： 信息； 实质； 基因信息； 数理定义 过去，信息[1]的定义就象生命、混沌、分形、基因等一样， 没有统一的真实质定义。且更有甚者，几十年来信息的定义已 有信息爆炸样的上百个之多。但是，即使这样也总没能有一个 更统一、公认的科学、逻辑、哲学化，全方位的绝对独一无二的 完美定义，即“属概念+种差”样的标准、实质定义。已有的信 息定义多为旁路描述性的非本质定义或解释性定义。所以，需 要重新探索，给出信息本质性的定义。语义信息的定量也一 样，虽然前人做过一些探索尝试，但也不是太到位。 产生信息(虚拟)定义众多无头的重要原因，是下定义者 把自然界无生命、非生物的“自然一自然、物质一物质”，信源一信 宿间的信息流，与“人一人、人一自然、人一物”生物问的信息交流， 及信息集(信集)、信息元(信元)等概念混杂在了一起。即将本 该细分的不同的“信源、信宿”的几种组合混在一起，也就造成 了多种多样的鱼目混沌的各种各样非本质的传统“信息定 义”。 1．5 Shannon信息论类的涉及信源、信缩两方联系的信息定 义 包含反映、形式、感觉、感知、感受、现、联系的普遍形式 等信源与信宿双方的联系、传输、存储、交换的差异、不定性。 1．6 混合类定义 是上述两种以上类别的混合。 传统信息定义的特征：共同点，也就是“属概念”，涉及事 物、现象、物质、系统、事件的信息的客观对象，信息主体；差异 点，是对前者(信息载体)引申修饰及侧重点的不同选择和强 调，如存在形式、属性以及包含在属性内的特征、运动状态、形 式、联系、关系、变化、、名称、差异、熵、不确定性等不同的 局域组合和选定 其中的部分定义还提及了特征的反映、表 述、名称、感知(人及物的感觉)等关健性的属性的“标志、标 记、标识”这个“种差”，但是，传统信息定义这三部分的组合选 择还不够最优化，也才有了迟到的揭示信息实质定义的机会。 1 传统信息定义的特点、分类 2 信息的实质定义 1．1 描述类比性的信息定义 如信息是新闻、知识、消息、情报、报道、事情、数据、材料、 现象、事物、主题、声音、图像、文字，内容、名称；信息就是信 息，既不是物质也不是能量(哲学化定义)。多是未触及信息本 质及最基本概念的，同义语的逻辑反复和循环。 1．2 局部属性类定义 信息是物质的属性、联系、关系、运动状态、表述、中介、特 性、存在方式、差异、变异度、不均匀性、表现形式等。 1．3 非决定论的统计概率类信息定义 较多涉及不确定性的减少、概率的定义。实际上，此类定 义应该是信息量的定义。 1．4 物理类定义 包括Shannon、Wiener等的通信的信息论、控制论的定 义。如信息是信号、指令、符号、功能、场、不定度、熵、负熵、概 率、复杂性、组织度、有序度、序列、排布、集合、语义。 收稿 日期：2003-12—23 * 北京市朝阳区成人中专 ·450· 定义1 信息是物质、事物、现象的属性、状态、关系标记 的集合。 定义1 信息是事物属性标志的集合。 定义1、1 是标准的“属概念+种差”式的实质定义模式， 该定义的上位“属概念”是信息的客体对象：物质、事物、现象I 其“种差”可分三层：一层就是它们的属性(属性本身就不包 括：特征、状态、关系，还包括功能、作用、效用、效应、功用等． 定义中将状态和关系与属性并列只是为了强调和突出这三 者)，二层差异是该属性可被描述、表记的标志、标记，三层是 这些属性标记、记号、信号总体的集合。 属性本身不是信息，只有当这些属性可标示、描记时，才 成为人类创造、抽象出的信息的概念。质量、能量是属性，但没 有大小、多少的定性定量值标示时，他们还不是完全信息。新 的信息定义较传统，1．2中的局限定义更进了一层，又涵盖了 传统信息定义，1．1、1．4、1．5中的内容，即信息是事物属性的 维普资讯 http://www.cqvip.com 数理医药学杂志 2004年第17卷第5期 标志、名称的集合。集合显示了标志的序列、差异、形式、反映、 感受域等。 由新信息实质定义1可知信息的内涵就是物质、事物、现 象的属性标志名称，其外延就是所有这些属性标记的全体。 3 信息实质定义的扩展探讨 3．1 泛化的信息新定义 定义1是比较简化的信息定义。鉴于信息的多样性和信息 的本质特性，针对信息涉及对象的不同还可有： 定义2 信息是物质、事物、现象的属性、状态、关系、效 用，借助某种方式描记、排布的信号、符号及语义的序列集合。 信息与信号(符号)：信息常被看成是消息，消息是“关于 人或事物情况的报道”。这“情况”就是近似等同于事物现象、 属性、功用、效能、效应等，报道就是标志，描记集合与发布。