信息技術(shù)基礎(chǔ) 課件 單元6 新一代信息技術(shù)

單元6新一代信息技術(shù)

《信息技術(shù)基礎(chǔ)》提綱6.1人工智能技術(shù)6.2量子信息技術(shù)6.3移動通信技術(shù)6.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.5區(qū)塊鏈技術(shù)6.6大數(shù)據(jù)技術(shù)6.7信息安全6.1人工智能技術(shù)6.1.1人工智能的概念6.1.2人工智能的基本特征6.1.3人工智能的關(guān)鍵技術(shù)6.1.4人工智能的發(fā)展6.1.5人工智能的核心驅(qū)動力6.1.6人工智能的應(yīng)用場景6.1.1人工智能簡介人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是一門研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的新技術(shù)科學(xué)。它是計算機科學(xué)的一個分支，其研究領(lǐng)域包括機器學(xué)習(xí)、自然語言處理和專家系統(tǒng)等，旨在生產(chǎn)出一種能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機器。人工智能的本質(zhì)是對人的意識、思維的信息過程的模擬，讓機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。6.1.2人工智能的基本特征人工智能通過深度學(xué)習(xí)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，具備自主學(xué)習(xí)、推理和解決問題的能力，模擬人類智能行為，處理圖像識別、語音識別等復(fù)雜任務(wù)。智能化人工智能系統(tǒng)能根據(jù)環(huán)境和任務(wù)變化自主調(diào)整和改進，提升性能，適應(yīng)不同情況，展現(xiàn)出靈活性和效率。自適應(yīng)性人工智能運用先進算法和模型，快速處理大量數(shù)據(jù)，并行計算能力提高工作效率，縮短處理時間。快速處理人工智能通過傳感器獲取并解析外部環(huán)境信息，通過界面、語音、手勢等方式與人或系統(tǒng)交流操作，提高用戶體驗和滿意度。感知與交互6.1.3人工智能的關(guān)鍵技術(shù)1）機器學(xué)習(xí)機器學(xué)習(xí)是人工智能核心技術(shù)，讓計算機從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并做出決策。研究聚焦于算法改進、強化學(xué)習(xí)等，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，在多領(lǐng)域取得成果。2)自然語言處理自然語言處理（NLP）研究人與計算機間有效通信的理論和方法，融合語言學(xué)、計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)，應(yīng)用于機器翻譯、輿情監(jiān)測、自動摘要等領(lǐng)域。3）專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是智能計算機程序，模擬人類專家解決復(fù)雜問題，實現(xiàn)人工智能從理論到實際應(yīng)用的重大突破。6.1.4人工智能的發(fā)展起步發(fā)展期反思發(fā)展期應(yīng)用發(fā)展期低迷發(fā)展期穩(wěn)步發(fā)展期蓬勃發(fā)展期2011年至今，人工智能在深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、計算機視覺等領(lǐng)域有突破，但面臨數(shù)據(jù)安全和算法公平性挑戰(zhàn)。