《信息工程概论》全册配套完整教学课件2

《信息工程概论》全册配套完整教学课件2信息工程/科学概论信息科学导论主要参考《电子信息技术导论》黄载禄等主编

北京邮电大学出版社2009年4月《信息科学教程》钟义信主编北京邮电大学出版社2005年5月《信息科学与技术导论》钟义信主编

北京邮电大学出版社

2010年7月信息科学导论目录第1讲绪论第2讲信息的定性解析第3讲信息的描述及定量测度第4讲shannon熵第5讲信息的获取及统计识别方法第6讲模糊模式识别方法第7讲神经网络识别方法第8讲信息的传递第9讲信息认知和再生原理第10讲信息的处理第11讲信息施效原理第12讲状态空间控制方法第13讲控制信息加工机制第14讲系统自组织原理第15讲信息科学方法论第16讲习题讲解及答疑第1讲绪论信息科学导论1.1何为科技科学，是人类创建的关于自然和社会（因而也包括人类自身）的本质以及它们的运动规律的开放性理论知识体系，它经过长期的社会实践而被人们逐渐发现、提炼和抽象出来，又经过长期的社会实践检验而得到确立和更新。科学知识体系是一个不断动态更新的开放体系。科学的定义知识的形成至少需要经历两个基本的阶段，首先是在实践过程中有所发现和创新，然后是在实践过程中经历严格的检验和确证。信息科学导论1.1何为科技技术，也叫工艺学，是人类创造的关于如何认识自然和如何改造自然的工艺方法体系，它从实践过程中被人们逐渐总结出来，或在科学理论指导下被人们发明出来，经过实践的检验而逐渐得到确认和应用。科学与技术之间存在一种相互作用相互促进的关系：科学理论可以指导人们发明创造新的更好的技术方法和技术工具，而技术方法和技术工具又可以反过来帮助人们更好地认识对象的本质和运动规律。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.1科学技术发生学：辅人律人类的进化分为两个基本阶段：首先是生物学进化阶段（初级进化阶段），这是一个漫长的进化阶段；然后才是文明进化阶段（高级进化阶段），这一阶段至今仍在继续，而且演进得越来越快速，越来越高级。人类由生物学进化阶段向文明进化阶段的转化，由“内部器官功能的分化和强化”机制向“利用身外之物强化自身功能”机制的转化，是科学技术发生的前提条件。如果没有这个转化条件，如果没有“利用身外之物，扩展自身能力”这种需求，那么，科学技术是永远也不会发生的。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.1科学技术发生学：辅人律

“辅人”（利用外部的资源制造工具，辅助人类扩展自身的能力）是科学技术所以能诞生的唯一原因。反之，如果人类没有“利用身外之物制造工具来强化自身能力”这样一种需求，科学技术再好，也没有发生的根据，因此没有发生的可能。这就是科学技术的本质特征，是科学技术固有的天职和本性。这也就是“科学技术辅人律”的真正意义和全部内涵。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.1科学技术发生学：辅人律

信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.2科学技术发展学：拟人律人类扩展能力的需求走向与科学技术的发展走向之间不是简单的一一对应关系，而是一种非常复杂的因果关系。这种相互关系可以用下图模型来表示。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.2科学技术发展学：拟人律

科学技术的发展方向确实跟随着人类能力扩展的需求亦步亦趋，宏观上从来没有脱离这个轨道。这就是为什么把科学技术发展的规律称为“拟人律”的道理。体质能力的增强体力能力的增强智力能力的增强386CPU芯片芯片内部布线信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.3科学技术未来学：共生律

科学技术既然是为辅人的目的而发生，按照拟人的规律而发展，发展的结果必然秉承它的原始宗旨–辅人；于是，人类的全部能力就应当是自身的能力加上科学技术产物的能力，这就是“共生律”的表述。

在这个共生体中，人类和智能工具之间存在合理的分工：智能工具可以承担一切非创造性的劳动，人类主要承担创造性劳动（当然，在需要的时候也可以承担非创造性的劳动）。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.4科学-技术-经济-社会：互动律社会最基本和最具本质的特性是不断地提出“改善人类生存和发展条件”的需求。这种社会“需求”是整个互动过程的出发点，而满足这一需求则是互动过程的归宿。信息科学导论1.2信息科学的缘起

图中模型说明，一旦新的物质产品和新的精神产品能够满足社会原来的需求，新的社会需求又会产生出来，于是就进入一个新的科学-技术-经济-社会的互动过程（外圈）：新需求，新科学，新理论，新技术，新工具，新的社会生产力，新的社会生产关系，新的经济基础，新的物质产品和精神产品，新的社会上层建筑。接着便应当是更新的需求和更新的互动，直至永远。对于信息科学的研究来说，“互动原理”给出的最直接的启示是：信息科学和信息技术的发展，将无可避免地导致信息经济和信息社会的出现。这就是“信息科学-信息技术-信息经济-信息社会”的连锁反应。信息科学导论1.3电子信息科学技术

研究的主要技术问题信息获取信息传输信息处理信息的存储信息利用信息科学导论1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题5（一）信息获取1）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。语音获取使用最多。语音获取方法获取的语音波形4磁体线圈纸盒送话器信息科学导论（一）信息获取（续1）2）图像信息获取方法：光电摄像、CCD成像、红外成像、微波成像、X光医学图像等。光电摄像管CCD成像器件多光谱地面成像照片X光医学图像1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（一）信息获取（续2）3）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、流速等。采用相应的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中。温度传感器压力传感器流量传感器传感器是将物理参数变成电信号。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（二）信息传输通信系统的模型电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。消息：指语音、文字、数据或图像非电信号1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论5（二）信息传输（续1）4单工双工通信系统类型半双工无线集群通信固定电话移动电话广播电视注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但这是利用上传通道（另一通道）实现的。这不叫双工，互联网有类似情况。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（二）信息传输（续2）信息传输的主要理论编码理论调制理论检测理论在大学“通信原理”课程中讲授信息传输的其他课程提示：信息传输的理论和技术在电子信息科学技术中占有很大比重，但有待优化。移动通信锁相技术程控交换通信系统通信网微波技术及天线通信软件数字视频技术通信系统仿真（等）电视原理1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（三）信息处理语音信息处理语音数据压缩语音识别语音合成主要用于智能机器人、翻译机和智能玩具等从64千比/秒（固定电话）己降至1.2kbit/s（CDMA移动电话）数字图像处理图像数据压缩图像增强图像复原图像重建图像分割主要用于机器视觉、工业生产监控、公安交通、医疗卫生、资源勘探、武器制导、农业估产、灾害评估等等。评：数字图像处理技术己应用十分广泛！1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（三）信息处理（续1）印刷体汉字识别汉字识别联机手写体汉字识别脱机手写体汉字识别手写体汉字识别尚在发展中。用于手机、计算机汉字输入。已较成熟。语义识别（自然语言处理、自然语言理解）基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。正迅速发展。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（三）信息处理（续2）信息处理相关课程数字图像处理数字语音处理模式识别与人工智能自然语言理解1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（四）信息存储硬盘光盘闪存/SD卡1.5英寸——摄像机中使用。2.5英寸——笔记本电脑使用。3.5英寸——台式机使用。主流硬盘容量为120～500GB，已有1000GB产品。DVD容量：4.7~8.3GB纳米存储器容量可达16GB（USB移动存储器）、SD卡容量更大。21世纪新的存储器件（正大力研究）信息存储器件硬盘光盘USB闪存、SD卡45SD1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论45（五）信息利用信息利用能力：信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人们的周围。

