信息科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論教學(xué)課件電子教案全書課件

19-9月-241WelcometotheLectures

ofIntroductiontoIST《信息科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》

19-9月-242您認為什么是信息科學(xué)技術(shù)？信息傳遞-通信傳導(dǎo)神經(jīng)信息處理-計算初級皮層策略傳遞-通信傳導(dǎo)神經(jīng)策略執(zhí)行-控制效應(yīng)器官信息獲取-傳感感覺器官信息源-宿外部世界知識生成-智能聯(lián)合皮層策略制定-智能聯(lián)合皮層19-9月-243目錄第一章大科學(xué)觀第二章基礎(chǔ)概念第三章信息獲取第四章信息傳遞第五章信息處理第六章策略執(zhí)行第七章學(xué)科定位第八章學(xué)習方法第九章未來趨勢第十章放眼社會參考文獻信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論（第二版），北京郵電大學(xué)出版社信息科學(xué)原理（第三版），北京郵電大學(xué)出版社19-9月-244第一章大科學(xué)觀--為什么我們能夠有幸學(xué)習和研究信息科學(xué)技術(shù)？19-9月-245什么是科學(xué)和技術(shù)？什么是科學(xué)？關(guān)于世界本質(zhì)及其運動規(guī)律的知識體系。19-9月-246科學(xué)的特點科學(xué)是抽象的、開放的、動態(tài)更新的。知識是如何形成的？自然科學(xué)、社會科學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)生物進化論取代上帝造人說太陽中心說取代地球中心說狹義相對論修正經(jīng)典力學(xué)理論在實踐過程中有所發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新；在實踐過程中經(jīng)歷嚴格的檢驗和確證。19-9月-247科學(xué)發(fā)展的原理—需求牽引與知識支撐原理不是自由意志的創(chuàng)造。社會需求和社會知識狀況的雙重約束。19-9月-248什么是技術(shù)？什么是技術(shù)？關(guān)于認識和改造自然的工藝方法體系。技術(shù)的存在形態(tài)抽象形態(tài)：技術(shù)方法。軟形態(tài)。具體形態(tài)：技術(shù)工具。硬形態(tài)。19-9月-249技術(shù)的特點技術(shù)也是開放的、動態(tài)更新的。技術(shù)的創(chuàng)造“需求牽引”更加明顯和直接。性價比。新技術(shù)的發(fā)明：在實踐過程中有所發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新；新技術(shù)的檢驗：在實踐過程中經(jīng)歷嚴格的檢驗和確證。19-9月-2410科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系都是人類創(chuàng)造的關(guān)于某種問題的有用的知識。科學(xué)理論回答“是什么”的問題，技術(shù)方法回答“怎么做”的問題。相互作用、相互促進科學(xué)理論指導(dǎo)人們發(fā)明創(chuàng)造更好的技術(shù)方法和工具；技術(shù)方法和工具幫助人們更好的認識對象的本質(zhì)和運動規(guī)律。19-9月-2411科學(xué)技術(shù)是怎樣發(fā)生的？輔人律世界上本沒有科學(xué)，也沒有技術(shù)，當然也沒有工具。人類憑著赤手空拳與環(huán)境打交道。面對環(huán)境這個龐然大物，為了生存與發(fā)展，人類只能尋求外力（工具）的幫助。認識環(huán)境的變化規(guī)律和工具制造的知識，就是科學(xué)；而掌握工具制造的工藝，就是技術(shù)。

可見，科學(xué)與技術(shù)是人類進化到一定階段為了生存與發(fā)展而摸索和創(chuàng)造的產(chǎn)物。它們的作用是輔人。19-9月-2412

科學(xué)技術(shù)的發(fā)生規(guī)律：輔人律生產(chǎn)工具勞動對象勞動者科學(xué)技術(shù)資源擴展能力的需求對勞動對象的認識

video19-9月-2413科學(xué)技術(shù)是怎樣發(fā)展的？擬人律科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)功能是“輔人”：輔助人類認識世界和改造世界。那么，怎樣輔助才有效呢？

根據(jù)人類生存發(fā)展（社會進步）的實際需要，科學(xué)與技術(shù)就要研究：如何利用外部的資源制造工具來模擬和擴展人類認識世界和改造世界的能力：擬人律。19-9月-2414科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律–

擬人律技術(shù)進步

已有的能力差距實踐活動科學(xué)發(fā)展需要的能力更高的生存發(fā)展目標19-9月-2415科學(xué)技術(shù)擬人的路線是什么？而人的能力進化規(guī)律是：體質(zhì)體力智力。

因此，科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的具體進程必然是：材料科學(xué)技術(shù)能量科學(xué)技術(shù)信息科學(xué)技術(shù)

人類認識世界和改造世界的能力包括三類基本成分：體質(zhì)能力，

體力能力，智力能力。（合理性和強健性；充沛性和持久性；聰慧性和敏捷性）19-9月-2416

古代近代現(xiàn)代

支持的社會生產(chǎn)力物質(zhì)人力工具動力工具智能工具農(nóng)業(yè)時代生產(chǎn)力工業(yè)時代生產(chǎn)力信息時代生產(chǎn)力科技輔人的歷史軌跡創(chuàng)制的工具所用的資源物質(zhì)＋能量物質(zhì)＋能量＋信息加工的產(chǎn)物材料材料＋動力材料＋動力＋知識時代擴展的能力體質(zhì)體力智力19-9月-2417科學(xué)技術(shù)的使命是什么？利用外在資源、創(chuàng)制先進工具、擴展人類能力。19-9月-2418信息科學(xué)技術(shù)：最先進的社會生產(chǎn)工具信息傳遞傳導(dǎo)神經(jīng)信息處理初級皮層策略傳遞傳導(dǎo)神經(jīng)策略執(zhí)行效應(yīng)器官信息獲取感覺器官信息源-宿外部世界知識生成聯(lián)合皮層策略制定聯(lián)合皮層認識世界改造世界19-9月-241919-9月-2419社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變規(guī)律農(nóng)業(yè)時代工業(yè)時代信息時代馬克思：隨著大工業(yè)的充分發(fā)展，勞動者不再是生產(chǎn)流程中的一個環(huán)節(jié)；而是站在生產(chǎn)流程的旁邊，對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督與管理。人力工具傳感工具動力工具信息獲取信息傳遞信息處理知識生成策略制定策略傳遞策略執(zhí)行什么是信息科學(xué)與技術(shù)？信息科學(xué)是以信息為研究對象、以信息全部運動過程的規(guī)律為研究內(nèi)容、以信息科學(xué)方法論為研究方法、以擴展人的全部信息功能（智能）為研究目標的新型綜合學(xué)科。信息技術(shù)是實現(xiàn)信息功能的工具與工藝。集傳感、計算機、自動控制、激光、通信、光電子、光導(dǎo)、人工智能之大成。19-9月-2421掌握并普遍應(yīng)用基于信息科學(xué)技術(shù)的智能工具是發(fā)展現(xiàn)代化生產(chǎn)力的必由之路。也是工業(yè)-農(nóng)業(yè)社會走向信息-智能社會的必由之路。為什么要學(xué)習信息科學(xué)技術(shù)？面向未來、面向世界、面向現(xiàn)代化的有志青年，應(yīng)當肩負歷史大任，為信息化、智能化、現(xiàn)代化做出積極貢獻！有機會學(xué)習、掌握和創(chuàng)新發(fā)展信息科學(xué)技術(shù)，既是當代青年的幸運，也是當代青年肩負的偉大歷史使命。19-9月-2422思考題1，您怎樣理解科學(xué)技術(shù)發(fā)展的輔人律、擬人律和共生律？2，您同意“機器終將統(tǒng)治人類”的說法嗎？為什么？3，為什么信息科學(xué)技術(shù)會成為現(xiàn)代社會標志性的科學(xué)技術(shù)？19-9月-24

第二章基礎(chǔ)概念

--什么是信息？IntroductiontoInformationScience&Technology19-9月-24什么是信息？消息？信號？數(shù)據(jù)？情報？N.Wiener:Neithermatter,norenergy.C.Shannon:Somethingthatcanreduceuncertainty.知識？狹義的信息用來表示信息的載體信息的一種記錄和表示一種專門領(lǐng)域的信息由信息提煉的高級產(chǎn)物19-9月-24什么是信息？夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺。唐代詩人李中《暮春懷故人》N.Wiener:Neithermatter,norenergy.《控制論：動物與機器中的通信與控制問題》（1948年）C.Shannon:Somethingthatcanreduceuncertainty.《通信的數(shù)學(xué)理論》（1948年）19-9月-24什么是信息？信息就是負熵。Brillouin