信 号是用来传递消息或命令的光、声、电波、动作等(载体)表记 标示，是信息的物质体现形式及物理过程。符号：记号，标记， 代表事物的标记、记号，故标记、记号、标志是比较基本的上位 概念，用在信息新定义中比较贴切。这些都已体现在信息的新 实质定义中。 3．2 物一物问信息流的信息定义 传统信息观念，即人们潜意识中默认的信息交流活动是 在人与人、人与物(自然)间进行的，都是以人、生物为中心，而 忽略了自然中无生命的非生物-物间的信息流活动。从过去信 息的定义就能看出这种痕迹。象知识、情报、消息、资料、反映、 感受、运动状态等都是这一片面观念的产物和缩影。因此．信 息的新定义1和2改变了这一传统观念，涵括了生物与非生命 物“物一物、人一物、人一人”间信息交流的内容。 对于物与物问的信息活动可有： 定义3 信息是物质、现象的属性、状态、关系标识的集合 在物理变化过程(物理社会)中的信息，如电磁学中的同 性相斥．异性相吸的电属性，标示上正、负及大小就是电学信 息；光学视觉信息的频率、波长、光强、反射、散射等信息；化学 化反应过程中小分子、大分子甚至原子、基本粒子．反应的各 方对对方的属性标识 识别．反应的化学、物理信息。生化反 应(化学社会)．生物活动，如趋光性等也都类似。 3．3 人一人间信息流的信息定义 信息是事件的属性、状态、关系、内容，以某种方式描记、 反映、排布、传递、存储、感受的信号、符号、名称、语义的序列 集 。 4 信息实质的数理定义 定义4 若事物A的属性表记为： a1'a2⋯ 'ai⋯ am 则称集合 A={aI，a2⋯，4，⋯a } 是事物A的信息集。 其中，a ．az⋯ ⋯a 称为信息元或信息素。 从Shannon信息论的信源、信宿观点看信息a1，a2⋯，a · a ，还应该是可被信宿感知的。定义中可以加“可感知的”。 5 基因信息 定义5 若基因(核苷酸序列)集G={，l。，，l 2．．·，，l ⋯，l }．其 属性集标示为 g={gl，g2⋯，gl⋯g } 则称集g一{g ，g2⋯，gi'"g }为基因G的信息集。 g={g ，g ⋯，g ⋯g )为基因G一级结构的组份信息，，l。 是组成基因的组份单位——核苷酸．g 是基因的信息单元。 G={(，ll，zl，YI， 1)，(，l2，z2，Y2， 2)，⋯，(，l ，z ，Y ， )，⋯， (，I ，z_，Y_， _)) 是二级或二级以上的基因(核酸集)结构序列，包含了卷曲、团 裹的确定论的立体三维坐标，以及时空四维的核酸集(基因) 序列： G={(，lI， l，Yl， 1，t1)，⋯，(nl，z ，yl， ，t1)，⋯，(，l_．z_， y ，z ，t )} 也可用矩阵表示。它赋予基因动态变化的动力学原始描述，有 别于常用的概率频度 P的非决定论表示，G={(，l ，P。，d。)， (，l2，P2，d2)，⋯，(，l ，P ，d )，⋯，(，l ，P ，d ))或 G={，lI，，l2，⋯，，l ，⋯，，l_} P一{P-，Pz，⋯， ，⋯，P } L={dI，d2，⋯，d。，⋯，d } 其中已包含了常用的基因链长的信息，即距离d-一(z}+ }+ )“ ，方便了基因的立体定位、测序及动态描述。即基因链动 态方程和基因坐标方程： G (”，z，y，2，￡)=0 G￡(H，z，Y，2)一0 上式中蕴涵着时间本质的蕴义。“时间是事件发生的次 序”，即G(n ，z ，Y ， )一0，其中i是事件发生的顺序——时 间的等价对等物，即使i—f，则 G("；，z ，Y ， ．￡)一G(hi，z ，yi， f． )一0 时间 ￡一U(，l，，z ，yl，zA一丁(，l¨zI．YI， ) 是因变量、隐函数，即时间的本质：“时间随宇宙的变化而变 化” 是事件，矗．yt， 是三维空间，第i次或t次序时间的空 间事件(http：／／www．oridream．tom／)。 还可以用极坐标或球坐标表示，如平面极坐标的 G={(，ll，)，1．r1)．(，l2．y2，r2)，⋯，(，li，yl，r )．⋯，(，l ，)， ． rm)) 以往众多的信息定义中．零散使用了“特性、状态、关系、 结构、内容，熵、不定性”等局限说法，其实这些都可归在“属 性”之中，属性是全包括了。用“属性”定义信息也就统一了1．1 ～ 1．4类中的旧信息定义，属性是对他们的优化概括。但是，光 是属性(特性、状态、关系等)不被辨识、没有标志描述，它还不 能成其为“信息”。这“属性”需是可辨识，有标记，可感觉，被描 记，可用时才成其为“信息”——信源+信宿的信息。即有信 ·451· 维普资讯 http://www.cqvip.com Journal of Mathematical Medicine Vo1．