是否善于利用外部信息资源，对外部信息的利用效率与质量，

反映了一个人的信息利用能力，它决定了一个人的发展空间成就大小。网络时代：给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优越条件。网络信息检索是介绍从网络中获取信息的方法。信息利用领域：电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、影视制作、各类信息服务业等。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论1.4电子信息科学技术各学科

之间的关系和分工

0812计算机科学与技术081201计算机系统结构

081202计算机软件与理论081203计算机应用技术0809电子科学与技术080901物理电子学080902电路与系统080903微电子与固体电子学

080904电磁场与微波技术0810信息与通信工程081001通信与信息系统☆081002信号与信息处理☆0811控制科学与工程081101控制理论与控制工程081102检测技术与自动化装置081103系统工程

081104模式识别与智能系统081105导航、制导与控制教育部”工学“一、二级学科目录：0803光学工程（不设二级学科）信息科学导论1.4电子信息科学技术各学科

之间的关系和分工各学科之间关系示意：控制科学与工程电子科学与技术信息与通信工程计算机科学与技术光电信息技术电子科学与技术：承担电子材料与元器件的研究、设计、制造与应用。它是信息科学技术的基础。控制科学与工程：主要是研究信息综合应用，分析、判断、决策。信息与通信工程：从事信息获取、信息处理、信息传输与通信网络的理论、技术与产品的研究开发、设计与制造。计算机科学与技术：计算机系统结构、软件工程、人工智能、信息存储、计算机网络及计算机外部设备等的理论、技术、设备的设计、制造与研究工作光电信息技术：在激光发明之后产生的新领域，它与电子信息科学技术的所有学科都已结盒，密不可分，如光计算机、光存储、光通信、激光雷达等。信息科学导论1.4典型的全信息模型第2讲信息的定性解析信息科学导论2.1信息科学的定义信息科学是以信息为主要研究对象、以信息运动过程的规律为主要研究内容、以信息科学方法论为主要研究方法、以扩展人的信息功能（全部信息功能形成的有机整体就是智力功能）为主要研究目标的一门科学。信息科学导论2.2信息的定义从本体论的意义上说，它是事物运动的状态和状态改变的方式；从认识论的意义上说，它是主体所感知的“事物运动状态和状态改变的方式”，包括主体所关心的这些运动状态及其变化方式的形式、含义和价值。“事物”泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客体，也包括主观世界的精神现象；“运动”泛指一切意义上的变化，包括机械运动、物理运动、化学运动、生物运动、思维运动和社会运动等；“运动状态”是指事物运动在空间上所展示的性状和形态；“运动状态的变化方式”是指事物运动状态随时间而变化的过程样式。信息科学导论2.2信息的定义由于引入主体这一条件，认识论层次的信息概念就具有了比本体论层次的信息概念丰富得多的内涵。这是因为，首先，作为认识的主体，他具有感觉能力，能够感知事物运动状态及其变化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力，能够理解事物运动状态及其变化方式的内在含义；再者，他还具有目的性，因而能够判断事物运动状态及其变化方式对其目的而言的价值。因此，在认识论层次上研究信息问题的时候，“事物的运动状态及其变化方式”就不像在本体论层次上那样简单了，它必须同时考虑到形式、含义和效用三个方面的因素。信息科学导论2.2信息的定义我们把这样同时考虑事物运动状态及其变化方式的外在形式、内在含义和效用价值的认识论层次信息称为“全信息”，而把仅仅计及其中的形式因素的信息部分称为“语法信息”，把计及其中的含义因素的信息部分称为“语义信息”，把计及其中的效用因素的信息部分称为“语用信息”。换言之，认识论层次的信息乃是同时计及语法信息、语义信息和语用信息的全信息。信息科学导论2.2信息的定义下图是关于“全信息”概念的一个图示。状态和状态变化方式的形式化关系是抽象的语法信息；其与它的相应客体相关联则将给语法信息赋予具体的含义，因而产生语义信息；而语法语义信息与主体的关联则将表现这样的语法和语义信息对主体的目的而言所具有的效用或价值，从而形成语用信息。信息科学导论2.2.1信息的特征第一特征：信息来源于物质，但又不是物质本身；第二特征：信息也来源于精神世界，但是又不限于精神领域；第三特征：信息与能量紧密相关，但是又与能量有质的区别；第四特征：信息可以被提炼成为知识，但信息本身不等于知识；第五特征：信息是具体的，可以被主体所感知、处理和利用；第六特征：信息可以被复制，可以被共享；第七特征：语法信息在传递和处理过程中永不增值；第八特征：在封闭系统中，语法信息的最大值不变。信息科学导论2.2.2信息的性质性质一普遍性；性质二无限性；性质三相对性；性质四传递性；性质五变换性；性质六有序性；性质七动态性；性质八转化性。信息科学导论2.2.3信息的功能信息具有是一切生物进化的导向资源，是知识的来源；信息是控制的灵魂；信息是思维的材料。信息的最重要的功能是：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，或称为智慧链。信息科学导论2.3信息科学的研究内容下图给出了一种最抽象也是最一般的信息问题模型。被主体所感知的对象运动状态及其变化方式是一种认识论意义的信息，称之为第一类认识论意义的信息；由主体思维（也是一种事物）产生的运动状态及其变化方式（代表主体的意志）也是一种认识论意义的信息，称为第二类认识论意义的信息。显然，这些信息的运动规律应当是信息科学的研究内容。信息科学导论2.3信息科学的研究内容主体通过获取信息和传递信息来把对象的本体论信息转变为第一类认识论信息，通过处理和认知信息来深入认识系统的运动状态和方式，形成知识；“再生”第二类认识论意义的信息（策略信息）；控制的作用则是执行策略信息，产生控制行为，引导系统达到预定的目的状态，完成主体对对象施行的变革。