信息信息科学与信息技术.ppt

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1、2023-3-20信息信息科学与信息技术信息信息科学与信息技信息信息科学与信息技术术信息信息科学与信息技术第一章第一章信息、信息科学与信息技术信息、信息科学与信息技术2 2 学时学时第二章第二章计算与计算科学1.5 学时第三章第三章信息处理机器：计算机系统3 学时第四章第四章计算机软件系统 3 学时第五章第五章信息媒体的表示及数字化1.5 学时第六章第六章数据的组织结构与算法3 学时第七章第七章数据库技术3 学时第八章第八章信息的传输计算机通信与网络技术3 学时第九章第九章信息资源管理3 学时第十章第十章信息资源管理3 学时第十一章第十一章 信息系统安全与保护3 学时 信息技术导论信息技术导论

2、共共5454学时，其中理论学时学时，其中理论学时2727，实验学时，实验学时2727，理论学时分配如下：，理论学时分配如下：课程学时分配课程学时分配信息信息科学与信息技术纲要纲要第第1 1章章 信息、信息科学与信息技术信息、信息科学与信息技术p1.1 1.1 探索信息的真谛探索信息的真谛p1.2 1.2 信息科学信息科学p1.3 1.3 信息技术信息技术p1.4 1.4 信息科学（技术）与相关学科的关系信息科学（技术）与相关学科的关系信息信息科学与信息技术一、教学目的一、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的基本概

3、念2掌握信息的概念、数据、消息、信号与信息的区别。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。掌握信息技术的核心及支撑技术。二、教学重点及难点二、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。心及支撑技术。2难点：信息的概念及度量。难点：信息的概念及度量。信息信息科学与信息技术1.1 1.1 探索信息的真谛探索信息的真谛p1.1.11.1.1什么是信息什么是信息 ？n就一般意义而言，信息可以理解成消息、情报、知识、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

4、实、数据等等。见闻、通知、报告、事实、数据等等。信息信息科学与信息技术1.1 1.1 探索信息的真谛探索信息的真谛 最早对信息进行科学定义的是最早对信息进行科学定义的是哈特莱哈特莱（Ralph V.L. Ralph V.L. HartleyHartley）。他在）。他在19281928年发表的年发表的信息传输信息传输一文中，首先一文中，首先提出信息这一概念。他认为，提出信息这一概念。他认为，信息就是他在通信符号表中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哈

5、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。身，使信息与消息区分开来。他的思想和研究结果，为信他的思想和研究结果，为信息论的创立奠定了基础。息论的创立奠定了基础。信息信息科学与信息技术香农香农（Claude Elwood Claude Elwood Shannon) Shannon) 19161916年年4 4月月3030日出生日出生于美国密歇根州，于美国密歇根州，20012001年年2 2月月2626日去世。日去世。美国数学家、信息美国数学家、信息论的创始人。论的创始人。信息信息就是不确定性的消除量。信就是不确定性的消除量。信息量即不确定性减少的程度。息量即不确

6、定性减少的程度。信息信息被看作是用以消除信宿被看作是用以消除信宿( (信息的接受者信息的接受者) )对于信源对于信源( (信息信息的发出者的发出者) )发出消息的不确定性。发出消息的不确定性。香农香农还用概率统计的数学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。方法，来度量不确定性被消除的量的大小。1.11.1 探索信息的真谛探索信息的真谛信息信息科学与信息技术1.1 1.1 探索信息的真谛探索信息的真谛维纳维纳18941894年年1111月月2626日生于密苏日生于密苏里州的哥伦比亚，里州的哥伦比亚，19641964年年3 3月月1818日去世。日去世。美国数学家，控制美国数学家

7、，控制论的创始人。论的创始人。信息信息就是在人们在适应外部世就是在人们在适应外部世界，并且使这种适应反作用于界，并且使这种适应反作用于外部世界的过程中，外部世界的过程中，同外部世同外部世界进行交换的内容的名称。界进行交换的内容的名称。信息信息科学与信息技术意大利学者朗格意大利学者朗格(G.Longe):(G.Longe):信息是事物之间的差异，而不是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。西。包含在事物的差异之中。所谓信息量就是对事物差所谓信息量就是对事物差异度的量度异度的量度。钟义信

8、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。过程的知识。1.1 1.1 探索信息的真谛探索信息的真谛信息信息科学与信息技术1.1 1.1 探索信息的真谛探索信息的真谛 1.1.1 1.1.1 什么是信息什么是信息 随着时间的推移，时代赋予了信息新的含义，信息随着时间的推移，时代赋予了信息新的含义，信息是一个是一个动态动态的概念。的概念。现代现代“信息信息”的概念，已经与半导的概念，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

9、经济、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信息化社会、信息管理、信息论等含义紧密地联系在一起起。最典型的应用是广告。最典型的应用是广告。信息信息科学与信息技术 香农的研究成果标志着信息论（香农的研究成果标志着信息论（Information TheoryInformation Theory）的诞）的诞生。生。香农提出的信息论是关于通讯技术的理论，它是以数学方法香农提出的信息论是关于通讯技术的理论，它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。所以，研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。所以，人们又将其称为人

