现代信息技术与应用课件

Frontier Technologies in Computer Science 现代信息技术与应用现现代信息技代信息技术术与与应应用用 Frontier Technologies in Computer Science CONTENRI.计算机技术前沿概述II.大数据在油气行业中的应用III.现代信息技术的应用2.CONTENR计计算机技算机技术术前沿概述前沿概述2.Frontier Technologies in Computer Science 第1章 计算机技术前沿概述第第1章章计计算机技算机技术术前沿概述前沿概述 Frontier Technologies in Computer Science 导引 在1895年出版的Darwin（达尔文）名著物种起源（The Origin of Species）第一版扉页上写道：“作为生物进化论的完整理论体系，物种起源主要讨论两个问题：一个是形形色色的生命是否由进化而来，二是进化的主要机理是什么”。达尔文对第一个问题的回答是肯定的，对第二个问题的回答是“自然选择”。Charles Darwin导导引引在在1895年出版的年出版的Darwin（达（达尔尔文）文）Frontier Technologies in Computer Science 5六大科学理论的突破量子力学相对论宇宙大爆炸模型DNA双螺旋结构板块构造理论计算机科学 计算机科学是现代科学体系的主要基石之一六大科学理六大科学理论论的突破量子力学的突破量子力学计计算机科学是算机科学是现现代科学体系的主要基代科学体系的主要基 Frontier Technologies in Computer Science 61.什么是计算机科学？计算机科学与技术学科，简称计算机科学；ACM/IEEE-CS 的专家们认为，目前已经无法继续用计算机学科来称谓它，而改称其为计算学科（Computing Discipline）；1.什么是什么是计计算机科学？算机科学？计计算机科学与技算机科学与技术术学科，学科，简简称称计计算机科算机科 Frontier Technologies in Computer Science 7什么是计算机科学？维基百科（Wikipedia）：与计算相关的多种学科的集合，包括理论和实际两方面。涉及信息和计算的理论基础、语言理论、算法分析和开发、计算系统的实现、计算机图形学、数据库、数据通信等；美国的网络和信息技术研究与发展国家办公室：计算系统和计算的语义研究、美国计算机学会（ACM）：计算机和算法过程的研究，包括它们的原理、它们的硬件和软件设计、它们的应用以及它们对社会的影响。什么是什么是计计算机科学？算机科学？维维基百科（基百科（Wikipedia）：与）：与计计算相关算相关 Frontier Technologies in Computer Science 82.计算机科学怎样成为一种科学？科学Science艺术Art原理（Principles）实践（Practice）基本原理的重复性（Fundamental recurrences）熟练运用（Skilled performance）解释说明（Explanation）行动（Action）发现（Discovery）发明（Invention）分析（Analysis）合成（Synthesis）剖析（Dissection）构造（Construction）2.计计算机科学怎算机科学怎样样成成为为一种科学？科学一种科学？科学Science艺术艺术Ar Frontier Technologies in Computer Science 93.计算机学科发展分支计算机科学（Computer Science）；计算机工程（Computer Engineering）；软件工程（Software Engineering）；信息技术（Information Technology）；信息系统（Information System）；3.计计算机学科算机学科发发展分支展分支计计算机科学（算机科学（ComputerSci Frontier Technologies in Computer Science 10计算机科学（Computer Science）计算机科学研究的范围很广，从理论和算法基础到机器人开发、计算机视觉、智能系统、生物信息等。主要包括：寻找求解计算问题的有效方法；构建使用计算机的新方法；软件的设计与实现。计计算机科学（算机科学（ComputerScience）计计算机科学研究算机科学研究 Frontier Technologies in Computer Science 11计算机工程（Computer Engineering）设计和构建计算机系统和基于计算机的系统，包括研究硬件、软件、通信以及它们之间的交互。学科内容集中在传统的电子工程、数学等相关领域的理论、原理和实践；强调的是硬件而不是软件，而且具有很强的工程特性。计计算机工程（算机工程（ComputerEngineering）设计设计和和 Frontier Technologies in Computer Science 12软件工程（Software Engineering）软件工程的主要目标是开发系统模型和按时并在有限预算下生产高质量软件的可靠技术。软件工程寻找计算机科学中科学与工程原理的结合，探讨以工程的规范有效地开发和管理软件系统。软软件工程（件工程（SoftwareEngineering）软软件工程件工程 Frontier Technologies in Computer Science 13信息技术（Information Technology）信息技术主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件；与信息系统学科的重点在于“信息”相对，信息技术学科的重点在于“技术”。