第2章信息的存在

信号与语境

我们需要学会摆脱一种幻想，即信息包含在书籍，硬盘驱动器，电缆，无线电波以及我们用来从中“提取”信息的其他对象中。如果我们最终接受“信息”概念的改革是不可接受的，那么我们仅需承认，例如，通过读书，我们可以获得信息，但是在我们必须用于此的主题中，事实并非如此。该主题必须存在（没有它就无法阅读），但是物理对象不能包含信息。

让我们仔细看看看书时会发生什么。当然，这有一定的物理过程，而且阅读书中的某些阶段可以用物理术语最方便地描述。特别是，如果我们用眼睛看一本纸质书，它应该作为实物存在，并应提供一定程度的照明。 “眼睛”的光学系统也必须处于正常状态，并且必须可操作。使用其他阅读方法（Braille，声音程序）并不会改变很多情况，在这种情况下，谈论某些必不可少的物质成分也是有意义的。

在内容以某种方式交付之后，人们可以尝试用物理的方式谈论读者大脑中发生的事情，但这是没有希望的。当然，正在发生某些事情。毫无疑问，这是一个实质性的组成部分，但是我们没有任何方法可以将其翻译成实质性的用语，例如，一个简单而明显的情况，例如“我对剧情的意外转变感到惊讶”。不能排除我们永远不会有这样的方法。仅仅是因为在不同的头脑中，可以以不同的方式来实现使情节意外转变的惊奇机制。

与实质性过程不同，信息过程的特殊性在于，可以以根本不同的方式“在物质上”实施相同的信息过程，但同时又保留其本身。例如，两个数字的总和可以使用电子计算器，木制计分，计数棒，纸和笔甚至在头脑中找到。动作的含义和结果将保持不变。可以通过邮件或电子邮件以纸质形式获得这本书。当然，实现方法会影响许多细微差别，但是发生的事情的本质和含义保持不变。任何试图将信息过程“扎根”到物质成分中的尝试（“惊讶不过是多巴胺的内部分泌”，“愉悦不过是内啡肽的内部分泌”）类似于我们是否说要增加两个数字无非就是沿着铁轨移动木节。物质现实是全部，因此，任何信息处理都必须具有物质方面，但是没有发生任何事情可以也不应减少为现实，否则数字的增加将必须成为木制帐户的专有垄断。在考虑正在发生的信息方面时，我们必须能够从物质方面进行抽象，同时自然地理解它的确存在，但是具体对我们而言并不重要。

我们继续考虑读书的过程，从发生的物质实现的细节中抽象出来。为了使读者成功阅读传递给他的接收者的文本，必须满足许多条件。首先，他必须知道所用的语言。其次，他必须能够阅读。第三，他必须理解为什么现在对他来说，这种特殊的职业比其他职业更可取。容易注意到，在列出的所有条件下，我们所说的是读者有信息，因为“知识”，“技能”和“理解”都是“信息”概念的同义词。因此，要阅读本书，我们为成功完成该过程提供了两套条件：以某种方式提供已交付的文本以及读者的初步准备。文本传递条件表示为信号要求。读者准备的条件表示为上下文的要求。

重要的是，在我们可以识别为获取信息的任何过程中，都会观察到这两组相同的条件。即使您认为这是一个简单的事情，例如无线电遥控汽车，他也只能在以下情况下接收命令：首先，一切与无线电信号的传送相符（天线未损坏，汽车未从遥控器滑落太远），其次，该装置小车的控制“理解”了遥控器发送的命令。事实证明，即使一切似乎都发生在安全确定的硬件中，但确保接收机成功从发射机接收数据的关键组件却变成了接收机的设计者从发射机的设计者那里接收到的知识。正是这些知识确保了接收器成为一个物质对象，其中原子不是随机地而是以一种非常特殊的特殊方式放置的。到达天线的无线电波绝不是进入接收机的所有信息。汽车控制单元的开发人员可能还会收到开发远程控制的同事的电子邮件。

信号和上下文这两个部分，我们都可以在实质方面和信息方面进行考虑。但是，如果有时可以从信号的信息方面进行抽象（尤其是当通道宽度明显过大时），那么就不可能从上下文的信息方面进行抽象，而上下文本身具有解释信号的能力。 上下文是有关如何解释信号的信息 ，因此我们有义务将其视为无形的实体。

