系统论的一个基本规律——信息反馈律，本文主要内容关键词为：系统论论文,信息反馈论文,规律论文，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。
摘要 本文讨论了系统中信息反馈的稳定性作用和对于发展演化的推动作用，及其对于稳定和发展统一性的保证。
关键词 信息 反馈 稳定性 发展 演化
信息和反馈，是系统科学中具有哲学意义的基本概念。20世纪中叶以来，随着信息论、控制论、系统自组织理论和实践的迅速发展，人类社会走向信息时代、自动化时代，人们对于信息和反馈以及两者之间的内在联系的认识大大地深化了，其重要意义越来越显示出来。
一、信息
在日常生活中，信息是指消息、音信、新情况和新知识这样的意思。信息概念的西文出自拉丁文informatio，原意是解释、陈述、说明。我国古典例如《易经·彖传》中，多次用到“消息”一词。新版《辞源》指出，我国唐代诗人李中已写下了“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台”的诗句。
20世纪以来通迅事业的急剧发展，促进了人们加紧对于通迅理论的研究。美国贝尔电话公司的仙农于1948年在《贝尔系统技术杂志》发表了《通迅的数学理论》，奠定了现代信息论的基础。仙农提出了一个信息量公式。并认为：“量
（常数K仅等于度量单位的选择）在信息论中起着重要的作用，它作为信息、选择和不确定性的度量。H的公式与统计力学中的所谓熵的公式是一样的。”①他把信息量看作不确定性的度量，把信息看作不定性减少量，信息就是两次不定性之差。
信息是进行控制的基础，同一时期，控制论的奠基人维纳也对信息论的建立作出了重要贡献。维纳从多种角度对于信息进行了论述，他关于信息的见解要更为一般一些，他在《控制论》一书中写道：“信息就是信息，不是物质也不是能量。不承认这一点的唯物论，在今天就不能存在下去。”②维纳在这里已经把信息概念与物质世界的最一般的规定性、与世界的本原联系起来理解。他稍后还在《人有人的用处》一书中写道：“信息这个名称的内容就是我们对外界进行调节并使我们的调节为外界所了解时而与外界交换来的东西。接受信息和使用信息的过程就是我们对外界环境中的种种偶然性进行调节并在该环境中有效地生活着的过程”。他在这里就进一步把信息与人的认识、人的生存的基本需要联系起来，并把信息与反馈联系在一起了。他在该书中还指出：“消息自身就是模式和组织性的一种形式”…正如熵是组织解体的量度，消息集合所具有的信息则是该集合的组织性的量度。事实上，一个消息所具有的信息本质上可以解释作该消息的负熵，解释作该消息的几率的负对数。”③
迄今，人们对于信息概念所下的定义不下于数十种之多。王雨田主编的《控制论、信息论、系统科学与哲学》中讨论了6种常见的关于信息的定义。④郝宁湘在《对信息本质分析和认识》一文中讨论了7种常见的关于信息的定义。⑤
物质、能量、信息，是现代社会文明的三大支柱，信息概念的重要性亦可由此略见一斑。上述关于信息概念的种种见解，都有一定的根据，都有其合理性，但都未穷尽信息这个极为一般的概念。信息不是物质也不是能量，但是信息离不开物质载体，信息的传送也离不开能量，物质和能量总是包含有信息的物质和能量。我们可以把信息看作是物质的一种普遍的基本属性，是关于系统的组织性和复杂性的规定性及其表征。
二、反馈
起初，对系统的反馈的理解是这样的：反馈就是把系统的输出又反过来作用于系统的输入端，从而对系统的再输入产生影响，进而对于系统的整体功能发挥产生影响，并影响系统的进一步的输出。