信息技信息技术术（InformationTechnology）信息）信息 Frontier Technologies in Computer Science 14信息系统（Information System）信息系统学科可以理解为是基于技术的商务开发该学科强调信息技术中的“信息”，而将“技术”看成是产生、处理和分发所需的工具；他们面对的信息系统一般都是庞大和复杂的，既要懂技术，又要明白组织因素，知道如何有效地利用这类系统。信息系信息系统统（InformationSystem）信息系）信息系统统学科学科 Frontier Technologies in Computer Science 154.涉及范围涉及领域包括（但不限于）系统软件和软件工程，数据库技术及大规模数据处理，体系结构和高性能计算，编程理论，方法论和语言，形式语言与自动机，算法及复杂性人工智能和模式识别，计算机视觉及感知，机器学习和自动推理知识发现及数据挖掘，计算语言学及机器翻译，中文信息处理，计算机图形和虚拟现实 4.涉及范涉及范围围涉及涉及领领域包括（但不限于）域包括（但不限于）Frontier Technologies in Computer Science 16涉及范围涉及领域包括（但不限于）因特网，无线网络和传感器网络，语义网及网络服务，网络挖掘及社会计算，物联网及云计算可信软件，绿色软件，信息安全和密码，多媒体和智能人机接口，金融信息处理，量子信息处理和生物信息学 涉及范涉及范围围涉及涉及领领域包括（但不限于）域包括（但不限于）Frontier Technologies in Computer Science 17应用领域举例 计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。科学计算：如高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等；l过程检测与控制：如智能化仪器仪表；l 信息管理：近年来，国内许多机构纷纷建设自己的管理信息系统（MIS）；生产企业也开始采用制造资源规划软件（MRP），商业流通领域则逐步使用电子信息交换系统（EDI），即所谓无纸贸易。应应用用领领域域举举例例计计算机的算机的应应用用领领域已渗透到社会的各行域已渗透到社会的各行 Frontier Technologies in Computer Science 18应用领域举例l计算机辅助系统 计算机辅助设计、制造、测试；办公自动化、经济管理、情报检索等信息系统；工业生产过程综合自动化，工艺过程最优控制，武器控制，通信控制，交通信号控制等；人工智能：计算机推理、智能学习系统、专家系统、机器人等；l能源领域：将电力、石油、燃气等能源领域数据及人口、地理、气象等其他领域数据进行综合采集、处理、分析与应用。应应用用领领域域举举例例计计算机算机辅辅助系助系统统 Frontier Technologies in Computer Science 195.5.新世纪计算机科学技术发展的新取向更加重视技术的多样性、开放性和个性化；更加重视计算机技术惠及大众；更加重视生态和环境影响；更加重视医学及与人类健康有关的科学技术；将更加重视计算机科学的交叉研究；更加重视与人文艺术的结合；更加重视计算机科学与信息技术伦理道德方面的研究和对社会作用的法制化管理与监督。5.新世新世纪计纪计算机科学技算机科学技术发术发展的新取向更加重展的新取向更加重视视技技术术的多的多样样性、性、Frontier Technologies in Computer Science 20计算机科学发展的趋势“高”：性能越来越高，速度越来越快提高器件速度并行处理“广”：计算机的无处不在网络化与向各个领域的渗透普适计算（Pervasive Computing）“深”：信息的智能化发展计计算机科学算机科学发发展的展的趋势趋势“高高”：性能越来越高，速度越来越快：性能越来越高，速度越来越快 Frontier Technologies in Computer Science 第2章 大数据在油气行业中的应用第第2章章大数据在油气行大数据在油气行业业中的中的应应用用 Frontier Technologies in Computer Science 22 中国石油大数据定义基于中国石油产业链上各个环节所产生的各类海量复杂数据；以业务创新为理念，以价值发现为目标，以模型研究为手段；运用智能的方法和先进的技术实现数据的丰富采集和新价值挖掘；服务于以业务战略和现场运营决策为代表的各业务环节的数据资产。1.石油大数据中国石油大数据定中国石油大数据定义义1.石油大数据石油大数据 Frontier Technologies in Computer Science 23在油气工业领域，“数据就是新的石油”，通过数据挖掘和应用，可以提高决策的准确性和全面性，实现新的油气增产；目前出现能源短缺的关键不是因为缺乏油气，而是缺乏获得资源的快捷方式。通过数据挖掘和应用，包括使用分布式传感器、高速通信系统和数据挖掘技术等，实现监控、调整远程作业。使用实时数据进行分析决策和事故预测等，大幅度提高决策的准确性和全面性，不断实现新的油气增产，其中数字油田至少可提高8%的产量和6%的采收率。石油进行大数据研究的意义在油气工在油气工业领业领域，域，“数据就是新的石油数据就是新的石油”，通，通过过数据挖掘和数据挖掘和应应用，可用，可 Frontier Technologies in Computer Science 24中国石油业务总体特征是产业链长，包括勘探、生产、储运、炼油、销售等，业务类型多并关联度紧密，企业规模大且地域分布广。目前业务运行产生的数据量巨大，数据类型更为复杂，已向 PBPB 级规模发展，而随着物联网系统的实施，未来将逐步实现数据采集实时化，使得支持集团业务运行、企业经营管理、科学研究的信息资源越来越丰富。