似乎在将神秘的非物质性转移到这个神秘的“语境”中有一些骗局。但是很容易看出，感知到的信息和构成上下文的信息是不同的信息。这本书的情节和写作语言的知识是不同的知识。如果构造的结果递归性（对于存在二阶上下文，则需要三阶上下文，以此类推，直到无穷深）引起了某种关注，那么请马上往前看一点，我注意到这不是信号上下文构造中的缺陷，但是，很可能，它最有价值的属性。我们将在第五章中回到这个主题，以通过信号上下文构造的递归性证明一个非常有用的定理。

为了解决我们的形而上学问题，将信息视为在信号和上下文的组合中发生的事情的最大好处是，这种设计是通过我们所缺乏的世界之间的桥梁获得的。如果在特定情况下我们设法从信号的信息方面中抽象出来（这通常并不难），那么我们就有机会讨论物质对象在信息过程中的参与。如果同时我们也能够整体考虑上下文的双重性质（在我们的信息技术时代这是很平常的事情），那么对于具体情况，我们就可以在物质世界和信息世界之间架起一座成熟的桥梁。应当立即指出，桥的存在仍然没有赋予我们重新编辑信息的权利。如果将信号视为实物，则可以将其重新分类（将文件写在USB闪存驱动器上，即放在口袋中的USB闪存驱动器上），但是无法重新解释上下文（即解释信号的能力）。

当我们考虑数据传输情况时（从信息论的角度来看这是经典的），我们有一个将信息“输入”到信号中的发送器和一个从信号中“提取”信息的接收器。人们一直在幻想信息是信号中存在的东西。但是，您需要了解，对特殊准备的信号的解释远非获取信息的唯一方案。注意周围发生的事情，我们得到了很多人没有发送给我们的信息。椅子不会向我们发送柔软的信息，桌子不会向我们发送坚硬的信息，书页上的黑色涂料不会向我们发送关于缺少光子的信息，关闭的收音机不会向我们发送信息，这是安静的。我们可以理解周围的物质现象，并且它们对我们来说是信息，因为我们事先拥有一个可以让我们解释正在发生的事情的环境。晚上醒来，睁开眼睛，什么也没看见，我们提取尚未黎明的信息，不是从存在的物理现象中提取信息，而是从其不存在中提取信息。缺少预期信号也是一个信号，也可以解释。但是缺乏上下文不能是任何特殊的“零”上下文。如果没有上下文，那么无论信号到达多少，都不会出现任何信息。

我们都非常清楚什么是信息（生活在信息太空服中的生物不可能有不同的方式），但是我们习惯于仅将信息视为信息的一部分，在此将其称为“信号”。上下文-对于我们来说，这是理所当然的事情，因此我们习惯性地将其放在括号之外。拿掉上下文，我们被迫将所有“信息”专门放在信号中，因此要认真地重新评估它。

摆脱“信息”的改革并不复杂。您只需要及时学习就可以记住，除了信号之外，始终还有上下文。信号只是一种只有在正确的上下文中才有意义（价值，有用性，重要性以及是信息内容）的原材料。而上下文是必须用无形的语言来谈论的东西（否则，这种谈论绝对是没有意义的）。

让我们简要回顾一下“信息属性”主题，并评估这些属性如何适合两部分的“信号上下文”设计。

新颖性。 如果信号接收未向现有上下文的信息方面添加任何内容，则不会发生信号解释事件。
信誉。 上下文对信号的解释不应给出虚假信息（“真相”和“虚假”-适用于信息的概念，但不适用于实体）。
客观性。 与可靠性相同，但重点是信号可能是不同上下文的结果。如果试图获取信息的上下文和中间上下文没有相互理解（主要是为了追求的目的），那么信息的可靠性就不会。
完整性。 信号是客观，可靠的，但对于上下文来说，获得完整的信息还不够。
价值（有用性，重要性）。有信号，但是没有合适的上下文。所有单词都是可以理解的，但含义不明确。
有空信号特征。如果无法获得信号，那么即使存在最合适的上下文也不会帮助信息的出现。例如，任何人都可以很容易地想出关于明天的足球比赛将如何结束的准确数据。但是，不幸的是，对于许多人来说，该信号仅在比赛结束后才会出现，即当其有用性和意义远非相同时。

