系统论、控制论、信息论，简称三论概念

1.8.9 系统论

系统论、控制论、信息论，简称“三论”。三论是标志着人类现代文明历史进程中光辉里程碑。高新科技的发展和创新都要求“三论”作理论基础进行指导，例如在航空航天、宇宙天体、原子核能源、军事兵器等，促使科研中庞大复杂的系统工程的目标实现，都离不开“三论”的指导。我国著名科学家钱学森是创立所谓“中国三论”的学术带头人。

系统论的概念、特点：

（1）概念：系统论是研究系统的一般模式，结构和规律的学问。它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量的描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理，原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门科学。

（2）类型：系统论是多种多样的，可根据不同的原则和情况来划分系统的类型，按人类干预的情况可划分为自然系统和人工系统，按科学领域可分为自然系统、社会系统、思维系统（城市生态管理学涉及系统论的人工系统知识。）

（3）特点：系统论认为整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同基本特征，这些既是系统所具有的基本思想观点，也是系统方法的基本原则，表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论，且具有科学方法的含义。

城市生态管理的基本点就是将系统论的方法论引入到城市管理中，从而建立了城市生态管理的科学体系。

1.8.10 控制论

控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。自从1948年诺伯特·维纳（Norbert Wiener）发表了著名的《控制论关于在动物和机器中控制和通信的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎所有的自然科学和社会科学领域。

维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通信的一般规律的科学，是研究动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创造“cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。

“控制论”一词最初来源希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，就是掌舵的方法和技术的意思。在柏拉图（古希腊哲学家）的著作中，经常用它来表示管理人的艺术。

城市生态管理所涉及控制论，是针对人类社会中生态信息系统运动流量控制调节的一般规律哲学方法（详阅本书第16章节中城市人格建模方法）。

1.8.11 信息论

正如上文所述，城市生态管理所涉及的信息论是针对城市生态系统工程中信息社会的组织行为信息（熵）量宏观调控。但是，时兴信息化所依赖的信息科学又与信息论有所差别。为了滿足城市生态管理专业在职人员自学的需要，因此对信息论的基本知识有必要作较多的介绍。

首先介绍信息科学（Information Science）。信息科学由信息论、控制论、计算机科学、仿生学、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相结合而形成的综合性学科。也就是说信息科学的发展依赖于“三论”基础。

信息论（Information theory）创始人是美国数学家香农（C.E.Shannon1916—2001）。而美国统计学家费希尔（Fisher.I.1867-1947）从古典统计理论角度研究了信息理论，（前）苏联数学家哥尔莫戈洛夫也对信息论作过研究。控制论创始人诺伯特·维纳（Norbert Wiener）建立了维纳滤波理论和信号预测理论，也提出了信息量的统计数学公式，甚至有人认为维纳也是信息论创始人之一。在信息论的发展中，还有许多科学家对它做出了卓越的贡献。

法国物理学家L.布里渊（L.Brillouin）1956年发表《科学与信息论》专著，从热力学和生命等许多方面探讨信息论，把热力学熵与信息熵直接联系起来，使热力学中争论了一个世纪之久的“麦克斯韦尔妖”的佯谬问题得到了满意的解释。

英国神经生理学家阿什比（W.B.Ashby）1964年发表的《系统与信息》等文章，还把信息论推广应用于生物学和神经生理学领域，也成为信息论的重要著作。这些科学家们的研究，以及后来从经济、管理和社会的各个部门对信息论的研究，使信息论远远地超越了通信的范围。

信息论的特点：从信息科学的观点来看信息论，系统辨识就是通过输入输出信息来研究控制系统的行为和内部结构，并用简明的数学模型来加以表示。控制就是根据系统结构和要求对信息加工、变换和利用。

信息量： 信息论中量度信息多少的一个物理量。它从量上反映具有确定概率的事件发生时所传递的信息。用H（x）表示为信息熵，是信源整体的平均不定度。而用I（p）表示为信息，是从信宿角度代表收到信息后消除不定性的程度，也就是获得新知识的量，所以它不只在信源发出的信息熵被信宿收到后才有意义。在排除干扰的理想情况下，信源发出的信号与信宿接收的信号一一对应，H（x）与I（p）二者相等。信息的量度与它所代表的事件的随机性或各处事件发生的概率有关，当发生事件的概率大，事先容易判断，有关此事件的消息排队事件发生的不确定程度小，则包含的信息量就小；反之则大。从这一点出发，信息论利用统计热力学中熵的概念，建立了对信息的量度方法。在统计热力学中，熵，是系统无序状态的量度，即系统的不确定性的量度。信息量所表示的是体系的有序度、组织结构程度、复杂性、特异性或进化发展程度。这是熵（无序度、不定度、混乱度）的矛盾对立面，即负熵。

信息量公式：

H （ x ）＝Σ P （ xi ） h （ xi ）＝-Σ P （ xi ） ·log 2 P （ xi ）其中： h （ xi ）＝- log 2 P（xi） 表示某处状态 xi 的不定性数量或所含的信息量。

若 P （ xi ）＝ 1 ，则 h （ xi ） ＝0 ；若 P （ xi ）＝ 0 ，则 h （ xi ）＝∞；当 ｎ ＝ 2 ，且 P1 ＝ P2 ＝ 1/2 时， H （ x ）＝1比特。因此可见一个等几率的二中择一的事件具有1比特的不定性或信息量。

共同信息（Mutual Information）是另一有用的信息度量，它是指两个事件集合之间的相关性。两个事件 X 和 Y 的共同信息定义为：

I （ X,Y ）＝ H （ X ）＋ H （ Y ）－ H （ X,Y ）其中 H （ X,Y ）是共有熵（Joint Entropy），其定义为： H （ X,Y ）＝-∑ P （ X,Y ） logP （ X,Y ）

关于信息论的熵与热力学熵的关系，布里渊（L.Brillouin）、林启茨（H.Linschitz）和奥根斯坦（L.Augensine）等曾进行过初步讨论，在数学式中的表示方面，比较熵的公式 S ＝ K ln P ，于是又岐义推论有：Ｉ＝- log 2 e·S／Ｋ （注：“ log ”，即底数。）

信息的产生、存在和流通，依赖于物质和能量，没有物质和能量就没有动能作用。信息可以控制和支配物质与能量的流动。

信息论指出信息科学技术对人类文明历史进程的影响作用。迄今为止，人类社会已经发生过四次信息技术革命。

第一次信息技术革命是人类创造了语言和文字，接着现出了文献。语言、文献是当时信息存在的形式，也是信息交流的工具。

第二次革命是造纸和印刷技术的出现。这次革命结束了人们单纯依靠手抄、撰刻文献的时代，使得知识可以大量生产、存贮和流通，进一步扩大了信息交流的范围。

第三次革命是电报、电话、电视及其他通信技术的发明和应用。这次革命是信息传递手段的历史性变革，它结束了人们单纯依靠烽火和驿站传递信息的历史，大大加快了信息传递速度。

第四次革命是电子计算机和现代通信技术在信息工作中的应用。电子计算机和现代通信技术的有效结合，使信息的处理速度、传递速度得到了惊人的提高；人类处理信息利用信息的能力达到了空前的高度。

今天，人类社会已经进入了所谓的信息化社会，随后即将会出现人工智能大数据信息化社会。于是，城市生态管理所涉及信息社会的城市人格（生态文明）哲学构架的“珠网”信息描述。（详阅本书第11章节中城市人格模型解释）。