信息信息科學(xué)與信息技術(shù)

信息技術(shù)導(dǎo)論主講教師:鄭蔚2第一章信息、信息科學(xué)與信息技術(shù)2學(xué)時(shí)第二章計(jì)算與計(jì)算科學(xué)1.5學(xué)時(shí)第三章信息處理機(jī)器：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3學(xué)時(shí)第四章計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)3學(xué)時(shí)第五章信息媒體的表示及數(shù)字化1.5學(xué)時(shí)第六章數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)與算法3學(xué)時(shí)第七章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)3學(xué)時(shí)第八章信息的傳輸——計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3學(xué)時(shí)第九章信息資源管理3學(xué)時(shí)第十章信息資源管理3學(xué)時(shí)第十一章信息系統(tǒng)安全與保護(hù)3學(xué)時(shí)《信息技術(shù)導(dǎo)論》共54學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)27，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)27，理論學(xué)時(shí)分配如下：課程學(xué)時(shí)分配綱要第1章

信息、信息科學(xué)與信息技術(shù)1.1探索信息的真諦1.2信息科學(xué)1.3信息技術(shù)1.4信息科學(xué)（技術(shù)）與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系3一、教學(xué)目的1．了解信息的來源和發(fā)展歷史；了解信息科學(xué)與信息技術(shù)的基本概念2．掌握信息的概念、數(shù)據(jù)、消息、信號(hào)與信息的區(qū)別。3．掌握信息技術(shù)的核心及支撐技術(shù)。二、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)1．重點(diǎn)：數(shù)據(jù)、消息、信號(hào)與信息的區(qū)別；信息技術(shù)的核心及支撐技術(shù)。2．難點(diǎn)：信息的概念及度量。41.1探索信息的真諦什么是信息？就一般意義而言，信息可以理解成消息、情報(bào)、知識(shí)、見聞、通知、報(bào)告、事實(shí)、數(shù)據(jù)等等。51.1探索信息的真諦

最早對(duì)信息進(jìn)行科學(xué)定義的是哈特萊（RalphV.L.Hartley）。他在1928年發(fā)表的《信息傳輸》一文中，首先提出信息這一概念。他認(rèn)為，信息就是他在通信符號(hào)表中選擇符號(hào)的具體方式，并主張用所選擇的自由度來度量信息。哈特萊首先提出消息是代碼、符號(hào)而不是信息內(nèi)容能夠本身，使信息與消息區(qū)分開來。他的思想和研究結(jié)果，為信息論的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。6香農(nóng)（ClaudeElwoodShannon)1916年4月30日出生于美國(guó)密歇根州，2001年2月26日去世。美國(guó)數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人。信息就是不確定性的消除量。信息量即不確定性減少的程度。信息被看作是用以消除信宿(信息的接受者)對(duì)于信源(信息的發(fā)出者)發(fā)出消息的不確定性。香農(nóng)還用概率統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)方法，來度量不確定性被消除的量的大小。1.1

探索信息的真諦71.1探索信息的真諦維納1894年11月26日生于密蘇里州的哥倫比亞，1964年3月18日去世。美國(guó)數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。信息就是在人們?cè)谶m應(yīng)外部世界，并且使這種適應(yīng)反作用于外部世界的過程中，同外部世界進(jìn)行交換的內(nèi)容的名稱。8意大利學(xué)者朗格(G.Longe):信息是事物之間的差異，而不是事物本身。即信息是反映事物的形式、關(guān)系和差別的東西。包含在事物的差異之中。所謂信息量就是對(duì)事物差異度的量度。鐘義信:信息是事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過程以及關(guān)于這種狀態(tài)和過程的知識(shí)。1.1探索信息的真諦91.1探索信息的真諦