20世紀60年代-70年代初，人工智能面臨高期望與實際困難，如機器定理證明、自然語言理解等挑戰(zhàn)，導(dǎo)致資金減少和領(lǐng)域低谷。20世紀80年代中-90年代中，因技術(shù)瓶頸、數(shù)據(jù)問題和實際應(yīng)用挑戰(zhàn)，人工智能發(fā)展緩慢。1950年，圖靈提出“圖靈測試”評估機器智能。馬文·明斯基與約翰·麥卡錫共同組織了達特茅斯會議，這次會議不僅提出了“人工智能”這一術(shù)語，還明確了人工智能作為一個獨立學(xué)科的研究方向。應(yīng)用發(fā)展期：20世紀70年代初-80年代中，出現(xiàn)專家系統(tǒng)，成功應(yīng)用于醫(yī)療、化學(xué)等領(lǐng)域，推動人工智能應(yīng)用。20世紀90年代中-2010年，技術(shù)進步和應(yīng)用需求增加，計算能力提升，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算興起，人工智能開始應(yīng)用于金融、醫(yī)療等領(lǐng)域。6.1.5人工智能的核心驅(qū)動力算法數(shù)據(jù)算力231核心驅(qū)動力數(shù)據(jù)則是訓(xùn)練和優(yōu)化AI系統(tǒng)的基礎(chǔ)，需進行預(yù)處理以提升系統(tǒng)性能。算力提供必要的計算支持，使AI模型訓(xùn)練和推理更高效。算法是AI的“大腦”，通過數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)問題解決。6.1.6人工智能的應(yīng)用場景人工智能應(yīng)用廣泛，涵蓋語音識別、自然語言處理、計算機視覺、機器學(xué)習(xí)、智能家居、醫(yī)療健康、金融服務(wù)、教育培訓(xùn)和游戲娛樂等。這些技術(shù)正改變安全監(jiān)控、自動駕駛、個性化推薦、醫(yī)療服務(wù)、數(shù)據(jù)分析、教育普及和游戲體驗等領(lǐng)域。隨著技術(shù)進步，人工智能將在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、能源等更多領(lǐng)域發(fā)揮作用，但需關(guān)注倫理和隱私問題。6.2量子信息技術(shù)6.2.1量子信息技術(shù)的概念6.2.2量子信息技術(shù)的發(fā)展歷程6.2.3量子信息技術(shù)的核心領(lǐng)域6.2.4量子信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域6.2.5未來發(fā)展趨勢6.2.1量子信息技術(shù)的概念量子信息技術(shù)是以量子物理學(xué)為基礎(chǔ)的新一代信息技術(shù)。它主要通過對光子、電子和冷原子等微觀粒子系統(tǒng)及其量子態(tài)進行精確的人工調(diào)控和觀測，借助量子疊加和量子糾纏等獨特物理現(xiàn)象，以經(jīng)典0和1理論無法實現(xiàn)的方式獲取、傳輸和處理信息。6.2.2量子信息技術(shù)的發(fā)展歷程量子信息論與量子計算興起（1970-1990年）：英伽登提出量子信息論，貝尼奧夫提出量子圖靈機，Deutsch和Jozsa展示量子計算優(yōu)勢。量子力學(xué)誕生與基礎(chǔ)理論完善（1900-1930年）：普朗克提出輻射量子假說，愛因斯坦引入光量子概念，玻爾解釋氫原子光譜，海森堡提出不確定性原理。量子電動力學(xué)與規(guī)范理論發(fā)展（1930-1970年）：量子力學(xué)應(yīng)用于基本粒子研究，推動量子電動力學(xué)和規(guī)范場理論進展。量子通信與信息技術(shù)應(yīng)用（1990年至今）：澤勒和貝尼特提出量子糾纏通信，量子信息技術(shù)日益成熟并投入應(yīng)用。6.2.3量子信息技術(shù)的核心領(lǐng)域

