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)時第二章計算與計算科學(xué)1.5學(xué)時第三章信息處理機器：計算機系統(tǒng)3學(xué)時第四章計算機軟件系統(tǒng)3學(xué)時第五章信息媒體的表示及數(shù)字化1.5學(xué)時第六章數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)與算法3學(xué)時第七章數(shù)據(jù)庫技術(shù)3學(xué)時第八章信息的傳輸——計算機通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3學(xué)時第九章信息資源管理3學(xué)時第十章信息資源管理3學(xué)時第十一章信息系統(tǒng)安全與保護3學(xué)時《信息技術(shù)導(dǎo)論》共54學(xué)時，其中理論學(xué)時27，實驗學(xué)時27，理論學(xué)時分配如下：課程學(xué)時分配綱要第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)重點及難點1．重點：數(shù)據(jù)、消息、信號與信息的區(qū)別；信息技術(shù)的核心及支撐技術(shù)。2．難點：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、知識、見聞、通知、報告、事實、數(shù)據(jù)等等。51.1探索信息的真諦

最早對信息進行科學(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。他認為，信息就是他在通信符號表中選擇符號的具體方式，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日出生于美國密歇根州，2001年2月26日去世。美國數(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。美國數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。信息就是在人們在適應(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。所謂信息量就是對事物差異度的量度。鐘義信:信息是事物的運動狀態(tài)和過程以及關(guān)于這種狀態(tài)和過程的知識。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間的推移，時代賦予了信息新的含義，信息是一個動態(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)、計算機技術(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、信息化社會、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)的研究成成果標志著信信息論（InformationTheory）的誕生。香農(nóng)提出的信信息論是關(guān)于于通訊技術(shù)的的理論，它是是以數(shù)學(xué)方法法研究通訊技技術(shù)中關(guān)于信信息的傳輸和和變換規(guī)律的的一門科學(xué)。。所以，人們們又將其稱為為狹義信息論，或經(jīng)典信息息論。信息論發(fā)展的的第二個階段段是一般信息論。一般信息論論特別關(guān)心信信號被噪音干干擾時的處理理問題。信息論發(fā)展的的第三個階段段是廣義信息論。它以各種系統(tǒng)統(tǒng)、各門學(xué)科科中的信息為為對象，廣泛泛地研究信息息的本質(zhì)和特特點，以及信信息的獲取、、計量、傳輸輸、處理、控控制和利用的的一般規(guī)律。。從信息論到信信息科學(xué)11香農(nóng)認為：信息是有秩序序的量度，是是人們對事物物了解的不確確定性的消除除或減少。