信息信息科学与信息技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,信息技术导论,主讲教师,:,郑蔚,2,第一章,信息、信息科学与信息技术,2,学时,第二章,计算与计算科学,1.5,学时,第三章,信息处理机器：计算机系统,3,学时,第四章,计算机软件系统,3,学时,第五章,信息媒体的表示及数字化,1.5,学时,第六章,数据的组织结构与算法,3,学时,第七章,数据库技术,3,学时,第八章,信息的传输,计算机通信与网络技术,3,学时,第九章,信息资源管理,3,学时,第十章,信息资源管理,3,学时,第十一章,信息系统安全与保护,3,学时,信息技术导论,共,54,学时，其中理论学时,27,，实验学时,27,，理论学时分配如下：,课程学时分配,纲要,第,1,章,信息、信息科学与信息技术,1.1,探索信息的真谛,1.2,信息科学,1.3,信息技术,1.4,信息科学（技术）与相关学科的关系,3,一、,教学目的,1,了解信息的来源和发展历史；了解信息科学与信息技术的基本概念,2,掌握信息的概念、数据、消息、信号与信息的区别。,3,掌握信息技术的核心及支撑技术。,二,、教学重点及难点,1,重点：数据、消息、信号与信息的区别；信息技术的核心及支撑技术。,2,难点：信息的概念及度量。,4,1.1,探索信息的真谛,什么是信息,？,就一般意义而言，信息可以理解成消息、情报、知识、见闻、通知、报告、事实、数据等等。,5,1.1,探索信息的真谛,最早对信息进行科学定义的是,哈特莱,（,Ralph V.L.Hartley,）。他在,1928,年发表的,信息传输,一文中，首先提出信息这一概念。他认为，,信息就是他在通信符号表中选择符号的具体方式，并主张用所选择的自由度来度量信息,。,哈特莱首先提出消息是代码、符号而不是信息内容能够本身，使信息与消息区分开来。,他的思想和研究结果，为信息论的创立奠定了基础。,6,香农,（,Claude Elwood Shannon),1916,年,4,月,30,日出生于美国密歇根州，,2001,年,2,月,26,日去世。,美国数学家、信息论的创始人。,信息,就是不确定性的消除量。信息量即不确定性减少的程度。,信息,被看作是用以消除信宿,(,信息的接受者,),对于信源,(,信息的发出者,),发出消息的不确定性。,香农,还用概率统计的数学方法，来度量不确定性被消除的量的大小。,1.1,探索信息的真谛,7,1.1,探索信息的真谛,维纳,1894,年,11,月,26,日生于密苏里州的哥伦比亚，,1964,年,3,月,18,日去世。,美国数学家，控制论的创始人。,信息,就是在人们在适应外部世界，并且使这种适应反作用于外部世界的过程中，,同外部世界进行交换的内容的名称。,8,意大利学者朗格,(G.Longe):,信息是事物之间的差异，而不是事物本身。即信息是反映事物的形式、关系和差别的东西。包含在事物的差异之中。,所谓信息量就是对事物差异度的量度,。,钟义信,:,信息是事物的运动状态和过程以及关于这种状态和过程的知识。,1.1,探索信息的真谛,9,1.1,探索信息的真谛,1.1.1,什么是信息,随着时间的推移，时代赋予了信息新的含义，信息是一个,动态,的概念。,现代“信息”的概念，已经与半导体技术、微电子技术、计算机技术、通讯技术、网络技术、多媒体技术、信息服务业、信息产业、信息经济、信息化社会、信息管理、信息论等含义紧密地联系在一起,。,最典型的应用是广告。,10,香农的研究,成,成果标志着,信,信息论（,Information Theory,）的诞生。,香农提出的,信,信息论是关,于,于通讯技术,的,的理论，它,是,是以数学方,法,法研究通讯,技,技术中关于,信,信息的传输,和,和变换规律,的,的一门科学,。,。所以，人,们,们又将其称,为,为,狭义信息论,，或经典信,息,息论,。,信息论发展,的,的第二个阶,段,段是,一般信息论,。