人类在很久以前就已经开始利用反馈过程。18世纪瓦特利用反馈制造了蒸汽机调节器，19世纪麦克斯韦对于该调节原理进行了理论研究并进行了数学推导，生理学家贝尔纳指出动物躯体中的体液是保持躯体稳定性的条件。20世纪20年代，美国贝尔实验室的哈罗德·布朗克在对于无线电技术的研究中，正式提出了feedback这一概念。20世纪30年代，坎农把动物体液的调节机制称作拮抗装置并进行了实验研究和理论阐述。20世纪40年代，维纳等人进一步把反馈提高到一个新的高度，作为研究一切控制系统（不论是机械系统还是生物系统）共同反熵手段的基本概念。
罗森勃吕特、维纳和别格罗合作对于目的性行为的研究得出一个重要的结论，人的随意活动中的一个极端重要的因素就是控制工程师们所谓的反馈作用。从结构上看，技术系统与生物系统都具有反馈回路，表现在功能上它们都具有自动调节与控制的功能。更具体一些来说，由于负反馈使得一个控制过程得以趋近其目标值（目的），因此：“一切有目的的行为都可以看作需要负反馈的行为。”⑥因此，行为、目的以及控制，都是以系统的（负）反馈为基础的。他们写道：“目的性行为成了受负反馈控制的行为的同义语，它由于充分限制了内涵而得到了精确的含义。按照这个作过限制的定义，目的论与决定论不是对立的。”⑦
反馈概念从此就成为了一个十分基本的科学概念，而且人们在20世纪40年代已经认识到，“反馈、伺服机构、循环系统和循环过程，都可以看作完全相同的基本概念之不同而等价的表述。”⑧一般系统论中，贝塔朗菲是十分注重信息反馈概念的，他对于系统的反馈调节有许多叙述，他写道：反馈调节概念“基本模型是一个循环过程，部分的输出作为反应的初步结果，有控制地回授到输入中去，因而，在维持某些变量的意义上或者在引向一个预期目标的意义上，使系统成为自调节。在第一个意义上的自调节的例子，有最简单的恒温器，有生命有机体维持体温以及其他一些参数的恒定。在第二个意义上的自调节的例子，有自航导弹，有随意运动的本体控制。在技术中和在生理学中更复杂精致的反馈装置是这个基本型式的变形或集合。”⑨
尽管一般而言系统的反馈涉及到物质流、能量流以及信息流，但是在这里最为重要则是信息。系统的反馈，本质上传递的信息，是关于系统的复杂性和组织性的规定性。在诸如瓦特的蒸汽机转速调节器那样的反馈调节装置中，似乎信息对于反馈的重要意义表现得并不明显，这里直观体现的是质量、能量以及牛顿力学定律的关系，其中信号是以隐蔽的方式发挥作用。但是对于“一声令下，三军出动”，对于地面通过无线电信号指挥一架遥控飞机的飞行，信息的作用就变得非常明显了，这里的信号就其能量和质量而言都是很小的，重要的不是信号的能量和质量，而是它所传达的信息所起的作用。
一般地，控制论所说的反馈，本质上是从信息应用的角度来说的，也就是说，控制论中的反馈本质上是信息反馈，系统控制中的具体的反馈形式是多种多样的，至于这形形色色的反馈的具体形式则是次要的。一个系统，无论是技术装置，还是生物机体，乃至于社会文化系统、精神系统、认识系统，尽管其中的反馈回路可以很不相同，但反馈的回路本质上是信息通道，通过信息通信来利用信息对于系统组织性、复杂性进行新的规定，从而得以发挥对于系统的作用，调节系统的结构、功能和行为。
控制离不开信息，离不开信息反馈。通信也离不开反馈，通信之中也有信息反馈问题。通信中为了减少失真，使得所收到的消息与原来的消息是一样的，就要抗干扰，也就是对引起失真的因素加以控制，这与一个系统因扰动而偏离目标就必须加以控制是相似的。控制系统要进行信息处理，要有信息反馈才能达到目的；通讯系统要达到可靠、有效，也要进行信息处理、进行信息反馈，即同样离不开控制。控制和通信通过信息反馈而联系起来。