信息是對組織織程度的一種種測度，信息息能使物質(zhì)系系統(tǒng)有序性增增強，減少破破壞、混亂和和噪音。香農(nóng)引入：“熵”表示一一個系統(tǒng)的無無組織程度。而一個系統(tǒng)中中的信息量是是它的組織化化程度的度量量，這說明信息與熵恰好好是一個相反反的量，信息息是負熵，所以信息量的的公式中有負負號，它表示示系統(tǒng)獲得信信息后無序狀狀態(tài)的減少或或消除。香農(nóng)對信息的的定義12由于信息源發(fā)發(fā)出的消息是是隨機的，可可以用隨機變變量來表示。。如果用符號號表示信息息源發(fā)出的信信息，假設(shè)事事件的基本空空間?包含m個元素，即?={x1,x2,…,xm},且每一個等可可能值的概率率為：P（X=xi）=pi=1,2,……,m那么定義一個個隨機事件所所含的信息息量稱為x的自信息量，，即：（公式1-1）信息的度量13只能表示信息息源發(fā)出的某某一特定消息息x的自信息量，，而對于不同同的消息則有有不同的自信信息量，所以以不不足足以作為整個個信息源的總總體信息測度度，那么可以以定義平均信信息量來作為為信息總體的的測度，即信信息熵。設(shè)X為一離散隨機機變量，在集集合中中取值，其其概率分布為為：信息的度量14信息熵：是從整個信息息源的統(tǒng)計特特性來考慮的的，它從平均均的意義上來來表示信息源源的總體信息息測度，它表表示信息源X在沒有發(fā)出消消息以前，信信宿對信息源源X存在著平均不不確定性。香香農(nóng)的信息度度量公式排除除了對信息主主觀上的含意意。根據(jù)上述述公式，同樣樣一個消息對對任何一個收收信者來說，，所得到的信信息量都是一一樣的。信息的度量15以上就是香農(nóng)農(nóng)關(guān)于信息的的度量。通常常也稱為概率率信息。它是是一個科學(xué)的的定義，有明明確的數(shù)學(xué)模模型和定量計計算。在公式式中，對數(shù)的的底數(shù)從理論論上而言可以以取任何數(shù)。。當?shù)讛?shù)為2時，信息的計計量單位為比比特（bit），即二進制制單位。信息的的度量量16首先，，香農(nóng)農(nóng)對信信息的的定義義的出出發(fā)點點是假假定事事物狀狀態(tài)可可以用用一個個以經(jīng)經(jīng)典集集合論論為基基礎(chǔ)的的概率率模型型來描描述。。然而而實際際存在在的某某些事事物運運動狀狀態(tài)要要尋找一一個合合適的的概率率模型型往往往是非非常困困難的的。其次，，這個個定義義和度度量考考慮收收信者者的主主觀特特性和和主觀觀意義義，也也撇開開了信信息的的具體體含義義、具具體用用途、、重要要程度度和引引起后后果等等因素素。香農(nóng)信信息論論的局局限性性17以上問問題的的出現(xiàn)現(xiàn)，主主要是是由于于狹義義信息息論沒沒有解解決信信息的的語義義問題題和有有效性性問題題。語語義信信息是是指當當認知知主體體在獲獲得信信息時時，不不僅要要知道道“是是什么么形式式”，，而且且還要要理解解“是是什么么意思思”。。也就就是說說，信信息的的具體體含義義是什什么。。香農(nóng)農(nóng)定義義并沒沒有解解決語語義信信息的的度量量問題題。這這樣，，它的的適用用范圍圍就受受到嚴嚴重的的限制制。香農(nóng)信信息論論的局局限性性181.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是是對客客觀實實體的的一種種描述述形式式，是是信息息的載載體。。數(shù)據(jù)（（原材材料木木頭））與信信息（（加工工以形形成的的結(jié)構(gòu)構(gòu)）的的關(guān)系系數(shù)據(jù)是是未加加工的的信息息，信信息是是數(shù)據(jù)據(jù)的內(nèi)內(nèi)容或或詮釋釋。將數(shù)據(jù)據(jù)加工工為信信息的的過程程即信信息加加工或或處理理。數(shù)據(jù)、、消息息、信信號與與信息息的區(qū)區(qū)別192.