石油大数据应用方向 中国石油大数据应用集中在业务分析和企业决策，重点关注数据跨界集成、企业决策工作平台建立、综合完整KPIKPI分析体系建立、业务分析与价值发现等方面应用。中国石油中国石油业务总业务总体特征是体特征是产业链长产业链长，包括勘探、生，包括勘探、生产产、储储运、运、炼炼油、油、Frontier Technologies in Computer Science 25针对集团业务领域多、企业类型不一致等情况，可以通过大数据方法对各系统的数据实现跨界集成，实现勘探开发、油田生产、炼油化工、传输管道、销售服务的上、下游产业链信息整合，提高数字化决策的可信性、准确性和即时性；用大数据思路构建一个更加综合、海内外统一的、高效运作的集团级企业决策、业务分析工作平台；通过大数据系统支持建立企业、地区公司到集团的综合完整 KPIKPI（企业关键业绩指标）分析体系，不断改进企业KPIKPI，促进业务能力增长；建立各领域业务模型和数学模型，通过挖掘分析，从大数据资源中发现更多的财富、智慧和价值，提升创新力、增强企业核心竞争力。石油大数据具体实施针对针对集集团业务领团业务领域多、企域多、企业类业类型不一致等情况，可以通型不一致等情况，可以通过过大数据方法大数据方法 Frontier Technologies in Computer Science 鲁明公司就石油工业而言，大数据一般是伴随勘探、开发、生产过程产生的原始数据和成果数据，地震和测井数据尤为突出。2.大数据建设就石油工就石油工业业而言，大数据一般是伴随勘探、开而言，大数据一般是伴随勘探、开发发、生、生产产 Frontier Technologies in Computer Science 鲁明公司今天的我们已经开始重视大数据建设工作，并已经形成了一定层次的信息成果都在应用中实现着自身的价值开发月度数据历史复算解决了历史遗留问题采油工程数据库稳步运行源头数据采集质量提升测井、动态监测数据库广泛应用地理信息系统建立地质完井总结和作业施工总结文档库形成完井报告与作业井史数字化成果形成今天的我今天的我们们已已经经开始重开始重视视大数据建大数据建设设工作，并已工作，并已经经形成了一定形成了一定层层次的次的 Frontier Technologies in Computer Science 鲁明公司各类数据库分别为相关研究提供支持，以勘探为例地层对比地震解释 二次解释数据量大、多类型数据体分布在不同专业的数据库中，为综合研究、生产分析提供有力支撑。各各类类数据数据库库分分别为别为相关研究提供支持，以勘探相关研究提供支持，以勘探为为例地例地层对层对比地震解比地震解释释 Frontier Technologies in Computer Science 鲁明公司数据来源于13个专业的源头数据和基于源头再处理的成果数据。而我们现在用到的测井、动态监测、注采对应率、地理信息都是基于源头而又相对独立产生的专业项目库，是对源头数据的补充和完善，目的是更好地挖掘数据价值。两个循环一个循环是怎么建数据目前挖掘数据价值的模式是开发专业研究软件和开发管理系统。一个循环是怎么用数据 数据来源于数据来源于13个个专业专业的源的源头头数据和基于源数据和基于源头头再再处处理的成果数理的成果数 Frontier Technologies in Computer Science 303.大数据系统架构设计数据分析场景业务建模、数据分析、价值发现等数据治理场景数据ETL、事件处理、数据存储管理、分析数据库建立等现场实时系统数据专家系统 网站数据情报资料 网站数据多源、多类、实时大数据源分布式数据库多维数据体实时分析数据库面 向 主 题 分 析 数 据数据管理者数据分析者业务决策场景判断、决策、发布分 析 成 果 决 策 数 据成果数据库数成果据数分据析库 者成果数据库管理决策者应用系统管理者专业系统 技术数据历史 档案数据信息管理 系统数据统业务运行系技术数据、生产运行、企业资源、物联网、实时监控、档案、网站等系统管理决策者 判定分析成果，应用于企业管理决策；数据分析者 业务建模、数据分析、数据展示和价值发现等。从数据资产中提取有价值的信息，给决策者提交数据分析成果；数据管理者数据抽取转换与加载、事件处理、数据存储管 理、数据管理软件运行维护。3.大数据系大数据系统统架构架构设计设计数据分析数据分析场场景数据治理景数据治理场场景景现场专现场专家系家系统统 Frontier Technologies in Computer Science 31 勘探开发业务的大数据典型应用油田滚动评价大数据应用建立成藏模式分析研究平台 以地质盆地为研究对象,对其构造、储层、油藏模式的各类数据进行分析，寻找模式产生规律以指导油田滚动评价工作，提高勘探成功率。油田剩余油研究大数据应用建立剩余油研究工作平台 统一管理研究过程的全部各类数据,形成剩余油研究的大数据访问环境，建立剩余油研究工作平台，提升确定剩余油富集区的能力和提高油田剩余油研究工作效率。油田精细化管理大数据应用方向建设油田精细化管理集成环境 对在油田精细化过程的全部数据实现统一管理（访问、统计、方向、展示、报告），形成油田精细化管理的大数据（勘探、开发、生产和经营）环境，管理流程化、决策数字化。大数据应用典型案例勘探开勘探开发业务发业务的大数据典型的大数据典型应应用大数据用大数据应应用典型案例用典型案例 Frontier Technologies in Computer Science 32 炼化业务大数据典型应用 通过对生产过程、物资储运和公用工程的数据一体化整合，形成炼化企业绩效综合分析能力。这些数据包括：生产管理（计算现场生产/材料使用/库存信息/跟踪产品遗留/进料处理/生产成本）；计划优化与调度（原油调度/操作计划/供销优化/操作调度/调合优化/性能监控）；操作管理（设定传递操作计划/监控工艺数据）；调合与库存管理（制定调合计划/执行调合操作/调合过程监控）炼炼化化业务业务大数据典型大数据典型应应用用 Frontier Technologies in Computer Science 33销售业务大数据典型应用通过对销售过程数据和用户数据的即时收集与分析，实现成品油市场预测、供需平衡策略制定，提高用户的满意度，提升销售企业的业绩。