我们所处的世界处于相互联系之中，而相互联系是具有内容的，组织规定性就是其中的重要内容，即信息就是相互联系的重要内容。因此，我们也可以说，这个世界处于信息的相互联系之中，这些相互联系的通道——信息通道组成了一个相互联系之网。相互联系当然不是单向的，信息的相互作用，本身就意味着信息的反馈。这个信息相互联系的世界，也就是一个通过信息反馈联系起来的世界。
就信息反馈的形式来看，最基本的就是A作用于B，B又反作用于A，或说，B接收了A，又可以反作用A。因此，信息反馈，就其表现形式来说，也就具有循环的形式。这里不仅指输入和输出不断相互作用的循环，也指系统中不同要素、不同关系之间的相互作用的循环。
形式反映内容，信息反馈就可以一般地理解为系统的输出和输入之间，以及系统之中的不同要素、不同关系之间的相互作用。贝塔朗菲曾经指出：“开放系统和反馈这一对概念是‘过程’和‘结构’这对古老的对立面的一种现代化表述；它们最后必将在某些新的综合中得到辩证的解决。”⑩事实上，我们知道，在系列动态系统理论中，例如关于系统自组织的理论中，对于信息的理解已经超出了平衡热力学的范围，相应地对于反馈的理解也超出了经典控制论的范围。耗散结构理论证明，具有非线性反馈是形成耗散结构的最起码条件之一。超循环理论研究的超循环就是自催化和交叉催化的反馈圈。协同学中子系统和序参量的相互作用实际上也是反馈过程。
三、信息反馈是系统稳定性因素
信息反馈的具体形式是多种多样的，从反馈调节的目的和反馈调节的效应上看，正反馈和负反馈是反馈的两种基本形式。所谓的负反馈就是使得系统的运动和发展保持向既有目标方向进行的反馈。
一般来说，负反馈是使得系统保持稳定的因素，使得系统表现出合目的性行为。经典控制论中也主要是讨论负反馈。
轮船的航向偏离了目标，掌舵人就要进行调整，使之重新回到朝向目标的正确航向上来。这里就要用到负反馈，以图实现稳定的驶向目标。汽车驾驶员行车时必须集中精力掌握好方向盘，不断地利用负反馈，才能保证安全行车，顺利地到达目的地。
现实的自然系统也是如此。以生命系统为例，生命系统是不断与环境进行物质、能量和信息交换的开放系统，在正常的生理过程中，机体由于新陈代谢的作用，使机体内部有序结构不断遭破坏，（正）熵不断增加；与此同时，机体又不断与外界交换，将熵输给环境，并从环境接收信息（负熵），在机体内合成高度有序的结构，使熵增的无序因素得以抵消。从信息反馈的角度来看，实际上也就是一个信息反馈的调节过程。我们把生命系统看作是信息的传递，而生命过程中的调节、控制与适应性的机制，也可以看作是信息系统对信息的接收、存贮、处理与输出的问题。生命正是利用自己的信息反馈机制，调节自己的活动，包括体内的、体外的活动，从而维持了自己的生存，实现自己的合目的性的行为。在正常的有机体中，机体内的信息反馈机制具有足够的可靠性，使得系统实现自我维持。当疾病以及其他外界因素影响了有机体的信息反馈调节机制，调节变得不可靠了，有机体的正常状态受到破坏，信息的传递将受到噪声的干扰，就会危害机体的协调活动乃至机体的生存。
社会系统的管理中，也要大量动用信息负反馈机制。现代化管理系统中，信息控制是最基本的手段之一，没有良好的信息反馈手段，企业就无法对于自己的各项活动进行有效的监督和控制。企业为了达到既定的经营目标，管理人员必须对于各方面的工作，包括产量、质量、材料、消耗、机械维修、成本核算等等规定一定的标准，如果在执行中发生了偏差，那就要分析原因，采取措施，纠正偏差，以实现企业的经营目标。
