教学课件·《信息科学技术导论》1

1、20-7月-221Welcome to the Lectures ofIntroduction to IST 信息科学技术导论20-7月-222关于信息科学技术的导论课程课程设置的目的 1，使同学对信息科学技术有准确、基本、系统的了解。2，使同学对学习信息科学技术具有使命、兴趣和热情。3，使同学了解自己的专业在信息科学技术中的位置。4，使同学知道应当如何学习，对未来的学习心中有数。课程进行的方式以问为纲，积极互动。20-7月-223本课程共32学时。作业：每堂课学生需要书面回答思考题, 并上交给老师。考核方式：中期考试 + 期末考试（闭卷）20-7月-224您认为什么是信息科学技术？信息传递-

2、通信传导神经信息处理-计算初级皮层策略传递-通信传导神经策略执行-控制效应器官信息获取-传感感觉器官信息源-宿外部世界知识生成-智能联合皮层策略制定-智能联合皮层20-7月-225目 录第一章 大科学观第二章 基础概念第三章 信息获取第四章 信息传递第五章 信息处理第六章 策略执行第七章 学科定位第八章 学习方法第九章 未来趋势第十章 放眼社会参考文献信息科学与技术导论（第二版），北京邮电大学出版社信息科学原理（第三版），北京邮电大学出版社20-7月-226 第一章 大科学观- 为什么我们能够有幸学习和研究信息科学技术？20-7月-227什么是科学和技术？什么是科学？关于世界本质及其运动规律的

3、知识体系。20-7月-228科学的特点科学是抽象的、开放的、动态更新的。知识是如何形成的？自然科学、社会科学基础科学、应用科学生物进化论取代上帝造人说太阳中心说取代地球中心说狭义相对论修正经典力学理论在实践过程中有所发现和创新；在实践过程中经历严格的检验和确证。20-7月-229科学发展的原理需求牵引与知识支撑原理不是自由意志的创造。社会需求和社会知识状况的双重约束。20-7月-2210什么是技术？什么是技术？关于认识和改造自然的工艺方法体系。技术的存在形态抽象形态：技术方法。软形态。具体形态：技术工具。硬形态。20-7月-2211技术的特点技术也是开放的、动态更新的。技术的创造“需求牵引”更

4、加明显和直接。性价比。新技术的发明：在实践过程中有所发现和创新；新技术的检验：在实践过程中经历严格的检验和确证。20-7月-2212科学与技术的关系都是人类创造的关于某种问题的有用的知识。科学理论回答“是什么”的问题，技术方法回答“怎么做”的问题。相互作用、相互促进科学理论指导人们发明创造更好的技术方法和工具；技术方法和工具帮助人们更好的认识对象的本质和运动规律。20-7月-2213科学技术是怎样发生的？辅人律 世界上本没有科学，也没有技术，当然也没有工具。人类凭着赤手空拳与环境打交道。 面对环境这个庞然大物，为了生存与发展，人类只能寻求外力（工具）的帮助。 认识环境的变化规律和工具制造的知识

5、，就是科学；而掌握工具制造的工艺，就是技术。 可见，科学与技术是人类进化到一定阶段为了生存与发展而摸索和创造的产物。它们的作用是辅人。20-7月-2214 科学技术的发生规律：辅人律生产工具劳动对象劳动者科学技术资源扩展能力的需求对劳动对象的认识 video20-7月-2215科学技术是怎样发展的？拟人律 科学技术的本质功能是“辅人”：辅助人类认识世界和改造世界。那么，怎样辅助才有效呢？ 根据人类生存发展（社会进步）的实际需要，科学与技术就要研究：如何利用外部的资源制造工具来模拟和扩展人类认识世界和改造世界的能力：拟人律。20-7月-2216科学技术发展的规律 拟人律技术进步 已有的 能力差距

6、实践活动科学发展需要的 能力 更高的生存发展目标20-7月-2217科学技术拟人的路线是什么？ 而人的能力进化规律是：体质体力智力。 因此，科学与技术发展的具体进程必然是：材料科学技术能量科学技术信息科学技术 人类认识世界和改造世界的能力包括三类基本成分：体质能力， 体力能力，智力能力。（合理性和强健性；充沛性和持久性；聪慧性和敏捷性）20-7月-2218 古代近代现代 支持的 社会生产力物质人力工具动力工具智能工具农业时代生产力工业时代生产力信息时代生产力科技辅人的历史轨迹创制的 工具所用的 资源物质能量物质能量信息加工的 产物材料材料动力材料动力知识时代扩展的 能力体质体力智力20-7月-

7、2219科学技术的使命是什么？利用外在资源、创制先进工具、扩展人类能力。20-7月-2220信息科学技术：最先进的社会生产工具信息传递传导神经信息处理初级皮层策略传递传导神经策略执行效应器官信息获取感觉器官信息源-宿外部世界知识生成联合皮层策略制定联合皮层认识世界改造世界20-7月-222120-7月-2221社会生产方式的转变规律农业时代工业时代信息时代马克思：随着大工业的充分发展，劳动者不再是生产流程中的一个环节； 而是站在生产流程的旁边，对生产流程进行监督与管理。人力工具传感工具动力工具信息获取信息传递信息处理知识生成策略制定策略传递策略执行什么是信息科学与技术？信息科学是以信息为研究对