1.1.1什么是信息隨著時(shí)間的推移，時(shí)代賦予了信息新的含義，信息是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念?，F(xiàn)代“信息”的概念，已經(jīng)與半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息服務(wù)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、信息經(jīng)濟(jì)、信息化社會(huì)、信息管理、信息論等含義緊密地聯(lián)系在一起。最典型的應(yīng)用是廣告。10香農(nóng)的研究究成果標(biāo)志志著信息論論（InformationTheory）的誕生。。香農(nóng)提出的的信息論是是關(guān)于通訊訊技術(shù)的理理論，它是是以數(shù)學(xué)方方法研究通通訊技術(shù)中中關(guān)于信息息的傳輸和和變換規(guī)律律的一門科科學(xué)。所以以，人們又又將其稱為為狹義信息論論，或經(jīng)典信信息論。信息論發(fā)展展的第二個(gè)個(gè)階段是一般信息論論。一般信息息論特別關(guān)關(guān)心信號(hào)被被噪音干擾擾時(shí)的處理理問題。信息論發(fā)展展的第三個(gè)個(gè)階段是廣義信息論論。它以各種系系統(tǒng)、各門門學(xué)科中的的信息為對(duì)對(duì)象，廣泛泛地研究信信息的本質(zhì)質(zhì)和特點(diǎn)，，以及信息息的獲取、、計(jì)量、傳傳輸、處理理、控制和和利用的一一般規(guī)律。。從信息論到到信息科學(xué)學(xué)11香農(nóng)認(rèn)為：：信息是有秩秩序的量度度，是人們們對(duì)事物了了解的不確確定性的消消除或減少少。信息是對(duì)組組織程度的的一種測(cè)度度，信息能能使物質(zhì)系系統(tǒng)有序性性增強(qiáng)，減減少破壞、、混亂和噪噪音。香農(nóng)引入：：“熵”表示示一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的無組織織程度。而一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)中的信息息量是它的的組織化程程度的度量量，這說明明信息與熵恰恰好是一個(gè)個(gè)相反的量量，信息是是負(fù)熵，所以信息量量的公式中中有負(fù)號(hào)，，它表示系系統(tǒng)獲得信信息后無序序狀態(tài)的減減少或消除除。香農(nóng)對(duì)信息息的定義12由于信息源源發(fā)出的消消息是隨機(jī)機(jī)的，可以以用隨機(jī)變變量來表示示。如果用用符號(hào)表表示信息源源發(fā)出的信信息，假設(shè)設(shè)事件的基基本空間?包含m個(gè)元素，即即?={x1,x2,…,xm},且每一個(gè)等等可能值的的概率為：：P（X=xi）=pi=1,2,…,m那么定義一一個(gè)隨機(jī)事事件所含含的信息量量稱為x的自信息量量，即：（公式1-1）信息的度量量13只能表示信信息源發(fā)出出的某一特特定消息x的自信息量量，而對(duì)于于不同的消消息則有不不同的自信信息量，所所以不不足以以作為整個(gè)個(gè)信息源的的總體信息息測(cè)度，那那么可以定定義平均信信息量來作作為信息總總體的測(cè)度度，即信息息熵。設(shè)X為一離散隨隨機(jī)變量，，在集合中中取取值，其概概率分布為為：信息的度量量14信息熵：是從整個(gè)信信息源的統(tǒng)統(tǒng)計(jì)特性來來考慮的，，它從平均均的意義上上來表示信信息源的總總體信息測(cè)測(cè)度，它表表示信息源源X在沒有發(fā)出出消息以前前，信宿對(duì)對(duì)信息源X存在著平均均不確定性性。香農(nóng)的的信息度量量公式排除除了對(duì)信息息主觀上的的含意。根根據(jù)上述公公式，同樣樣一個(gè)消息息對(duì)任何一一個(gè)收信者者來說，所所得到的信信息量都是是一樣的。。信息的度量量15以上就是香香農(nóng)關(guān)于信信息的度量量。通常也也稱為概率率信息。它它是一個(gè)科科學(xué)的定義義，有明確確的數(shù)學(xué)模模型和定量量計(jì)算。在在公式中，，對(duì)數(shù)的底底數(shù)從理論論上而言可可以取任何何數(shù)。當(dāng)?shù)椎讛?shù)為2時(shí)，信息的的計(jì)量單位位為比特（（bit），即二進(jìn)進(jìn)制單位。。信息的度量量16首先，香農(nóng)農(nóng)對(duì)信息的的定義的出出發(fā)點(diǎn)是假假定事物狀狀態(tài)可以用用一個(gè)以經(jīng)經(jīng)典集合論論為基礎(chǔ)的的概率模型型來描述。。然而實(shí)際際存在的某某些事物運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要要尋找一個(gè)合合適的概率率模型往往往是非常困困難的。