大学精品课件：信息工程第一讲 绪论.ppt

1、电气与信息工程学院电气与信息工程学院信息工程信息工程/科学概论科学概论易吉良易吉良TEL:0731-22622705EMAIL:2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论主要参考 电子信息技术导论电子信息技术导论黄载禄等主编黄载禄等主编 北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社 2009 2009年年4 4月月 信息科学教程信息科学教程钟义信主编钟义信主编 北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社 2005 2005年年5 5月月 信息科学与技术导论信息科学与技术导论钟义信主编钟义信主编 北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社 20102010年年7 7月月2电气与信息工程学

2、院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论目 录第第1 1讲讲 绪论绪论第第2 2讲讲 信息的定性解析信息的定性解析第第3 3讲讲 信息的描述及定量测度信息的描述及定量测度第第4 4讲讲 shannonshannon熵熵第第5 5讲讲 信息的获取及统计识别方法信息的获取及统计识别方法第第6 6讲讲 模糊模式识别方法模糊模式识别方法第第7 7讲讲 神经网络识别方法神经网络识别方法第第8 8讲讲 信息的传递信息的传递第第9 9讲讲 信息认知和再生原理信息认知和再生原理第第1010讲讲 信息的处理信息的处理第第1111讲讲 信息施效原理信息施效原理第第1212讲讲 状态空间控制方法状态空间

3、控制方法第第1313讲讲 控制信息加工机制控制信息加工机制第第1414讲讲 系统自组织原理系统自组织原理第第1515讲讲 信息科学方法论信息科学方法论第第1616讲讲 习题讲解及答疑习题讲解及答疑电气与信息工程学院电气与信息工程学院第第1 1讲讲 绪论绪论2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论 科学，科学，是人类创建的关于自然和社会（因而也包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

4、象出来，又经过长期的社们逐渐发现、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。会实践检验而得到确立和更新。科学知识体系是科学知识体系是一个不断动态更一个不断动态更新的开放体系。新的开放体系。科学的定义科学的定义知识的形成至少知识的形成至少需要经历两个基需要经历两个基本的阶段，首先本的阶段，首先是在实践过程中是在实践过程中有所发现和创新有所发现和创新，然后是在实践，然后是在实践过程中经历严格过程中经历严格的检验和确证。的检验和确证。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论 技术，技术，也叫工艺学，是人类创造的关于如何认识也叫工艺学，是人类创造的关于如何

5、认识自然和如何改造自然的工艺方法体系，它从实践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。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科学与技术之间存在一种相互作用相互促进的关系：系：科学理论科学理论可以指导人们发明创造新的更好的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，而技术方法和技术工具技术方法和技术工具又又可以反过来帮助人们更好地认识对象的本质和运可以反过来帮助人们更好地认

6、识对象的本质和运动规律。动规律。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 1.2.1 科学技术发生学：辅人律科学技术发生学：辅人律 人类的进化分为两个基本阶段：人类的进化分为两个基本阶段：首先是首先是生物学进化阶段生物学进化阶段（初级进化阶段），这是一个漫长的（初级进化阶段），这是一个漫长的进化阶段；然后才是进化阶段；然后才是文明进化阶段文明进化阶段（高级进化阶段），这一（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。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，由人类由生物学

7、进化阶段向文明进化阶段的转化，由“内部器内部器官功能的分化和强化官功能的分化和强化”机制向机制向“利用身外之物强化自身功能利用身外之物强化自身功能”机制的转化，是机制的转化，是科学技术发生的前提条件科学技术发生的前提条件。如果没有这个转。如果没有这个转化条件，如果没有化条件，如果没有“利用身外之物，扩展自身能力利用身外之物，扩展自身能力”这种需这种需求，那么，科学技术是永远也不会发生的。求，那么，科学技术是永远也不会发生的。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 1.2.1 科学技术发生学：辅人律科学技术发生学：辅人律 “辅人辅人”（利用外部的资源

8、制造工具，辅助人类扩（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展自身的能力）是科学技术所以能诞生的唯一原唯一原因因。反之，如果人类没有。反之，如果人类没有“利用身外之物制造工利用身外之物制造工具来强化自身能力具来强化自身能力”这样一种需求，科学技术再这样一种需求，科学技术再好，也没有发生的根据，因此没有发生的可能。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。这也就是天职和本性。这也就是“科学技术辅人律科学技术辅人律”的真的真正意义和全部内涵。正意义和全部内涵。2电气与信息

9、工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 1.2.1 科学技术发生学：辅人律科学技术发生学：辅人律 2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 1.2.2 科学技术发展学：拟人律科学技术发展学：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。互关系可以用下图模型来表示。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信