信息科学导论2.3信息科学的研究内容模型的真正最后环节应当是“信息组织”。它涉及到上述的信息全过程，即整个信息系统的优化。优化是系统的要害，它的重要标志是系统由非优（或低序）状态转化为优化（有序）状态，这是系统自组织的标志。没有优化（序化）的系统集成不但无益，往往反而有害。但是系统的优化（序化）过程又离不开利用系统的信息—知识—智能策略。“信息认知”和“信息再生”两者共同构成了信息过程的核心，通常称为“思维过程”，也被称为“狭义智能”，因为的确，知识和智能策略都是在这里产生的。然而，一个“完整智能”，或者称为“全义智能”，却应当包括全部的信息过程。信息科学导论2.4信息科学的研究方法三个方法和两个准则，即信息系统分析方法、信息系统综合方法、信息系统进化方法、功能准则和整体准则。其中三个方法是整个方法论体系的灵魂，两个准则是保证信息科学方法能够正确实施的法则。信息科学方法论的基本要点是：在研究高级复杂的事物的时候，应当首先从信息（而不是物质或能量）的观点出发，通过分析该事物所包含的信息过程来揭示它的复杂工作机制的奥秘，通过建立适当的信息模型和合理的技术手段来模拟或实现高级事物的复杂行为。信息系统分析方法主要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系统的优化与发展问题。信息科学导论2.5信息科学的研究目标信息科学的研究目标–扩展人类的信息功能，后者的有机整体便是智力功能。只要信息科学确定了以信息作为它的主要研究对象，只要信息科学紧紧地抓住信息运动规律并进行深入研究，那么，扩展人类的信息功能特别是扩展它们的有机整体——智力功能——这个目标就势在必达。信息科学导论2.6信息技术概述按照信息功能的天然流程，信息技术主要就包括传感技术，通信技术，存储技术，计算机技术，人工智能技术、控制技术和信息系统的优化技术等。传感技术的任务是实现和扩展人的感觉器官获取信息的功能；通信技术的任务是实现和扩展人的神经系统传递信息的功能；存储技术的任务是实现和扩展人的记忆器官存储信息的功能；计算机技术的任务是实现和扩展人的思维器官处理信息的功能，人工智能技术的任务是实现和扩展人的思维器官认知和决策的功能，控制技术的任务是实现和扩展人的行动器官执行策略信息的功能。信息科学导论2.6信息技术概述按照实现手段的不同，信息技术就有“机械信息技术”、“电子信息技术”、“光波信息技术”、“生物信息技术”以及“机械电子信息技术”、“光电子信息技术”、“生物电子信息技术”等分类。信息技术还可以产生更细的分类。比如，在电子信息技术内部，又可以由电子传感技术、电子通信技术、电子存储技术、电子计算机技术、基于电子的人工智能技术、基于电子的控制技术等等。同样，在光波信息技术范畴，也可以有“光传感技术”、“光通信技术”、“光存储技术”、“激光计算技术”、“激光控制技术”等等。信息科学导论2.6信息技术概述基于全信息理论的信息科学对于信息技术最重要的启示：这些表面看来似乎互相无关的技术实质上都是信息技术体系中一系列互相联系、互相补充和互相支持的技术分支。一旦揭示了信息技术各个分支之间的本质联系，一个具有更加重大意义的新的信息技术领域便登上了技术舞台，而且对经济的发展和社会进步发挥出更为巨大的推进作用，这就是“信息网络技术”，更准确地说是“大规模智能化信息网络技术”。它是信息时代最先进、最强大的通用社会生产工具，是当代信息技术发展的集中体现。信息科学导论2.6信息技术概述智能信息网络技术的重要性在于：既然人类认识世界和改造世界的全部活动可以归结为一种有目的的信息获取、信息传递、信息认知、信息决策、信息施效的过程，那么，由于信息网络也在相当程度上具备信息获取、信息传递、信息认知、信息决策、信息施效的全部功能，它就可以在很大程度上帮助甚至在很大程度上部分地代替人类劳动者从事各种体力和脑力的劳动。而由于现代信息技术的突飞猛进，智能信息网络的工作速度、工作精度、工作力度、工作的规范程度等等都大大优于人类自身的能力，因此，智能信息网络对人类劳动者的帮助和某些方面的替代，将给经济发展和社会进步带来多么伟大的意义，就不言而喻了！信息科学导论信息获取信息传输信息处理信息存储信息利用语音获取图像获取物理参数获取遥感技术雷达GPS定位等编码、调制、检测固定通信移动通信光纤传输电波天线微波中继等语音处理图像处理文字处理信号处理信息处理神经网络模式识别等磁存储光存储半导体存储网络存储纳米存储等控制显示信息服务网络信息检索等内容2.6信息技术概述信息科学导论通信技术与通信网集成电路控制科学与工程电子科学与技术信息与通信工程计算机科学与技术光电信息技术互联网电磁波与无线电微波技术与微波集成电路数字媒体技术图像信息处理与应用学科产业信息安全网络信息检索信息服务业2.6信息技术概述信息科学导论2.6信息科学与信息论

信息科学Shannon信息论研究面向智能系统（信息的全程系统）通信系统（智能系统的一个环节）研究目标扩展智力功能（信息功能的整体）扩展信息传递功能（智力功能的一部分）研究对象全信息（语法、语义、语用的整体）统计语法信息（全信息的一个部分）研究内容信息全过程信息传递过程（全过程的子过程）研究方法信息科学方法论统计方法（原有方法）信息科学导论2.6信息的分类按照性质的不同，信息可以划分为语法信息、语义信息以及语用信息三种基本情形，这是全信息的三个基本层次。由本章第一节给出的定义可以理解，全信息的三个层次之中，最基本也是最抽象的层次是语法信息。它是迄今为止在理论上研究得最多也是最深入的层次。因此，还可以进一步来考虑语法信息的分类。信息科学导论2.6语法信息的分类信息科学导论2.6全信息的分类第3讲信息的定量描述信息科学导论这里关心的概率信息是特指状态性质为离散、状态数目为有限、状态划分为明晰、状态变化方式服从概率规律的信息。常用这样的符号体系：X表示一个试验，X=（xi|i=1，…，n）表示这一试验所有可能状态的集合，P=（pi|i=1，…，n）表示这些可能状态出现的概率的集合，（X，P）=（xi,pi|i=1，…，n）称为这一试验的概率空间。于是，概率空间就把事物运动的状态及其变化的方式刻画出来了。它是描述概率信息的基本方法。3.1语法信息的描述 -概率型语法信息的描述