8、象、以信息全部运动过程的规律为研究内容、以信息科学方法论为研究方法、以扩展人的全部信息功能（智能）为研究目标的新型综合学科。信息技术是实现信息功能的工具与工艺。集传感、计算机、自动控制、激光、通信、光电子、光导、人工智能之大成。20-7月-2223 掌握并普遍应用基于信息科学技术的智能工具是发展现代化生产力的必由之路。也是工业-农业社会走向信息-智能社会的必由之路。为什么要学习信息科学技术？ 面向未来、面向世界、面向现代化的有志青年，应当肩负历史大任，为信息化、智能化、现代化做出积极贡献！ 有机会学习、掌握和创新发展信息科学技术，既是当代青年的幸运，也是当代青年肩负的伟大历史使命。20-7月-

9、2224思考题1，您怎样理解科学技术发展的辅人律、拟人律和共生律？2，您同意“机器终将统治人类”的说法吗？为什么？3，为什么信息科学技术会成为现代社会标志性的科学技术？20-7月-22 第二章 基础概念 - 什么是信息？Introduction to Information Science & Technology20-7月-22什么是信息？消息？信号？数据？情报？N. Wiener: Neither matter, nor energy.C. Shannon: Something that can reduce uncertainty.知识？狭义的信息用来表示信息的载体信息的一种记录和表示一

10、种专门领域的信息由信息提炼的高级产物20-7月-22什么是信息？梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台。 唐代诗人 李中 暮春怀故人N. Wiener: Neither matter, nor energy. 控制论：动物与机器中的通信与控制问题（1948年）C. Shannon: Something that can reduce uncertainty. 通信的数学理论（1948年）20-7月-22什么是信息？信息就是负熵。 Brillouin 科学与信息论（1956年）信息就是使概率分布发生变动的东西。 M. Tribes能量与信息（1971年）信息是反映事物的形式、关系和差别的东西，它包含在事

11、物的差异之中，而不在事物本身。 G.Longo信息论：新的趋势与挑战（1975年）20-7月-22试回答一个问题： 在人类出现之前，地球上是否存在信息？可见，信息的定义不简单。关键要看定义所依赖的条件。依据定义的条件不同，信息的概念就会不同。复杂对象有许多不同的观察角度，成为许多不同的定义条件。因而会产生许多不同的定义。20-7月-22定义复杂概念的一般方法约束条件 定义名称 定义层次 适用范围关注约束条件：条件不同，定义就不同；但可依条件而进退。 无 最高 最广 最少 次高 次广 最多 最低 最窄. . .20-7月-22 定义信息概念的方法约束条件 定义名称 定义层次 适用范围关注约束条件

12、：条件不同，定义就不同；但可依条件而进退。 无 本体论 最高 最广 主体 认识论 次高 次广 最多 最低 最窄 . . . .20-7月-22本体论信息：事物本身所呈现的运动状态及其变化方式。认识论信息：认识主体所表述的事物运动状态及其变化方式。 由于认识主体具有：感知能力、理解能力、目的判断能力。因此，认识论信息的内涵变得更加丰富和复杂：可以定义为：认识主体所表述的事物运动状态及其变化方式，包括它的形式、内容和价值，分别称为语法信息、语义信息和语用信息。它们的整体则称为全信息。20-7月-22 本体论信息概念的诠释本体论信息：事物关于自身运动状态及变化方式的表述。- 可能的运动状态- 状态变

13、化的方式S1SNSn1) 事物：泛指物质客体和精神现象2) 运动：泛指一切意义上的变化20-7月-22认识论信息概念的诠释主体关于某事物运动状态及其变化方式的表述：符号序列客体主体形式内容价值语义语法语用 全信息20-7月-22全信息的度量其中（1）针对标准分布；（2）针对广义分布20-7月-22 信息的特征1，信息来源于物质，但又不是物质本身，因此，它从物质的运动中产生出来，又可以脱离物质而寄生于其他物质（媒体），相对独立的存在。2，信息也来源于精神世界，但是又不限于精神领域。3，信息与能量紧密相关，但是又与能量有质的区别。20-7月-22 信息的特征4，信息可以被提炼成知识，但信息本身不等

14、于知识。（现象与本质）5，信息是具体的，可以被主体所感知、处理和利用。6，信息可以被复制，可以被共享。7，语法信息在传递和处理过程中永不增值。8，在封闭系统中，语法信息的最大值不变。20-7月-22 信息的性质1，普遍性：信息是普遍存在的。2，无限性：在整个宇宙时空中，信息是无限的，即是是在有限空间中，信息也是无限的。3，相对性：对于同一个事物，不同的观察者所获得的信息量可能不同。4，传递性：信息可以在时空中从一点传递到另一点。20-7月-22 信息的性质6，有序性：信息可以用来消除系统的不定性，增加系统的有序性。7，动态性：信息是有时效的、有“寿命”的、随时间变化的。8，转化性：在一定的条件

15、下，信息可以转化为物质、能量、时间及其它。5，变换性：信息是可变换的，可以由不同载体用不同方法来载荷。20-7月-22 为什么信息那么重要？物质及其运动人类本体论信息智能策略信息是一种资源，是人类一切智慧的源泉。20-7月-22 为什么信息那么重要？信息最重要的功能是：信息可以通过一定的算法被加工成知识，并针对给定的目标被激活成为求解问题的智能策略，进而按照策略求解实际的问题。这是信息的最核心、最本质的功能。信息-知识-智能（策略），这是人类智慧的生长链，或智慧链。20-7月-22为什么信息科学技术那么重要？信息，是信息时代的标志性战略资源，信息科学技术，是信息时代的标志性的科学技术领域。资源