《科學(xué)與信息論》（1956年）信息就是使概率分布發(fā)生變動的東西。M.Tribes《能量與信息》（1971年）信息是反映事物的形式、關(guān)系和差別的東西，它包含在事物的差異之中，而不在事物本身。G.Longo《信息論：新的趨勢與挑戰(zhàn)》（1975年）19-9月-24試回答一個問題：在人類出現(xiàn)之前，地球上是否存在信息？可見，信息的定義不簡單。關(guān)鍵要看定義所依賴的條件。依據(jù)定義的條件不同，信息的概念就會不同。復(fù)雜對象有許多不同的觀察角度，成為許多不同的定義條件。因而會產(chǎn)生許多不同的定義。19-9月-24定義復(fù)雜概念的一般方法約束條件定義名稱定義層次適用范圍關(guān)注約束條件：條件不同，定義就不同；但可依條件而進退。

無最高最廣

最少次高次廣

最多最低最窄….….….19-9月-24

定義信息概念的方法約束條件定義名稱定義層次適用范圍關(guān)注約束條件：條件不同，定義就不同；但可依條件而進退。

無本體論最高最廣

主體認識論次高次廣

最多最低最窄….….….….19-9月-24本體論信息：事物本身所呈現(xiàn)的運動狀態(tài)及其變化方式。認識論信息：認識主體所表述的事物運動狀態(tài)及其變化方式。

由于認識主體具有：感知能力、理解能力、目的判斷能力。因此，認識論信息的內(nèi)涵變得更加豐富和復(fù)雜：可以定義為：認識主體所表述的事物運動狀態(tài)及其變化方式，包括它的形式、內(nèi)容和價值，分別稱為語法信息、語義信息和語用信息。它們的整體則稱為全信息。19-9月-24

本體論信息概念的詮釋本體論信息：事物關(guān)于自身運動狀態(tài)及變化方式的表述。--可能的運動狀態(tài)--狀態(tài)變化的方式S1SNSn1)

事物：泛指物質(zhì)客體和精神現(xiàn)象2)運動：泛指一切意義上的變化19-9月-24認識論信息概念的詮釋主體關(guān)于某事物運動狀態(tài)及其變化方式的表述：符號序列客體主體形式內(nèi)容價值語義語法語用

全信息19-9月-24全信息的度量其中（1）針對標準分布；（2）針對廣義分布19-9月-24

信息的特征1，信息來源于物質(zhì)，但又不是物質(zhì)本身，因此，它從物質(zhì)的運動中產(chǎn)生出來，又可以脫離物質(zhì)而寄生于其他物質(zhì)（媒體），相對獨立的存在。2，信息也來源于精神世界，但是又不限于精神領(lǐng)域。3，信息與能量緊密相關(guān)，但是又與能量有質(zhì)的區(qū)別。19-9月-24

信息的特征4，信息可以被提煉成知識，但信息本身不等于知識。（現(xiàn)象與本質(zhì)）5，信息是具體的，可以被主體所感知、處理和利用。6，信息可以被復(fù)制，可以被共享。7，語法信息在傳遞和處理過程中永不增值。8，在封閉系統(tǒng)中，語法信息的最大值不變。19-9月-24

信息的性質(zhì)1，普遍性：信息是普遍存在的。2，無限性：在整個宇宙時空中，信息是無限的，即是是在有限空間中，信息也是無限的。3，相對性：對于同一個事物，不同的觀察者所獲得的信息量可能不同。4，傳遞性：信息可以在時空中從一點傳遞到另一點。19-9月-24

信息的性質(zhì)6，有序性：信息可以用來消除系統(tǒng)的不定性，增加系統(tǒng)的有序性。7，動態(tài)性：信息是有時效的、有“壽命”的、隨時間變化的。8，轉(zhuǎn)化性：在一定的條件下，信息可以轉(zhuǎn)化為物質(zhì)、能量、時間及其它。5，變換性：信息是可變換的，可以由不同載體用不同方法來載荷。19-9月-24

為什么信息那么重要？物質(zhì)及其運動人類本體論信息智能策略信息是一種資源，是人類一切智慧的源泉。19-9月-24

為什么信息那么重要？信息最重要的功能是：信息可以通過一定的算法被加工成知識，并針對給定的目標被激活成為求解問題的智能策略，進而按照策略求解實際的問題。這是信息的最核心、最本質(zhì)的功能。信息---知識---智能（策略），這是人類智慧的生長鏈，或智慧鏈。19-9月-24為什么信息科學(xué)技術(shù)那么重要？信息，是信息時代的標志性戰(zhàn)略資源，信息科學(xué)技術(shù)，是信息時代的標志性的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。資源產(chǎn)品科學(xué)技術(shù)物質(zhì)資源材料科學(xué)技術(shù)優(yōu)質(zhì)材料能量資源能量科學(xué)技術(shù)高效動力信息資源信息科學(xué)技術(shù)智能策略

資源，是人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)。把資源轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品，是科學(xué)技術(shù)的根本使命。19-9月-24重溫信息科學(xué)與技術(shù)的定義信息科學(xué)是以信息為研究對象、以信息全部運動過程的規(guī)律為研究內(nèi)容、以信息科學(xué)方法論為研究方法、以擴展人的全部信息功能（智能）為研究目標的新型橫斷學(xué)科。信息技術(shù)是實現(xiàn)信息功能的工具與工藝。19-9月-24信息科學(xué)技術(shù)：最先進的社會生產(chǎn)工具信息傳遞通信信息處理計算策略傳遞通信策略執(zhí)行控制信息獲取傳感信息源-宿外部世界知識生成人工智能策略制定人工智能認識世界改造世界19-9月-24信息科學(xué)的研究方法信息系統(tǒng)分析方法：解決高級復(fù)雜事物的工作機制的認識問題。信息系統(tǒng)綜合方法：解決高級復(fù)雜事物的工作機制的實現(xiàn)問題。信息系統(tǒng)進化方法：解決高級復(fù)雜事物的優(yōu)化與發(fā)展問題。功能準則整體準則19-9月-24附：信息科學(xué)與信息論的聯(lián)系與區(qū)別基本概念形式-內(nèi)容-價值三位一體概率型的形式信息基本內(nèi)容信息運動全程的規(guī)律信息傳遞的規(guī)律基本方法信息科學(xué)方法論統(tǒng)計方法基本目標擴展人的全部信息功能擴展人的信息傳遞功能應(yīng)用范圍全部信息過程隨機場合（如通信等）信息論，原名“通信的數(shù)學(xué)理論”，是信息科學(xué)的一個部分。

信息科學(xué)信息論19-9月-24思考題1，什么是本體論信息？什么是認識論信息（全信息）？2，為什么要研究全信息？沒有全信息會有什么問題？3，什么是信息科學(xué)？它與信息論之間的關(guān)系是什么？4，試論物質(zhì)、能量、信息之間的相互關(guān)系。19-9月-24

第三章信息獲取IntroductiontoInformationScience&Technology19-9月-24千里眼、順風耳望遠鏡、顯微鏡380~780nm的可見光20Hz~20KHz的音頻人類視覺、聽覺、味覺、觸覺等感知的響應(yīng)是以神經(jīng)生理電信號表示的。19-9月-24信息獲取在信息過程中的地位信息傳遞通信信息處理計算策略傳遞通信策略執(zhí)行控制信息獲取傳感信息源-宿外部世界知識生成人工智能策略制定人工智能認識世界改造世界19-9月-241，本體論信息的獲取19-9月-24怎樣才能獲取本體論信息？使用相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)。傳感器，就是對某種事物運動狀態(tài)及其變化方式（即事物的物理/化學(xué)/生化參量的狀態(tài)及其變化方式）敏感的器件。

例：用攝像機獲取物景信息（物景運動狀態(tài)及其變化方式）事物光敏器件顯示單元注意：傳感系統(tǒng)（感覺器官）只能獲得語法信息。19-9月-24傳感器，將被測的非電量變換成電量的裝置。能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。(GB7665-87)

敏感元件

傳感元件

變換元件

電磁感應(yīng)定律：當穿過導(dǎo)電回路所包圍的面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，感應(yīng)電動勢與磁通量對時間的變化率的負值成正比?；魻栃?yīng)：通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。19-9月-24光生伏特效應(yīng)：光照使得（不）均勻半導(dǎo)體中產(chǎn)生光生電子和空穴，并在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，即光能