一般信息,论,论特别关心,信,信号被噪音,干,干扰时的处,理,理问题。,信息论发展,的,的第三个阶,段,段是,广义信息论,。,它以各种系,统,统、各门学,科,科中的信息,为,为对象，广,泛,泛地研究信,息,息的本质和,特,特点，以及,信,信息的获取,、,、计量、传,输,输、处理、,控,控制和利用,的,的一般规律,。,。,从信息论到,信,信息科学,11,香农认为：,信息是有秩,序,序的量度，,是,是人们对事,物,物了解的不,确,确定性的消,除,除或减少。,信息是对组,织,织程度的一,种,种测度，信,息,息能使物质,系,系统有序性,增,增强，减少,破,破坏、混乱,和,和噪音。,香农引入：,“熵”表示,一,一个系统的,无,无组织程度,。而一个系统,中,中的信息量,是,是它的组织,化,化程度的度,量,量，这说明,信息与熵恰,好,好是一个相,反,反的量，信,息,息是负熵，,所以信息量,的,的公式中有,负,负号，它表,示,示系统获得,信,信息后无序,状,状态的减少,或,或消除。,香农对信息,的,的定义,12,由于信息源,发,发出的消息,是,是随机的，,可,可以用随机,变,变量来表示,。,。如果用符,号,号 表示信,息,息源发出的,信,信息，假设,事,事件的基本,空,空间,包含,m,个元素，即,=,x1,x2,xm,且每一个等,可,可能值的概,率,率为：,P（X=xi）=pi=1,2,m,那么定义一,个,个随机事件,所,所含的信,息,息量称为,x,的自信息量,，,，即：,（,公式,1-1,）,信息的度量,13,只能表示信,息,息源发出的,某,某一特定消,息,息,x,的自信息量,，,，而对于不,同,同的消息则,有,有不同的自,信,信息量，所,以,以,不,不,足,足以作为整,个,个信息源的,总,总体信息测,度,度，那么可,以,以定义平均,信,信息量来作,为,为信息总体,的,的测度，即,信,信息熵。,设,X,为一离散随,机,机变量，在,集,集合,中,中取值，,其,其概率分布,为,为：,信息的度量,14,信息熵：是从整个信,息,息源的统计,特,特性来考虑,的,的，它从平,均,均的意义上,来,来表示信息,源,源的总体信,息,息测度，它,表,表示信息源,X,在没有发出,消,消息以前，,信,信宿对信息,源,源,X,存在着平均,不,不确定性。,香,香农的信息,度,度量公式排,除,除了对信息,主,主观上的含,意,意。根据上,述,述公式，同,样,样一个消息,对,对任何一个,收,收信者来说,，,，所得到的,信,信息量都是,一,一样的。,信息的度量,15,以上就是香,农,农关于信息,的,的度量。通,常,常也称为概,率,率信息。它,是,是一个科学,的,的定义，有,明,明确的数学,模,模型和定量,计,计算。在公,式,式中，对数,的,的底数从理,论,论上而言可,以,以取任何数,。,。当底数为,2,时，信息的,计,计量单位为,比,比特（,bit,），即二进,制,制单位。,信息,的,的度,量,量,16,首先,，,，香,农,农对,信,信息,的,的定,义,义的,出,出发,点,点是,假,假定,事,事物,状,状态,可,可以,用,用一,个,个以,经,经典,集,集合,论,论为,基,基础,的,的概,率,率模,型,型来,描,描述,。,。然,而,而实,际,际存,在,在的,某,某些,事,事物,运,运动,状,状态,要,要,寻找,一,一个,合,合适,的,的概,率,率模,型,型往,往,往是,非,非常,困,困难,的,的,。,其次,，,，这,个,个定,义,义和,度,度量,考,考虑,收,收信,者,者的,主,主观,特,特性,和,和主,观,观意,义,义，,也,也撇,开,开了,信,信息,的,的具,体,体含,义,义、,具,具体,用,用途,、,、重,要,要程,度,度和,引,引起,后,后果,等,等因,素,素。,香农,信,信息,论,论的,局,局限,性,性,17,以上,问,问题,的,的出,现,现，,主,主要,是,是由,于,于狭,义,义信,息,息论,没,没有,解,解决,信,信息,的,的语,义,义问,题,题和,有,有效,性,性问,题,题。