16、产品科学技术物质资源 材料科学技术 优质材料能量资源 能量科学技术 高效动力信息资源 信息科学技术 智能策略 资源，是人类生存发展的基础。把资源转换为产品，是科学技术的根本使命。20-7月-22重温信息科学与技术的定义信息科学是以信息为研究对象、以信息全部运动过程的规律为研究内容、以信息科学方法论为研究方法、以扩展人的全部信息功能（智能）为研究目标的新型横断学科。信息技术是实现信息功能的工具与工艺。20-7月-22信息科学技术：最先进的社会生产工具信息传递通信信息处理计算策略传递通信策略执行控制信息获取传感信息源-宿外部世界知识生成人工智能策略制定人工智能认识世界改造世界20-7月-22信息科

17、学的研究方法信息系统分析方法：解决高级复杂事物的工作机制的认识问题。信息系统综合方法：解决高级复杂事物的工作机制的实现问题。信息系统进化方法：解决高级复杂事物的优化与发展问题。功能准则整体准则20-7月-22附：信息科学与信息论的联系与区别基本概念 形式-内容-价值三位一体 概率型的形式信息基本内容 信息运动全程的规律 信息传递的规律基本方法 信息科学方法论 统计方法基本目标 扩展人的全部信息功能 扩展人的信息传递功能应用范围 全部信息过程 随机场合（如通信等）信息论，原名“通信的数学理论”，是信息科学的一个部分。 信息科学 信息论20-7月-22思考题1，什么是本体论信息？什么是认识论信息（

18、全信息）？2，为什么要研究全信息？没有全信息会有什么问题？3，什么是信息科学？它与信息论之间的关系是什么？4，试论物质、能量、信息之间的相互关系。20-7月-22 第三章 信息获取Introduction to Information Science & Technology20-7月-22千里眼、顺风耳望远镜、显微镜380780nm的可见光20Hz20KHz的音频人类视觉、听觉、味觉、触觉等感知的响应是以神经生理电信号表示的。20-7月-22信息获取在信息过程中的地位信息传递通信信息处理计算策略传递通信策略执行控制信息获取传感信息源-宿外部世界知识生成人工智能策略制定人工智能认识世界改造世界

19、20-7月-221，本体论信息的获取20-7月-22怎样才能获取本体论信息？使用相应的传感器系统。传感器，就是对某种事物运动状态及其变化方式（即事物的物理/化学/生化参量的状态及其变化方式）敏感的器件。 例：用摄像机获取物景信息（物景运动状态及其变化方式）事物光敏器件显示单元注意：传感系统（感觉器官）只能获得语法信息。20-7月-22传感器，将被测的非电量变换成电量的装置。能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。(GB7665-87)敏感元件传感元件变换元件电磁感应定律：当穿过导电回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生，感应电动势与磁通量对时间的

20、变化率的负值成正比。霍尔效应：通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。20-7月-22光生伏特效应：光照使得（不）均匀半导体中产生光生电子和空穴，并在空间分开而产生电位差的现象，即光能电能。力电传感：利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等的仪器）。热电传感：热敏电阻的阻值会随着温度的变化而变化。20-7月-22传感器应当满足的基本性能：对某种物理/化学/生物参量及其变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选择性具有一定的保真度20-7月-22传感器是人类感觉器官功能的扩展。现已有：扩展视觉功能的光敏传感系统（红

21、外、可见光、紫外）扩展听觉功能的声敏传感系统（声纳、音频、超声）扩展嗅觉功能的化学传感系统（各种气味的监测）扩展触觉功能的压力传感系统（压敏、应力、振动）扩展味觉功能的化学传感系统（各种食品的监测）其它各种传感器：温度、湿度、磁敏，热敏，电子，.20-7月-22对于复杂事物，需要利用多种传感器，并对它们加以综合，称为“多传感器的信息融合”。光敏传感 系统声敏传感 系统信息融合 系统20-7月-22对于遥远事物，可以利用“传感系统+通信系统”获取其信息，这就称为“遥感系统”。传感系统通信系统例如，雷达就是一种典型的遥感系统。20-7月-22对那些处于敏感度（或敏感域）以下的事物，可以借助于相应的

22、变换器把它的观测参量变换到可感知的范围内，然后用传感器感知。放大镜、望远镜、各种形式的变换器都可以起这种作用。变换器传感器20-7月-22信号规整：将传感器输出的信号变换成具体接入系统所需要的接口形式。传感器 放大器 A/D 处理器D/A 放大器没有测量，就没有科学。 【门捷列夫】测量误差：系统误差、随机误差等20-7月-2220-7月-2261传感应用：物联网智能信息网20-7月-2261问题 - 目标传感计算计算控制通信通信知识生成计算决策策略制定智能控制20-7月-222，认识论信息（全信息）的获取20-7月-22为什么需要获取“全信息”？利用信息作决策。只当拥有了全信息，才能做出合理的

23、决策。有决策能力的系统，才是有智能的系统。获取信息的目的是什么？20-7月-22怎样获取全信息？第一类信息转换原理 计算-体验 逻辑推演 知识库: X, Z; G 传感本体论信息 S语法信息 X语用信息 Z语义信息 Y语法信息 X : S XZ Cor X, GY (X, Z)Z X and X, Z20-7月-22信息的表示符号表示：文字或语言机器表示：高低电平、有无电流、0/1语音表示：抽样、量化、编码。PCM编码。信号表示：离散和连续图形图像表示：位图。矢量图。20-7月-22（特征）信息融合特征层融合：先对原始信息进行特征提取，再对特征信息进行综合分析。数据层融合：原始层融合。预处理之