17 N0．5 2004 文章编号：1004—4337(2004)05—0452—04 中图分类号：R311 文献标识码：B 统计推断中检验效能的估计及应用 曹明芹 薛 茜 韩 英 (新疆医科大学公共卫生学院 乌鲁木齐830054) 假设检验是统计推断的重要内容，它是应用数学上的反 证法和小概率事件实际推断原理，根据样本统计量对总体作 出推断，结论具有概率性[J]。对于任何一次假设检验，不论其 结论是拒绝 H。，还是接受H。，都有判断错误的可能，即可能 犯两类错误。第一类错误(也称 I型错误)是指拒绝了实际上 成立的H。，其概率大小用 a表示。假设检验时，研究者可根据 研究的目的来确定 a值的大小，如规定a=0．05(即犯第一类 错误的概率为0．05)，当拒绝H。时，则理论上100次抽样检验 中平均有5次发生这样的错误。第二类错误(也称 Ⅱ型错误)是 指接受了实际不成立的H。，其概率大小用 来表示， 值的大 小一般很难确切估计，只有与特定的H，结合起来才有意义。 通常把1一 称为检验效能(也称把握度)，它的意义是：当两总 体确有差别时，按规定的检验水准。a能够发现该差别的能力。 如1一 一0．90，则理论上在100次抽样检验中，平均有90次能 够得出差别有统计学意义的结论。 由于所建立的检验主要是控制犯 I型错误的概率。即在 H。为真时，拒绝H。的概率不超过给定的检验水准a；而对犯 I型错误的概率，即在H。不真时，接受H。的概率 却无法直 接控制。通常是通过限制犯 I型错误的概率大小，即选定a，要 求犯 I型错误的概率 尽可能小。但往往不知道犯 I型错误 的概率 大小，因此要谨慎对待结论“不拒绝 H0II[2]，必要时 应考虑计算相应的 或检验效能。也就是说，在假设检验中， 当根据样本值作出不能拒绝H。的推断时，并不意味着不必再 作进一步分析就贸然接受H。．还应当同时考虑当H。不真时， 拒绝H。的概率1一 (即检验效能)的大小。 1 如何计算 I型错误 或检验效能1一 ． 1．1 通过构造H。的分布模型来计算 医学研究中的假设检验问题，主要是根据样本观察值算 得的统计量是否落在假设H。(对立假设 H。)的拒绝域来决定 的。规定检验水准 a，可得拒绝H。接受H，相应界值C。，则 H。 成立时．有P(x>C。IH。)=口；H。成立时，有P(x≤C．IH。)= 或P(x>C。IH，)一1一 。可见，检验效能就是当备择假设 H。成立时，原假设 H。被拒绝的概率[2]。只要知道了H。分布， 就可构造出H 的分布模型，求得在 H。分布下大于界值C 的 概率，即检验效能的大小。 以单样本均数的t检验[。]为例：要检验的H。： = ，H。： ≠ 或 一11o+ ( ≠0)。设 x～N( ， 。)，则 ～Ⅳ( ， ／ n)。当H。为真而拒绝H。时，犯 I型错误的概率a—P( ≥c．I H。)等价于a=P{( 一 。)~／，l／o>Z。}一lq~(Z。)(其中 (z) 为标准正态分布函数，相应界值 C 一 +z。 ／~／，1)；而H， 为真不拒绝 H。时，犯 I型错误的概率为P( ≤( +z。 ／ )tH。)： l可得式 ± =三 ± ：一Z o| n 整理得 一1--,／,(dr~／，l 一Z。) (1) 即 1一 一 ( ~／，l／ 一Z。) (2) 号、符号等的标识及语义(意义)，以及这些标识的排布序列集 才是信息，否则，只是属性。属性是属性，不是信息。信息是信 息，是属性的表示，不是属性。属性≠信息，属性标记集 信 息。光有信源的属性还不能成为“信息”．还需有信宿的对属性 特征标志的感知，才成为信息。即信源一信宿联系，就是物一物、 物一人、人一人问信息的信源与信宿的交流关系，以及“信息守恒 律’，【 。也就有了信息概念的新定位： 全信息=信源(事物)的属性标志集+信宿的感知辨识 新信息定义用“事物”做主体．因为事物其实包含了一切 物质、现象、事件、事情、事体的全概括，统一了传统信息定义 的信息对象的归属。新信息定义的提出有三个关健环节+信 收稿日期：2004—02—16 ·452· 号语义序列集共四要点，是对1．1～1．5类定义的大统一，即① 是“属性的标志”；②是(事物的)“属性”；③是信息对象“事 件”；④是“信号、符号(标志)语义序列集”。 参 考 文 献 1 苗东升．系统科学精要．人民大学出版社．1998． 2 邓字，等．生物一非生物界的信息守恒律与双大超循环世界图景．数 理医药学杂志．2000，13(1)；88~89． 维普资讯 http://www.cqvip.com