電能。力電傳感：利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、電流等的儀器）。熱電傳感：熱敏電阻的阻值會隨著溫度的變化而變化。19-9月-24傳感器應(yīng)當滿足的基本性能：對某種物理/化學(xué)/生物參量及其變化方式敏感具有一定的敏感度具有一定的敏感域具有一定的選擇性具有一定的保真度19-9月-24傳感器是人類感覺器官功能的擴展。現(xiàn)已有：擴展視覺功能的光敏傳感系統(tǒng)（紅外、可見光、紫外）擴展聽覺功能的聲敏傳感系統(tǒng)（聲納、音頻、超聲）擴展嗅覺功能的化學(xué)傳感系統(tǒng)（各種氣味的監(jiān)測）擴展觸覺功能的壓力傳感系統(tǒng)（壓敏、應(yīng)力、振動）擴展味覺功能的化學(xué)傳感系統(tǒng)（各種食品的監(jiān)測）其它各種傳感器：溫度、濕度、磁敏，熱敏，電子，….19-9月-24對于復(fù)雜事物，需要利用多種傳感器，并對它們加以綜合，稱為“多傳感器的信息融合”。光敏傳感系統(tǒng)聲敏傳感系統(tǒng)信息融合系統(tǒng)19-9月-24對于遙遠事物，可以利用“傳感系統(tǒng)+通信系統(tǒng)”獲取其信息，這就稱為“遙感系統(tǒng)”。傳感系統(tǒng)通信系統(tǒng)例如，雷達就是一種典型的遙感系統(tǒng)。19-9月-24對那些處于敏感度（或敏感域）以下的事物，可以借助于相應(yīng)的變換器把它的觀測參量變換到可感知的范圍內(nèi)，然后用傳感器感知。放大鏡、望遠鏡、各種形式的變換器都可以起這種作用。變換器傳感器19-9月-24信號規(guī)整：將傳感器輸出的信號變換成具體接入系統(tǒng)所需要的接口形式。傳感器

放大器A/D處理器D/A放大器沒有測量，就沒有科學(xué)?！鹃T捷列夫】測量誤差：系統(tǒng)誤差、隨機誤差等19-9月-2419-9月-2459傳感應(yīng)用：物聯(lián)網(wǎng)

智能信息網(wǎng)19-9月-2459問題-目標傳感計算計算控制通信通信知識生成計算決策策略制定智能控制19-9月-242，認識論信息（全信息）的獲取19-9月-24為什么需要獲取“全信息”？利用信息作決策。只當擁有了全信息，才能做出合理的決策。有決策能力的系統(tǒng)，才是有智能的系統(tǒng)。獲取信息的目的是什么？19-9月-24怎樣獲取全信息？第一類信息轉(zhuǎn)換原理計算-體驗邏輯推演知識庫:{X,Z};G傳感本體論信息

S語法信息

X語用信息

Z語義信息

Y語法信息

X:SXZ~Cor{X,G}Y←(X,Z)Z←Xand{X,Z}19-9月-24信息的表示符號表示：文字或語言機器表示：高低電平、有無電流、0/1語音表示：抽樣、量化、編碼。PCM編碼。信號表示：離散和連續(xù)圖形圖像表示：位圖。矢量圖。19-9月-24（特征）信息融合特征層融合：先對原始信息進行特征提取，再對特征信息進行綜合分析。數(shù)據(jù)層融合：原始層融合。預(yù)處理之前進行數(shù)據(jù)的綜合分析。19-9月-24終端側(cè)：搜索引擎網(wǎng)絡(luò)側(cè)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

關(guān)鍵詞（檢索詞）特征表示信息顯示信息輸出搜索匹配信息記錄信息記錄信息記錄…….（互聯(lián)網(wǎng)）信息檢索原理模型19-9月-24信息檢索效果的評價查全率=A/(A+C)查準率=A/(A+B)漏查率=C/(A+C)誤查率=B/(A+B)相關(guān)信息量不相關(guān)信息量檢出信息量AB未檢出信息量CD19-9月-24機器學(xué)習H.Simon認為：能夠讓系統(tǒng)在執(zhí)行同一任務(wù)或同類的另一任務(wù)時，比前一次執(zhí)行的更好的任何改變都可稱為學(xué)習。機器學(xué)習：研究機器如何模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習行為，以獲取新的知識和能力，重新組織已有的知識結(jié)構(gòu)，使之不斷增強自身性能。1959年美國的Samuel設(shè)計了一個具有學(xué)習能力的跳棋程序。4年后，展示了設(shè)計者本人。又過了3年，戰(zhàn)勝了美國8年不敗的冠軍。19-9月-24機器學(xué)習原理模型19-9月-2468世界學(xué)習知識庫執(zhí)行效果目標調(diào)整19-9月-24機器學(xué)習策略示教學(xué)習：學(xué)生從環(huán)境（教師或書等）獲取信息、適當表示，并把新知識與原有知識結(jié)合為一體。機械學(xué)習：直接記憶和檢索，不需計算和推導(dǎo)類比學(xué)習：利用source和target的知識相似性，通過類比，實現(xiàn)學(xué)習。演繹學(xué)習：從公理出發(fā)，經(jīng)邏輯變換，推導(dǎo)出結(jié)論。19-9月-24機器學(xué)習策略解釋學(xué)習：學(xué)生根據(jù)教師提供的目標概念C、該概念的一個例子E、領(lǐng)域理論及可操作準則R，首先構(gòu)造一個解釋D來說明為什么這個例子E滿足目標概念C，然后將解釋D推廣為目標概念C的滿足可操作準則R的充分條件。強化學(xué)習：試探評價過程。系統(tǒng)選擇一個動作用于環(huán)境，環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化并產(chǎn)生一個效果（獎或懲）反饋給系統(tǒng)，于是系統(tǒng)選擇受獎概率大的新動作，強化受獎動作。歸納學(xué)習：從個別到一般從部分到整體的推導(dǎo)方法。19-9月-2419-9月-2471例：進化學(xué)習模型S(0)={Sn(0)}f{Sn(0)}{Pn(t)}{Sn(t+1)}初始狀態(tài)：含有N個生物樣本

{Sn(0)}計算每個樣本相對于目標的適應(yīng)度相對適應(yīng)度計算它們的再生概率

{Pn(t)}根據(jù){Pn(t)}擇優(yōu)父代并生成新一代{Sn(t+1)}R{Sn(t)}通過基因操作獲得更好的樣本R{Sn(t)}19-9月-24思考題1，什么場合需要本體論信息？怎樣獲取本體論信息？2，什么場合需要認識論信息（全信息）？3，您對第一類信息轉(zhuǎn)換原理有什么評述？您能舉出實例來說明這一原理的正確性嗎？4，您認為互聯(lián)網(wǎng)信息檢索有什么優(yōu)缺點？您覺得應(yīng)當怎樣改進？19-9月-24

第四章信息傳遞IntroductiontoInformationScience&TechnologyHongLiangLIANG19-9月-24需要關(guān)注和思考的問題1，什么是通信？通信在信息科學(xué)技術(shù)中的地位是什么？2，人類社會為什么需要通信？通信對社會發(fā)展的貢獻是什么？3，人類社會對通信技術(shù)的基本要求是什么？4，通信技術(shù)的發(fā)展趨勢（挑戰(zhàn)和機遇）是什么？19-9月-24什么是通信？信息輸入信息輸出傳遞系統(tǒng)

通信，就是信息傳遞，即信息在空間域/時間域中從一點到另一點的轉(zhuǎn)移。

從原始社會的面對面通信，到古代的烽火通信，到現(xiàn)代的衛(wèi)星通信、移動通信和光纖通信，它們的任務(wù)都是信息的傳遞，實現(xiàn)信息的共享。19-9月-24F–發(fā)展能力；p–人口資源數(shù)量；r–

信息距離，

--

系數(shù)信息在空間域中的轉(zhuǎn)移稱為通信；在時間域中的轉(zhuǎn)移稱為存儲。通信和存儲，都只涉及認識論信息的“語法信息”！為什么需要信息傳遞？

人類社會發(fā)展的水平，取決于人類合作的水平；人類合作的水平又取決于人際通信的水平。19-9月-24信息傳遞在信息過程中的地位外部世界認識世界改造世界信息獲取信息傳遞信息處理知識生成策略制定策略傳遞策略執(zhí)行19-9月-24反變換“通信系統(tǒng)”模型是怎樣發(fā)展起來的？解調(diào)譯碼