24、前进行数据的综合分析。20-7月-22终端侧：搜索引擎网络侧：数据库系统 关键词（检索词）特征表示信息显示信息输出搜索匹配信息记录信息记录信息记录.（互联网）信息检索原理模型20-7月-22信息检索效果的评价查全率=A/(A+C)查准率= A/(A+B)漏查率= C/(A+C)误查率= B/(A+B)相关信息量不相关信息量检出信息量AB未检出信息量CD20-7月-22机器学习H.Simon认为：能够让系统在执行同一任务或同类的另一任务时，比前一次执行的更好的任何改变都可称为学习。机器学习：研究机器如何模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识和能力，重新组织已有的知识结构，使之不断增强自身性能。

25、1959年美国的Samuel设计了一个具有学习能力的跳棋程序。4年后，展示了设计者本人。又过了3年，战胜了美国8年不败的冠军。20-7月-22机器学习原理模型20-7月-2270世界学习知识库执行效果目标调整20-7月-22机器学习策略示教学习：学生从环境（教师或书等）获取信息、适当表示，并把新知识与原有知识结合为一体。机械学习：直接记忆和检索，不需计算和推导类比学习：利用source和target的知识相似性，通过类比，实现学习。演绎学习：从公理出发，经逻辑变换，推导出结论。20-7月-22机器学习策略解释学习：学生根据教师提供的目标概念C、该概念的一个例子E、领域理论及可操作准则R，首先构

26、造一个解释D来说明为什么这个例子E满足目标概念C，然后将解释D推广为目标概念C的满足可操作准则R的充分条件。强化学习：试探评价过程。系统选择一个动作用于环境，环境状态发生变化并产生一个效果（奖或惩）反馈给系统，于是系统选择受奖概率大的新动作，强化受奖动作。归纳学习：从个别到一般从部分到整体的推导方法。20-7月-2220-7月-2273例：进化学习模型S(0) = Sn(0)fSn(0)Pn(t)Sn(t+1)初始状态：含有 N 个生物样本 Sn(0)计算每个样本相对于目标的适应度相对适应度计算它们的再生概率 Pn(t)根据Pn(t)择优父代并生成新一代Sn(t+1)RSn(t)通过基因操作获

27、得更好的样本RSn(t)20-7月-22思考题1，什么场合需要本体论信息？怎样获取本体论信息？2，什么场合需要认识论信息（全信息）？3，您对第一类信息转换原理有什么评述？您能举出实例 来说明这一原理的正确性吗？4，您认为互联网信息检索有什么优缺点？您觉得应当怎样 改进？20-7月-22 第四章 信息传递Introduction to Information Science & TechnologyHongLiang LIANG20-7月-22需要关注和思考的问题1，什么是通信？通信在信息科学技术中的地位是什么？2，人类社会为什么需要通信？通信对社会发展的贡献是什么？3，人类社会对通信技术的基本

28、要求是什么？4，通信技术的发展趋势（挑战和机遇）是什么？20-7月-22什么是通信？信息输入信息输出传递系统 通信，就是信息传递，即信息在空间域/时间域中从一点到另一点的转移。 从原始社会的面对面通信，到古代的烽火通信，到现代的卫星通信、移动通信和光纤通信，它们的任务都是信息的传递，实现信息的共享。20-7月-22F 发展能力；p 人口资源数量；r 信息距离， - 系数信息在空间域中的转移称为通信；在时间域中的转移称为存储。通信和存储，都只涉及认识论信息的“语法信息”！为什么需要信息传递？ 人类社会发展的水平，取决于人类合作的水平；人类合作的水平又取决于人际通信的水平。20-7月-22信息传递

29、在信息过程中的地位外部世界认识世界改造世界信息获取信息传递信息处理知识生成策略制定策略传递策略执行20-7月-22反变换“通信系统”模型是怎样发展起来的？解调译码 调制信道 编码噪声 变换信号信息信源信宿有效可靠安全信道匹配20-7月-22信道编码器编码器的组成调制器信源编码器消息信源编码器：按照一定的规律将信源输出符号转换成编码输出符号，以提高传输的有效性。信道编码器：按照一定的规律给信源编码符号增加保护符号，以增加信号抵抗干扰的能力，提高传输的可靠性。调制器：将信道编码输出信号转换为便于传送的形式；选择适当的调制方式，提高抗干扰能力，有效利用频带资源。符号 符号信号20-7月-22通信系统

30、的类型按信道性质分：无线通信（卫星通信，移动通信）； 有线通信（电缆通信，光纤通信）按终端性质分：电话通信（话音通信） 计算机通信（数据通信） 电视通信（图像通信）按电磁波波段分：短波通信 微波通信 光波通信20-7月-22通信系统的类型按传送信号的复用方式分：频分复用（FDM：Frequency Division Multiplexing）；不同信号占据不同的频段。如无线电广播、广播电视和有线电视等。时分复用（TDM：Time Division Multiplexing）；不同信号占据不同的时段。如互联网。码分复用（CDM：Code Division Multiplexing）；不同信号占据