量子計算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式。其基本原理是利用量子比特（qubit）的疊加和干涉來實現(xiàn)高效的計算。量子比特具有特殊的量子性質(zhì)，可以在某些情況下同時處于多個狀態(tài)，這種疊加狀態(tài)使得量子計算機在執(zhí)行計算任務(wù)時，可以并行處理多個計算路徑，從而實現(xiàn)比傳統(tǒng)計算機更高效的計算。1、量子計算6.2.3量子信息技術(shù)的核心領(lǐng)域

量子通信是一種利用量子力學(xué)原理進行信息傳遞的新型通信方式，其核心在于利用量子態(tài)的不可克隆性和糾纏性來實現(xiàn)無條件安全的通信。

在量子通信中，信息不是以傳統(tǒng)的比特形式傳輸，而是以量子比特（qubit）的形式進行。量子比特具有疊加態(tài)和糾纏態(tài)等特性，這些特性使得量子通信在安全性和效率上具有顯著優(yōu)勢。2、量子通信6.2.3量子信息技術(shù)的核心領(lǐng)域

量子測量是量子信息科學(xué)中的一個關(guān)鍵部分，它主要是通過對微觀粒子系統(tǒng)量子態(tài)的觀測來獲取信息。量子測量的主要目標是通過量子態(tài)的變化直接或間接地讀取環(huán)境物理量的大小，以實現(xiàn)精密傳感測量。這種測量方式在精度、靈敏度和穩(wěn)定性等方面相較于傳統(tǒng)技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。3、量子測量6.2.3量子信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域量子計算利用疊加和糾纏并行處理，加速科研與安全領(lǐng)域應(yīng)用。量子通信通過量子糾纏加密信息，提升銀行與軍事通信安全。量子密碼學(xué)運用量子原理設(shè)計安全系統(tǒng)，防范傳統(tǒng)攻擊。量子成像與傳感技術(shù)推動材料科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)高分辨率成像。量子計算在生物信息學(xué)中解決復(fù)雜基因問題，提高序列比對效率。主要應(yīng)用領(lǐng)域6.3移動通信技術(shù)6.3.1移動通信技術(shù)的概念6.3.2移動通信技術(shù)特點6.3.3移動通信技術(shù)的發(fā)展6.3.45G技術(shù)的特點6.3.55G的關(guān)鍵技術(shù)6.3.65G的三大應(yīng)用場景6.3.1移動通信技術(shù)的概念移動通信技術(shù)確實是信息傳輸與交換的技術(shù)和工具，它涵蓋了傳統(tǒng)和現(xiàn)代的方式。通過實現(xiàn)無線通信，移動通信技術(shù)突破了有線連接的限制，使得通信更加靈活和便捷。其中，蜂窩通信和Wi-Fi是兩種廣泛應(yīng)用的無線通信技術(shù)。此外，移動通信技術(shù)還支持多種功能的通信，如語音通話、數(shù)據(jù)傳輸、視頻通話等。5G作為新一代蜂窩通信技術(shù)，提供了更高效、更便捷、更智能的通信體驗。它相比前幾代通信技術(shù)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的延遲和更大的連接容量，為用戶帶來了更好的使用體驗。6.3.2移動通信技術(shù)特點頻譜利用率高、設(shè)備性能好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜高速數(shù)據(jù)傳輸移動性無線傳輸03020104056.3.3移動通信技術(shù)的發(fā)展第一代移動通信系統(tǒng)（1G）01第五代移動通信系統(tǒng)（5G）05第二代移動通信系統(tǒng)（2G）02第三代移動通信系統(tǒng)（3G）03第四代移動通信系統(tǒng)（4G）046.3.45G技術(shù)的特點高速率大連接高頻段傳輸?shù)蜁r延高可靠性6.3.55G的關(guān)鍵技術(shù)高頻段傳輸雙連接技術(shù)D2D（設(shè)備到設(shè)備）通信技術(shù)通信技術(shù)MIMO技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)6.3.65G的三大應(yīng)用場景5G的三大應(yīng)用場景主要包括增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）以及超高可靠性低時延通信（uRLLC）6.