調(diào)制信道

編碼噪聲

變換信號信息信源信宿有效可靠安全信道匹配19-9月-24信道編碼器編碼器的組成調(diào)制器信源編碼器消息信源編碼器：按照一定的規(guī)律將信源輸出符號轉(zhuǎn)換成編碼輸出符號，以提高傳輸?shù)挠行?。信道編碼器：按照一定的規(guī)律給信源編碼符號增加保護符號，以增加信號抵抗干擾的能力，提高傳輸?shù)目煽啃?。調(diào)制器：將信道編碼輸出信號轉(zhuǎn)換為便于傳送的形式；選擇適當?shù)恼{(diào)制方式，提高抗干擾能力，有效利用頻帶資源。符號符號信號19-9月-24通信系統(tǒng)的類型按信道性質(zhì)分：無線通信（衛(wèi)星通信，移動通信）；有線通信（電纜通信，光纖通信）按終端性質(zhì)分：電話通信（話音通信）計算機通信（數(shù)據(jù)通信）電視通信（圖像通信）按電磁波波段分：短波通信微波通信光波通信19-9月-24通信系統(tǒng)的類型按傳送信號的復(fù)用方式分：頻分復(fù)用（FDM：FrequencyDivisionMultiplexing）；不同信號占據(jù)不同的頻段。如無線電廣播、廣播電視和有線電視等。時分復(fù)用（TDM：TimeDivisionMultiplexing）；不同信號占據(jù)不同的時段。如互聯(lián)網(wǎng)。碼分復(fù)用（CDM：CodeDivisionMultiplexing）；不同信號占據(jù)不同的碼段（相互正交的脈沖序列）。如衛(wèi)星通信和無線通信。19-9月-24通信網(wǎng)絡(luò)把眾多的通信系統(tǒng)按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)組合在一起，實現(xiàn)某一區(qū)域內(nèi)任意兩個終端用戶的相互連通，才構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)是通信系統(tǒng)的系統(tǒng)，由各種終端設(shè)備、交換設(shè)備、傳輸設(shè)備、軟件（如標準、信令、協(xié)議）組成。20世紀60年代初，電話網(wǎng)，PCM時分通信，8000Hz抽樣：T-1傳輸系統(tǒng)：24路64kbits/s語音信道；E-1傳輸系統(tǒng)：30路64kbits/s語音信道20世紀60年代后期，計算機通信網(wǎng)。19-9月-24通信網(wǎng)絡(luò)20世紀80年代，第一代基于頻分多址FDMA技術(shù)的模擬蜂窩移動通信網(wǎng)；2G無線傳輸技術(shù)：基于時分多址TDMA技術(shù)的GSM、基于碼分多址技術(shù)的IS95；3G無線傳輸技術(shù)：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。CDMA和分組傳送是3G的核心技術(shù)。19-9月-24信息傳遞的基本要求有效性：單位時間傳輸?shù)男畔⒘看螅ㄐ畔⒙剩┛煽啃裕簜魉偷男畔⒉铄e少（誤碼率）安全性：傳送的信息可信（可信度）有效性可靠性安全性通信能力19-9月-24通信的有效性

通過有效性編碼實現(xiàn)信號壓縮，提高傳輸效率。它的工作原理是：消除信號中的相關(guān)性。預(yù)測法

若能根據(jù)x0,x1,x2預(yù)測出x3，則x3可以不發(fā)送，從而提高了單位時間傳輸?shù)男畔⒘?。最?yōu)編碼法通過編碼提高單位信號的信息含量，則同樣的信號量可傳送更多信息，因而提高了單位信號量傳輸?shù)男畔⒘俊?9-9月-24通信的可靠性

通過可靠性編碼實現(xiàn)檢錯和糾錯。它的原理是：在信號中加入某種相關(guān)性。

在x0,x1,x2,x3中加入xk，使x0,x1,x2,x3和xk之間形成某種相關(guān)性（比如線性相關(guān)性）。那么，一旦在通信過程中這四個符號中的任何一個或幾個發(fā)生了差錯，就會破壞這種相關(guān)性，因而可以發(fā)現(xiàn)“差錯”，甚至可以“糾正差錯”。19-9月-24通信的安全性

通過編碼和人工智能方法實現(xiàn)信息的安全傳輸。信息載體的安全

信息保密：通過加密，使信息不被未授權(quán)者獲得。信息網(wǎng)絡(luò)的安全

網(wǎng)絡(luò)安全：通過識別“入侵特征”，攔截網(wǎng)絡(luò)攻擊。保護網(wǎng)絡(luò)不受破壞。信息內(nèi)容的安全內(nèi)容安全：通過理解信息內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)不安全信息則予以濾除。19-9月-24保密安全信息載體的安全

信息保密：通過加密，使信息不被未授權(quán)者獲得。加密信源譯碼器

信道編碼器信道譯碼器解密信道

信源編碼器噪聲明文信息信源信宿密文信號明文信息密文信號+噪聲19-9月-24網(wǎng)絡(luò)安全信息戰(zhàn)原子武器、生物武器、化學(xué)武器、信息武器安全威脅：泄露信息、拒絕服務(wù)、非法使用、假冒、特洛伊木馬、抵賴、業(yè)務(wù)欺騙等網(wǎng)絡(luò)攻擊：身份和位置隱藏、目標系統(tǒng)信息收集、漏洞挖掘、目標權(quán)限獲取、攻擊行為隱藏、實施攻擊、開辟后門、攻擊痕跡清除網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)：防火墻、入侵檢測、安全協(xié)議、路由控制、公證機制等19-9月-24內(nèi)容安全安全威脅：信息破壞、內(nèi)容泄密、信息干擾等安全技術(shù)：信息內(nèi)容的獲取技術(shù)：主動/被動，實時性信息內(nèi)容理解與識別技術(shù)：識別的準確度和速度控制與阻斷技術(shù)：信息內(nèi)容過濾，成功率和實時性信息內(nèi)容審計技術(shù)：反病毒技術(shù)：19-9月-24安全防范P2DR模型：Policy,Protection,Detection,Response,APPDRR模型：Analysis,Policy,Protection,Detection,Response,Recovery19-9月-24什么是多路通信？頻分多路：各路信息使用不同的頻帶，F(xiàn)DMA時分多路：各路信息使用不同的時隙，TDMA碼分多路：各路信息使用不同的編碼，CDMA頻帶時隙TF19-9月-24為什么需要用交換系統(tǒng)來組網(wǎng)？N無交換系統(tǒng)的通信網(wǎng)需要有交換系統(tǒng)的通信網(wǎng)只需要個系統(tǒng)個系統(tǒng)19-9月-24通信網(wǎng)的分類網(wǎng)絡(luò)名稱電信網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)有線電視網(wǎng)終端系統(tǒng)電話機計算機電視機尋址方式電路交換

分組交換電路調(diào)度主要業(yè)務(wù)話音通信數(shù)據(jù)通信電視廣播業(yè)務(wù)方式雙向通信雙向通信單向廣播服務(wù)方式移動-固定移動-固定固定-移動19-9月-24下一代通信網(wǎng)絡(luò)（NGN）在新技術(shù)和新業(yè)務(wù)需求的驅(qū)動下，基于TDM的話音網(wǎng)和基于IP的分組網(wǎng)的融合。國際電信聯(lián)盟（ITU）：NGN是一個分組網(wǎng)絡(luò)，能夠利用多種帶寬提供多種業(yè)務(wù)（含電信業(yè)務(wù)），滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量要求（QoS），實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能與底層傳送技術(shù)的分離，實現(xiàn)用戶對業(yè)務(wù)使用的一致性和統(tǒng)一性?；咎卣鳎悍纸M傳送；控制功能從承載、呼叫會話、應(yīng)用業(yè)務(wù)中分離出來；業(yè)務(wù)的提供與網(wǎng)絡(luò)分離，提供開放接口；……適應(yīng)所有管理要求，如應(yīng)急通信、安全性和私密性等要求。19-9月-24下一代通信網(wǎng)絡(luò)（NGN）接入和傳輸層：將用戶連接至網(wǎng)絡(luò)，集中用戶業(yè)務(wù)并把它們傳遞至目的地。媒體層：把信息格式轉(zhuǎn)化為能夠在網(wǎng)上傳遞的格式，并路由至目的地?？刂茖樱喊ê艚兄悄??？刂频讓泳W(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)流的處理。業(yè)務(wù)/應(yīng)用層：在呼叫建立的基礎(chǔ)上提供額外的服務(wù)。19-9月-24通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)覆蓋：全球化業(yè)務(wù)流量：高速化信號形式：數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)帶寬：寬帶化網(wǎng)絡(luò)制式：融合化服務(wù)方式：個人化安全保障：可信化業(yè)務(wù)類型：多樣化整體目標：智能化19-9月-24本章思考題2，為什么只需要關(guān)心語法信息的傳遞？1，信息為什么能夠被共享？3，什么是信息傳遞的有效性、可靠性和安全性？怎樣保障信息傳遞的有效性、可靠性和安全性？4，通信對社會進步有什么貢獻？您對通信的發(fā)展趨勢有什么判斷？19-9月-2499