消息在通信信過程程中，，信息息總是是經(jīng)過過編碼碼(符號化化)成為消消息以以后，，才能能經(jīng)由由媒介介傳播播的，，而信息息的接接收者者收到到信息息后，，總是是要經(jīng)經(jīng)過譯譯碼(解讀)才獲取取其中中的信信息。。信息是是包含含在消消息中中的抽抽象量量，消消息是是具體體的，，其中中蘊涵涵著信信息。。數(shù)據(jù)、、消息息、信信號與與信息息的區(qū)區(qū)別203.信號號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號。。信號號攜攜帶帶消消息息，，是是消消息息的的運運載載工工具具。。信號號是是數(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。。信號號可可以以分分為為模模擬擬信信號號和和數(shù)數(shù)字字信信號號。。模擬擬信信號號是是一一種種隨隨時時間間而而連連續(xù)續(xù)變變化化的的信信號號。。數(shù)字字信信號號則則是是在在時時間間上上的的一一種種離離散散信信號號。。數(shù)據(jù)據(jù)、、消消息息、、信信號號與與信信息息的的區(qū)區(qū)別別211.2信息科學(xué)學(xué)科學(xué)的定定義達爾文對對科學(xué)的的定義：：“就是整整理事實實，從中中發(fā)現(xiàn)規(guī)規(guī)律，做做出結(jié)論論?！币?guī)律則是指客客觀科學(xué)事物之間間內(nèi)在的的本質(zhì)的的必然聯(lián)聯(lián)系。一般地說說：是人人類認識識客觀世世界的知知識，但但并不是是任何關(guān)關(guān)于客觀觀世界的的知識都都是科學(xué)學(xué)?？茖W(xué)學(xué)包括自自然科學(xué)學(xué)、社會會科學(xué)。。22科學(xué)：是指探知知事物的的本質(zhì)、、特征、、內(nèi)在規(guī)規(guī)律以及及與其他他事物的的聯(lián)系。。是關(guān)關(guān)于自然然、社會會和思維維的發(fā)展展與變化化規(guī)律的的知識體體系。技術(shù)：則是運用用科學(xué)規(guī)規(guī)律解決決實現(xiàn)某某一目的的的手段段和方法法。泛指指根據(jù)生生產(chǎn)實踐踐經(jīng)驗和和科學(xué)原原理而發(fā)發(fā)展形成成的各種種工藝操操作方法法、技能能和技巧巧。工程：是指將科科學(xué)原理理應(yīng)用到到工農(nóng)業(yè)業(yè)等生產(chǎn)產(chǎn)部門中中去而形形成的各各門學(xué)科科的總稱稱?？茖W(xué)、技技術(shù)與工工程的界界定23信息和控控制是信信息科學(xué)學(xué)的基礎(chǔ)礎(chǔ)和核心心。關(guān)于什什么是是信息息科學(xué)學(xué)（Informationscience），有有著不不同的的定義義：定義1：信息科科學(xué)是是研究究信息息的產(chǎn)產(chǎn)生、、獲取取、變變換、、傳輸輸、存存儲、、處理理、顯顯示、、識別別和利利用的的科學(xué)學(xué)，是是一門門結(jié)合合了數(shù)數(shù)學(xué)、、物理理、天天文、、生物物和人人文等等基礎(chǔ)礎(chǔ)學(xué)科科的新新興與與綜合合性學(xué)學(xué)科””。定義2：以信息息為主主要研研究對對象，，以信信息的的運動規(guī)規(guī)律和應(yīng)用方方法為主要要研究究內(nèi)容容，以以計算機機等技技術(shù)為主要要研究究工具具，以以擴展展人類類的信信息功功能為為主要要目標標的一一門新新興的的綜合合性學(xué)學(xué)科。。信息科科學(xué)24可將信信息科科學(xué)研研究的的基本本內(nèi)容容歸納納為五五個方方面：：(1)探討信信息的的基本本概念念和本本質(zhì)。。（物質(zhì)質(zhì)或精精神范范疇的的問題題）(2)研究信信息的的數(shù)值值度量量方法法。（信息息的度度量方方法））(3)闡明信信息感感知、、識別別、變變換、、傳遞遞、存存儲、、檢索索、處處理、、再生生、表表示、、施效效(控制)等過程程的一一般規(guī)規(guī)律。。