天然气与管道业务大数据典型应用长输管道运营效益分析，对管道运行数据（管件、场站设备基本数据、管道生产实时数据、管道生产统计分析评价效能分析数据）以及能耗数据进行实时综合分析，支持管输优化。销销售售业务业务大数据典型大数据典型应应用用 Frontier Technologies in Computer Science 344.大数据应用系统油气生产物联网系统通过传感、射频、通讯等技术，对油气水井、计量间、油气站库等生产对象进行全面的感知，实现生产数据、设备状态信息在生产指挥中心及生产控制中心集中管理和控制。搭建规范、统一的数据管理平台，支持油气生产过程管理，进一步提高油气田生产决策的及时性和准确性。4.大数据大数据应应用系用系统统油气生油气生产产物物联联网系网系统统通通过传过传感、射感、射频频、数据采集与控制子系统 利用传感、射频等技术，感知油气生产信息，建立覆盖油气全过程准确、可靠的自动化采集与控制子系统。实现采集数据完善准确，过程控制精确到位，安全管理及时有效，系统控制稳定可靠。数据传输子系统 利用通讯技术，实现对现场数据信息传输实时高效、指令下达准确可靠、网络安全稳定；并实现与生产运行管理的一体化无缝连接。生产运行管理子系统 利用感知的生产信息，通过对生产规律的总结，建立覆盖地下、地面生产全过程的生产管理模型及预测预警模型。实现生产过程实时诊断，控制参数实时预警，数据信息实时发布，决策管理智能科学。油气生产物联网系统系统框架油气生产物联网系统系统框架数据采集与控制子系统数据传输子系统生产运行管理子系统油气生产数据采集与控制子系统数据传输子系统生产运行管理子系统油气生产以底部系统为例 采集与控制子系统架构设计 通过传感器、RTU等设备自动采集、存储、处理油气生产对象的生产数据，通过摄像头、危害气体监测等装置，自动采集现场生产的环境信息，将这些信息传输到采油厂实时数据库，支撑生产监控等应用；同时，通过ESD、控制阀等自动化控制设备，实现生产过程自动控制。油气生产物联网系统技术实现举例油气生产物联网系统技术实现举例以底部系统为例以底部系统为例 采集与控制子系统架构设计采集与控制子系统架构设计 通过传感通过传感 Frontier Technologies in Computer Science 374.大数据应用系统-Frame地震软件平台-Frame是由中国石化组织研发，面向大数据时代油气地震勘探技术发展与应用需求的新一代地震数据处理解释软件平台；-Frame是国际石油工业与地球物理业界第一个基于HadoopHadoop大数据技术体系构建的大型地震勘探软件平台。-Frame4.大数据大数据应应用系用系统统-Frame地震地震软软件平台件平台-Fr Frontier Technologies in Computer Science 38-Frame地震软件平台功能高效易用的海量数据管理可视化批处理作业流程管理全程实时化作业监控管理面向应用与用户的资源管理服务地震数据浏览与分析工区底图与平面属性分析速度分析与建模三维可视化交互应用地震资料批处理业务功能-Frame地震地震软软件平台功能高效易用的海量数据管理件平台功能高效易用的海量数据管理 Frontier Technologies in Computer Science 39-Frame地震软件技术实现大数据时代的新一代地震勘探软件平台l面向海量地震数据高效管理：PBPB级；l面向超大规模并行计算：超万核级；l面向地震处理解释一体化；l面向开放共享与服务；关键技术l基于先进的大数据技术架构 HadoopHadoop；l海量数据高效管理能力和I/OI/O吞吐能力；l超大规模并行计算支撑能力；l云计算应用服务；l层次化平台架构具备完整的系统管理、数据管理、图形交互、作业流。-Frame地震地震软软件技件技术实现术实现大数据大数据时时代的新一代地震勘探代的新一代地震勘探软软件件 Frontier Technologies in Computer Science 40 专业技术图件交互展示 基于GIS综合报表交互展示 综合数据分析交互展示 实时监控追溯数据展示5.大数据分析成果可视化应用可视化是数据描述的图形表示，形象揭示海量数据的复杂关系。可视化应用展示窗口信息量大、交互、综合、符合业务逻辑。专业专业技技术图术图件交互展示件交互展示 综综合数据分析交互展示合数据分析交互展示5.大数据分大数据分 Frontier Technologies in Computer Science 41石油勘探 可视化技术可以综合利用地理信息技术所特有的空间分析功能和强有力的可视化表达能力。将地下的地质构造、岩性、物性、电性、油气的生储盖等特征以及地面勘探施工、钻采工程等信息与地理信息相连接,及时、准确、形象、直观地了解有关形象并进行综合分析对比,从而准确、合理、迅速地进行勘探工作部署。可视化技术在石油行业的应用实例测井解释成果图石油勘探可石油勘探可视视化技化技术术在石油行在石油行业业的的应应用用实实例例测测井解井解释释成果成果图图 Frontier Technologies in Computer Science 42塔河油田河道砂体立体显示图井位构布置 国内的吉和油田、塔河油田、新沟油田等就使用了三维可视化软 Voxelgeo来研究油田地质的断裂结构和储集层的分布特征。塔河油田河道砂体立体塔河油田河道砂体立体显显示示图图井位构布置井位构布置国内的吉和油田、国内的吉和油田、Frontier Technologies in Computer Science 43石油钻井 在钻井过程中借助可视化工具，综合利用钻前地质模型数据和实时测量数据，及时了解所钻地层的情况，为快速有效地做出和传达钻井决策提供有力的保障。