信息科学导论假定有一个随机试验X，它有n种可能的试验结果（状态），分别为x1，…，xn。在观察这一试验之前，观察者已经先验地知道这些状态出现的概率分别是p1，…，pn。这些概率称为先验概率。3.1语法信息的描述 -概率型语法信息的描述

但是，在观察试验的实际结果之后发现，这n个可能的状态的出现概率却变成了,这些概率称为后验概率。于是，就可以写出观察前后概率空间的变换：概率空间的变换式的整体就可以用来描述观察者的实得信息。信息科学导论在大多数实际的试验场合，后验概率分布（pi|i=1,…，n）是一个0-1型分布，即若用一个专门的符号来表示这种0-1型的后验分布，则概率空间的变换式可以写为 (X,P)⇒(X,)3.1语法信息的描述 -概率型语法信息的描述

信息科学导论当观察者对于X的出现概率没有任何先验知识的时候，就只能假定这n个状态出现的概率都相等，即；p=1/n，i=l，…，n。若用符号P0来表示这种均匀型的先验概率分布，则上式又可以变为 (X,P0)⇒(X,)3.1语法信息的描述 -概率型语法信息的描述

上式表示：在观察试验之前，观察者对试验结果一无所知；观察之后，结果唯一确定。这时观察者获得了最大的实得信息量。反之，若有=P0，则观察者的实得信息量为零。信息科学导论偶发信息是由半随机试验提供的。半随机试验的可能状态也是随机发生的，只是它们发生的规律不能用概率分布来描述，因为这类试验是偶尔发生的，而不是大量地重复发生的，不存在统计稳定性。3.1语法信息的描述 -偶发型语法信息的描述

假定有某个随机试验X，它有N个可能的状态：X1，…，XN。作为试验的结局，一般总有一个状态会实际发生。在观察之前，根据推断，观察者认为x1发生的可能度为q1，…，xn发生的可能度为qn。显然，与概率的情形类似，应有信息科学导论但是，实际观察的结果，各种可能状态发生的可能度却是，…，。其中，某。其余=0,。q1，…，qn称为观察者关于X的先验可能度分布，用符号Q表示，而…，称为试验X的后验可能度分布，用符号Q*表示。3.1

语法信息的描述 -偶发型语法信息的描述

有时也把可能度叫做主观概率、经验概率、形式概率或主观置信度。信息科学导论和概率信息类似，定义（X，Q）和（X，Q*）分别为半随机试验的先验可能度空间和后验可能度空间，并且用它们来描述偶发信息。例如，观察半随机试验X的过程中所获得的实得信息，可用下式来描述：3.1语法信息的描述 -偶发型语法信息的描述

信息科学导论确定型信息是指由确定试验所提供的信息。而所谓确定型试验，是指具有确定的试验机构，但初始条件和环境条件具有动态或时变性的试验。下图所示的简单RLC电路，其中U（t）是电路的激励电源。3.1语法信息的描述 -确定型语法信息的描述

信息科学导论由电工学的理论知道，这个电路的运动状态及其变化方式（行为）可以由一个二阶微分方程来描述.这样，只要给定初始条件，就可以唯一地确定它在未来时刻t的状态和状态变化方式。所以，这是一个确定型的试验系统。3.1语法信息的描述 -确定型语法信息的描述

信息科学导论如果已知某个系统的各种状态以及状态之间的转移方式，那么也可以用图论的方法来表示这些状态和状态变化方式（即信息）。3.1语法信息的描述 -确定型语法信息的描述

A–种子状态；B–植物状态；C–开花状态；D–已授粉的植物状态；E–未授粉的植物状态；F–种子的死亡状态。信息科学导论数据表格、公式曲线等等也可以用来表示确定型信息。如，考虑如下一个确定型决策问题：假设某单位需要购买某种产品45000个，已知该种产品有四处供应来源，所购买的这些产品要分别送到三个不同的仓库点，列出各个仓库的容量和各个供应点可以供应的产品数量以及价格、运输费等数据。要求确定具体的采购方案，使所付出的总费用最少。3.1语法信息的描述 -确定型语法信息的描述

信息科学导论库存容量费用一号库10000二号库15000三号库20000供应数量供应点A8000C11=3.00元C12=3.00元C13=4.50元供应点B12000C21=4.80元C22=3.20元C23=5.00元供应点C11000C31=6.00元C32=4.00元C33=5.50元供应点D14000C41=5.30元C42=4.10元C43=6.00元用表格来表示确定型信息3.1语法信息的描述 -确定型语法信息的描述

信息科学导论那么，我们就可以列出下列公式来表示所给出的信息：目标信息为约束信息为3.3语法信息的描述 -确定型语法信息的描述

信息科学导论模糊信息的描述涉及到模糊集合的概念。模糊集合是这样一种集合，它的各个元素的隶属度（对集合性质的满足程度）是模糊的。例如，“远大于1的正实数集”就是模糊集，它的元素包括大于1的所有正实数，而这些元素满足性质“远大于1”的程度是模糊的：“10”以上的正实数的满足程度为1，“5”的满足的程度可能只有一半左右，而“2”的满足程度却只有零点几。但它们都“在一定程度上”具有“远大于1”这一性质。因此，如果把这个模糊隶属度用图形画出来，就可以得到下图所示的情形。3.1语法信息的描述 -模糊型语法信息的描述信息科学导论3.1语法信息的描述 -模糊型语法信息的描述上图曲线称为模糊集的隶属度分布曲线,它表明：集合论域内各元“属于”该集合的程度。百分之百地属于该集合的元的隶属度为1，完全不属于该集合的元的隶属度为0，其它则为中间情况。信息科学导论集合的示性函数（即隶属度）分布曲线是具有突变跳跃的曲线，如图所示。3.1语法信息的描述 -模糊型语法信息的描述信息科学导论一种规范的模糊集定义可以表述如下。所谓给定了论域U上的一个模糊子集X是指：对于任意uU，都指定了某个数，叫做u对于X的隶属度。这个映射叫做X的隶属度函数。3.1语法信息的描述 -模糊型语法信息的描述可以用模糊集隶属度曲线来描述模糊事物的“运动的状态及其变化方式”。我们把模糊集元所具有的隶属度记为f，第i个元的隶属度记为fi，整个模糊集上的隶属度分布则记为F。需要注意，与概率的情况不同，这里的隶属度不满足归一化的要求，即