（信息息的運運動規(guī)規(guī)律））(4)揭示利利用信信息來來描述述系統(tǒng)統(tǒng)和優(yōu)優(yōu)化系系統(tǒng)的的方法法和原原理（控制制論：：包括括信息息仿生生學(xué)和和人工工智能能）(5)尋求通通過加加工信信息來來生成成智能能的機機制和和途徑徑。（系統(tǒng)統(tǒng)論：：包括括運籌籌學(xué)、、系統(tǒng)統(tǒng)工程程、耗耗散結(jié)結(jié)構(gòu)和和協(xié)同同學(xué)））信息科科學(xué)的的研究究內(nèi)容容與體體系25從信息息科學(xué)學(xué)的研研究內(nèi)內(nèi)容來來劃分分，我我們可可以將將信息息科學(xué)學(xué)的基基本科科學(xué)體體系分分為三三個層層次（（圖1-6）：信息科科學(xué)的的哲學(xué)學(xué)層次次，其其中包包括信信息的的哲學(xué)學(xué)本質(zhì)質(zhì)、智智能的的哲學(xué)學(xué)本質(zhì)質(zhì)、信信息與與反映映的關(guān)關(guān)系、、信息息與認認識的的關(guān)系系、人人工智智能與與人類類智能能的關(guān)關(guān)系等等等。。信息科科學(xué)的的基礎(chǔ)礎(chǔ)理論論層次次，它它的主主要任任務(wù)是是研究究信息息的一一般理理論。。信息科科學(xué)的的技術(shù)術(shù)應(yīng)用用層次次，主主要研研究如如何應(yīng)應(yīng)用信信息科科學(xué)理理論在在技術(shù)術(shù)上拓拓展人人類的的信息息功能能（特特別是是其中中的智智力功功能））的問問題。。信息科科學(xué)的的研究究內(nèi)容容與體體系26圖1-6信息科科學(xué)體體系的的三個個層次次這樣，，信息哲哲學(xué)、、基礎(chǔ)礎(chǔ)理論論和技技術(shù)應(yīng)應(yīng)用三三者就就構(gòu)成成了—個和諧諧的學(xué)學(xué)科體體系。。27信息科科學(xué)的的研究究內(nèi)容容與體體系1.3信息技技術(shù)信息技技術(shù)的的定義義人們對對信息息技術(shù)術(shù)的定定義，，因其其使用用的目目的、、范圍圍、層層次不不同而而有不不同的的表述述：定義1：信息技技術(shù)是是指有有關(guān)信信息的的收集集、識識別、、提取取、變變換、、存貯貯、傳傳遞、、處理理、檢檢索、、檢測測、分分析和和利用用等的的技術(shù)術(shù)。定義2：現(xiàn)代信信息技技術(shù)““以計計算機機技術(shù)術(shù)、微微電子子技術(shù)術(shù)和通通信技技術(shù)為為特征征”。。28定義3：信息技技術(shù)是是指在在計算算機和和通信信技術(shù)術(shù)支持持下用用以獲獲取、、加工工、存存儲、、變換換、顯顯示和和傳輸輸文字字、數(shù)數(shù)值、、圖像像以及及聲音音信息息，包包括提提供設(shè)設(shè)備和和提供供信息息服務(wù)務(wù)兩大大方面面的方方法與與設(shè)備備的總總稱。。定義4：信息技技術(shù)指指“應(yīng)應(yīng)用在在信息息加工工和處處理中中的科科學(xué)，，技術(shù)術(shù)與工工程的的訓(xùn)練練方法法和管管理技技巧；；上述述方法法和技技巧的的應(yīng)用用；計計算機機及其其與人人、機機的相相互作作用，，與人人相應(yīng)應(yīng)的社社會、、經(jīng)濟濟和文文化等等諸種種事物物?！薄毙畔⒓技夹g(shù)的的定義義29定義5：信息技技術(shù)包包括信信息傳傳遞過過程中中的各各個方方面，，即信信息的的產(chǎn)生生、收收集、、交換換、存存儲、、傳輸輸、顯顯示、、識別別、提提取、、控制制、加加工和和利用用等技技術(shù)。。定義6：從技技術(shù)的的本質(zhì)質(zhì)意義義上講講，信信息技技術(shù)就就是能能夠擴擴展人人的信信息器器官功功能的的一類類技術(shù)術(shù)。