可视化环境，可以直观地了解井眼经过的地层,各地层的地质、力学特点,以及发生的钻井问题，如在某个层段发生了钻井事故,有哪些可供借鉴的经验和措施可视化钻井平台设计图石油石油钻钻井可井可视视化化钻钻井平台井平台设计图设计图 Frontier Technologies in Computer Science 44石油集输 可对深埋于地下的输油气管线的空间分布、输油能力、工作状况等方面进行管理，充分利用现有的输油管线从而更好的控制成本。在管线出现故障时，通过分析地理位置和故障类型以及管线结构等因素，维修人员能够迅速找出故障点并加以解决。为管道线路的设计和管理提供了高效、快捷的辅助手段,从而提高油气管道管理业务工作的可视化水平和工作效率。石油天然气管线布置可视化图石油集石油集输输石油天然气管石油天然气管线线布置可布置可视视化化图图 Frontier Technologies in Computer Science 45 大数据如何更好地应用于油气行业？用“大数据”衡量公司发展水平 现在油田工程师管理的井数是2020世纪9090年代中期的7 7倍多，源源不断流入油气生产信息系统的大量实时数据，为更加科学、合理地管理油气田发挥了重要作用。利用大数据创建综合高效的协作平台 石油大数据是动态发展的，其种类和总量都在不断增加，能否快捷地获取和挖掘用于油田开发决策的海量数据，是公司实现科学决策、高效运营的关键。据埃森哲与微软公司对200200位业界专家的调查显示，国际大石油公司75%75%的投入与信息技术领域有关，目的就是要构建一个更加综合、高效的运作平台，最终形成一个全球性的协作环境。6.大数据应用设想大数据如何更好地大数据如何更好地应应用于油气行用于油气行业业？6.大数据大数据应应用用设设 Frontier Technologies in Computer Science 46借助大数据提升技术和管理创新水平 实现石油领域与ITIT的结合，将云计算等技术用于战略决策、科技研发、生产经营和安全环保等各个领域中，可以提升石油公司技术和管理创新水平及价值创造能力。促进中石油信息化建设 对大数据的研究和实施有助于企业数据从信息资源、经济资产提升为战略资源；提升中国石油信息的集成管理、综合分析和决策应用水平；有助于促进信息化为业务创新服务、为增强企业核心竞争力服务；有助于今后几年的信息化建设与应用战略方向的确立。借助大数据提升技借助大数据提升技术术和管理和管理创创新水平新水平 Frontier Technologies in Computer Science 47实施信息技术总体规划，配置可扩展、适应大数据的存储系统搭建业务全覆盖的物联网系统平台建设应用网络舆情监测平台有针对性开展大数据专项应用研究逐步建成大数据决策支持中心不断完善大数据应用的保障体系1 大数据如何更好地应用于油气行业？实实施信息技施信息技术总术总体体规规划，配置可划，配置可扩扩展、适展、适应应大数据的存大数据的存储储系系统统搭建搭建业业 Frontier Technologies in Computer Science 第3章 现代信息技术的应用第第3章章现现代信息技代信息技术术的的应应用用 Frontier Technologies in Computer Science 49知识概要人工智能AR&VRAR&VR云计算物联网技术知知识识概要人工智能概要人工智能 Frontier Technologies in Computer Science 501.1.人工智能 【什么是人工智能？】（1 1）人工智能是人工的方法和技术，模仿、延伸和扩展人的智能，实现机器智能。说明了 AI AI 研究的目标 用机器（计算机）来模拟人脑的思维活动，并解决需要人类的智力才能处理的复杂问题。（2 2）人工智能是计算机科学的一个分支，其目标是使智能行为自动。强调了 AI AI 是计算机科学的一部分；研究建立在计算机科学的理论和原理之上；表示知识的数据结构；应用知识所需的算法；实现算法的语言和编程技术。1.人工智能人工智能【什么是人工智能？】【什么是人工智能？】Frontier Technologies in Computer Science 51人工智能的诞生人工智能的诞生五位达特茅斯会议的主要参与人员在人工智能60周年纪念会上合影约翰麦卡锡（John McCarthy）首次提出“Artificial Intelligence”阿兰图灵“人工智能之父”“纸上下棋机”率先探讨了下棋与机器智能人工智能的人工智能的诞诞生人工智能的生人工智能的诞诞生生五位达特茅斯会五位达特茅斯会议议的主要参与人的主要参与人员员 Frontier Technologies in Computer Science 52人工智能研究点 机器数学四色定理哥德巴赫猜想数学家Russell名著数学原理人工智能研究点人工智能研究点机器数学四色定理哥德巴赫猜想机器数学四色定理哥德巴赫猜想数学家数学家Russ Frontier Technologies in Computer Science 53智能器官和模式识别智能感官人脸识别语音识别智能器官和模式智能器官和模式识别识别智能感官人智能感官人脸识别语脸识别语音音识别识别 Frontier Technologies in Computer Science 54自然语言处理自然语言理解，又称自然语言处理（NLP），其任务是研制表示语言能力和语言应用的模型，并建立计算框架来实现这些模型，再根据这些模型设计各种实用系统，探讨这些实用系统的评测技术。自然自然语语言言处处理理自然自然语语言理解，又称自然言理解，又称自然语语言言处处理（理（NL Frontier Technologies in Computer Science 55第五代计算机蚁群算法和粒子群算法日本人宣称将以Prolog为机器的语言，其应用程序将达到知识表达级，具有听觉、视觉甚至味觉功能，能够听懂人说话，自己也能说话，能认识不同的物体，看懂图形和文字。