第五章信息處理

IntroductiontoInformationScience&TechnologyHongLiangLiang19-9月-24100需要特別關(guān)注的問題1，什么是信息處理？2，為什么需要信息處理？3，有哪些重要的信息處理方法？4，信息處理的一般原理是什么？19-9月-24101什么是信息處理？

籠統(tǒng)地說，為了一定目的而對信息進行的任何合理操作都稱為信息處理。

值得注意的是，信息要由信號來表示，信號是攜帶信息的載體。對信息的處理通常會涉及到信號載體；同樣，對信號的處理也可能涉及到它所攜帶的信息。

因此，更確切地說，以信息為目標的處理（即使這種處理會涉及到信號）稱為信息處理；以信號為目標的處理（即使這種處理會涉及到信息）則稱為信號處理。19-9月-24102為什么需要信息處理？

直接的目的是使信息更便于被利用；進一步的目的是希望從信息提煉知識和解決問題的策略。

按照信息處理的深度和處理的目標，信息處理可以分為三個深淺不同的層次：（1）預(yù)處理（計算機）（2）由信息提煉知識（人工智能）（3）由知識和目標制定策略（人工智能）19-9月-24103信息處理在信息過程中的地位信息傳遞通信信息處理計算策略傳遞通信策略執(zhí)行控制信息獲取傳感信息源-宿外部世界知識生成人工智能策略制定人工智能認識世界改造世界信號特性

信號通常是以電信號的形式反映信息的各種物理量。電信號通常是時間變量t的函數(shù)。信號隨時間變化的函數(shù)曲線稱為信號的波形。信號的特性可從三方面來描述：時域特性頻域特性空域特性時域特性空域特性頻域特性

示例：時域特性常見人體生理信號:

EEG(腦電)ECG(心電)示例：時域特性

火車鳴笛信號

示例：時域特性

一段語音信號信號時域與頻域描述示例心電信號及其頻譜

語音信號時域波形及其頻譜

土星多光譜圖像及其2維頻譜

空域圖像頻域描述信號時域與頻域描述示例為什么進行信號處理信號被淹沒在噪聲里；信號與干擾混合在一起；要從信號中提取有用特征（譜分析）；將信號構(gòu)建成易于有效傳輸?shù)男问健瓰槭裁催M行數(shù)字信號處理（1）計算機操作的是二進制數(shù)碼信號二進制數(shù)碼的信號波形（2）只有數(shù)字信號才能精確表示物理量模擬萬用表模擬量根據(jù)表的指針讀數(shù)，一般只能精確到三位數(shù)。數(shù)字萬用表二進制數(shù)字可表示物理量所要求的精度。目前可精確到10位數(shù)以上（對應(yīng)采用32位二進制數(shù)碼表示一個數(shù)值）。邏輯電路有兩個狀態(tài)，分別對應(yīng)“1”和“0”，計算機通過邏輯電路實現(xiàn)運算。二進數(shù)碼波形實際信號波形受干擾后的波形定時信號再生信號為什么進行數(shù)字信號處理（3）數(shù)字信號受干擾后可以再生，消除干擾影響受干擾后的信號經(jīng)再生定時判決可正確恢復(fù)。3、Whydigitalsignalprocessing?（續(xù)2）（4）數(shù)字信號可采用時間復(fù)用提高傳輸效率例如：在閉路電視電纜上，原傳一路模擬電視信號的通道內(nèi)，可以同時傳4~8路數(shù)字電視節(jié)目（這涉及較多概念，在《通信原理》課程中會詳細講授）。（5）數(shù)字電路性能穩(wěn)定可靠，設(shè)計、維護、生產(chǎn)方便，體積小，重量輕數(shù)字電路高頻模擬電路模擬與數(shù)字信號示例1:模擬與數(shù)字信號示例2:模擬與數(shù)字信號示例3:

數(shù)字化優(yōu)點性能穩(wěn)定、生產(chǎn)方便（五）便于計算機操作（一）傳輸效率高（四）抗干擾

能力強（三）精確表示物理量（二）為什么進行數(shù)字信號處理19-9月-24124信號預(yù)處理

信息的預(yù)處理包括：信號處理。例如：

--有效性編碼（為了提高信號含信率但不改變信息）；

--可靠性編碼（為了提高信號抗擾力但不改變信息）；

--調(diào)制（為了頻譜遷移和提高信號能量效率）；

--安全性編碼（為了保護信息而不改變信息）；

--濾波（為了節(jié)約頻帶和減少噪聲）；--放大（為了使信號不被噪聲淹沒）；19-9月-24125信息的預(yù)處理

信息的預(yù)處理包括：淺層信息處理。

淺層信息處理（基于語法信息）的例子包括：

--對信息進行分類（模式分類）；

--對信息進行排序（也是一種分類）；

--壓縮信息（消除次要信息，提高信息效率）；

--計算信息的參數(shù)（以便有效地表示信息）；

--提取信息的特征（以便更有效地識別信息）。19-9月-24126

深層信息處理（智能信息處理）之一由信息生成知識舉例：由信息樣本歸納概念（知識的基元）

大規(guī)模信息樣本庫

信息處理的歸納算法概念19-9月-24127由信息生成知識的算法例：由信息樣本歸納概念（知識的基元）（1）給定信息樣本

x(1),提取它的特征

f(1);（2）給定信息樣本

x(2),提取特征

f(2)，檢驗

f(2):

若

f(2)=f(1)，則保留x(2)；否則，丟棄x(2);（3）給定信息樣本x(n),重復(fù)步驟2的做法;（4）當

n足夠大時,必存在某個正整數(shù)

k<n

使得

k個樣本特征

f(1)=···=f(k)=f(x);（5）這

k個信息樣本（特征均為

f(x)）形成一個特殊集合,

稱為概念。其中

f(x)就是這個概念的內(nèi)涵，而所有這

k個樣本則是它的外延。

19-9月-24128

深層信息處理（智能信息處理）之二由知識制定策略知識庫目標知識信息處理的演繹算法問題策略例：深藍計算機（國際象棋弈棋機）物聯(lián)網(wǎng)：深層信息處理（人工智能）的應(yīng)用之一19-9月-2412919-9月-24129

問題-目標

傳感

計算計算控制

通信

通信

知識庫計算決策

智能決策

智能控制智能機器人：深層信息處理（人工智能）典型應(yīng)用19-9月-24130

問題在目標引導(dǎo)下制定策略解決問題的行動知識庫面臨問題檢索知識理解問題獲得知識19-9月-24131信號處理與信息處理的關(guān)系操作對象側(cè)重處理方式目的信號處理基于波形對信號操作形式波形常規(guī)處理提高效率提高信噪比等性能信息處理基于內(nèi)容對信息操作內(nèi)容意義智能處理學(xué)習功能獲取知識獲得智能19-9月-24132常規(guī)信息處理與智能信息處理的關(guān)系模式輸入輸出分類舉例1信號信號常規(guī)信息處理（信號處理）濾波，放大2信號信息檢測，分類，估計3信息信息編碼，壓縮4信息知識識別，融合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，推理系統(tǒng)5知識智能智能信息處理智能決策，智能機19-9月-24133信息處理的一般原理1，任何信息處理都必須具有明確的目的，否則將無所遵循。2，信號處理的目的是為了改進信號的特性；不涉及或很少涉及信息的改變。3，淺層信息處理的目的是使信息更便于利用，通常是在語法信息層次上所進行的處理。4，深層信息處理的目的是要把信息轉(zhuǎn)換為知識和解決問題的智能策略，因此需要全信息和相關(guān)知識的支持。本章思考題1，什么是信息處理？2，為什么需要信息處理？3，什么是深層信息處理？它和淺層信息處理有什么區(qū)別？4，怎樣才能從信息中提煉出知識？5，怎樣由知識制定策略？