信息技技術(shù)的的定義義30人類的的信息息器官官與功功能人的信信息器器官主主要包包括以以下四四類：：（如如圖1-7所示））感覺器器官：：包括視視覺器器官、、聽覺覺器官官、嗅嗅覺器器官、、味覺覺器官官、觸觸覺器器官和和平衡衡感覺覺器官官等；；傳導(dǎo)神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)：：它又可可以分分為導(dǎo)導(dǎo)入神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)利利導(dǎo)出出神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)等；；思維器器官：：包括記記憶系系統(tǒng)、、聯(lián)想想系統(tǒng)統(tǒng)、分分析推推理和和決策策系統(tǒng)統(tǒng)等；；效應(yīng)器器官：：包括操操作器器官(手)、行走器官官(腳)和語言器官官(口)等。擴展人類的的信息器官官功能的信信息技術(shù)31擴展人類的的信息器官官功能的信信息技術(shù)322.信息技術(shù)的的“四基元元”根據(jù)上面給給出的信息息技術(shù)的定定義和相應(yīng)應(yīng)的分析，，我們可以以明確信息息技術(shù)的四四項基本內(nèi)內(nèi)容，這就就是“信息息技術(shù)四基基元”，即即：(1)感測技術(shù)——感覺器官(視、聽、嗅嗅、味、觸觸、平衡)功能的延長長。(2)通信技術(shù)——傳導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(導(dǎo)入、導(dǎo)出出)功能的延長長。(3)計算機和智智能技術(shù)——思維器官(記憶、聯(lián)想想、分析、、推理、決決策)功能的延長長。(4)控制技術(shù)——效應(yīng)器官(手、腳、口口)功能的延長長。擴展人類的的信息器官官功能的信信息技術(shù)33既然信息技技術(shù)是人的的信息器官官功能的延延長，信息息技術(shù)四基基元的關(guān)系系也應(yīng)當視視作一個有有機的整體體，它們和和諧有機地地合作，共共同完成擴擴展人的智智力功能的的任務(wù)。圖圖1-8示出了它們們之間的這這種聯(lián)系。。擴展人類的的信息器官官功能的信信息技術(shù)34于是，由上上面給出的的信息技術(shù)術(shù)的定義6還可以引出出兩個比較較具體的定定義，即：：信息技術(shù)是是指能夠完完成信息的的獲取、傳傳遞、加工工、再生和和施用等功功能的—類技術(shù)；信息技術(shù)是是指感測、、通信、計計算機和智智能以及控控制等技術(shù)術(shù)的整體。。35擴展人類的的信息器官官功能的信信息技術(shù)迄今為止，，人類社會會已經(jīng)發(fā)生生過四次信信息技術(shù)革革命。第一次革命命是人類創(chuàng)造造了語言和文字，接著出現(xiàn)現(xiàn)了文獻。第二次革命命是造紙和印刷術(shù)的出現(xiàn)。第三次革命命是電報、電電話、電視視及其他通訊技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)應(yīng)用。第四次革命命是電子計算機機和現(xiàn)代通訊訊技術(shù)在信信息工作中中的應(yīng)用。。信息技術(shù)的的發(fā)展36信息技術(shù)的的核心技術(shù)術(shù)就是它的的“四基元元”：計算算機與智能能技術(shù)、通通信技術(shù)、、感測技術(shù)術(shù)及控制技技術(shù)。1.計算機與智智能技術(shù)信息技術(shù)的的核心及支支撐技術(shù)372.通信技術(shù)現(xiàn)代通信技技術(shù)主要包包括數(shù)字通通信、衛(wèi)星星通信、微微波通信、、光纖通信信等。圖1-11衛(wèi)星通信信息技術(shù)的的核心及支支撐技術(shù)383.傳感技術(shù)是測量技術(shù)術(shù)、半導(dǎo)體體技術(shù)、計計算機技術(shù)術(shù)、信