人们不再需要为它编写程序指令，只需要口述命令，它自动推理并完成工作任务。这种新型的机器，即“第五代计算机”。第五代第五代计计算机算机蚁蚁群算法和粒子群算法群算法和粒子群算法日本人宣称将以日本人宣称将以 Frontier Technologies in Computer Science 56大脑复制人类的大脑不啻是世界上最复杂、最高级、最有效、储存容量最大的超级计算机。大大脑脑复制复制人人类类的大的大脑脑不啻是世界上最复不啻是世界上最复杂杂、最高、最高级级、最、最 Frontier Technologies in Computer Science 57游戏智能人工智能在游戏中的目标主要有五个为玩家提供适合的挑战；使玩家处于亢奋状态；提供不可预知性结果；帮助完成游戏的故事情节；创造一个生动的世界。游游戏戏智能人工智能在游智能人工智能在游戏戏中的目中的目标标主要有五个主要有五个 Frontier Technologies in Computer Science 58星际争霸中的路径选择A*寻路算法一直以来被游戏界认为是最好的寻路算法之一，因而被大量应用。由于A*算法是按照寻找最低耗费的路径来设计，A*会找到最短，最直接的路径。人工智能举例星星际际争霸中的路径争霸中的路径选择选择A*寻寻路算法一直以来被路算法一直以来被 Frontier Technologies in Computer Science 59索菲亚是历史上首个获得公民身份的一台机器人，由香港汉森机器人公司开发。索菲亚看起来就像人类女性，拥有橡胶皮肤，能够使用很多自然的面部表情。索菲亚“大脑”中的计算机算法能够识别面部，并与人进行眼神接触。索菲亚的“大脑”是编程实现的，但她也能够自发创建一些基于算法的反应。她使用的AI技术会分析她正在进行的对话，推断信息。机器人 索菲亚索菲索菲亚亚是是历历史上首个史上首个获获得公民身份的一台机器人，由香港得公民身份的一台机器人，由香港汉汉森机器人森机器人 Frontier Technologies in Computer Science 60阿尔法围棋（AlphaGoAlphaGo）是第一个击败人类职业围棋选手、第一个战胜围棋世界冠军的人工智能程序。由谷歌旗下 DeepMind DeepMind 公司戴密斯哈萨比斯领衔的团队开发，其主要工作原理是“深度学习”。AlphaGo Zero AlphaGo Zero 是谷歌下属公司 DeepMind DeepMind 的新版程序。从空白状态学起，在无任何人类输入的条件下，AlphaGo Zero AlphaGo Zero 能够迅速自学围棋，并以100:0100:0的战绩击败“前辈”。阿尔法围棋 AlphaGo AlphaGo阿阿尔尔法法围围棋（棋（AlphaGo）是第一个）是第一个击败击败人人类职业围类职业围棋棋选选手、第手、第 Frontier Technologies in Computer Science 61想知道 AlphaGo AlphaGo 成功的秘诀吗？策略网络：给定当前局面，预测并采样下一步的走棋；快速走子：目标和策略网络一样，但在适当牺牲走棋质量的条件下，速度要比策略网络快10001000倍；价值网络：给定当前局面，估计是白胜概率大还是黑胜概率大；蒙特卡洛树搜索：把以上这三个部分连起来，形成一个完整的系统。AlphaGo AlphaGo 简单介绍想知道想知道AlphaGo成功的秘成功的秘诀吗诀吗？AlphaGo简单简单介介 Frontier Technologies in Computer Science 62第一大脑：落子选择器 AlphaGoAlphaGo 的第一个神经网络大脑是“监督学习的策略网络（Policy NetworkPolicy Network）”，观察棋盘布局企图找到最佳的下一步。预测每一个合法下一步的最佳概率，找到最高概率。第二大脑：棋局评估器 AlphaGo AlphaGo 的第二个大脑回答另一个问题，它不是去猜测具体下一步，而是在给定棋子位置情况下，预测每一个棋手赢棋的概率。这“局面评估器”就是“价值网络”，通过整体局面判断来辅助落子选择器。这个判断仅仅是大概的，但对于阅读速度提高很有帮助。AlphaGo AlphaGo 有2 2个大脑第一大第一大脑脑：落子：落子选择选择器器AlphaGo有有2个大个大脑脑 Frontier Technologies in Computer Science 2.AR&VR2.AR&VR Frontier Technologies in Computer Science 64AR 增强现实技术（Augmented RealityAugmented Reality，简称 ARAR）AR 是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D 模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。AR AR 技术是如何应用到人们的现实生活中呢？AR增增强强现实现实技技术术（AugmentedReality，简简称称 Frontier Technologies in Computer Science 65AR手机上的增强现实技术 手机上的增强现实技术就是根据摄像头对指定的图片（Mark）进行识别或根据当前位置（GPS）、视野朝向（指南针）及手机朝向（方向传感器/陀螺仪），在实景中（摄像头）投射出相关信息并在显示设备（屏幕）里展示。AR技术在手机上的应用AR手机上的增手机上的增强强现实现实技技术术AR技技术术在手机上的在手机上的应应用用 Frontier Technologies in Computer Science 66基于AR技术的购物应用购买之前看效果买定离手不后悔 很多情况下，网上商城的东西很炫，但到现实生活中却让你捶胸顿足；亦或是看到包装精美的DVD，但是买回去后却发现内容并不感兴趣从而后悔不迭有了AR技术，让你提前看到装饰物摆在家中的效果，或是观看一段DVD的内容剪辑，轻松购买最适合的商品。