信息科学导论与概率空间的概念相类似，可以把模糊试验X和它的隶属度分布F所组成的序对（X，F）称为模糊事件的隶属度空间。3.1语法信息的描述 -模糊型语法信息的描述若用符号F表示试验前的隶属度分布，F*表示试验后的隶属度分布，那么就描述了一个模糊试验所提供的模糊信息。在理想试验的场合，经过试验，模糊性可以被完全消除。这时，F*的元只取0或1，即

这时的隶属度分布记为。它实际上已经蜕化成为一个普通集的示性函数。信息科学导论我们可以采用指称逻辑的概念来处理事物运动状态及其变化方式的含义表征问题。3.2语义信息的描述参量采用指称逻辑的概念来处理状态含义的表征问题，可以设置一个“状态逻辑真实度”参量，记为t，它应当满足0≤t≤1

及

信息科学导论具体来说，如果某事物X具有N个可能的运动状态：{xn,n=1，…，N}。记状态xn的逻辑真实度为tn，可以建立一个关于事物X的逻辑真实度空间，记为3.2语义信息的描述参量其中称为X的逻辑真实度广义分布。“广义”所指，是因为tn的总和不一定归一，即有符号“”表示“可能大于、小于或等于1，而不是必然等于1”。信息科学导论类似地，我们也可以采用效用度的概念来处理事物运动状态及其变化方式的价值表征的问题。3.3语用信息的描述参量采用效用度的概念来处理状态价值的表征问题，在这里就是要解决事物各种运动状态对主体的价值大小的描述。于是，可以设置一个“状态效用度”参量，记为u，它应当满足

0≤u≤1及

信息科学导论其中称为X的效用度广义分布。“广义”所指，也是因为un，的总和不一定归一，即有

3.3语用信息的描述参量信息科学导论对于某个事物X，若它有N种可能的状态{xn，n=1，…，N}；又若在观察试验之前它的先验参量分别为cn（表征状态变化方式的形式）、tn（逻辑真实度）和un（效用度），相应的先验广义分布为C、T和U，而在观察试验之后，它的后验广义分布为C*、T*和U*，那么，与观察事物X相关的语法信息、语义信息和语用信息过程就可以分别描述为

3.3全信息的描述信息科学导论通常，我们把用逻辑真实度空间和效用度空间描述的语义信息和语用信息分别称为单纯语义信息和单纯语用信息，相应的逻辑真实度和效用度也分别称为单纯逻辑真实度和单纯效用度。3.3全信息的描述但是，正如前面所指出的，语义信息须以语法信息为基础，语用信息须以语义和语法信息为基础。这样就有必要进一步引出综合逻辑真实度和综合效用度的概念，以及与此相应的综合逻辑真实度空间和综合效用度空间的概念。利用这些概念，可以建立对于综合语义信息和综合语用信息的描述。信息科学导论给定事物X，假设它有N个可能的运动状态{xn，n=1，…，N}，每个状态的变化方式的形式化因素用参量cn来表征，在概率性事件场合，cn就是概率pn，在偶发性事件场合，cn就是可能度qn，在模糊事件场合，cn就是隶属fn；又若各个状态的单纯逻辑真实度为tn，单纯效用度为un，那么，X的综合逻辑真实度、综合逻辑真实度空间、综合效用度、综合效用度空间就可以分别定义如下.3.3全信息的描述信息科学导论综合逻辑真实度：综合逻辑真实度空间：

综合逻辑真实度广义分布：

3.3全信息的描述信息科学导论综合效用度：

综合效用度空间：综合效用度广义分布

3.3全信息的描述信息科学导论有了这些表示方法，就可以描述综合语义信息和综合语用信息的过程：以及

其中，和是X的先验综合逻辑真实度广义分布和先验综合效用度广义分布，和是相应的后验广义分布。3.3全信息的描述第4讲信息的定量测度信息科学导论Shannon指出：通信工程的基本任务，是在噪声干扰下尽可能准确地复制从发端传来的消息波形，而与消息的内容和价值无关。4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵Shannon注意到通信问题的随机性质，他指出：一个实际的消息是从可能消息的集合中随机选择出来的，而选择消息的发信者又是任意的，因此这种选择就具有随机性，是一种大量重复发生的统计现象。Shannon等人还注意到，通信的发生是以通信者具有不定性为前提的，而通信的作用和结果则是消除这种不定性。信息科学导论既然信息是用来消除不定性的东西，那么信息的数量就可以用被消除掉的不定性的大小来表示。这种不定性是由随机性引起的，因此可以用概率论方法来描述。这就是Shannon信息度量方法的基本思想。4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵假设有随机事件的集合x1，x2，…，xN，它们的出现概率分别为P1，P2，…，PN。，满足下述条件：0≤pi≤1i=1,…N，首先找出一种测度来度量事件选择中含有多少“选择的可能性”，或者度量选择的结果具有多大的不确定性。显然，当所收到的信息量恰好使这个不定性全部消除时，所收到的信息的量就认为等于这个所消除掉的不定性的数量。信息科学导论以符号H(p1，…，pN)来表示这个不定性的测度，也就是说，不定性测度必然是概率分布(p1，…，pN)的函数，其具体的函数形式则有待确定。4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵为了确定H（p1，…，pN）的具体形式，应当考虑一些合理的约束。对此Shannon提出了如下三个基本条件：（1）H应当是对pi（i=1，…，N）连续的函数。（2）如果所有的pi相等，即,…，N那么H应是N的单调增函数。（3）如果选择分为相继的两步，那么原先的H应等于分步选择的各个H值的加权和。信息科学导论条件（1）和（2）显然合理；条件（3）的含义可以解释如下：设有三个事件x1，x2和x3，它们的出现概率为p1=1/2,p2=1/3和p3=1/6，如图所示。4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵信息科学导论图（a）是不分步选择的情况，图（b）是分两步选择的情况。显然，从最后的结果来看，分步与否并不影响这个事件集的不定性，因为它们的概率空间完全相同。于是，人们自然希望能满足这样的关系：这无疑也是合理的。4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵信息科学导论定理3.1.1满足条件（1）、（2）和（3）的不定性度量可用且仅可用下式表示：

式中K为正常数.4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵用等概率选择的情况验证，令由条件（3）有信息科学导论因而

一般地有4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵对于给定的β，总可以找到适当的α，使满足关系：对上式取对数，并以βlogS除之，则有

信息科学导论另一方面，由条件（2）及上述公式可得上式除以βA(S)，则得

4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵可以得出

信息科学导论式中ε是任意小的正数。于是有

A(t)=Klogt根据条件（2），K必须为正数。若取β足够大，则可以写为4.1概率语法信息测度

Shannon概率熵对于非等概率事件，经适当变换，可以看做等概率事件进行分析，证明略。信息科学导论如前所说，信息是用以消除不定性的东西。如果以I(p1，…，Pn)来表示为消除不定性H(p1，…，pN)所需要的信息量，则有I(p,…,pN)=H(p1,…,pN)-0=H(p1,…,pN)4.1概率语法信息测度