在我看来，上面列出的特性不仅仅让人联想到这些特性，而且还让人联想到可能的故障列表。属性-它仍然应该描述我们对所讨论主题的期望以及不能指望的东西。让我们尝试从“信号+上下文”构造中推断出至少一些明显的后果，实际上，这些后果将不是特定信息的属性，而是一般信息的属性：

信息的主观性。 信号可能是客观的，但上下文始终是主观的。因此，信息本质上只能是主观的。只有在有可能确保不同实体之间上下文统一的情况下，人们才能谈论信息的客观性。
信号的信息取之不尽。 属于不同上下文的同一信号会提供不同的信息。这就是为什么有可能不时地重新阅读自己喜欢的书，以获得新的东西。
信息保存法不存在。 它根本不存在。当我们操作的物体严格遵守保护法并且不倾向于从无处出现时，我们更喜欢它，甚至更是如此，它们没有消失于无处的习惯。不幸的是，信息不适用于此类主题。我们可以依靠这样一个事实，即只有信号可以遵守守恒定律，但是没有信息，也不能存在于信号内部。您只需要习惯于在正常模式下信息无处可去，无处可去的想法。我们至少要保持某种状态的唯一方法是照顾信号的完整性（原则上这不是问题），上下文（由于易失性而更加复杂）和情况在信号进入上下文时的可重复性。
在发生信息的上下文中，信息始终是主题的完整且不可分割的属性。 一本书（实物）可能是其他人的财产，但通过阅读产生的思想始终是读者不可分割的财产。但是，如果将他人灵魂的私有所有权合法化，那么信息的私有所有权就可以合法化。但是，以上规定并不取消作者被视为作者的权利。特别是如果这是真的。
无法为信号分配仅适用于信息的特征。 例如，特征“真相”可以仅应用于信息，即，应用于信号与上下文的组合。信号本身不能为真或为假。相同的信号与不同的上下文结合可以在一种情况下提供真实信息，而在另一种情况下提供错误信息。对于“书籍”宗教的信奉者，我有两个消息：一个是好事，另一个是坏事。好：他们的圣书不是谎言。不好：它们本身也不包含真理。

要回答“信息在哪里存在？”这一问题。在不使用两部分信号上下文设计的情况下，必须使用以下流行的方法：

信息可能存在于物质对象中 。 “ 例如，在书籍中。为了使这种方法具有逻辑上的完整性，人们不可避免地不得不承认“信息棒”的存在，“信息棒”是除了纸纤维和油漆之外还存在于书本中的一种微妙物质。但是我们知道书是如何制作的。我们肯定知道没有魔法物质倒入其中。我们用来获取信息的物体中存在微妙的物质与我们的日常经验相矛盾。信号语境下的结构可以完美地消除微妙的物质，但同时又对“为什么我需要一本书才能读书”这个问题给出了详尽的回答。
“世界被信息领域渗透到微妙的结构中，我们所知道的一切都被记录下来 。 ” 一个美丽而富有诗意的想法，但如果是这样，则不清楚为什么需要一定数量的《哈姆雷特》来阅读《哈姆雷特》。它像调谐到特定哈姆雷特波的天线一样工作吗？我们知道哈姆雷特卷的制作方法。我们可以肯定地知道，没有调谐到接收超自然磁场的检测器电路没有嵌入其中。信号上下文构造不需要关于平行无形世界的存在的任何假设。她完全不需要这些额外的实体。
“信息只能存在于我们的头脑中 。 ” 一个非常流行的想法。改革的最阴险和顽强的版本。它的阴险之处主要是由于科学尚未对我们头脑中正在发生的事情形成任何和谐的理解，并且在这个未知的黑暗中，隐藏任何胡说八道是很方便的。 , , , , . , , , , . , , , ? - : ( ) ( ), .