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.4.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念6.4.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)6.4.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)6.4.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展6.4.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念物聯(lián)網(wǎng)概念最早由美國麻省理工學(xué)院Auto–ID實驗室于1999年提出，旨在通過RFID等傳感設(shè)備將物品連接至互聯(lián)網(wǎng)以實現(xiàn)智能管理。物聯(lián)網(wǎng)在多個領(lǐng)域推動智能化發(fā)展，提升行業(yè)效率和生活質(zhì)量，并在軍事領(lǐng)域具有潛在重要性。6.4.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)通過分層設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)靈活性和可靠性。每層承擔(dān)特定功能，確保數(shù)據(jù)有效流動和處理。6.4.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要涉及傳感器技術(shù)、傳感網(wǎng)和應(yīng)用系統(tǒng)框架等6.4.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域涉及人們工作與生活的方方面面。從基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、交通、物流、安保，到與生活息息相關(guān)的領(lǐng)域如家居、醫(yī)療健康、教育、金融與服務(wù)業(yè)、旅游業(yè)等，物聯(lián)網(wǎng)都在推動智能化發(fā)展，優(yōu)化資源分配，提升行業(yè)效率與效益，并帶來了服務(wù)范圍、方式及質(zhì)量的巨大變革和進步。6.5區(qū)塊鏈技術(shù)6.5.1區(qū)塊鏈技術(shù)的概念6.5.2區(qū)塊鏈的起源與發(fā)展6.5.3區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)6.5.4區(qū)塊鏈分類6.5.5區(qū)塊鏈特點6.5.6區(qū)塊鏈應(yīng)用6.5.7未來發(fā)展趨勢6.5.1區(qū)塊鏈技術(shù)的概念區(qū)塊鏈是一種分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過去中心化和去信任化維護可靠數(shù)據(jù)。它由一系列按時間順序的數(shù)據(jù)塊組成，這些數(shù)據(jù)塊包含交易信息且采用密碼學(xué)保證其不可篡改性。2008年首次在《比特幣》中提出，并成功應(yīng)用于比特幣系統(tǒng)。區(qū)塊鏈技術(shù)具有多中心化、隱私保護、防篡改等特點，為金融、監(jiān)管、科技等領(lǐng)域帶來變革。技術(shù)基礎(chǔ)：1976年，迪菲和赫爾曼提出公共密鑰加密協(xié)議與數(shù)字簽名概念，為加密算法體系和區(qū)塊鏈技術(shù)奠定基礎(chǔ)。同年，哈耶克提出非主權(quán)貨幣和競爭發(fā)行概念，引導(dǎo)去中心化加密數(shù)字貨幣技術(shù)發(fā)展。6.5.2區(qū)塊鏈的起源與發(fā)展早期技術(shù)：1997年，哈希現(xiàn)金發(fā)明，最早應(yīng)用于阻擋垃圾郵件。1998年，戴偉提出B-money系統(tǒng)，引入PoW機制。