基于基于AR技技术术的的购购物物应应用用购买购买之前看效果之前看效果买买定离手不后悔定离手不后悔 Frontier Technologies in Computer Science 67基于AR技术的游戏应用无论身处何处都是真实的战场 利用设备自带的摄像头捕捉周围的实时画面，利用陀螺仪和重力感应来判断玩家的动作、方向和位置变化，将带给玩家强烈的参与感。基于基于AR技技术术的游的游戏应戏应用无用无论论身身处处何何处处都是真都是真实实的的战场战场 Frontier Technologies in Computer Science 68基于AR技术的生活应用Find Your Car With ARFind Your Car With AR帮你快速找到停车位里的车 停车场中，茫茫车海，哪一辆究竟是你的车？Find Your Car在你把车停好之后，掏出手机启动 Car Finder，给你停车位置加个标签。若干个小时之后，你想开车回家的话，借助Find Your Car With就可以快速找到你的车。基于基于AR技技术术的生活的生活应应用用FindYourCarWith Frontier Technologies in Computer Science 69基于AR技术的生活应用Layar Reality BrowserLayar Reality Browser发现你周围的信息世界 打开手机中安装的Layar Reality Browser，朝着某个方向开启摄像头，用户可以看到出售的房屋，流行的酒吧、商店、该地区的旅游信息，杂志和广告海报等。基于基于AR技技术术的生活的生活应应用用LayarRealityBrows Frontier Technologies in Computer Science 70行车方式的改变 对于雨天、傍晚、黑夜等不能清晰识别周围驾驶环境的情况，增强驾驶利用图形识别技术和GPS定位，可以在屏幕上动态标注锁定路况移动物体，大大提高对司机的驾驶辅助。阅读方式的改变 传统印刷品对比互联网有很大局限性，能承载的信息量极为有限。利用AR技术，你可以把印刷品放在摄像头前，然后查询到更多的信息，甚至可以在线评论。AR技术将改变人类的生活行行车车方式的改方式的改变变AR技技术术将改将改变变人人类类的生活的生活 Frontier Technologies in Computer Science 71VR虚拟现实技术（Virtual Reality,Virtual Reality,简称VR VR）。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。虚拟现实技术的简单原理l人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息；lVR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。l用户（头、眼）的跟踪。在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。VR虚虚拟现实拟现实技技术术（VirtualReality,简简称称VR Frontier Technologies in Computer Science 72VR技术的使用VR VR 的使用领域非常广泛，医学、娱乐、军事、室内设计、地理、教育等。航空航天娱乐室内设计VR技技术术的使用的使用VR的使用的使用领领域非常广泛，医学、域非常广泛，医学、娱乐娱乐、军军事、室事、室 Frontier Technologies in Computer Science 73VR 实际产品 Oculus Rift是一款虚拟现实设备，可在娱乐活动中体验身临其境的感觉。最初是为游戏而设计的，但之后发展决定应用到更为广泛的领域，包括观光、电影、医药、建筑、空间探索以及战场上。VR实际产实际产品品OculusRift是一款虚是一款虚 Frontier Technologies in Computer Science 74VR VR 技术在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构。外科医生在真正动手术之前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。医学VR技技术术在医学方面的在医学方面的应应用具有十分重要的用具有十分重要的现实现实意意义义。医学。医学 Frontier Technologies in Computer Science 75应用 VR 技术，将三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政设施的三维立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观。可以进行诸如查询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作，满足数字城市技术由二维GISGIS向三维虚拟现实的可视化发展需要，为城建规划、社区服务、物业管理、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。地理应应用用VR技技术术，将三，将三维维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物地面模型、正射影像和城市街道、建筑物 Frontier Technologies in Computer Science 76在一些重大安全行业，例如石油、天然气、轨道交通、航空航天等领域，正式上岗前的培训工作变得异常重要，但传统的培训方式显然不适合高危行业的培训需求。