人的认识过程，无论是对于一个具体的认识还是对于整个认识过程，也可以从信息反馈的角度来加以理解。人的认识是对于外界的能动的反映，就是在接收外界的信号的基础上对于信息的处理和加工，并把经过处理和加工以后的信息，再反馈到输入端重新作为输入信息进行再一次的加工、处理，进而再一次的反馈，直到达到一个具体的认识为止。到达一个具体的认识，也就是到达一个认识的稳定状态。对于整个认识过程来说，从实践到认识，从认识回到实践，不断扬弃错误的认识，接近正确的认识，具有了更大的稳定性，也就是通过不断的反馈，得以不断深化接近真理的过程。
各种系统理论都非常重视负反馈的稳定性作用，工程控制论中大量运用负反馈来实现种种稳定性，控制论奠基人维纳等人把负反馈看作是稳定性的同义词，对生物控制论发展作出重要贡献的艾什比甚至把负反馈提高到“设计一个脑”的方法论高度。艾什比1948年在关于脑模拟的论文《设计一个脑》中认为，人脑之所以能够获得并处理信息，是由于人脑具有通过负反馈校正偏离中心最佳状态的能力，并认为根据这种观点制作的非常简单的稳态机具有的负反馈自适应能力就是“脑”的某种性质。超循环自组织理论提出的超循环组织，实际上就是一种自催化和交叉催化的反馈组织。按照该理论的研究，生物大分子自组织是不可避免的，而且一旦组织起来形成了超循环组织，就具有“一旦出现就永存下去”的性质，即具有了极大的稳定性，从而保证了系统的生存和向更高的复杂性的生长。
四、信息反馈推动系统发展演化
正反馈的作用与负反馈的作用表现出恰恰相反的效应，负反馈是控制系统保持在既有目标的作用手段，而正反馈的则可以使得系统越来越偏离既有目标值、甚至导致原有系统解体。
哈罗德·布朗克在提出feedback这一概念的同时，既提出了负反馈，也提出了正反馈。罗森勃吕特、维纳和别格罗关于目的性研究的经典论文中，也已经注意了反馈的正、负两种含义。传统上，由于负反馈直接与系统的既有目标的保持、系统的稳定性的维系相联系，而正反馈却是推动系统偏离原有的目标、离开既有的稳定性，这容易使人们产生一种重视负反馈的重要作用，往往把正反馈看作某种不希望的东西，甚至当做是某种令人讨厌的东西来对待。事实上，在一定的条件下，正反馈也是具有建设性作用的，也是系统的维系和发展所不可或缺的。在实践上，人们不仅要利用负反馈，也要利用正反馈，只注意其中的一个方面就会带来片面性。不过，关于正反馈对于系统发展的建设性作用的重要意义，则是随着动态系统理论特别是系统自组织理论的兴起，才真正为人们所认识到，才引起人们的重视的。
普里戈金创立的耗散结构自组织理论中，提出了“通过涨落达到有序”的重要结论。一个系统中，总是存在着形形色色、大大小小的涨落，在通常的情况下，这些涨落在系统的自稳定机制的调节下一般不至于影响系统的总体稳定性。但是，在一定的条件下，这些涨落也可以通过系统中的反馈机制得以放大，以致影响系统原有的总体稳定性，使系统失稳、越过原有的稳定阈值，进入新的系统状态。由此可见，涨落可以是有序之源，组织之源，而涨落之所以成为有序之源、组织之源，就在于涨落可以通过系统中的正反馈机制得以放大，以致破坏系统原有的稳定性，进入新的稳定状态。以后，种种系统自组织理论都十分重视涨落通过系统的正反馈机制放大对于系统演化的推动作用，就使得正反馈概念变得引人注目了。