31、不同的码段（相互正交的脉冲序列）。如卫星通信和无线通信。20-7月-22通信网络把众多的通信系统按照一定的拓扑结构组合在一起，实现某一区域内任意两个终端用户的相互连通，才构成通信网络。通信网络是通信系统的系统，由各种终端设备、交换设备、传输设备、软件（如标准、信令、协议）组成。20世纪60年代初，电话网，PCM时分通信，8000Hz抽样：T-1传输系统：24路64kbits/s语音信道；E-1传输系统：30路64kbits/s语音信道20世纪60年代后期，计算机通信网。20-7月-22通信网络20世纪80年代，第一代基于频分多址FDMA技术的模拟蜂窝移动通信网；2G无线传输技术：基于时分多址T

32、DMA技术的GSM、基于码分多址技术的IS95；3G无线传输技术：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。CDMA和分组传送是3G的核心技术。20-7月-22信息传递的基本要求有效性：单位时间传输的信息量大（信息率）可靠性：传送的信息差错少（误码率）安全性：传送的信息可信（可信度）有效性可靠性安全性通信能力20-7月-22通信的有效性 通过有效性编码实现信号压缩，提高传输效率。它的工作原理是：消除信号中的相关性。预测法 若能根据x0, x1, x2预测出x3，则x3可以不发送，从而提高了单位时间传输的信息量。 最优编码法 通过编码提高单位信号的信息含量，则同样的信号量可传送更多信息，因

33、而提高了单位信号量传输的信息量。20-7月-22通信的可靠性 通过可靠性编码实现检错和纠错。它的原理是：在信号中加入某种相关性。 在x0, x1, x2, x3中加入xk，使x0, x1, x2, x3和xk之间形成某种相关性（比如线性相关性）。 那么，一旦在通信过程中这四个符号中的任何一个或几个发生了差错，就会破坏这种相关性，因而可以发现“差错”，甚至可以“纠正差错”。20-7月-22通信的安全性 通过编码和人工智能方法实现信息的安全传输。信息载体的安全 信息保密：通过加密，使信息不被未授权者获得。信息网络的安全 网络安全：通过识别“入侵特征”，拦截网络攻击。保护网络不受破坏。信息内容的安全

34、内容安全：通过理解信息内容，发现不安全信息则予以滤除。20-7月-22保密安全信息载体的安全 信息保密：通过加密，使信息不被未授权者获得。加密信源译码器 信道编码器信道译码器解密信道 信源编码器噪声明文信息信源信宿密文信号明文信息密文信号+噪声20-7月-22网络安全信息战原子武器、生物武器、化学武器、信息武器安全威胁：泄露信息、拒绝服务、非法使用、假冒、特洛伊木马、抵赖、业务欺骗等网络攻击：身份和位置隐藏、目标系统信息收集、漏洞挖掘、目标权限获取、攻击行为隐藏、实施攻击、开辟后门、攻击痕迹清除网络安全技术：防火墙、入侵检测、安全协议、路由控制、公证机制等20-7月-22内容安全安全威胁：信息

35、破坏、内容泄密、信息干扰等安全技术：信息内容的获取技术：主动/被动，实时性信息内容理解与识别技术：识别的准确度和速度控制与阻断技术：信息内容过滤，成功率和实时性信息内容审计技术：反病毒技术：20-7月-22安全防范P2DR模型：Policy, Protection, Detection, Response,APPDRR模型：Analysis, Policy, Protection, Detection, Response, Recovery20-7月-22什么是多路通信？频分多路：各路信息使用不同的频带，FDMA时分多路：各路信息使用不同的时隙，TDMA码分多路：各路信息使用不同的编码，CDM

36、A频带时隙TF20-7月-22为什么需要用交换系统来组网？N无交换系统的通信网需要有交换系统的通信网只需要个系统个系统20-7月-22通信网的分类网络名称 电信网 互联网 有线电视网终端系统 电话机 计算机 电视机寻址方式 电路交换 分组交换 电路调度主要业务 话音通信 数据通信 电视广播业务方式 双向通信 双向通信 单向广播服务方式 移动-固定 移动-固定 固定-移动20-7月-22下一代通信网络（NGN）在新技术和新业务需求的驱动下，基于TDM的话音网和基于IP的分组网的融合。国际电信联盟（ITU）：NGN是一个分组网络，能够利用多种带宽提供多种业务（含电信业务），满足业务质量要求（QoS

37、），实现业务功能与底层传送技术的分离，实现用户对业务使用的一致性和统一性。基本特征：分组传送；控制功能从承载、呼叫会话、应用业务中分离出来；业务的提供与网络分离，提供开放接口；适应所有管理要求，如应急通信、安全性和私密性等要求。20-7月-22下一代通信网络（NGN）接入和传输层：将用户连接至网络，集中用户业务并把它们传递至目的地。媒体层：把信息格式转化为能够在网上传递的格式，并路由至目的地。控制层：包括呼叫智能。控制底层网络对业务流的处理。业务/应用层：在呼叫建立的基础上提供额外的服务。20-7月-22通信网的发展趋势网络覆盖：全球化业务流量：高速化信号形式：数字化网络带宽：宽带化网络制式：

38、融合化服务方式：个人化安全保障：可信化业务类型：多样化整体目标：智能化20-7月-22本章思考题2，为什么只需要关心语法信息的传递？1，信息为什么能够被共享？3，什么是信息传递的有效性、可靠性和安全性？怎样保 障信息传递的有效性、可靠性和安全性？4，通信对社会进步有什么贡献？您对通信的发展趋势有 什么判断？20-7月-22101 第五章 信息处理 Introduction to Information Science & TechnologyHongLiang Liang20-7月-22102需要特别关注的问题1，什么是信息处理？2，为什么需要信息处理？3，有哪些重要的信息处理方法？4，信息处