其次次，，這這個(gè)個(gè)定定義義和和度度量量考考慮慮收收信信者者的的主主觀觀特特性性和和主主觀觀意意義義，，也也撇撇開開了了信信息息的的具具體體含含義義、、具具體體用用途途、、重重要要程程度度和和引引起起后后果果等等因因素素。。香農(nóng)農(nóng)信信息息論論的的局局限限性性17以上上問問題題的的出出現(xiàn)現(xiàn)，，主主要要是是由由于于狹狹義義信信息息論論沒沒有有解解決決信信息息的的語(yǔ)語(yǔ)義義問問題題和和有有效效性性問問題題。。語(yǔ)語(yǔ)義義信信息息是是指指當(dāng)當(dāng)認(rèn)認(rèn)知知主主體體在在獲獲得得信信息息時(shí)時(shí)，，不不僅僅要要知知道道““是是什什么么形形式式””，，而而且且還還要要理理解解““是是什什么么意意思思””。。也也就就是是說說，，信信息息的的具具體體含含義義是是什什么么。。香香農(nóng)農(nóng)定定義義并并沒沒有有解解決決語(yǔ)語(yǔ)義義信信息息的的度度量量問問題題。。這這樣樣，，它它的的適適用用范范圍圍就就受受到到嚴(yán)嚴(yán)重重的的限限制制。。香農(nóng)農(nóng)信信息息論論的的局局限限性性181.數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)據(jù)據(jù)是是對(duì)對(duì)客客觀觀實(shí)實(shí)體體的的一一種種描描述述形形式式，，是是信信息息的的載載體體。。數(shù)據(jù)據(jù)（（原原材材料料木木頭頭））與與信信息息（（加加工工以以形形成成的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)））的的關(guān)關(guān)系系數(shù)據(jù)據(jù)是是未未加加工工的的信信息息，，信信息息是是數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的內(nèi)內(nèi)容容或或詮詮釋釋。。將數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)加加工工為為信信息息的的過過程程即即信信息息加加工工或或處處理理。。數(shù)據(jù)據(jù)、、消消息息、、信信號(hào)號(hào)與與信信息息的的區(qū)區(qū)別別192.消息息在通通信信過過程程中中，，信信息息總總是是經(jīng)經(jīng)過過編編碼碼(符號(hào)號(hào)化化)成為為消消息息以以后后，，才才能能經(jīng)經(jīng)由由媒媒介介傳傳播播的的，，而信信息息的的接接收收者者收收到到信信息息后后，，總總是是要要經(jīng)經(jīng)過過譯譯碼碼(解讀讀)才獲獲取取其其中中的的信信息息。。信息息是是包包含含在在消消息息中中的的抽抽象象量量，，消消息息是是具具體體的的，，其其中中蘊(yùn)蘊(yùn)涵涵著著信信息息。。數(shù)據(jù)據(jù)、、消消息息、、信信號(hào)號(hào)與與信信息息的的區(qū)區(qū)別別203.信號(hào)號(hào)消息息須變變換換成成適適合合信信道道傳傳輸輸?shù)牡奈镂锢砝砹苛?，，這這種種物物理理量量即即信號(hào)號(hào)。。信號(hào)號(hào)攜攜帶帶消消息息，，是是消消息息的的運(yùn)運(yùn)載載工工具具。。信號(hào)號(hào)是是數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的電電磁磁或或光光脈脈沖沖編編碼碼。。信號(hào)號(hào)可可以以分分為為模模擬擬信信號(hào)號(hào)和和數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)。。模擬信號(hào)是一一種隨時(shí)間而而連續(xù)變化的的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)則是是在時(shí)間上的的一種離散信信號(hào)。數(shù)據(jù)、消息、、信號(hào)與信息息的區(qū)別211.2信息科學(xué)科學(xué)的定義達(dá)爾文對(duì)科學(xué)學(xué)的定義：“就是整理事事實(shí)，從中發(fā)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，做做出結(jié)論?！薄币?guī)律則是指客觀科學(xué)事物之間內(nèi)在在的本質(zhì)的必必然聯(lián)系。一般地說：是是人類認(rèn)識(shí)客客觀世界的知知識(shí)，但并不不是任何關(guān)于于客觀世界的的知識(shí)都是科科學(xué)?？茖W(xué)包包括自然科學(xué)學(xué)、社會(huì)科學(xué)學(xué)。22科學(xué)：是指探知事物物的本質(zhì)、特特征、內(nèi)在規(guī)規(guī)律以及與其其他事物的聯(lián)聯(lián)系。是關(guān)關(guān)于自然、社社會(huì)和思維的的發(fā)展與變化化規(guī)律的知識(shí)識(shí)體系。