第一章 信息及计算科学.ppt

课程介绍 课程介绍 课程介绍 课程介绍 第1章 信息技术与计算科学 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。 香农将“熵”的概念引入信息领域。一个系统的熵就是它的无组织程度的度量。而一个系统中的信息量是它的组织化程度的度量，这说明信息与熵恰好是一个相反的量，信息是负熵。 4、信息的度量 自信息量及其计算 若某事件的基本空间可能出现的元素分别为x1，x2…xm；且每一个可能值的概率为： P（X= xi）＝p i=1,2,…,m 则定义一个随机事件x所含的信息量称为x的自信息量： I(x)＝log（1/p(x)）＝－log p(x) 其中I(x)代表x的自信息量，p(x)为事件x出现的概率,当底数为2时，信息的计量单位为比特（bit）。 信息熵及其计算 信息熵：定义平均信息量来作为信息总体的测度。 设X为一离散随机变量，在集合{ x1，x2…xn}中取值，其概率分布为 P{ X= xi }＝pi i=1,2,…,n  则定义: 称H(X)为离散变量X的信息熵。 5、数据、消息、信号与信息的区别 数据是对客观实体的一种描述形式，是信息的载体。数据是未加工的信息，信息是经过加工的数据，将数据加工为数据的过程称为信息加工或处理。 消息：在通信过程中，信息总是经过编码(符号化)成为消息以后，才能经由媒介传播的，而信息的接收者收到信息后，总是要经过译码(解读)才获取其中的信息。 信号是数据的电磁或光脉冲编码。信号可以分为模拟信号和数字信号。 1.2 信息科学（自学） 信息科学的产生与定义 信息科学是以信息为基本研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，这是信息科学有别于一切传统科学最基本的特征。 信息科学的研究内容： 探讨信息的基本概念和本质 研究信息的数值度量方法 阐明信息感知、识别、转换、传递、存储、处理、再生、表示、控制的一般规律 揭示利用信息来描述系统和优化系统的原理和方法 寻求通过加工信息来生成智能的机制和途径 信息科学的体系： 信息科学的哲学层次 信息科学的理论基础层次 信息科学的技术应用层次 1.3 信息技术 迄今为止，人类发生过四次信息技术革命： 第一次革命是创造了语言和文字，出现了文献； 第二次革命是造纸和印刷术的出现； 第三次革命是电报、电话、电视及其他通信技术的发明和应用； 第四次革命是电子计算机和现代通信技术在信息工作中的应用。 2、信息技术对人类信息器官的扩展: 3、信息技术的核心（自学） 计算机与智能技术 通信技术 感测技术 控制技术 4、信息技术主要支撑技术（自学） 微电子技术和光电子技术 1.4 计算与计算科学 2、计算模型与图灵机 计算模型：指具有状态转换特征，能够对所处理的对象的数据或信息进行表示、加工、变换、接收、输出的数学机器。 图灵机是一种抽象计算机模型，用来精确定义可计算函数。 带子——存储设备 命令——相当于一组预先设计、存储好的程序 控制器——决定读写头的每一步操作 3、计算思维（自学） 计算思维涉及运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它选择合适的方式去陈述一个问题，对一个问题的相关方面建模并用最有效的办法实现问题求解。 计算思维的六大特征： 概念化，不是程序化； 根本的，不是刻板的技能； 人的，不是计算机的思维； 数学和工程思维的互补与融合； 是思想，不是人造物； 面向所有人，所有地方。 4、计算机科学的研究领域(自学) 计算机系统结构的研究 程序设计科学与方法论的研究 软件工程基础理论的研究 人工智能与知识处理的研究 网络、数据库及各种计算机辅助技术的研究 理论计算机科学的研究 计算机科学史的研究 1.5 计算机的信息表示与编码 1、信息在计算机中的表示 1940年，维纳首先提出采用二进制编码形式，以解决数据在计算机中的表示问题。 二进制的特点是：基数为2，用0，1表示，逢二进一。 采用二进制计数的优点： 容易表示（可行性） 运算简单 逻辑性强 可靠性高 二进制的单位： 位（bit）：译音比特，代表二进制位，是存储器中最小的单位。 字节（Byte，简写为B）：存储容量的基本单位。 1字节 = 8位 1K=210=1024 1M=1024K 1G=1024M 1T=1024G 1P=1024T 例3：1KB表示有1024个字节。 字（Word）：计算机进行数据存取、传送与处理的单位。一个字所包含的二进制位数称为