第六章策略執(zhí)行

IntroductiontoInformationScience&Technology

需要特別關(guān)注的問題抽象的策略是怎樣轉(zhuǎn)化為具體的行為的？有哪些策略執(zhí)行的有效方法？內(nèi)容提要信息控制控制的基本概念由信息到行為的轉(zhuǎn)換機制典型的控制方法信息顯示信息顯示的基本原理信息顯示的作用信息顯示的基本方法6.1信息控制信息的價值在于能夠被加工成知識和解決問題的策略，從中轉(zhuǎn)化成為解決問題的行為。信息控制和信息顯示是實現(xiàn)信息執(zhí)行的有效手段和方式。6.1.1控制的基本概念自動化技術(shù)：機器、設(shè)備、過程或系統(tǒng)脫離人的控制而自動操作，并使其表現(xiàn)出人們所期望的預(yù)定行為的技術(shù)。自動化技術(shù)歷史悠久，在我國東漢時期就出現(xiàn)了記里鼓車。東漢靈帝時期畢嵐所創(chuàng)造的汲水裝置——龍骨水車，是我國乃至世界上最早的水車，西方遲至1500年后才能制造這種以鏈輪傳動、翻板提升為工作原理的水車。魏晉時期，馬鈞研制出利用差動齒輪機械構(gòu)造原理傳動的自動指示方向的指南車。1788年，瓦特發(fā)明了控制蒸汽機速度的離心式調(diào)速器。當蒸汽機負載或蒸汽供給量發(fā)生變化時，離心式調(diào)速器能夠自動調(diào)節(jié)進氣閥門的開度，從而控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速恒定。1948年美國數(shù)學(xué)家維納發(fā)表《控制論》，1954年我國著名科學(xué)家錢學(xué)森在美國發(fā)表《工程控制論》，這兩本專著的問世標志著自動化作為一門科學(xué)技術(shù)基本形成?？刂频幕靖拍钭詣踊夹g(shù)的核心是控制，而控制是以預(yù)期目標為引導(dǎo)，以信息作為研究對象，研究如何將對象所呈現(xiàn)的信息經(jīng)加工處理后，形成控制信號作用于對象，實現(xiàn)其自動化行為?？刂剖菍⑿畔⑥D(zhuǎn)換成為控制行為的手段，那么控制是如何將信息轉(zhuǎn)換為控制行為的呢？人控制水溫的過程人控制的對象是水，控制目標是使水溫到達某一恒值，閥門的方向和大小是控制水溫的手段。人調(diào)節(jié)水溫的關(guān)鍵因素是實際水溫信息能被反饋回來，并與期望水溫比較。反饋是實施控制的關(guān)鍵因素。人腦比較實際溫度與理想溫度的差值人手閥門水實際水溫期望水溫老鷹捉兔子的例子鷹捉兔子的過程示意圖控制目標：鷹與兔子位置重合。鷹眼鷹腦鷹翅膀鷹的身體鷹的位置兔子位置+_典型控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)+

輸入輸出控制器Controller執(zhí)行器Actuator被控對象Plant傳感器Sensor自動控制系統(tǒng)與人或動物的控制相似。維納把控制論定義為“關(guān)于動物和機器中控制和通信的科學(xué)”，闡明了動物和機器控制的相關(guān)性。6.1.2由信息到行為的轉(zhuǎn)換機制控制的研究對象不是物質(zhì)，也不是能量，而是信息。自動控制系統(tǒng)是一個使被控對象按照人的意志來自動運行的系統(tǒng)，它按照某種控制規(guī)律將被控對象呈現(xiàn)的信息轉(zhuǎn)換為施加于被控對象的控制行為?？刂破鲗⒄`差信息轉(zhuǎn)換為控制行為的指令，執(zhí)行機構(gòu)再根據(jù)這一指令產(chǎn)生控制行為作用于被控對象，使被控對象出現(xiàn)人們預(yù)期的行為。由信息到行為的轉(zhuǎn)換過程給定目標(給定信號)被控對象的信息執(zhí)行器的控制動作控制裝置被控對象傳感器控制器執(zhí)行器6.1.3典型的控制方法比例－積分－微分控制

（PID控制）最優(yōu)控制自適應(yīng)控制智能控制（1）比例－積分－微分控制（PID控制）比例控制器采用簡單的比例控制常常會使調(diào)節(jié)過程出現(xiàn)振蕩。比例＋微分控制器“微分”能夠預(yù)測誤差變化趨勢。對有較大慣性和（或）滯后元件的被控對象，能改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。比例＋積分控制器為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中引入“積分”項PID控制比例積分微分

被控對象

●r(t)c(t)e(t)●u(t)（2）最優(yōu)控制對于非常復(fù)雜的被控對象，例如電機拖動控制、航天飛行器的控制等，這類控制系統(tǒng)的性能指標要求很高，簡單的PID控制器顯得無能為力，很難達到技術(shù)要求。這類控制系統(tǒng)的技術(shù)指標與PID控制不同的是：通過設(shè)計控制器來使某個技術(shù)指標達到極值（極大或極?。?，這樣的控制稱為最優(yōu)控制。最優(yōu)控制研究的核心問題是：在給定限定條件和性能指標下，去尋求最優(yōu)的控制規(guī)律，使得系統(tǒng)性能或品質(zhì)的某個“指標”在一定意義下達到最優(yōu)值。最優(yōu)控制系統(tǒng)控制主體執(zhí)行機構(gòu)被控對象噪聲目標誤差比較

如果控制系統(tǒng)的要求是：使控制對象實際輸出與控制目標之間的“誤差最小”，則“策略調(diào)整”的任務(wù)就要按照“誤差最小化”的準則設(shè)計。這里的控制目標是固定的。策略調(diào)整調(diào)整實際輸出（3）自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制可以根據(jù)實際被控對象的變化，自動調(diào)整控制器，以使得控制系統(tǒng)的性能維持在最優(yōu)狀態(tài)?；舅枷耄簩崟r、在線地獲得被控對象數(shù)學(xué)模型變化，再根據(jù)模型變化來改變控制器的參數(shù)，達到保持控制系統(tǒng)性能的目的。自適應(yīng)控制系統(tǒng)控制主體執(zhí)行機構(gòu)被控對象噪聲目標誤差比較

如果控制系統(tǒng)的要求是：使控制對象實際輸出與控制目標之間的“誤差最小”，而“目標”本身是可變的，則“策略調(diào)整”的任務(wù)就要按照“自適應(yīng)”的準則設(shè)計。策略調(diào)整調(diào)整實際輸出

這里的前提是：策略調(diào)整的速度要比目標變化的速度快。（4）智能控制對于某些復(fù)雜被控對象，人可以很好的控制。人在控制過程中，沒有建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，而是憑著經(jīng)驗對復(fù)雜被控對象進行控制，控制效果卻很好。智能控制就是借助人工智能方法來模擬人的控制方式進行控制的。根據(jù)所采用的人工智能方法，智能控制可分為模糊控制神經(jīng)控制專家系統(tǒng)控制智能控制——模糊控制模糊控制無需建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，是完全在操作人員控制經(jīng)驗基礎(chǔ)上實現(xiàn)對被控對象的控制。模糊控制的基本思想是把人類對特定對象或過程的控制策略總結(jié)成一系列“IF(如果)，THEN(那么)”形式的控制規(guī)則，通過模糊推理得到控制作用，作用于被控對象。在控制水溫過程中，假設(shè)E表示期望水溫與實際水溫的誤差，U表示人控制閥門的方向和開度，那么人控制水溫的控制規(guī)則為：

IFEis正大，THENUis負大

IFEis正小，THENUis負小

IFEis零，THENUis零

IFEis負小，THENUis正小

IFEis負大，THENUis正大智能控制——神經(jīng)控制基于人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，人們設(shè)計了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬人類的學(xué)習和記憶能力，用于解決實際問題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用作控制器，稱為神經(jīng)控制器。6.2信息顯示

信息顯示研究如何采用有效的手段將信息處理的結(jié)果直觀、迅速地傳輸給人的大腦，即把電信號轉(zhuǎn)換成文字、圖形、圖像、語音等形式，通過智能行為者對信息的理解起到信息執(zhí)行的作用，從而形成有效的“信息表示”方法。6.2.1信息顯示的基本原理生活在客觀世界中的人，每時每刻都要從外部世界獲得信息。人類感知外界信息依靠眼、耳、鼻、舌、身(皮膚)所具有的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。研究表明，人的各種感覺器官從外界獲得的信息中，視覺占60%，聽覺占20%，觸覺占15%，味覺占3%，嗅覺占2%。(1)信息的視覺顯示信息的視覺顯示是通過顯示器如儀表、信號燈、熒光屏來呈現(xiàn)的，這些顯示器的設(shè)計需要適合人眼的特點。