39、理的一般原理是什么？20-7月-22103什么是信息处理？ 笼统地说，为了一定目的而对信息进行的任何合理操作都称为信息处理。 值得注意的是，信息要由信号来表示，信号是携带信息的载体。对信息的处理通常会涉及到信号载体；同样，对信号的处理也可能涉及到它所携带的信息。 因此，更确切地说，以信息为目标的处理（即使这种处理会涉及到信号）称为信息处理；以信号为目标的处理（即使这种处理会涉及到信息）则称为信号处理。20-7月-22104为什么需要信息处理？ 直接的目的是使信息更便于被利用；进一步的目的是希望从信息提炼知识和解决问题的策略。 按照信息处理的深度和处理的目标，信息处理可以分为三个深浅不同的层次：

40、 （1）预处理（计算机） （2）由信息提炼知识（人工智能）（3）由知识和目标制定策略（人工智能）20-7月-22105信息处理在信息过程中的地位信息传递通信信息处理计算策略传递通信策略执行控制信息获取传感信息源-宿外部世界知识生成人工智能策略制定人工智能认识世界改造世界信号特性 信号通常是以电信号的形式反映信息的各种物理量。电信号通常是时间变量t的函数。信号随时间变化的函数曲线称为信号的波形。信号的特性可从三方面来描述： 时域特性 频域特性 空域特性时域特性空域特性频域特性示例：时域特性常见人体生理信号:EEG(脑电)ECG(心电)示例：时域特性火车鸣笛信号示例：时域特性一段语音信号信号时域与

41、频域描述示例心电信号及其频谱 语音信号时域波形及其频谱 土星多光谱图像及其2维频谱 空域图像频域描述信号时域与频域描述示例为什么进行信号处理信号被淹没在噪声里；信号与干扰混合在一起；要从信号中提取有用特征（谱分析）；将信号构建成易于有效传输的形式为什么进行数字信号处理（1）计算机操作的是二进制数码信号二进制数码的信号波形（2）只有数字信号才能精确表示物理量模拟万用表模拟量根据表的指针读数，一般只能精确到三位数。数字万用表二进制数字可表示物理量所要求的精度。目前可精确到10位数以上（对应采用32位二进制数码表示一个数值）。逻辑电路有两个状态，分别对应“1”和“0”，计算机通过逻辑电路实现运算。二

42、进数码波形实际信号波形受干扰后的波形定时信号再生信号为什么进行数字信号处理（3）数字信号受干扰后可以再生，消除干扰影响受干扰后的信号经再生定时判决可正确恢复。3、Why digital signal processing?（续2）（4）数字信号可采用时间复用提高传输效率例如：在闭路电视电缆上，原传一路模拟电视信号的通道内，可以同时传48路数字电视节目（这涉及较多概念，在通信原理课程中会详细讲授）。（5）数字电路性能稳定可靠，设计、维护、生产方便，体积小，重量轻数字电路高频模拟电路模拟与数字信号示例1:模拟与数字信号示例2:模拟与数字信号示例3: 数字化优点性能稳定、生产方便（五）便于计算机操作

43、（一）传输效率高（四）抗干扰能力强（三）精确表示物理量（二）为什么进行数字信号处理20-7月-22126信号预处理 信息的预处理包括：信号处理。例如： - 有效性编码（为了提高信号含信率但不改变信息）； - 可靠性编码（为了提高信号抗扰力但不改变信息）； - 调制（为了频谱迁移和提高信号能量效率）； - 安全性编码（为了保护信息而不改变信息）； - 滤波（为了节约频带和减少噪声）；- 放大（为了使信号不被噪声淹没）；20-7月-22127信息的预处理 信息的预处理包括：浅层信息处理。 浅层信息处理（基于语法信息）的例子包括： - 对信息进行分类（模式分类）； - 对信息进行排序（也是一种分类）

44、； - 压缩信息（消除次要信息，提高信息效率）； - 计算信息的参数（以便有效地表示信息）； - 提取信息的特征（以便更有效地识别信息）。20-7月-22128 深层信息处理（智能信息处理）之一 由信息生成知识举例：由信息样本归纳概念（知识的基元） 大规模信息样本库 信息处理的 归纳算法概念20-7月-22129由信息生成知识的算法例：由信息样本归纳概念（知识的基元）（1） 给定信息样本 x(1), 提取它的特征 f(1);（2） 给定信息样本 x(2), 提取特征 f(2)，检验 f(2): 若 f(2) = f(1)，则保留 x(2)；否则，丢弃 x(2);（3） 给定信息样本 x(n),

45、 重复步骤2的做法;（4） 当 n 足够大时, 必存在某个正整数 k 2” 的效应。信息科学技术的学科体系信息传递通信信息处理计算策略传递通信策略执行控制信息获取传感信息源-宿外部世界知识生成人工智能策略制定人工智能认识世界改造世界智能信息网络系统观念下的信息科学技术体系网（图）：若干节点和连接这些节点的边的集合。外界传感通信计算认知决策通信控制这是一个网，一个信息网，一个有智能的信息网。网：系统的系统系统：若干要素及其相互作用构成的有机整体。系统最重要的特性是：它的整体性。系统最重要的原理是：整体功能远大于部分功能的简单和。信息科学技术构成了相对完整的体系 信息科学技术学科构成了一个完整的系