,语,语义,信,信息,是,是指,当,当认,知,知主,体,体在,获,获得,信,信息,时,时，,不,不仅,要,要知,道,道“,是,是什,么,么形,式,式”,，,，而,且,且还,要,要理,解,解“,是,是什,么,么意,思,思”,。,。也,就,就是,说,说，,信,信息,的,的具,体,体含,义,义是,什,什么,。,。香,农,农定,义,义并,没,没有,解,解决,语,语义,信,信息,的,的度,量,量问,题,题。,这,这样,，,，它,的,的适,用,用范,围,围就,受,受到,严,严重,的,的限,制,制。,香农,信,信息,论,论的,局,局限,性,性,18,1.,数据,数据,是,是对,客,客观,实,实体,的,的一,种,种描,述,述形,式,式，,是,是信,息,息的,载,载体,。,。,数据,（,（原,材,材料,木,木头,）,）与,信,信息,（,（加,工,工以,形,形成,的,的结,构,构）,的,的关,系,系,数据,是,是未,加,加工,的,的信,息,息，,信,信息,是,是数,据,据的,内,内容,或,或诠,释,释。,将数,据,据加,工,工为,信,信息,的,的过,程,程即,信,信息,加,加工,或,或处,理,理。,数据,、,、消,息,息、,信,信号,与,与信,息,息的,区,区别,19,2.,消息,在通,信,信过,程,程中,，,，信,息,息总,是,是经,过,过编,码,码,(,符号,化,化,),成为,消,消息,以,以后,，,，才,能,能经,由,由媒,介,介传,播,播的,，,，,而信,息,息的,接,接收,者,者收,到,到信,息,息后,，,，总,是,是要,经,经过,译,译码,(,解读,),才获,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,体,体的,，,，其,中,中蕴,涵,涵着,信,信息,。,。,数据,、,、消,息,息、,信,信号,与,与信,息,息的,区,区别,20,3.,信,号,号,消,息,息须,变,变,换,换,成,成,适,适,合,合,信,信,道,道,传,传,输,输,的,的,物,物,理,理,量,量,，,，,这,这,种,种,物,物,理,理,量,量,即,即信,号,号,。,。,信,号,号,携,携,带,带,消,消,息,息,，,，,是,是,消,消,息,息,的,的,运,运,载,载,工,工,具,具,。,。,信,号,号,是,是,数,数,据,据,的,的,电,电,磁,磁,或,或,光,光,脉,脉,冲,冲,编,编,码,码,。,。,信,号,号,可,可,以,以,分,分,为,为,模,模,拟,拟,信,信,号,号,和,和,数,数,字,字,信,信,号,号,。,。,模,拟,拟,信,信,号,号,是,是,一,一,种,种,随,随,时,时,间,间,而,而,连,连,续,续,变,变,化,化,的,的,信,信,号,号,。,。,数,字,字,信,信,号,号,则,则,是,是,在,在,时,时,间,间,上,上,的,的,一,一,种,种,离,离,散,散,信,信,号,号,。,。,数,据,据,、,、,消,消,息,息,、,、,信,信,号,号,与,与,信,信,息,息,的,的,区,区,别,别,21,1.2,信息科,学,学,科学的,定,定义,达尔文,对,对科学,的,的定义,：,：“就是,整,整理事,实,实，从,中,中发现,规,规律，,做,做出结,论,论。”,规律则是指,客,客观科学事物之,间,间内在,的,的本质,的,的必然,联,联系。,一般地,说,说：是,人,人类认,识,识客观,世,世界的,知,知识，,但,但并不,是,是任何,关,关于客,观,观世界,的,的知识,都,都是科,学,学。科,学,学包括,自,自然科,学,学、社,会,会科学,。,。,22,科学：是指探,知,知事物,的,的本质,、,、特征,、,、内在,规,规律以,及,及与其,他,他事物,的,的联系,。,。是,关,关于自,然,然、社,会,会和思,维,维的发,展,展与变,化,