眼睛接收光線，轉(zhuǎn)化為電信號，并傳遞給大腦。儀表是出現(xiàn)最早而且應(yīng)用最廣泛的一種視覺顯示器。汽車儀表盤飛機儀表盤信號燈是傳遞信息的重要手段交通燈機場的跑道燈熒光屏為多種類型的信息形象化顯示提供了一種方便手段雷達顯示屏電腦/電視顯示屏示波器顯示屏大型戶外廣告顯示屏(2)信息的聽覺顯示聽覺傳導(dǎo)系統(tǒng)可分成兩大類：聲音警覺系統(tǒng)和言語通信系統(tǒng)。聽覺由空氣中的振動或聲波引起的，耳朵接收并傳播這些振動到聽覺神經(jīng)。(3)信息的觸覺顯示皮膚感覺分為觸壓覺、溫度覺（冷覺和熱覺）和痛覺。大部分觸覺顯示器用手和手指作為信息的特定接收器，但并不是手部所有部分都有相等的觸感受性。觸屏手機(4)信息的嗅覺顯示嗅覺顯示器尚未普遍應(yīng)用，這是因為不同的鼻子感受性不同，不通氣的鼻子感受性下降。盡管如此，嗅覺顯示器依然在某些特殊場合得到了應(yīng)用，例如煤氣中添加特有臭味以示警報，美國的一些地下鐵礦里采用惡臭系統(tǒng)在危急情況下發(fā)出撤井信號。它們就是利用了嗅覺顯示器的強滲透性的優(yōu)點。6.2.2信息顯示的作用

信息顯示的作用就是通過不同的通道傳遞給人信息顯示的作用大體可以分為主動執(zhí)行和被動執(zhí)行兩個方面。主動執(zhí)行是指信息顯示后，要求信息的接受者（可用是高等智能體，也可以是智能機器人等）必須給出恰當?shù)幕貞?yīng)。被動執(zhí)行是，信息系統(tǒng)完成信息的控制和執(zhí)行作用，通常需要顯示必要的信息，以驅(qū)動信息接受者的執(zhí)行。此時，信息的接受者可以進行選擇，考慮是否按照信息系統(tǒng)的本身目的和要求采取措施，或者采取進行其他的行為。6.2.3信息顯示的基本方法計算機是信息顯示的最基本平臺。除音頻、視頻、圖形和動畫等常規(guī)的計算機顯示外，還試圖將計算機開發(fā)成一臺“通用機器”，使它能完整地理解人的需要，并和人溝通信息。信息顯示的多樣性和多模態(tài)多媒體（多樣化、集成性和交互性）屏幕顯示字符的顯示字段的布局圖形與圖像自然語言對話(1)多媒體多媒體常常指信息表示的多樣化，常見的形式有文字、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多種形式，那些可以承載信息的程序、過程或活動也是媒體。同時，多媒體還具有交互性和集成性的特點。多媒體教室多媒體會議室車載多媒體系統(tǒng)(2)屏幕顯示屏幕顯示要求快速地查詢多種資源，同時最低限度的分散使用者的注意力，對大多數(shù)系統(tǒng)，顯示設(shè)計是成功設(shè)計的一個關(guān)鍵部分，密集或零亂的顯示能使人生氣，而前后不一致的格式也會抑制性能的發(fā)揮。(3)字符的顯示“房”機內(nèi)碼B7BF，區(qū)位碼=B7BF-0A0A=171F(H)，2331(10)(4)字段的布局(5)圖形和圖像(6)語音識別與生成(7)自然語言對話本章思考題1，策略執(zhí)行的本質(zhì)是什么？為什么信息可以變成行為？2，策略執(zhí)行的實現(xiàn)方式有哪些？它們之間的異同是什么？3，相對于開環(huán)控制而言，閉環(huán)控制的優(yōu)點是什么？4，什么是最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制？它們有什么異同？5，智能控制的智能表現(xiàn)在什么地方？它和自適應(yīng)控制有什么重要的區(qū)別？

第七章學(xué)科關(guān)系

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“學(xué)科”觀念的歷史演變

學(xué)科的觀念與當時人類的認識方法和認識能力有關(guān)。

古代，人類的認識方法比較原始，知識少，能力較差。所以，古代的學(xué)科概念是“籠統(tǒng)而直觀”。

近代人類利用工具認識世界，認識能力在廣度和深度上都突飛猛進，形成了“分而治之”的方法論。因此，學(xué)科不斷被細分，新學(xué)科層出不窮。

現(xiàn)代人類發(fā)現(xiàn)，過分的“分而治之”割斷了學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系，不利于認識事物的本來面目。于是，提出了“交叉學(xué)科”和“綜合學(xué)科”的理念。學(xué)科，是一個相對完整的學(xué)術(shù)系統(tǒng)

由若干相互聯(lián)系相互作用的要素所構(gòu)成且具有整體的功能和目標者，謂之系統(tǒng)。

系統(tǒng)具有層次性：系統(tǒng)的要素可以稱為子系統(tǒng)，子系統(tǒng)的要素可以稱為子子系統(tǒng)，…。

系統(tǒng)具有相對性：系統(tǒng)內(nèi)部的要素是子系統(tǒng)，系統(tǒng)外部的條件是環(huán)境；若把子系統(tǒng)看作系統(tǒng)，則子子系統(tǒng)就成為子系統(tǒng)，原來的系統(tǒng)就成為它的環(huán)境；…

系統(tǒng)最重要的性質(zhì)是它的“整體性”：由于要素之間存在相互作用，因此，整體的作用不等于它的部分之和。一個良性的系統(tǒng)總有“1+1>2”的效應(yīng)。信息科學(xué)技術(shù)的學(xué)科體系信息傳遞通信信息處理計算策略傳遞通信策略執(zhí)行控制信息獲取傳感信息源-宿外部世界知識生成人工智能策略制定人工智能認識世界改造世界智能信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)觀念下的信息科學(xué)技術(shù)體系網(wǎng)（圖）：若干節(jié)點和連接這些節(jié)點的邊的集合。外界傳感通信計算認知決策通信控制這是一個網(wǎng)，一個信息網(wǎng)，一個有智能的信息網(wǎng)。網(wǎng)：系統(tǒng)的系統(tǒng)系統(tǒng)：若干要素及其相互作用構(gòu)成的有機整體。系統(tǒng)最重要的特性是：它的整體性。系統(tǒng)最重要的原理是：整體功能遠大于部分功能的簡單和。信息科學(xué)技術(shù)構(gòu)成了相對完整的體系

信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)，它的整體功能就是：全面而有效地擴展了人類的信息能力，它的整體功能是智能能力，即認識世界和優(yōu)化世界的能力。

信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的各個要素對“認識世界和改造世界”這個整體功能都有各自的貢獻，但是任何一個要素都不可能單獨完成這個整體的功能。

信息科學(xué)技術(shù)的極端重要性表現(xiàn)在它的整體功能上，而不是它的個別功能。信息科學(xué)技術(shù)的功能學(xué)科體系結(jié)構(gòu)

功能上的分支學(xué)科包括：

信息的本體理論（信息源：現(xiàn)實世界）

信息獲?。▊鞲信c識別）

信息傳遞（通信與存儲）

信息預(yù)處理（計算）

信息-知識-策略轉(zhuǎn)換（人工智能）

策略執(zhí)行（控制）

智能信息網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）信息科學(xué)技術(shù)的技術(shù)學(xué)科體系結(jié)構(gòu)

制造技術(shù)上的分支學(xué)科包括：電子與微電子科學(xué)技術(shù)光電子科學(xué)技術(shù)生物信息科學(xué)技術(shù)量子信息科學(xué)技術(shù)機械與微機械技術(shù)分支學(xué)科的功能定位與擴展計算機科學(xué)技術(shù)計算機的體系結(jié)構(gòu)（硬件）計算理論與算法（軟件）計算機應(yīng)用

–

由此可延伸到整個信息科學(xué)技術(shù)自動化控制理論與技術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)理論與技術(shù)系統(tǒng)工程–由此可延伸到整個信息科學(xué)技術(shù)通信工程通信系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)–由此可延伸到整個信息科學(xué)技術(shù)智能科學(xué)與技術(shù)狹義人工智能高等人工智能–由此可延伸到整個信息科學(xué)技術(shù)從不同角度看：信息科學(xué)技術(shù)的學(xué)科關(guān)系信息傳遞通信信息處理計算策略傳遞通信策略執(zhí)行控制信息獲取傳感信息源-宿外部世界知識生成人工智能策略制定人工智能認識世界改造世界教育部發(fā)布的“工學(xué)”（部分）學(xué)科體系電氣類：電氣工程及其自動化，智能電網(wǎng)信息工程電子信息類：電子信息工程，電子科學(xué)與技術(shù)，通信工程，微電子科學(xué)與工程光電信息科學(xué)與工程，信息工程，廣播電視工程，水聲工程電子封裝技術(shù)，集成電路設(shè)計與集成技術(shù)，醫(yī)學(xué)信息工程電磁場與無線技術(shù)，電波傳播與天線，電子信息科學(xué)與技術(shù)自動化類：自動化計算機類：計算機科學(xué)與技術(shù)，軟件工程，網(wǎng)絡(luò)工程，信息安全，物聯(lián)網(wǎng)工程智能科學(xué)與技術(shù)，電子與計算機工程，空間信息與數(shù)字技術(shù)儀器儀表類：測控技術(shù)與儀器機械類：機械設(shè)計制造及其動化，材料成型及控制工程，機械電子工程，過程裝備與控制工程，微機電系統(tǒng)工程管理學(xué)：信息管理與信息系統(tǒng)交叉類：數(shù)字媒體武器類：信息對抗技術(shù)如何妥善處理學(xué)科專業(yè)的問題？1，尊重國家關(guān)于“學(xué)科專業(yè)”的現(xiàn)實安排2，了解學(xué)科專業(yè)本身的真正內(nèi)涵及其發(fā)展趨勢3，從“面向未來和面向現(xiàn)代化”的實際需求著眼4，寄希望于國家行政管理的改革5，精通所在的“小專業(yè)”，熟悉所在的“大學(xué)科”本章思考題1，什么是學(xué)科？劃定學(xué)科的根據(jù)是什么？越寬越好？還是越