虚拟现实技术的引入使得虚拟培训成为现实。结合动作捕捉高端交互设备及3D3D立体显示技术，为培训者提供一个和真实环境完全一致的虚拟环境。培训者可以在这个具有真实沉浸感与交互性的虚拟环境中，通过人机交互设备和场景里所有物件进行交互，体验实时的物理反馈，进行多种实验操作。培训实训在一些重大安全行在一些重大安全行业业，例如石油、天然气、，例如石油、天然气、轨轨道交通、航空航天等道交通、航空航天等领领 Frontier Technologies in Computer Science 77虚拟现实（VRVR），看到的场景和人物全是假的，是把你的意识代入一个虚拟的世界。增强现实（ARAR），看到的场景和人物一部分是真一部分是假，是把虚拟的信息带入到现实世界中。AR&VR的区别虚虚拟现实拟现实（VR），看到的），看到的场场景和人物全是假的，是把你的意景和人物全是假的，是把你的意识识代入代入 Frontier Technologies in Computer Science 3.云计算3.云云计计算算 Frontier Technologies in Computer Science 79云计算的崛起不仅是一个让极客们兴奋的可以转变的平台。这无疑将改变信息技术（IT）产业，但也将深刻改变人们工作和公司经营的方式。它将允许数字技术渗透到经济和社会的每一个角落，并会遇到一些棘手的政治问题。“”经济学人云计算云云计计算的崛起不算的崛起不仅仅是一个是一个让让极客极客们兴奋们兴奋的可以的可以转变转变的的 Frontier Technologies in Computer Science 80认识云计算云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云，从最广泛的意义上说，它是一个能够连接到全球性网络资源的平台，同时云计算也改变了整个行业。认识认识云云计计算云算云计计算是分布式算是分布式计计算、并行算、并行计计算、效用算、效用计计算、网算、网络络存存储储、Frontier Technologies in Computer Science 81云计算的概念云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源；云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互；云计算是一种计算模式：把IT资源，数据，应用作为服务通过网络提供给用户；云计算是一种基础架构管理方法论：把大量高度虚拟化的组员管理起来，组成一个大的资源池，用来统一提供服务。云云计计算的概念云算的概念云计计算是基于互算是基于互联联网的相关服网的相关服务务的增加、使用和交付模的增加、使用和交付模 Frontier Technologies in Computer Science 82云计算的特点超大规模虚拟化高可靠性通用性高可扩展性按需服务极其廉价潜在的危险性1云云计计算的特点超大算的特点超大规规模虚模虚拟拟化高可靠性通用性高可化高可靠性通用性高可扩扩展性按需服展性按需服务务 Frontier Technologies in Computer Science 83云计算的分类根据云的部署模式和云的使用范围进行分类 公共云 私有云 混合云 “混合云”是未来云计算产业的主要应用模式云云计计算的分算的分类类根据云的部署模式和云的使用范根据云的部署模式和云的使用范围进围进行分行分类类 Frontier Technologies in Computer Science 84云计算的重要技术虚拟化技术 数据中心自动化 云计算数据库 云操作系统 云安全 云云计计算的重要技算的重要技术术虚虚拟拟化技化技术术 Frontier Technologies in Computer Science 85云计算的应用 生命科学 海洋学和天文学 信息科技 航天 高能物理 科研领域 云云计计算的算的应应用用生命科学生命科学 Frontier Technologies in Computer Science 4.物联网技术4.物物联联网技网技术术 Frontier Technologies in Computer Science 87物联网近几年来物联网技术受到了人们的广泛关注，“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮；物联网概念最早出现于Bill Gates 1995年出版的未来之路一书，该书提出了“物物”相联的物联网雏形，当时受限于无线网络、硬件及传感器设备的发展，并未引起世人的重视。物物联联网近几年来物网近几年来物联联网技网技术术受到了人受到了人们们的广泛关注，的广泛关注，“物物联联网网”被称被称 Frontier Technologies in Computer Science 88物联网的定义物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。物物联联网的定网的定义义物物联联网是通网是通过过各种信息各种信息传传感感设备设备及系及系统统（传传感网、射感网、射频频 Frontier Technologies in Computer Science 89物联网的内涵物联网产生的主要原因经济危机催生新产业革命；传感网技术已成熟应用；网络接入和数据处理能力已基本适应多媒体信息传输处理的需求；技术层面的认识物体通过智能感知装置，经过传输网络，到达指定数据处理中心，实现人与人、物与物、人与物之间信息交互与处理的智能化网络；从应用的角度理解每一个物品都可以寻址，每一个物品都可以控制，每一个物品都可以通信；物联网与其他网络之间的关系包容、交互作用关系。物物联联网的内涵物网的内涵物联联网网产产生的主要原因生的主要原因 Frontier Technologies in Com