所以，从数量上说，H（p1，…，pN）既可以看作是一个随机试验所具有的不定性，也可以看作是为消除这个不定性所需要的信息量。信息科学导论为了确定信息量的单位，考察一个标准的二中择一试验，即具有两种可能结果且两种结果出现的概率相等的试验。4.1概率语法信息测度

取对数底为2，令所得的=1，则得常数K=1。于是，上式变为信息科学导论当对数底为2时，信息单位称为二进单位，也叫比特（bit，BinaryDigit的缩写）；当对数底为e时，则称自然单位，也叫奈特（nat，NaturalDigit的缩写）；当底取为10时，称为迪特（dit，DecimalDigit的缩写），等等。4.1概率语法信息测度

尽管单位不同，它们之间的转换是直接而简单的。需要注意的是，式中当某个Pi=0时，规定0log0=0信息科学导论另外，公式也可表示为

式中4.1概率语法信息测度可以理解为具有出现概率Pi的单个事件的不定性，或为消除这个不定性所需要的信息量。而H(p1，…，pN)则是具有概率分布p1，…，pN的事件集合的平均不定性，或为消除这个不定性所需要的平均信息量。信息科学导论举例

假设一条电线上串联了8个灯泡x1,x2,…,x8，这8个灯泡损坏的可能性是等概率的，现假设8个灯泡中有一个也只有一个灯泡已损坏，致死串联的灯泡都不能点亮，请求：为检查出哪个灯泡损坏所需的信息量？4.1概率语法信息测度信息科学导论A．DeLuca和S．Termin曾在1972年提出模糊熵的概念及其表达式，并建议以这个表达式来具体计算模糊集合的不定性；遗憾的是，DeLuca和Termini的文章并没有给出严格的数学证明，只是给出了如下的思路。4.2模糊语法信息测度

作为模糊熵，至少必须满足以下三个基本的特性：（1）当且仅当f在L上取值0或1时，模糊熵才为零。（2）当且仅当f恒为1/2时,才取最大值（3）

f越陡峭，应当越小；反之则应越大。就是说，若有

则应有信息科学导论其中，特性（1）是对模糊熵极值性的规定，即当模糊集的示性函数仅取0或1值时，模糊集退化为普通集。特性（2）也是对模糊熵的极值性的规定．即各个元的隶属度均为1／2时，模糊集所固有的不定性达到最大的程度。条件（3）是模糊熵的有序性的规定：隶属度分布越陡峭的模糊集所具有的不定性越小。显然，这些都是合理的要求。4.2模糊语法信息测度信息科学导论一般说来，有很多类函数都可能满足这三个基本要求，他们选择了如下的形式：

其中4.2模糊语法信息测度于是，如果引入Shannon函数

则信息科学导论令，则

4.2模糊语法信息测度这个显然能够满足上述三个基本特性的要求，因此便成为模糊集的不定性的测度，称为模糊熵。信息科学导论偶发试验所具有的不定性可以表示为4.3语法信息统一测度由此可见，不同类型的信息有不同的度量公式，为此，需要探讨更一般的信息函数表达式。与Shannon方法不同，这里不从概率的概念出发来定义信息函数，而从一个更广义的概念出发来寻求新的解答。这个广义概念就是“肯定度”。作者从肯定度归一和不归一两种情况讨论了语法信息的统一测度。信息科学导论对于肯定度归一的结论观察者R从试验系统（X．C．C*）中得到的信息量I（C，C*；R）是他通过观察所实现的关于X的对数相对平均肯定度的增量，即4.3语法信息统一测度称为一般信息函数，信息科学导论对于肯定度不归一的结论由于模糊集合各个元素的确定性性质，定义在整个模糊集合(X,C,C*)上的平均信息量就等于定义在各个(fn,1-fn)上的信息量的算术平均，即：4.3语法信息统一测度信息科学导论这样，在形式上，我们就可以把统一的语法信息I(C,C*;R)表示为式(3.3.37)所示的两段表达式，即：4.3语法信息统一测度信息科学导论4.4全信息统一测度称I(T)为R关于X的先验单纯语义信息量，I(T*)为R关于x的后验单纯语义信息量，而称I(T,T*；R)为R在观察试验X的过程中所获得的实得单纯语义信息量。信息科学导论综合逻辑真实度也是一个模糊量。因此，也可以采用与上面类似的方法来建立综合语义信息的测度，即4.4全信息统一测度信息科学导论综合语用信息的特征量是综合效用度，综合语用信息量公式确实综合了各种信息量的关系，它可以理解为“全信息”的测度公式。4.4全信息统一测度信息科学导论作业天气预报提供的概率空间如下：求天气预报提供的平均信息量？其中出现“大雨”含有的信息是多少？第5讲信息的获取信息科学导论人们要想认识世界，首先就必须能够获得事物的本体论信息，并把本体论意义的信息转变为第一类认识论信息。这种转变的过程，就是信息获取的过程，如下图。5.1机器感知信息科学导论分析表明，信息获取的首要环节是信息的“感知”，即感知事物运动的状态及其变化的方式，或者说是通过客体事物与认识主体的相互作用把事物的本体论信息转变为第一类认识论意义的信息，如下图所示。5.1机器感知信息科学导论应当注意的是，就信息的“机器感知”而言，它只“感受”到了事物运动状态及状态变化方式的形式，并不“知晓”事物运动状态及其变化方式的逻辑含义和效用价值。因此，机器感知的输出结果只是语法信息，而没有语义信息或语用信息。5.1机器感知研究结果表明，信息感知的基本机制在于要有某种组织或器官（在人工系统场合则是某种器件或系统）能够灵敏地感受到某种事物运动的状态及其变化的方式，也就是说，要有某种组织或器件，能够在某种事物运动状态及其变化方式的刺激下产生相应的响应，而且，这种刺激与响应关系应当满足一定的条件。信息科学导论如果用符号u表示感知系统的输入刺激，用符号v表示感知系统的输出响应，用符号U表示感知系统的敏感域，用符号V表示感知系统输出响应的动态范围，那么，所希望的感知系统输入输出关系可以表述为5.1机器感知显然，上式所规定的是一类“完全的一一对应”的互逆函数f的集合。这种函数关系可以保证感知过程的理想特性，完全不丢失信息。信息科学导论在大多数实际情况下，可以允许丢失一些非本质的信息。这时，“完全一一对应的互逆函数关系”可以有一定的放松，上式可以退化为这里，g不一定正好是f--1，d(u,u’)是u与u’之间的差异测度，ε是这种差异测度的允许值，u’是根据感知系统f的响应v通过反变换g所复制的刺激。