技術(shù)：則是運(yùn)用科學(xué)學(xué)規(guī)律解決實(shí)實(shí)現(xiàn)某一目的的的手段和方方法。泛指根根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)學(xué)原理而發(fā)展展形成的各種種工藝操作方方法、技能和和技巧。工程：是指將科學(xué)原原理應(yīng)用到工工農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)產(chǎn)部門中去而而形成的各門門學(xué)科的總稱稱。科學(xué)、技術(shù)與與工程的界定定23信息和控制是是信息科學(xué)的的基礎(chǔ)和核心心。關(guān)于什么是信信息科學(xué)（Informationscience），有著不同同的定義：定義1：信息科學(xué)是研研究信息的產(chǎn)產(chǎn)生、獲取、、變換、傳輸輸、存儲(chǔ)、處處理、顯示、、識(shí)別和利用用的科學(xué)，是是一門結(jié)合了了數(shù)學(xué)、物理理、天文、生生物和人文等等基礎(chǔ)學(xué)科的的新興與綜合合性學(xué)科”。。定義2：以信息為主要要研究對(duì)象，，以信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究?jī)?nèi)內(nèi)容，以計(jì)算機(jī)等技術(shù)術(shù)為主要研究工工具，以擴(kuò)展展人類的信息息功能為主要要目標(biāo)的一門門新興的綜合合性學(xué)科。信息科學(xué)24可將信息科學(xué)學(xué)研究的基本本內(nèi)容歸納為為五個(gè)方面：：(1)探討信息的基基本概念和本本質(zhì)。（物質(zhì)或精神神范疇的問題題）(2)研究信息的數(shù)數(shù)值度量方法法。（信息的度量量方法）(3)闡明信息感知知、識(shí)別、變變換、傳遞、、存儲(chǔ)、檢索索、處理、再再生、表示、、施效(控制)等過程的一般般規(guī)律。（信息的運(yùn)動(dòng)動(dòng)規(guī)律）(4)揭示利用信息息來描述系統(tǒng)統(tǒng)和優(yōu)化系統(tǒng)統(tǒng)的方法和原原理（控制論：包包括信息仿生生學(xué)和人工智智能）(5)尋求通過加工工信息來生成成智能的機(jī)制制和途徑。（系統(tǒng)論：包包括運(yùn)籌學(xué)、、系統(tǒng)工程、、耗散結(jié)構(gòu)和和協(xié)同學(xué)）信息科學(xué)的研研究?jī)?nèi)容與體體系25從信息科學(xué)的的研究?jī)?nèi)容來來劃分，我們們可以將信息息科學(xué)的基本本科學(xué)體系分分為三個(gè)層次次（圖1-6）：信息科學(xué)的哲哲學(xué)層次，其其中包括信息息的哲學(xué)本質(zhì)質(zhì)、智能的哲哲學(xué)本質(zhì)、信信息與反映的的關(guān)系、信息息與認(rèn)識(shí)的關(guān)關(guān)系、人工智智能與人類智智能的關(guān)系等等等。信息科學(xué)的基基礎(chǔ)理論層次次，它的主要要任務(wù)是研究究信息的一般般理論。信息科學(xué)的技技術(shù)應(yīng)用層次次，主要研究究如何應(yīng)用信信息科學(xué)理論論在技術(shù)上拓拓展人類的信信息功能（特特別是其中的的智力功能））的問題。信息科學(xué)的研研究?jī)?nèi)容與體體系26圖1-6信息科學(xué)體系系的三個(gè)層次次這樣，信息哲學(xué)、基基礎(chǔ)理論和技技術(shù)應(yīng)用三者者就構(gòu)成了—個(gè)和諧的學(xué)科科體系。27信息科學(xué)的研研究?jī)?nèi)容與體體系1.3信息技術(shù)信息技術(shù)的定定義人們對(duì)信息技技術(shù)的定義，，因其使用的的目的、范圍圍、層次不同同而有不同的的表述：定義1：信息技術(shù)是指指有關(guān)信息的的收集、識(shí)別別、提取、變變換、存貯、、傳遞、處理理、檢索、檢檢測(cè)、分析和和利用等的技技術(shù)。定義2：現(xiàn)代信息技術(shù)術(shù)“以計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)、微電電子技術(shù)和通通信技術(shù)為特特征”。28定義3：信息技術(shù)是指指在計(jì)算機(jī)和和通信技術(shù)支支持下用以獲獲取、加工、、存儲(chǔ)、變換換、顯示和傳傳輸文字、數(shù)數(shù)值、圖像以以及聲音信息息，包括提供供設(shè)備和提供供信息服務(wù)兩兩大方面的方方法與設(shè)備的的總稱。定義4：信息技術(shù)指““應(yīng)用在信息息加工和處理理中的科學(xué)，，技術(shù)與工程程的訓(xùn)練方法法和管理技巧巧；上述方法法和技巧的應(yīng)應(yīng)用；計(jì)算機(jī)機(jī)及其與人、、機(jī)的相互作作用，與人相相應(yīng)的社會(huì)、、經(jīng)濟(jì)和文化化等諸種事物物。”