事实上，在理论上重视正反馈的重要作用之前，人们早就自觉不自觉地认识到了正反馈现象了，特别是在实践生活之中与正反馈打交道了。人们认识到，天体的演化中，引力使得弥漫天体物质产生收缩效应，弥漫物质的收缩使得质量集中起来又使得引力更为集中、更为强大，如此不断地正反馈，最后终于形成了大质量的恒星天体。在工程中，例如桥梁建设、机器设计中，设计人员会特别注意共振这样的现象，以避免由于正反馈造成工程、机械的破坏。在无线电装置中，人们却有意识地利用电信号的正反馈作用来产生振荡。在原子弹的引爆装置中，要利用裂变链式反应这种正反馈过程。植物保护中，为了消灭有害的昆虫，往往用大量繁殖其天敌来灭虫，这也要用到正反馈过程。“亡斧者”这则寓言故事，说的是在不正确的心理推动下形成了正反馈，使得自己把起初的一种推测误作真是如此，以致陷入偏见而难以自拔。科学技术是推动历史前进的火车头，说的是科学技术对于解放生产力、发展生产力具有巨大的正反馈作用。社会生活中的“马太效应”，实际上也就是社会生活中的一种“锦上添花”的正反馈效应。在生产组织的管理运动中，我们也可以见到大量的正反馈现象，及时总结企业中的好的经验，并加以推广，这就是利用正反馈，推动企业系统的向前发展。企业经济效益与职工收入挂钩，经济效益好，职工收入提高，又进一步剌激职工的生产积极性，推动企业经济效益的进一步的提高，这也是正反馈的作用。
“锦上添花果真广，雪中送炭本然孤”，这里道出了正反馈有两种不同的情形，一种是使得得到放大的进一步得到放大，一种是被抑制的进一步被抑制，正如生物控制论的研究所表明的，的确存在这样的两种不同趋势的正反馈。第一种是控制者与控制对象相互促进，例如，来自胎儿方面的刺激使子宫不断增长，而子宫也刺激胎儿的生长，两者互相促进。第二种是控制者与控制对象互相阻抑，例如睡眠抑制和感官、交感神经系统活动机制，中枢神经系统疲劳引起睡眠抑制，使感官、交感神经系统活动减少，由于感官和交感神经系统活动减少更加深了睡眠抑制，这就是一种相互抑制的正反馈关系。它们都可以推动系统偏离正常状态，是正反馈的不同表现形式。
五、信息反馈保证系统稳定性和发展性的统一
正反馈和负反馈都是客观存在的，它们都对于系统具有重要的控制、调节作用。一般来说，负反馈能够保持系统的稳定性，使得系统表现出合目的行为，而正反馈能够推动系统失稳，推动系统的演化发展。正反馈和负反馈是互相区别、互相对立的，但是值得注意的是，这样的相互区别、相互对立也是相对的，它们之间实际上又是相互制约、互相转化的。信息反馈的辩证法，体现了系统稳定性和发展性统一的辩证法。
正负反馈是相辅相成地起作用的。如果系统中仅仅存在负反馈，系统只是一味地稳定、稳定、再稳定，那么，系统的发展演化就是不可思议的。相反的情形，假如系统中仅仅具有正反馈机制，除了正反馈还是正反馈，那么系统的稳定存在也就是不可思议的，实际上连系统的存在也是不可思议的。以生命系统来说，两种反馈的存在，不仅仅是得以保证生命系统的稳定，而且保证了生命系统的积极活动。对于生命体来说，正负反馈控制都是必要的，茹科夫指出了两种反馈对于生物活动的重要意义：“因为反馈不仅保证有机体内部的原状稳定，而且也保证它的积极行为（但是前者服从后者），所以对它的生物意义怎么估计也不会过高的。不善于使用正反馈的有机体，在很大程度上易受随机环境偶然现象的有害影响。”(11)
正负反馈的作用是可以相互转化的，仍然以生命系统为例。生物体内存在许多正负反馈混合的调节系统，例如，甲状腺激素控制调节系统就是这样的系统，其中由下丘脑产生TRF，通过作用于脑垂体前叶，就使得TSH增加，并通过血液作用于甲状腺，刺激了甲状腺分泌，而当血液中甲状腺浓度增加以后，反过来会抑制TRF和TSH的产生，从而维持了人体中甲状腺素的正常浓度。这里就清楚地表现出来正负反馈的相互转化。