5.1机器感知信息科学导论只有当满足条件

g=f--1

且

f·f--1=1

时才会有u’=u以及d(u,u’)=0。5.1机器感知分析和实验都表明，虽然人的感觉器官在感知外部事物的信息方面具有十分精巧的工作机制，但同时也存在一些天然的缺陷，这主要表现在：敏感域有限；敏感度有限；分辨力不高。信息科学导论对信息感知的过程和实现技术做出如下的归纳。第一，信息感知系统由敏感单元和表示单元构成。敏感单元对事物运动的状态及其变化方式高度敏感，能够产生与“事物运动状态及其变化方式”相对应的实际响应。表示单元则把敏感单元的实际输出响应通过适当的方式表示出来，便于观察、处理和利用。5.1机器感知第二，鉴于“事物的运动状态及其变化方式”的无限多样性，应当针对不同事物的运动状态及其变化方式研制出不同的敏感单元，以获得尽可能高的敏感度、分辨率和保真度。信息科学导论第三，由于电信号和光信号的处理技术比较成熟，处理也比较方便，表示单元往往都把敏感单元的输出响应转换为电信号或光信号的表示形式。在这个意义上，表示单元可以被理解为“换能器”：非电（光）变化转换为电（光）变化。5.1机器感知第四，在复杂情况下，如果“事物”产生的运动以某种复合方式表现信息：可视的、可闻的、可嗅的…，那么，为了感知这些信息就需要采用多种传感器，并对其中各种传感器的输出表示进行适当的综合或融合。这就是分布式综合感知群。信息科学导论值得强调的是，上述信息感知的原理根植于如下基本性质之中，即：在不具有主体条件下的事物的本体论信息与相应的第一类认识论层次语法信息之间有可能建立一定意义上的一一对应关系。5.1机器感知

这是因为，两者都可以分别表示为各自的肯定度空间（以离散情形为例）：

和信息科学导论只要两个肯定度空间之间保持同构关系或者等效关系，那么，本体论信息向第一类认识论语法信息的转化就被认为是完全的、一一对应的、或者互为可逆的。5.1机器感知信息感知的基本原理:

作为事物运动状态和状态变化方式的本体论信息可以通过与其它事物的相互作用而被后者所感知，条件是后者对前者的运动状态及其变化方式敏感。信息科学导论信息感知的实质是本体论信息向第一类认识论信息的语法信息的转换，它的技术本质是事物运动状态及其变化方式的载体转换。5.1机器感知由于具体事物运动状态及其变化速度的有限性，信息感知在理论上有可能做到不丢失本体论信息的基本信息。但是，无论怎样精巧地设计信息感知系统，它的第一类认识论信息的信息量（输出信息量）都不可能超过本体论信息的信息量（输入信息量）。这是信息获取领域的信息不增原理。信息科学导论5.2信息的直接获取5.2.1非电量电测各行各业中的很多“量”绝大多数都是非电量，如机械量（位移、尺寸、力、振动、速度等），热工量（温度、压力、流量、物位等），成分量（化学成分、浓度等）和状态量（颜色、透明度、磨损量、裂纹等）。需要将它们变换成电参量以便于测量，这就是非电量电测技术。将被测的非电量变换成电量的装置称为传感器（也称换能器、发送器、传送器、变送器、检测器、探头）。国家标准（GB7665-87）中关于传感器（Transducer/Sensor）的定义为：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。信息科学导论该定义表达了四层含意：①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③输出量是某种物理量，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量，应当便于传输、转换、处理、显示等，；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。因此，传感器的基本功用包括：感受被测信息,并把它表示出来。5.2信息的直接获取信息科学导论对一个传感器而言，仅有敏感单元只能实现感知，但不能实现测量，可以将传感器细分为敏感元件、传感元件和变换元件。

敏感元件：对待测的非电量敏感；就感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体和激素等分子识别功能。通常根据传感器的基本感知功能可分为热敏、光敏、气敏、力敏、磁敏、湿敏、声敏、色敏和味敏元件、放射线敏感元件等。传感元件：将一种非电量变换为另一种非电量；变换元件：将非电量变换为电量。有些传感器可能不需要传感元件；有些传感器的转换元件不只一个，要经过若干次转换；还有一些传感器，上述三单元是一体的，即一个元件就可直接将被测非电量转换为电量。5.2信息的直接获取信息科学导论5.2信息的直接获取几种常见的物理效应和传感原理（1）磁电传感：一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象进行传感，可以用来测量磁场、位移、流量、速度、厚度等物理量。其主要原理为：电磁感应定理、磁阻效应、霍耳效应等。磁阻效应：若给通以电流的金属或半导体材料的薄片施加与电流垂直或平行的外磁场，其电阻值就增加。这种现象称为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。霍耳效应：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。电涡流效应：当导体置于交变磁场或在磁场中运动时，根据电磁感应定理导体上会产生感生电流，此电流在导体内闭合，称为涡流。信息科学导论5.2信息的直接获取（2）光电传感：物质在光的作用下，光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。根据这些原理，可以制成多种光电传感器，如电荷耦合器件摄像机，数码相机，自动冲水机、路灯控制器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。外光电效应：是指物质受光照时，具有能量hν的光子，被物质吸收后激发出自由电子，当自由电子的能量足以克服物质表面势垒并逸出物质的表面时，就会产生光电子发射，逸出电子在外电场作用下形成光电子流。这种效应多发生于金属和金属氧化物。这就是物质的光电发射现象，又叫做外光电效应。内光电效应,是指受光照而激发的电子在物质内部参与导电，电子并不逸出光敏物质表面。这种效应多发生于半导体内。信息科学导论5.2信息的直接获取（3）力－电传感：主要是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。广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。应变效应:当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。压阻效应:单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。压电效应：一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变；这种现象称为（正）压电效应。电致伸缩效应：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象，这也称为逆压电效应。信息科学导论5.2信息的直接获取（4）热电传感：热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的,如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等)的温度控制、火警报警器、工业过程控制等。热电效应：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。热电阻：有铂、铜、镍电阻等，主要原理是：温度升高时会使导体中的分子运动加剧，载流子流动过程中会遇到更多和更剧烈的碰撞，从而使载流子运动阻力增大，导体的阻值增加。信息科学导论5.2信息的直接获取5.电容传感：用两块金属平板作电极可构成电容器，当忽略边缘效应时，其电容C为S—极板相对覆盖面积；d—极板间距离；εr—相对介电常数；ε0