46、统，它的整体功能就是：全面而有效地扩展了人类的信息能力，它的整体功能是智能能力，即认识世界和优化世界的能力。 信息科学技术学科的各个要素对 “认识世界和改造世界”这个整体功能都有各自的贡献，但是任何一个要素都不可能单独完成这个整体的功能。 信息科学技术的极端重要性表现在它的整体功能上，而不是它的个别功能。信息科学技术的功能学科体系结构 功能上的分支学科包括： 信息的本体理论（信息源：现实世界） 信息获取（传感与识别） 信息传递（通信与存储） 信息预处理（计算） 信息-知识-策略转换（人工智能） 策略执行（控制） 智能信息网络（系统）信息科学技术的技术学科体系结构 制造技术上的分支学科包括：电子

47、与微电子科学技术光电子科学技术生物信息科学技术量子信息科学技术机械与微机械技术分支学科的功能定位与扩展计算机科学技术 计算机的体系结构（硬件） 计算理论与算法（软件） 计算机应用 由此可延伸到整个信息科学技术自动化 控制理论与技术 执行系统理论与技术 系统工程 由此可延伸到整个信息科学技术通信工程 通信系统 通信网络 由此可延伸到整个信息科学技术智能科学与技术 狭义人工智能 高等人工智能 由此可延伸到整个信息科学技术从不同角度看：信息科学技术的学科关系信息传递通信信息处理计算策略传递通信策略执行控制信息获取传感信息源-宿外部世界知识生成人工智能策略制定人工智能认识世界改造世界教育部发布的“工学

48、”（部分）学科体系电气类：电气工程及其自动化，智能电网信息工程电子信息类：电子信息工程，电子科学与技术，通信工程，微电子科学与工程 光电信息科学与工程，信息工程，广播电视工程，水声工程 电子封装技术，集成电路设计与集成技术，医学信息工程 电磁场与无线技术，电波传播与天线，电子信息科学与技术自动化类：自动化计算机类：计算机科学与技术，软件工程，网络工程，信息安全，物联网工程 智能科学与技术，电子与计算机工程，空间信息与数字技术仪器仪表类：测控技术与仪器机械类：机械设计制造及其动化，材料成型及控制工程，机械电子工程， 过程装备与控制工程，微机电系统工程管理学：信息管理与信息系统交叉类：数字媒体武器

49、类：信息对抗技术如何妥善处理学科专业的问题？1，尊重国家关于“学科专业”的现实安排2，了解学科专业本身的真正内涵及其发展趋势3，从“面向未来和面向现代化”的实际需求着眼4，寄希望于国家行政管理的改革5，精通所在的“小专业”，熟悉所在的“大学科”本章思考题1，什么是学科？划定学科的根据是什么？越宽越好？还是越 窄越好？2，什么是信息科学技术学科？它的整体功能是什么？3，通信、计算、智能、自动化这些分支学科之间的关系是 什么？它们在“信息科学技术学科”内的功能定位是什么？4，您怎样看待我国现行的“专业目录”？怎样对待您自己的 专业学习？ 第八章 学习方法 Introduction to Infor

50、mation Science & TechnologyY. X. Z一浅谈知识与能力知识：人们在认识和改造世界的实践中获得的认识和经验的结晶。事物之间存在有机的相互联系。知识也如此。知识结构：各种知识之间的有序逻辑关系构成了知识的网络体系。层次上：基本知识、专门知识；深度上：感性知识、理性知识；知识和能力倒错现象：与知识结构有关。结构：系统构成的方式，即系统内部各个要素相互联系、相互作用的方式。合理的知识结构，才具有潜在的创新功能。知识结构：一般形态 大规模多学科多层次动态性相互联系相互作用的复杂网络概念是知识的基元整体性：科学是内在的整体，它被分解为单独

51、的部门不是取决于事物的本质，而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着由物理到化学，通过生物学和人类学到社会科学的链条。-普朗克层次性：基础层次普遍的基础理论知识；中间层次学科共同的理论知识；最高层次专业最新知识和研究动态；知识结构：特征动态性：不是凝固的、僵化的、不变的；是开放的、不断更新和自我调控的。知识的生态学归纳目标信息经验性 知识验证规范性 知识序化结构性 知识知识只有形成良性结构，才能稳固，也才便于理解和记忆。要有明确的目的（专业），才能形成良性的知识结构。有结构的知识（策略）才能真正成为解决问题的能力。信息科学技术的知识内涵通信计算通信控制信息源-宿外部世界认知决策系统传感探讨

52、信息的本质，阐明其基本概念；建立信息的度量方法，包括语法、语义、语用信息的度量方法；研究信息运动的基本规律，包括信息的感知、识别、表示、变换、传递、存储、检索、处理、认知、再生、施效、优化等过程的原理和方法；揭示利用信息实现系统优化的方法；探索通过信息提炼知识、生成智能的工作机制与实现途径。信息科学技术的研究内容信息科学技术学科的知识结构感测通信计算智能控制机械微机械电子微电子量子光电子生物电子新材料技术新能量技术社会-人文科学基础自然科学基础系统信息科学技术能力：人的内在素质的外化力量（哲学）；人顺利完成某种活动所必需的心理条件（心理学）；运用知识和智力解决问题的才能和技巧。是在知识和智力的