10、们又将其称为狭义信息论狭义信息论，或经典信息论，或经典信息论。 信息论发展的第二个阶段是信息论发展的第二个阶段是一般信息论一般信息论。一般信息论特别。一般信息论特别关心信号被噪音干扰时的处理问题。关心信号被噪音干扰时的处理问题。 信息论发展的第三个阶段是信息论发展的第三个阶段是广义信息论广义信息论。它以各种系统、它以各种系统、各门学科中的信息为对象，广泛地研究信息的本质和特点，以及各门学科中的信息为对象，广泛地研究信息的本质和特点，以及信息的获取、计量、传输、处理、控制和利用的一般规律。信息的获取、计量、传输、处理、控制和利用的一般规律。1.1.2 1.1.2 从信息论到信息科学从信息论到信息

11、科学信息信息科学与信息技术香农认为：香农认为：信息是有秩序的量度，是人们对事物了解的不确信息是有秩序的量度，是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。定性的消除或减少。信息是对组织程度的一种测度，信息信息是对组织程度的一种测度，信息能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。 香农引入：香农引入：“熵熵”表示一个系统的无组织程度表示一个系统的无组织程度。而一个系而一个系统中的信息量是它的组织化程度的度量，这说明统中的信息量是它的组织化程度的度量，这说明信息与熵信息与熵恰好是一个相反的量，信息是负熵，恰好是一个相反的量，信息是负熵，所以信息量的公式中

12、所以信息量的公式中有负号，它表示系统获得信息后无序状态的减少或消除。有负号，它表示系统获得信息后无序状态的减少或消除。1.1.3 1.1.3 香农对信息的定义香农对信息的定义信息信息科学与信息技术n由于信息源发出的消息是随机的，可以用随机变量来表示。由于信息源发出的消息是随机的，可以用随机变量来表示。如果用符号如果用符号 表示信息源发出的信息，假设事件的基本空间表示信息源发出的信息，假设事件的基本空间 包含包含 m m个元素，即个元素，即 =x1,x2,xm,=x1,x2,xm,且每一个等可能值且每一个等可能值的概率为：的概率为：n P P（X=xiX=xi）=p i=1,2,m =p i=1

13、,2,m n那么定义一个随机事件那么定义一个随机事件 所含的信息量称为所含的信息量称为x x的自信息量，即：的自信息量，即： （公式公式1-11-1） 1.1.4 1.1.4 信息的度量信息的度量信息信息科学与信息技术n 只能表示信息源发出的某一特定消息只能表示信息源发出的某一特定消息x x的自信息量，而对于不的自信息量，而对于不同的消息则有不同的自信息量，所以同的消息则有不同的自信息量，所以 不足以作为整个信息不足以作为整个信息源的总体信息测度，那么可以定义平均信息量来作为信息总体的测源的总体信息测度，那么可以定义平均信息量来作为信息总体的测度，即信息熵。度，即信息熵。n设设X X为一离散随

14、机变量，在集合为一离散随机变量，在集合 中取值，其概中取值，其概率分布为：率分布为：1.1.4 1.1.4 信息的度量信息的度量信息信息科学与信息技术n信息熵：信息熵：是从整个信息源的统计特性来考虑的，它从是从整个信息源的统计特性来考虑的，它从平均的意义上来表示信息源的总体信息测度，它表示平均的意义上来表示信息源的总体信息测度，它表示信息源信息源 X X 在没有发出消息以前，信宿对信息源在没有发出消息以前，信宿对信息源 X X 存存在着平均不确定性。香农的信息度量公式排除了对信在着平均不确定性。香农的信息度量公式排除了对信息主观上的含意。根据上述公式，同样一个消息对任息主观上的含意。根据上述公

15、式，同样一个消息对任何一个收信者来说，所得到的信息量都是一样的。何一个收信者来说，所得到的信息量都是一样的。1.1.4 1.1.4 信息的度量信息的度量信息信息科学与信息技术以上就是香农关于信息的度量。通常也称为概率信息。它以上就是香农关于信息的度量。通常也称为概率信息。它是一个科学的定义，有明确的数学模型和定量计算。在公是一个科学的定义，有明确的数学模型和定量计算。在公式中，对数的底数从理论上而言可以取任何数。当底数为式中，对数的底数从理论上而言可以取任何数。当底数为2 2时，信息的计量单位为比特（时，信息的计量单位为比特（bitbit），即二进制单位。），即二进制单位。1.1.4 1.1.

16、4 信息的度量信息的度量信息信息科学与信息技术n首先，香农对信息的定义的出发点是假定事物状态可以首先，香农对信息的定义的出发点是假定事物状态可以用一个以经典集合论为基础的概率模型来描述。然而实用一个以经典集合论为基础的概率模型来描述。然而实际存在的某些事物运动状态要际存在的某些事物运动状态要寻找一个合适的概率模型寻找一个合适的概率模型往往是非常困难的往往是非常困难的。n其次，这个定义和度量考虑收信者的主观特性和主观意其次，这个定义和度量考虑收信者的主观特性和主观意义，也撇开了信息的具体含义、具体用途、重要程度和义，也撇开了信息的具体含义、具体用途、重要程度和引起后果等因素。引起后果等因素。1.1.5 1.1.5 香农信息论的局限性香农信息论的局限性信息信息科学与信息技术n以上问题的出现，主要是由于狭义信息论没有解决信以上问题的出现，主要是由于狭义信息论没有解决信息的语义问题和有效性问题。语义信息是指当认知主息的语义问题和有效性问题。语义信息是指当认知主体在获得信息时，不仅要知道体在获得信息时，不仅要知道“是什么形式是什么形式”，而且，而且还要理解还要理解“是什么意思是什么意思”。也就是