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0000000000000000000000000000000000000000 。 “情妇的梦想”风格的完美秩序。但是这里没有信息，就像空白纸或新格式化的硬盘驱动器中没有信息一样。
1111111111111111111111111111111111111111 。其实是一样的。
0101010101010101010101010101010101010101 。已经更有趣了。订单保持完美，信息仍然不完整。
0100101100001110011100010011100111001011 。我不太懒惰扔硬币。 0-鹰，1-尾巴。我试图诚实地抛出，因此，我们可以假定它原来是一团糟。这里有什么信息吗？如果是这样，那又如何呢？答案是“关于一切”，但是如果是这样，那么如何以可用形式提取它呢？
1001100111111101000110000000111001101111 。类似于硬币，但只能通过伪随机数生成器。
0100111101110010011001000110010101110010 。它看起来也像是随机的废话，但不是她。下面我会说这是什么。

如果删除文本注释并弄丢抛硬币的结果，则前三个选项将立即消失。第五也是怀疑的，因为单位多于零。这是一个误解。诚实的抛硬币，所有这些选择的损失都有2 ^-40的相同概率。如果我继续不休息地扔硬币以希望再现所提出的六个选项中的至少一个，那么我们可以预期，如果我很幸运，我将在大约十万年中成功。但是，这些选项中的哪一个将首先被复制是无法预测的，因为它们都是同等可能的。

顺便说一句，第六段在八位ACSII代码中显示单词“ Order”（即“订单”）。

事实证明，信息既不是完美的顺序也不是完美的混乱。还是有吗？想象一下，理想的零和一的随机序列（第4个）是不是由我而是由敌军加密中心的一名员工投掷硬币而获得的，现在被用作加密消息的一部分秘密。在这种情况下，这些零和一会立即不再是毫无意义的数字垃圾，而会立即成为解码器准备出售其灵魂的超重要信息。难怪：信号出现在上下文中，因此变得非常有用。

我不想说信息熵理论是完全错误的。在许多高度专业的应用程序中，它都能提供足够的结果。您只需要清楚地了解其适用范围即可。可以假设限制之一应该是要求接收到的信号不导致上下文的形成。特别是，大多数通信方式都符合该标准。确实，可以说将信号与噪声隔离是一种与熵的斗争。

测量信息还有另一个方面您不应忘记。任何单个测量的结果都是一个数字。在我们的例子中，这些是位，字节，千兆字节。收到号码后，我们通常希望我们可以继续按照常规方式对其进行操作。按“更多/更少”进行比较，相加，相乘。考虑将“加”运算应用于信息量的两个示例：

有两个闪存驱动器。第一个是64 GB，第二个是32 GB。总共，我们有机会在它们上记录96 GB。一切都是这样，一切都是诚实正确的。
有两个文件。第一个是12 MB，第二个是7 MB。我们有多少信息？手伸到折叠起来并获得19 MB。但是，我们不要着急。首先，将这些文件提供给存档器。第一个文件压缩为4 MB，第二个文件压缩为3 MB。我们现在可以将数字相加并获得可用数据的真实总数吗？我建议不要着急并用目光看一下源文件的内容。我们看到，第二个文件的所有内容都在第一个文件中。事实证明，第二个文件的大小通常不适合添加第一个文件的大小。如果第一个文件不同，则添加是有意义的，但是在这种特殊情况下，第二个文件不会对第一个文件添加任何内容。

从信息量的角度来看，令人费解的情况非常有趣-程序，其功能之一就是发布自己的源代码。除了此功能之外，这样的程序可能还包含其他内容：一些有用的算法，文本，图像等。事实证明，程序内部存在“其他”，除此之外，它本身也存在，内部本身再次包含了全部自身以及相同的“其他”。这可以用以下公式表示：A = A + B，其中B不等于零。对于添加量，不存在这种相等性。

因此，利用信息量获得了非常奇怪的情况。我们可以说信息量是有条件的加法数量。也就是说，在某些情况下，我们有权添加可用数字，而在某些情况下-则不是。当涉及到数据传输通道的容量时（特别是闪存驱动器可以被视为过去到将来的数据传输通道），那么加法是正确的，并且当“称量”特定信号时，我们得到一个值，该值的加法确定为其他类似值外部因素，我们甚至可能不知道这些因素的存在。例如，我们可以谈论人类基因组的信息容量（DNA可以被视为一种数据传输介质，据我所知，有研究小组正在尝试构建基于DNA的驱动器），大约为6.2 Gbps，但是对于“多少？这些信息是专门写在我的基因组中的吗？” 将毫无意义。可以争论的最大值是，无论采用哪种计算方法，结果都不能超过6.2 Gbps。或者，如果现实突然变得如此，那么不仅需要考虑核苷酸碱基的序列，还可以考虑。如果我们谈论一个活细胞中包含的信息总量，那么，显然，至少由于该细胞本身是活生物而不是不是用于传输数据的介质这一事实，根本无法获得该问题的答案。