53、基础上，通过实践而形成、发展和提高的。信息科学技术的能力结构能力结构：能力内部各要素、成分之间合乎规律的组织形式，具有动态性和综合性。教育的最终目的是人的健全发展，其中，人的能力发展是核心内容。信息科学技术学科的能力素质结构思维方法科学观念基础知识实践能力学习能力发现问题的能力解决问题的能力人生观道德观责任观身心素质合作能力能力层次结构信息素养独立生活能力适应能力审美鉴赏能力基础知识、基本技能、基本方法研究创新能力政治识别能力系统学习能力社交共事能力组织管理能力二关于学习方法的讨论学习方法工欲善其事，必先利其器没有正确的方法，即使有眼睛的博学者也会像瞎子一样盲目摸索。 -笛卡尔学习能力：获得知

54、识（技能）的能力；巩固知识（技能）的能力；在实践中学习、运用、驾驭知识的能力。大学与中学学习方法的差异 基础教育 定向教育 教师主导 教师引导 从师学习 自主学习 有限课堂 无限空间 共性教育 个性发展启蒙式学习 奠基型学习 建构型学习大学学习的一般规律书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。“志向和兴趣”是最好的老师：有志者，事竟成。“以问为学，自主建构”是最有效的学习方法。“手脑互动”是锻造知识和能力的必要条件。发现问题是创新的第一步。善于把失败变为成功之母。万丈高楼起于基础，千里之行始于脚下。信息科学技术学科特有的学习方法2，要努力确立“信息观、系统观、机制观三位一体的科学观”3，要了解和把握“

55、信息转换原理”这个普遍的科学规律1，要十分警惕“分而治之，机械还原”的传统思维4，要明白“观念正确和方法领先才能势如破竹”的道理本章思考题1，什么是信息科学技术学科的知识结构？为什么？2，什么是信息科学技术学科的学习方法？3，勤奋与聪明的关系是什么？4，您喜欢信息科学技术学科吗？为什么？5，您是如何规划您的大学阶段的？ 附言 国人贡献Introduction to Information Science & TechnologyY. X. Z机制：科学创新的一般模型良性的知识结构先进的科学方法优良的学术素质发现科学问题创新的学术成果优良的学术素养：强烈热爱

56、科学，巨大的创新激情，坚定的奉献精神创新活动机遇：科学方法论处在转型期近代“分而治之”方法论不能完全适应信息领域的研究需要信息科学研究方法论的基础：信息观，系统观，机制观西方学者熟悉并习惯于“分而治之”的经典方法论我国学者的辩证思维方式，比较接近于信息科学的方法论几个典型的创新案例认知科学：人的认知从全局开始（系统整体观）可拓学：矛盾问题的智能求解（辩证转化）泛逻辑学：逻辑学的统一理论（系统观）信息科学：全信息理论（信息观，系统观）人工智能：机制主义方法（信息观，系统观，机制观）20-7月-22216 第九章 未来趋势 Introduction to Information Science &

57、 TechnologyHongliang Lianghliangbupt 20-7月-22217信息领域近期出现的新技术信息处理：超级巨型机；云存储，云计算信息获取：超高分辨率的卫星摄影；大数据技术信息传递：移动互联网；物联网；量子通信人工智能：Watson（Deep QA）；智能汽车精确控制：飞船控制；定点打击宏观系统：信息化战争模式；智慧地球20-7月-22218Watson在智力问答游戏“Jeopardy！”中让最聪明的个人尝到了失败的滋味：曾经在这个节目中创下74连胜的Ken Jennings甚至在回答终极 Jeopardy！ 问题时，在题板上写下“I FOR ONE WELCOME

58、OUR NEW COMPUTER OVERLORDS”并认输。作为在Watson体内运转的软件，DeepQA问答系统是Watson实现这一壮举的核心。如果把 Waston看做是参加 Jeopardy！ 的人类选手，那么DeepQA就是这位选手回答问题的思路和方法。Watson DeepQA20-7月-2221920-7月-22220一是机器制造技术的高度精密化。机器制造技术在使用了数控机床等智能化加工控制技术之后，精密度提高，能耗降低，效率增大，动力性能良好，运用到新型作战平台之后，就会在行驶速度、机动性能、推力等方面有明显的改进；二是作战平台的高技术化。坦克、飞机、舰艇等传统作战平台采用新材

59、料、新能源和新技术之后，使外形特征优化，空气动力外形更加科学，能耗降低，速度提高。另外，高技术作战平台实现了信息技术与机械化技术的融合，能够运用信息技术对机械装置进行自动控制，实现作战平台自身的系统集成。在此基础上，再对外围设备、外部接口系统和外围体系进行融合，从而使作战平台能够方位更精、速度更快；信息化战争20-7月-22221三是C4ISR系统的一体化。C4ISR系统使信息化武器装备实现了互联、互通、互操作，从传感器发现目标，到信息传递和处理，到指示武器对目标实时打击和效能评估，全部实现了网络化、信息化和一体化，因为在速度上实现了实时和近实时。速度提高之后，突破了传统的时空概念，使全球战争

60、直播成为可能，使远程异地召开电视电话会议成为可能，也是远距离遥控战争成为可能。C4ISR：指挥Command、控制Control、通信 Communication、计算机computer、情报Intelligence、监视Surveillance、侦察Reconnaissance信息化战争20-7月-22222未来趋势：从“拟人律”寻求答案人类信息功能进化的逻辑顺序： 感觉器官 传导神经 思维器官 行动器官初级阶段 嗅觉触觉 简单 古皮层 多脚 中级阶段 五官 丰富 旧皮层 前后脚高级阶段 五官 发达 新皮层 手-脚-语 20-7月-22223 作为人类信息功能扩展的信现代息科学与技术，目前处