0102比特幣誕生：2008年，中本聰發(fā)表《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》，闡述基于多種技術(shù)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)構(gòu)架。2009年，中本聰挖出比特幣創(chuàng)世區(qū)塊，標志比特幣和區(qū)塊鏈的誕生。036.5.3區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)該技術(shù)體系的核心在于通過分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制以及加密算法等計算機技術(shù)，構(gòu)建了一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸和存儲。6.5.4區(qū)塊鏈分類區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈和混合鏈，主要是為了滿足不同應(yīng)用場景下的特定需求，每種類型的區(qū)塊鏈都有其獨特的優(yōu)勢和適用場景。6.5.5區(qū)塊鏈特點多中心化：區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點共同維護，無單一控制中心，提高系統(tǒng)魯棒性和抗攻擊能力。時序數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)按時間順序排列，形成連續(xù)增長的鏈，保證數(shù)據(jù)可追溯性和不可篡改性。多方維護：網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點共同參與，確保數(shù)據(jù)的一致性和準確性。智能合約：自動執(zhí)行的計算機程序，無需第三方干預(yù)，提高交易效率和可信度。開放共識：所有符合條件的節(jié)點可參與驗證和記錄交易，通過共識機制確保數(shù)據(jù)一致性和安全性。不可篡改：每個區(qū)塊包含前一個區(qū)塊的哈希值，確保數(shù)據(jù)完整性和真實性。6.5.6區(qū)塊鏈應(yīng)用應(yīng)用0203040105藥物溯源與防偽：實現(xiàn)藥品全程可追溯，確保質(zhì)量和安全性，打擊假藥流通?？珂溚ㄐ牛捍龠M不同區(qū)塊鏈平臺間的數(shù)據(jù)和資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，形成統(tǒng)一協(xié)作的生態(tài)系統(tǒng)。技術(shù)融合：與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造新的應(yīng)用場景和商業(yè)模式。藝術(shù)品和奢侈品驗證：利用區(qū)塊鏈存儲唯一標識符，確保真實性和所有權(quán)的永久記錄。身份驗證：創(chuàng)建去中心化身份系統(tǒng)，用戶控制數(shù)字身份標識符（DID），提高安全性和可信度。電子健康病歷：安全存儲和共享患者病歷，保證數(shù)據(jù)安全性和完整性，提高診療效率。066.5.7未來發(fā)展趨勢0102030405應(yīng)用場景的拓展區(qū)塊鏈人才的發(fā)展技術(shù)進步與創(chuàng)新區(qū)塊鏈系統(tǒng)組成與模塊優(yōu)化監(jiān)管與合規(guī)6.6大數(shù)據(jù)技術(shù)6.6.1大數(shù)據(jù)技術(shù)的概念6.6.2大數(shù)據(jù)的發(fā)展歷程6.6.3大數(shù)據(jù)的5v特性6.6.4大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)6.6.5大數(shù)據(jù)的應(yīng)用6.6.6大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢6.6.1大數(shù)據(jù)技術(shù)的概念大數(shù)據(jù)是指無法在一定時間內(nèi)用常規(guī)軟件工具對其內(nèi)容進行抓取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)技術(shù)，是指從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息的能力。適用于大數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括大規(guī)模并行處理(MPP)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)挖掘電網(wǎng)，分布式文件系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)庫，云計算平臺，互聯(lián)網(wǎng)，和可擴展的存儲系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理，換而言之，如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)盈利的關(guān)鍵，在于提高對數(shù)據(jù)的“加工能力”，通過“加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。6.6.2大數(shù)據(jù)的發(fā)展歷程1、啟蒙階段（20世紀90年代至21世紀初）2、技術(shù)變革階段（21世紀初至2010年左右）3、廣泛應(yīng)用階段（2010年至今）6.6.3大數(shù)據(jù)的5v特性Volume（大量）Variety（多樣）高頻段傳輸Velocity（高速）Value（價值）Veracity（真實性）6.6.4大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)技術(shù)類型描述關(guān)鍵技術(shù)/工具大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)從不同數(shù)據(jù)源捕獲和收集數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)爬蟲、API接口、日志收集、數(shù)據(jù)庫同步、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)處理和分析大規(guī)模數(shù)據(jù)集Hadoop、Spark大數(shù)據(jù)管理技術(shù)存儲、索引、檢索和更新大規(guī)模數(shù)據(jù)集HDFS、HBase、Cassandra大數(shù)據(jù)應(yīng)用和服務(wù)技術(shù)應(yīng)用于實際業(yè)務(wù)場景，提供服務(wù)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)類型描述關(guān)鍵技術(shù)/工具大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)從不同數(shù)據(jù)源捕獲和收集數(shù)據(jù)分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)處理和分析大規(guī)模數(shù)據(jù)集Hadoop、Spark大數(shù)據(jù)管理技術(shù)存儲、索引、檢索和更新大規(guī)模數(shù)據(jù)集HDFS、HBase、Cassandra大數(shù)據(jù)應(yīng)用和服務(wù)技術(shù)應(yīng)用于實際業(yè)務(wù)場景，提供服務(wù)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化6.6.5大數(shù)據(jù)的應(yīng)用金融行業(yè)醫(yī)療健康行業(yè)制造業(yè)零售行業(yè)6.6.6

大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能的結(jié)合，提供更高效、智能的解決方案。技術(shù)融合與創(chuàng)新從共享開放轉(zhuǎn)向深度共享和授權(quán)運營，注重數(shù)據(jù)挖掘和隱私保護。公共數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)成為企業(yè)戰(zhàn)略資源，其價值被重新認識和挖掘。數(shù)據(jù)資源化加強大數(shù)據(jù)安全技術(shù)和策略，確保數(shù)據(jù)安全和隱私。數(shù)據(jù)安全與隱私6.7信息安全6.7.1信息安全的概念6.7.2信息安全服務(wù)6.7.3信息安全威脅6.7.4安全防御技術(shù)6.7.1信息安全的概念

信息安全，是指為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建立和采用的技術(shù)、管理上的安全保護，以保護計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因而遭到破壞、更改和泄露保密性：是