（文章來源：量子認(rèn)知）

在計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息論中，數(shù)據(jù)壓縮算法是按照特定的編碼機(jī)制將未經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)比特（或者其它信息相關(guān)的單位）較為緊湊地表示信息的方法。常見的例子如ZIP文件格式，ZIP文件格式是一種數(shù)據(jù)壓縮和文檔儲存的文件格式，以便于在網(wǎng)絡(luò)上傳播和分發(fā)文件。這種格式不僅僅提供壓縮功能占有較少信息空間，還可作為歸檔工具（Archiver），將許多文件存儲到同一個(gè)文件中。現(xiàn)在我們許多人的電腦里就有這種格式及其壓縮算法。

數(shù)據(jù)壓縮能夠?qū)崿F(xiàn)是因?yàn)槎鄶?shù)現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)都有統(tǒng)計(jì)冗余。有的數(shù)據(jù)比起其它數(shù)據(jù)更加常用，有的數(shù)據(jù)的使用可能性非常小。數(shù)據(jù)壓縮算法通常利用統(tǒng)計(jì)冗余，這樣就能更加簡練地、但仍然是完整地表示發(fā)送方的數(shù)據(jù)。

熵是物理學(xué)和生物學(xué)中一個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)，是一種測量在動力學(xué)方面不能做功的能量總數(shù)，也就是當(dāng)總體的熵增加，其做功能力也下降，熵的量度是能量退化的指標(biāo)。熵亦被用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)中的失序現(xiàn)象，也就是計(jì)算該系統(tǒng)混亂的程度。熵是一個(gè)描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)，在科技中經(jīng)常用熵的參考值和變化量進(jìn)行分析比較，它在控制論、概率論、數(shù)論、天體物理、生命科學(xué)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，在不同的學(xué)科中也有引申出的更為具體的定義，是各領(lǐng)域十分重要的參量。

熵是衡量系統(tǒng)的分子無序性或隨機(jī)性的一種指標(biāo)，對于理解系統(tǒng)的物理組成至關(guān)重要。在復(fù)雜的物理系統(tǒng)中，內(nèi)部元素的相互作用是不可避免的，這使得熵的計(jì)算成為一項(xiàng)計(jì)算量大且通常難以解決。

有人可能會感到奇怪，上面提到的數(shù)據(jù)壓縮算法和熵這兩個(gè)不同概念，兩者看起來毫不相干，怎么就連到了一起來了呢？現(xiàn)在，以色列特拉維夫大學(xué)（Tel Aviv University）的一項(xiàng)最新研究成果提出了一種非常簡單而有效的熵計(jì)算方法，這種方法很可能就存在于你的電腦里的數(shù)據(jù)壓縮算法，就可以簡單而又方便地計(jì)算熵。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在最近一期的《物理評論快報(bào)》上。

特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這種使用標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法，利用我們在計(jì)算機(jī)上都擁有的zip軟件來計(jì)算熵。通過使用超級計(jì)算機(jī)來模擬患者處于患病狀態(tài)的蛋白質(zhì)的折疊與差錯(cuò)折疊。他們的研究表明，使用標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法，就可以計(jì)算出蛋白質(zhì)的熵值來提供有關(guān)這些蛋白質(zhì)物理性質(zhì)的新見解幫助診斷。

這種計(jì)算熵的新方法利用計(jì)算機(jī)仿真的強(qiáng)大功能，可以滿足解決科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域緊急而又及時(shí)的迫切需求。研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)研究具有無限的應(yīng)用，從生物醫(yī)學(xué)模擬到在物理、化學(xué)或材料科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行的基礎(chǔ)研究，這種新算法在任何計(jì)算機(jī)上都將易于使用。

研究人員說：一個(gè)高中生就可以使用我們的概念方法來計(jì)算一個(gè)復(fù)雜的物理系統(tǒng)的XY模型的熵。熵過去被認(rèn)為是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題，但是學(xué)生在很少的指導(dǎo)下即可以完成。這證明了幾乎任何人都可以輕松地使用這種方法來解決非常有趣的問題。

研究人員是在和學(xué)生們從信息論的角度討論熵時(shí)，產(chǎn)生了這種計(jì)算方法的構(gòu)想。他們想知道這個(gè)想法在實(shí)踐中而不是理論上是否行得通。他們用可以比較的熵值模擬了一些標(biāo)準(zhǔn)物理系統(tǒng)。很快，他們發(fā)現(xiàn)壓縮后的模擬數(shù)據(jù)文件大小會按預(yù)期的熵增加和減少。不久之后，他們意識到可以將壓縮文件的大小轉(zhuǎn)換為可用的值——物理熵。令人驚訝的是，他們進(jìn)行了簡單的轉(zhuǎn)換即對所有研究的系統(tǒng)都有效。

研究人員目前正在將其方法與概念應(yīng)用擴(kuò)展到各種各樣的系統(tǒng)中。研究人員總結(jié)道：“自從我們開始工作并談?wù)撐覀兊墓ぷ饕詠?，許多來自不同領(lǐng)域的研究人員都與我們接觸，要求我們幫助他們根據(jù)他們的數(shù)據(jù)計(jì)算熵。” “目前，我們專注于蛋白質(zhì)折疊的模擬，這是一個(gè)及時(shí)而緊迫的話題，可以從我們的發(fā)現(xiàn)中受益匪淺?！?br /> （責(zé)任編輯：fqj）