—真空介电常数，ε0＝8.85pF/m；d、S和εr中的某一项或几项有变化时，就改变了电容C0；d或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化；εr的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。信息科学导论5.2信息的直接获取（6）电感式传感：是一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置，如式式中：N为线圈的匝数；Rn为磁路总磁阻，磁阻与磁路的长度，衔铁、铁心、气隙磁通的截面积、导磁率有关。通过改变这些参数就可测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等。信息科学导论5.3信号规整传感器虽然已将非电量转换为电量，但常常信号是微弱的，不便于信息的传输和利用，还需要相应的电路进行放大、去噪等处理；还有一些传感器需要施以一定的激励才能正常工作，一般也需要通过电子线路来形成激励源。传感器的输出标准：如电流型的起始输出为4mA，满量程输出为20mA；电压型输出的起始输出电压为0V，满量程输出为5V。采用这种标准输出，就可以很方便的与各种应用系统进行接口。为了测量的准确性，人们希望待测量与最后的输出应成线性关系，即在整个测量量程范围内，输出与输入之间成一种恒定的比例关系。但很多敏感器件的线性测量范围很小，因此，需要通过电子线路来对信号进行规整，比如，进行线性校正，温度校正、湿度校正、器件老化误差校正等。信息科学导论5.4测量测量是为确定被测对象的量值而进行的处理过程。在这个过程中常需借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位量进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。这样，所获取的信息就被量化了。一般而言，任何科学的结论都离不开测量，测量技术的进步会大大促进科学技术的发展。反过来，科学技术的进步又会给测量理论的提高和测量技术的完善创造良好的条件。计量和测量既有联系又有区别。可以说计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种手段。随着生产的发展，商品的交换和国际、国内的广泛交往，客观上要求对同一量在不同的地方、用不同的测量手段测量时所得的结果互相一致。因而需要设定大家公认的统一的单位并统一这些单位的基准、标准和用这些基准、标准来校准测量器具，还得用法律的形式固定下来，这就是计量。它具有统一性、准确性和法制性三个特征。信息科学导论5.4测量狭义来说，电测量是在电子学中测量有关电的量，通常包含下面几个方面：(1)电能量的测量，即测量电流、电压、电功率等；(2)信号的特性及所受干扰的测量，例如信号的波形和失真度、频率、相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信噪比等；(3)元件和电路参数的测量，例如电阻、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、场效应管等）、集成电路的测量；电路频率响应、通频带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减和增益的测量等等。

信息科学导论5.4测量一个量本身所具有的真实大小称为真值。在不同的时间和空间，被测量的真值往往是不同的。但在确定的时空条件下，它是一个客观存在的确定数值。而人们通过实验的方法来测量时，由于种种原因，都会造成测量结果与真值不同，这个差别就是测量误差。毫无疑问，我们希望测量误差越小越好。根据测量误差的性质和特点，可将它们分为系统误差、随机误差和粗大误差三大类。我们需要研究这些误差的形成原因，分布规律，减少误差的处理方法，系统中误差的合成和分配技术以及测量数据的处理技术等，所有这些，都离不开数学知识。第6讲信息的识别信息科学导论6.1信息的表示方法信号表示：对各种需要测量的“量”可以通过传感器转换为电量，并以信号的形式进行表示。符号表示：一般不同的事物要用不同的信号进行表达，这样描述起来就不很方便，因此，科学家就对事物进行形式化抽象，抽取出一类事物共同的特征（这是一个从特殊到一般的过程），并以符号的方式进行表达，这就是信息的符号表示。机器表示：为了可以使用计算机来存储和处理信息，可以将符号表示的信息通过编码的方式变成一种计算机“可懂”的“数据”，这就是信息的机器表示。信息科学导论6.1信息的表示方法语音信息表示语音信号的数字化处理主要包括三个基本环节：抽样、量化、编码。计算机中语音信息数字化的标准抽样频率通常是11.025、22.05、44.1KHz、64KHz,频率越高保真度越好，但得到的数据量越大，需要的存储空间也越大。量化是将抽样后的信号按幅度分成有限个电平级别，幅度落在同一个级别范围的用同一个电平级别表示。量化过的信号就成为数字信号，记为PCM（Pulse-CodedModulation）。因为PCM的幅度为有限个，所以可以用二进制编码表示，通常采用16比特分段编码的方式进行编码，即PCM编码。信息科学导论6.1信息的表示方法图形图像数据表示（1）位图（Bitmap）位图使用像素阵列来表示图像，用于表示计算机中的静态图片，位图文件有很多种的格式，如扩展名为.BMP.JPG.GIF.PIC文件都属于位图。在位图中图像将由每一个像素点的位置和色彩值来决定。计算机中图像根据颜色可分为黑白图像、灰度图像和真彩色图像。（2）矢量图(Vector)计算机中矢量图使用直线和曲线来描述图形，矢量图由一系列的点、线段、圆、多边形和曲线等图形元素组成，而这些图形又可以用数学表达式的方式来描述，因此矢量图可以用数学计算的方法来存储和显示。比如一个圆，如果用矢量方式来描述，只需要存储它的圆心坐标和半径大小即可。由于矢量图形可通过公式计算获得，所以矢量图形文件体积一般较小，存储量较少。信息科学导论6.2信息的识别信息特征获取前述信息获取主要解决“是否有信息存在”的问题，但这还不够，还需要对所感知的信息作出判断，解决“存在的信息属于哪一类”的问题，这就是信息识别（也叫模式识别）的问题。目前所讨论的信息识别只能是基于语法信息的识别，也就是采用类比方式进行的识别：将所感知的事物运动状态及其变化形式与特定形式的“模板”进行比较、匹配，确定二者是否相同。常规的做法是提取那些能代表事物主体的特征：一组形式化的参量，即用很少的数据量来表征某一事物的状态和状态变化方式。

信息科学导论6.2信息的识别信息特征获取把不同方面的特征有效集成起来获得更全面地认识，这便是“（特征）信息融合”问题。融合(Fusion)是指采集并集成各种信息源、多媒体和多格式信息，从而生成完整、准确、及时和有效的综合信息过程。按照融合过程中信息抽象的层次，可以将信息融合过程分为三个层次，即数据层(DataLevel)融合、特征层(FeatureLevel)融合和决策层(DecisionLevel)融合。

信息科学导论信息识别的模型6.2信息的识别信息科学导论以二元识别为例来说明统计识别法的基本工作原理。于是，任一模式只有两种可能的