在“信息度量”主题的末尾，我想介绍“信息类别”的概念，它使我们能够评估信息的数量，如果不是定量的，则至少是定性的：

最终的信息量是一种情况，其中上下文所需的信号可以通过有限长度的离散序列进行编码。在这种情况下，比特信息测量是适用的。范例：
- 哈姆雷特的案文。
- 所有归人类所有的文字都归我们所有。
- 基因组中的信息。
现在，可用的信息技术可以提供最终的信息。
当编码信号需要无限长的离散序列，并且对有限长的任何限制（“有损压缩”）不可接受时， 无限信息是一种情况。示例：关于球位置的数据，必须在理想的台球建模过程中存储这些数据，以便以后在相反方向启动过程时，将形成初始位置。在这种情况下，滚珠的速度和位置必须具有无限的精度（无数的小数位数），因为由于存在强烈的非线性，任何符号的误差都倾向于积累并导致定性不同的结果。在非线性微分方程的数值解中也会出现类似情况。

尽管看似具有超越性，但没有根本的原因可以证明，随着技术的发展，我们还没有找到可以无限地提供信息的方法。
不溶信息内容是由于物理或逻辑性质的基本限制而无法以任何方式获得所需数据的情况。范例：
- 不可能找到昨天离我们十光年远的一颗恒星发生了什么。
- 不可能绝对准确地同时知道粒子的动量和位置（量子不确定性）。
- 处于决策状态时，受试者无法事先知道他将做出哪些可用选择。否则（如果他知道决定），则他不处于决策状态。
- 不能以任何方式获得对宇宙的完整确定性描述。物理和逻辑上的基本限制的整个复杂结构都可以立即与此相抵触。另外，还将与理发师悖论相关的效果添加到它们中。
关于物理局限性，如果仍然有一些希望澄清现实情况，使我们能够将一些看似无法解决的信息转化为有限的或至少无限的，那么在任何技术发展下都无法克服逻辑上的限制。

物理学中的“信息”

历史上，话题“信息”和话题“熵”之间的联系源于对麦克斯韦恶魔的讨论。麦克斯韦恶魔是一个奇妙的生物，它坐在墙壁的门附近，用气体将房间的两个部分隔开。当快分子向左飞时，它将打开门，而慢分子则向关门。如果快的飞机向右飞，它会关闭车门，但如果慢的飞机，它会打开。结果，慢分子在左边积聚，快分子在右边积聚。封闭系统的熵在增长，在由恶魔产生的温差下，我们可以高兴地启动第二种永动机。

永动机是不可能的，因此，为了使这种情况符合能量守恒定律，同时又根据非递减熵定律，我们必须推理如下：

当守护程序运行时，气体的熵减小。
但同时，由于分子与恶魔相互作用，因此气体不是孤立的系统。
作为一个隔离的系统，有必要考虑“气体+恶魔”系统。
孤立的系统的熵不能减小，因此恶魔的熵加熵不会减小。
由此可见，恶魔的熵正在增长。

到目前为止，一切都是合乎逻辑的。但是“恶魔熵增长”是什么意思？恶魔接收到有关分子的信息（我们正在使用传统术语）。如果信息是负熵，那么恶魔的熵应该减少而不是增加。假设恶魔进行了简单的脑力劳动，并且通过门机制将信息传输到飞行的分子（或者作为选择，不传输）。负熵返回到分子，从而减小了气体的熵。但是为什么恶魔熵增加呢？为什么我们只考虑来自恶魔的信息流，却不考虑传入的信息流呢？如果恶魔没有立即忘记他从到达的分子中收到什么信号，并且会记住它们，将会发生什么？在这种情况下，可以说恶魔的熵没有增加吗？