由于正负反馈相辅相成、相互转化，所以不能仅仅强调一个方面忽略了另一个方面。否则就难以理解生命系统何以能够积极地去适应环境，并通过与环境的交换而改变环境。而且，这种正负反馈的相辅相成、相互转化，形成了系统的自发调节机制，使得系统具有整体的、有机的、多层次的联系之网，构成了系统的存在和演化相统一的辩证法。
这种辩证法首先体现为系统的发展的稳定性与发展性的统一。我们在系统的稳定性原理中已经讨论过这种统一性的表现。负反馈是系统具有稳定性的因素，使得系统的运动趋于稳定的状态，保持在原有的质的规定性范围之内，变化在量变的范围内发生。而正反馈则促使系统的运动偏离已有的状态，使得系统的运动趋于失稳，使得系统的变化趋于突破已有量的规定性，发生质变，进入新的稳定状态。正如量变和质变具有统一性一样，系统稳定性和发展性也具有统一性，现实世界的系统都是在稳定基础上得以发展的，通过发展又获得新的稳定性的。
其次还表现了合目的性和创造性的统一。负反馈使得系统具有保持趋向既有目标的能力，使得系统运动表现出合目的性。而正反馈促使系统突破已有的存在方式、存在框架，使得系统运动表现出新颖性、创造性。由于正负反馈的相互联系、相辅相成、相互转化，从而就决定了系统的运动表现出合目的性和创造性的辩证统一。
再次，这里也是必然性和偶然性的统一。负反馈抵消着系统中的随机的、偶然的因素，抵抗着环境对于系统的随机的、偶然的干扰，使系统的趋于稳定的、合目的运动，在随机性、偶然性中表现出系统运动的必然性。而正反馈则可以把系统中的随机的、偶然的因素加以放大，也可以对环境的随机的、偶然的干扰作出积极的响应，从而把随机性、偶然性的作用突出出来，使得系统的运动表现出随机性、偶然性。随机性和必然性的辩证法，就在正反馈和负反馈的辩证法中表现出来。
第四，这里还体现了原因和结果的统一。从因果联系的角度看，反馈就其本意而言，实质上就是把结果重新作为原因，并影响进一步的结果。在一定的意义上，可以认为，正反馈以使得原因得以加强的方式影响新的结果，而负反馈却以使得原因减弱的方式影响新的结果。这里没有线性的因果链，而是原因和结果的双向作用，原因可以转化为结果，结果又可转化为原因，使得原因和结果的辩证关系得到活的体现。
总之，信息反馈对于系统有机体的稳定存在和积极活动具有重要意义，通过信息反馈机制的调控作用，使得系统的稳定性得以加强，或被推向远离稳定性、向新的稳定性发展。据此，我们把揭示信息反馈调控影响系统稳定性和发展的内在机制概括为一条系统科学的基本规律即信息反馈律。
注释：
①庞元正、李建化编：《系统论、控制论、信息论经典文献选编》，求实出版社，1989年，第525页。
②维纳：《控制论》，郝季仁译，科学出版社，1963年第2版，第133页。
③维纳：《人有人的用处》，陈步译，商务印书馆，1989年，第9、12页。
④王雨田主编：《控制论，信息论，系统科学与哲学》，中国人民大学出版社，1988年第2版，第336-341页。
⑤郝宁湘：《对信息本质的分析和认识》，《青海社会科学》，1989年第5期，第117-120页。
⑥⑦庞元正、李建化编：《系统论、控制论、信息论经典文献选编》，求实出版社，1989年，第284、289页。
⑧⑨⑩冯·贝塔朗菲：《一般系统论》，林康义、魏宏森等译，清华大学出版社，1987年，第15、151、153-154页。
(11)茹科夫：《控制论的哲学原理》，徐世京译，上海译文出版社，1981年，第100页。
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