窄越好？2，什么是信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科？它的整體功能是什么？3，通信、計算、智能、自動化這些分支學(xué)科之間的關(guān)系是什么？它們在“信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科”內(nèi)的功能定位是什么？4，您怎樣看待我國現(xiàn)行的“專業(yè)目錄”？怎樣對待您自己的

專業(yè)學(xué)習？

第八章學(xué)習方法

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一淺談知識與能力知識：人們在認識和改造世界的實踐中獲得的認識和經(jīng)驗的結(jié)晶。事物之間存在有機的相互聯(lián)系。知識也如此。知識結(jié)構(gòu)：各種知識之間的有序邏輯關(guān)系構(gòu)成了知識的網(wǎng)絡(luò)體系。層次上：基本知識、專門知識；深度上：感性知識、理性知識；知識和能力倒錯現(xiàn)象：與知識結(jié)構(gòu)有關(guān)。結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)構(gòu)成的方式，即系統(tǒng)內(nèi)部各個要素相互聯(lián)系、相互作用的方式。合理的知識結(jié)構(gòu)，才具有潛在的創(chuàng)新功能。知識結(jié)構(gòu)：一般形態(tài)大規(guī)模多學(xué)科多層次動態(tài)性相互聯(lián)系相互作用的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)概念是知識的基元整體性：科學(xué)是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨的部門不是取決于事物的本質(zhì)，而是取決于人類認識能力的局限性。實際上存在著由物理到化學(xué)，通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會科學(xué)的鏈條。----普朗克層次性：基礎(chǔ)層次—普遍的基礎(chǔ)理論知識；中間層次—學(xué)科共同的理論知識；最高層次—專業(yè)最新知識和研究動態(tài)；知識結(jié)構(gòu)：特征動態(tài)性：不是凝固的、僵化的、不變的；是開放的、不斷更新和自我調(diào)控的。知識的生態(tài)學(xué)歸納目標信息經(jīng)驗性知識驗證規(guī)范性知識序化結(jié)構(gòu)性知識知識只有形成良性結(jié)構(gòu)，才能穩(wěn)固，也才便于理解和記憶。要有明確的目的（專業(yè)），才能形成良性的知識結(jié)構(gòu)。有結(jié)構(gòu)的知識（策略）才能真正成為解決問題的能力。信息科學(xué)技術(shù)的知識內(nèi)涵通信計算通信控制信息源-宿外部世界認知決策系統(tǒng)傳感探討信息的本質(zhì)，闡明其基本概念；建立信息的度量方法，包括語法、語義、語用信息的度量方法；研究信息運動的基本規(guī)律，包括信息的感知、識別、表示、變換、傳遞、存儲、檢索、處理、認知、再生、施效、優(yōu)化等過程的原理和方法；揭示利用信息實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的方法；探索通過信息提煉知識、生成智能的工作機制與實現(xiàn)途徑。信息科學(xué)技術(shù)的研究內(nèi)容信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)感測通信計算智能控制機械微機械電子微電子量子光電子生物電子新材料技術(shù)新能量技術(shù)社會-人文科學(xué)基礎(chǔ)自然科學(xué)基礎(chǔ)系統(tǒng)信息科學(xué)技術(shù)能力：人的內(nèi)在素質(zhì)的外化力量（哲學(xué)）；人順利完成某種活動所必需的心理條件（心理學(xué)）；運用知識和智力解決問題的才能和技巧。是在知識和智力的基礎(chǔ)上，通過實踐而形成、發(fā)展和提高的。信息科學(xué)技術(shù)的能力結(jié)構(gòu)能力結(jié)構(gòu)：能力內(nèi)部各要素、成分之間合乎規(guī)律的組織形式，具有動態(tài)性和綜合性。教育的最終目的是人的健全發(fā)展，其中，人的能力發(fā)展是核心內(nèi)容。信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的能力素質(zhì)結(jié)構(gòu)思維方法科學(xué)觀念基礎(chǔ)知識實踐能力學(xué)習能力發(fā)現(xiàn)問題的能力解決問題的能力人生觀道德觀責任觀身心素質(zhì)合作能力能力層次結(jié)構(gòu)信息素養(yǎng)獨立生活能力適應(yīng)能力審美鑒賞能力基礎(chǔ)知識、基本技能、基本方法研究創(chuàng)新能力政治識別能力系統(tǒng)學(xué)習能力社交共事能力組織管理能力二關(guān)于學(xué)習方法的討論學(xué)習方法工欲善其事，必先利其器沒有正確的方法，即使有眼睛的博學(xué)者也會像瞎子一樣盲目摸索。---笛卡爾學(xué)習能力：獲得知識（技能）的能力；鞏固知識（技能）的能力；在實踐中學(xué)習、運用、駕馭知識的能力。大學(xué)與中學(xué)學(xué)習方法的差異

基礎(chǔ)教育

定向教育

教師主導(dǎo)教師引導(dǎo)

從師學(xué)習自主學(xué)習

有限課堂

無限空間

共性教育個性發(fā)展啟蒙式學(xué)習

奠基型學(xué)習

建構(gòu)型學(xué)習大學(xué)學(xué)習的一般規(guī)律書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟?！爸鞠蚝团d趣”是最好的老師：有志者，事竟成?！耙詥枮閷W(xué)，自主建構(gòu)”是最有效的學(xué)習方法?！笆帜X互動”是鍛造知識和能力的必要條件。發(fā)現(xiàn)問題是創(chuàng)新的第一步。善于把失敗變?yōu)槌晒χ?。萬丈高樓起于基礎(chǔ)，千里之行始于腳下。信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科特有的學(xué)習方法2，要努力確立“信息觀、系統(tǒng)觀、機制觀三位一體的科學(xué)觀”3，要了解和把握“信息轉(zhuǎn)換原理”這個普遍的科學(xué)規(guī)律1，要十分警惕“分而治之，機械還原”的傳統(tǒng)思維4，要明白“觀念正確和方法領(lǐng)先才能勢如破竹”的道理本章思考題1，什么是信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)？為什么？2，什么是信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科的學(xué)習方法？3，勤奮與聰明的關(guān)系是什么？4，您喜歡信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科嗎？為什么？5，您是如何規(guī)劃您的大學(xué)階段的？

附言

國人貢獻IntroductiontoInformationScience&Technology

機制：科學(xué)創(chuàng)新的一般模型良性的知識結(jié)構(gòu)先進的科學(xué)方法優(yōu)良的學(xué)術(shù)素質(zhì)發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題創(chuàng)新的學(xué)術(shù)成果優(yōu)良的學(xué)術(shù)素養(yǎng)：強烈熱愛科學(xué)，巨大的創(chuàng)新激情，堅定的奉獻精神創(chuàng)新活動機遇：科學(xué)方法論處在轉(zhuǎn)型期近代“分而治之”方法論不能完全適應(yīng)信息領(lǐng)域的研究需要信息科學(xué)研究方法論的基礎(chǔ)：信息觀，系統(tǒng)觀，機制觀西方學(xué)者熟悉并習慣于“分而治之”的經(jīng)典方法論我國學(xué)者的辯證思維方式，比較接近于信息科學(xué)的方法論幾個典型的創(chuàng)新案例認知科學(xué)：人的認知從全局開始（系統(tǒng)整體觀）可拓學(xué)：矛盾問題的智能求解（辯證轉(zhuǎn)化）泛邏輯學(xué)：邏輯學(xué)的統(tǒng)一理論（系統(tǒng)觀）信息科學(xué)：全信息理論（信息觀，系統(tǒng)觀）人工智能：機制主義方法（信息觀，系統(tǒng)觀，機制觀）19-9月-24214

第九章未來趨勢

IntroductiontoInformationScience&TechnologyHongliangLianghliang@bupt

19-9月-24215信息領(lǐng)域近期出現(xiàn)的新技