诺伯特·维纳（Norbert Wiener）研究了麦克斯韦恶魔（“ Cybernetics”）时说，永动机不能装配在这个东西上，因为该恶魔的熵增加或早或晚都会达到临界极限，并且该恶魔会恶化。从原则上讲，这是合乎逻辑的，但是恶魔的腐败不可能用他将本来的智慧分配给分子，而他本人会变得愚蠢的事实来解释。从信息的角度来看，恶魔的工作非常简单且乏味。人们不能说任何“精神力量的浪费”。同样，我们并不是说，例如，通过存档程序传递的每个文件都会增加存档程序的熵，从而逐渐降低其压缩数据的能力。最有可能的是，永动机不能在麦克斯韦的魔鬼上发生是不能用信息和技术上的考虑来解释的，而应该用这样的事实来解释，即操纵分子获得的能量不能超过查明接近的分子参数的能量成本加上操纵门的成本。

考虑热力学和信息熵的公式通常是相似的。热力学熵（与上面的公式（1）比较）：

其中p _i是第_i个状态的概率，而k _B是玻尔兹曼常数。但是这个公式不可避免地与这样的事实联系在一起，即有一个对象对州进行了分类，并为他分配了有限数量的兴趣组。如果您尝试摆脱感兴趣的主题，则发现以以下方式编写表达式的可能性很高：

在这种情况下，总概率为1（系统必须处于某些状态）：

无限可能的状态比有限的状态更接近生命的真相。容易表明，如果在所考虑的系统中概率_x等于0的状态x的百分比不会趋于零，则积分熵趋于无穷大。根据公式（2）：

因此，如果假设这里的积分运算是正确的（为此，至少一个物理量具有连续性就足够了），那么“信息”能力实际上是任意的（即，退化情况除外））的材料系统是无限的。这破坏了将信息熵等同于热力学的任何感觉。公式的相似性可以归因于这样一个事实：在我们的世界中，相似的公式表达了许多根本不同的事物。还有其他一些论点支持热力学和信息熵的对应关系，但是据我所知，它们要么未经实验验证，要么（例如，例如Landauer原理）本身是由熵相等的假设得出的。

说到“信息”与物理学的联系，人们不得不提及“量子信息”的概念。量子力学定律是如此，在某些情况下，描述正在发生的事情，使用信息项确实是有意义的。例如，根据海森堡不确定性原理，我们可以确切地知道粒子的动量或其位置。由此产生一种幻觉，即通过测量，我们最多只能获得一定的最大信息量。由此，它自动得出结论，即信息可以存在于粒子内部，并且其体积受到严格限制。对于使用这种信息概念的生产力或适得其反，我无话可说，但人们强烈怀疑，要在纯物理概念的“量子信息”和我们在宏观层面上操作的信息（例如“哈姆雷特”）之间架起一座桥梁并不容易。困难，但并非不可能。

为了传递宏信息，我们不仅使用物理对象和现象，还使用它们的缺失。书中的文字不仅用油漆物质编码，还用未油漆的间隙编码（不可能从均匀着色的纸张上读取任何内容）。当很重要的信号不是通过能量冲击而是通过信号缺失而发送时，您还可以轻松地想到许多情况。我仍然准备想象粒子内部存在某种神秘的物质，即信息，但想象不到粒子内部也包含信息-这完全是出于反感。

在关于我们的世界如何运转的知识的当前发展水平上，在我看来，“量子信息”的概念应与参照夸克使用的“颜色”的概念大致相同。也就是说，是的，“量子信息”可以而且应该被认为是有价值的概念，但是应该清楚地理解，它只能与我们在所有其他情况下谈论的“信息”间接相关。也许可以通过考虑以下事实来解决冲突：物理学可以相当有效地研究传输信号的物质基础（特别是给出有关数据传输通道的最大可能容量的答案），但是信号的存在虽然是必要的，但不是我们拥有的充分条件说信息存在于有关物体中的权利。

我们需要清楚地了解信息的物理基础（火药理论的某种类似形式，但仅适用于热，而不适用于信息），这不是因为我们还不知道一切，而是因为原则上不存在。自然科学方法的最基本要求之一是从研究的现象中驱除拥有自由意志的活跃对象，这是最清楚，始终如一地精确地应用于物理学的方法之一。当然，主题（所谓的“内隐观察者”）应该紧跟所讨论的现象，但是他无权干预任何事情。所研究现象的机械性质，即完全缺乏有目的的活动，是使物理学成为物理学的原因。 , , . , , , , , « » . , , , , «» , , .

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本章小结

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信息哲学，第2章。信息的存在

第2章信息的存在

信号与语境

物理学中的“信息”

本章小结

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