信息技術(shù)的定定義29定義5：信息技術(shù)包括括信息傳遞過過程中的各個(gè)個(gè)方面，即信信息的產(chǎn)生、、收集、交換換、存儲(chǔ)、傳傳輸、顯示、、識(shí)別、提取取、控制、加加工和利用等等技術(shù)。定義6：從技術(shù)的本本質(zhì)意義上講講，信息技術(shù)術(shù)就是能夠擴(kuò)擴(kuò)展人的信息息器官功能的的一類技術(shù)。。信息技術(shù)的定定義30人類的信息器器官與功能人的信息器官官主要包括以以下四類：（（如圖1-7所示）感覺器官：包括視覺器官官、聽覺器官官、嗅覺器官官、味覺器官官、觸覺器官官和平衡感覺覺器官等；傳導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)：它又可以分為為導(dǎo)入神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)利導(dǎo)出神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等；；思維器官：包括記憶系統(tǒng)統(tǒng)、聯(lián)想系統(tǒng)統(tǒng)、分析推理理和決策系統(tǒng)統(tǒng)等；效應(yīng)器官：包括操作器官官(手)、行走器官(腳)和語(yǔ)言器官(口)等。擴(kuò)展人類的信信息器官功能能的信息技術(shù)術(shù)31擴(kuò)展人類的信信息器官功能能的信息技術(shù)術(shù)322.信息技術(shù)的““四基元”根據(jù)上面給出出的信息技術(shù)術(shù)的定義和相相應(yīng)的分析，，我們可以明明確信息技術(shù)術(shù)的四項(xiàng)基本本內(nèi)容，這就就是“信息技技術(shù)四基元””，即：(1)感測(cè)技術(shù)——感覺器官(視、聽、嗅、、味、觸、平平衡)功能的延長(zhǎng)。。(2)通信技術(shù)——傳導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)(導(dǎo)入、導(dǎo)出)功能的延長(zhǎng)。。(3)計(jì)算機(jī)和智能能技術(shù)——思維器官(記憶、聯(lián)想、、分析、推理理、決策)功能的延長(zhǎng)。。(4)控制技術(shù)——效應(yīng)器官(手、腳、口)功能的延長(zhǎng)。。擴(kuò)展人類的信信息器官功能能的信息技術(shù)術(shù)33既然信息技術(shù)術(shù)是人的信息息器官功能的的延長(zhǎng)，信息息技術(shù)四基元元的關(guān)系也應(yīng)應(yīng)當(dāng)視作一個(gè)個(gè)有機(jī)的整體體，它們和諧諧有機(jī)地合作作，共同完成成擴(kuò)展人的智智力功能的任任務(wù)。圖1-8示出了它們之之間的這種聯(lián)聯(lián)系。擴(kuò)展人類的信信息器官功能能的信息技術(shù)術(shù)34于是，由上面面給出的信息息技術(shù)的定義義6還可以引出兩兩個(gè)比較具體體的定義，即即：信息技術(shù)是指指能夠完成信信息的獲取、、傳遞、加工工、再生和施施用等功能的的—類技術(shù)；信息技術(shù)是指指感測(cè)、通信信、計(jì)算機(jī)和和智能以及控控制等技術(shù)的的整體。35擴(kuò)展人類的信信息器官功能能的信息技術(shù)術(shù)迄今為止，人人類社會(huì)已經(jīng)經(jīng)發(fā)生過四次次信息技術(shù)革革命。第一次革命是人類創(chuàng)造了了語(yǔ)言和文字，接著出現(xiàn)了了文獻(xiàn)。第二次革命是造紙和印刷術(shù)的出現(xiàn)。第三次革命是電報(bào)、電話話、電視及其其他通訊技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用用。第四次革命是電子計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通訊技技術(shù)在信息工工作中的應(yīng)用用。信息技術(shù)的發(fā)發(fā)展36信息技術(shù)的核核心技術(shù)就是是它的“四基基元”：計(jì)算算機(jī)與智能技技術(shù)、通信技技術(shù)、感測(cè)技技術(shù)及控制技技術(shù)。1.計(jì)算機(jī)與智能能技術(shù)信息技術(shù)的核核心及支撐技技術(shù)372.通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)術(shù)主要包括數(shù)數(shù)字通信、衛(wèi)衛(wèi)星通信、微微波通信、光光纖通信等。。圖1-11衛(wèi)星通信信息技術(shù)的核核心及支撐技技術(shù)383.傳感技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、、半導(dǎo)體技術(shù)術(shù)、計(jì)算機(jī)技技術(shù)、信息處處理技術(shù)、