10、息科学导论信息科学的缘起 1.2.2 科学技术发展学：拟人律科学技术发展学：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什么把科学技术发展的规律称为“拟人律拟人律”的道理。的道理。体质能力的增强体质能力的增强体力能力的增强体力能力的增强智力能力的增强智力能力的增强386CPU芯片芯片芯片内部布线芯片内部布线2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 1.1.2.3 2.3 科学技

11、术未来学：共生律科学技术未来学：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发展，发展的结果必然秉承它的原始宗旨 辅人；于是，人辅人；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，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，这就是这就是“共生律共生律”的表述。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在这个共生体中，人类和智能工具之间存在合理的分工：工：智能工具智能工具可以承担一切非创造性的劳动，可以承担一切非创造性的劳动，人类人类主主要承担创造性劳动（当然

12、，在需要的时候也可以承担要承担创造性劳动（当然，在需要的时候也可以承担非创造性的劳动）。非创造性的劳动）。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 1.1.2.4 2.4 科学科学-技术技术-经济经济-社会：互动律社会：互动律 社会最基本和最具本质的特性是不断地提出社会最基本和最具本质的特性是不断地提出“改善人改善人类生存和发展条件类生存和发展条件”的需求。这种社会的需求。这种社会“需求需求”是整是整个互动过程的个互动过程的出发点出发点，而满足这一需求则是互动过程，而满足这一需求则是互动过程的的归宿归宿。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论

13、信息科学导论信息科学导论信息科学的缘起 图图中中模型说明，一旦新的物质产品和新的精神产品能够满足模型说明，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一个新的科学科学-技术技术-经济经济-社会的互动过程社会的互动过程（外圈）：新需（外圈）：新需求，新科学，新理论，新技术，新工具，新的社会生产力，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

14、求和更新的品，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。互动，直至永远。对于信息科学的研究来说，对于信息科学的研究来说，“互动原理互动原理”给出的最直接的启给出的最直接的启示是：示是：信息科学和信息技术的发展，将无可避免地导致信息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。这就是经济和信息社会的出现。这就是“信息科学信息科学-信息技术信息技术-信息信息经济经济-信息社会信息社会”的连锁反应。的连锁反应。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论电子信息科学技术 研究的主要技术问题 信息获取信息获取 信息传输信息传输 信息

15、处理信息处理 信息的存储信息的存储 信息利用信息利用2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题5（一）信息获取（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。语音获取方法语音获取方法获取的语音波形获取的语音波形4磁体磁体线圈线圈纸盒纸盒送话器送话器2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（一）信息获取（续（一）信息获取（续1）2）图像信息获取方法：光电摄像、

16、）图像信息获取方法：光电摄像、CCD成像、红外成像、微波成像、成像、红外成像、微波成像、X光医学图像等光医学图像等。光电摄像管光电摄像管CCD成成像像器件器件多光谱地面多光谱地面成像照片成像照片X光医学图像光医学图像1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（一）信息获取（续（一）信息获取（续2）3）物理参数：）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、流速等流速等。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。采

17、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。温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器流量传感器流量传感器传感器是将物理参数变成电信号。传感器是将物理参数变成电信号。1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（二）信息传输（二）信息传输通信系统的模型通信系统的模型电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。通信系统。消息：指语音、文字、数据或图像非电信消息：指语音、文字、数据或图像非电信号号1.31.3电子信息科学

18、技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论5（二）信息传输（续（二）信息传输（续1）4单单工双双工通信系统类统类型半双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。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。1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程

19、学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（二）信息传输（续（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在大学“通信通信原理原理”课程中课程中讲授讲授信息传输的其他课程提示：信息传输的理论和技提示：信息传输的理论和技术在电子信息科学技术中占术在电子信息科学技术中占有很大比重，但有待优化。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1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（三）信息处理（三）

20、信息处理语语音信息处处理语语音数数据压缩压缩语语音识别识别语语音合成主要用于智能机器人、翻译机和智能主要用于智能机器人、翻译机和智能玩具等玩具等从从64千比千比/秒（固定电话）己降至秒（固定电话）己降至1.2kbit/s（CDMA移动电话）移动电话）数数字图图像处处理图图像数数据压缩压缩图图像增强图图像复复原图图像重建图图像分割主要用于机器视觉、工业生产监主要用于机器视觉、工业生产监控、公安交通、医疗卫生、资源控、公安交通、医疗卫生、资源勘探、武器制导、农业估产、灾勘探、武器制导、农业估产、灾害评估等等。害评估等等。评：数字图像处理技术己应用评：数字图像处理技术己应用十分广泛！十分广泛！1.3

21、1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（三）信息处理（续（三）信息处理（续1）印刷体汉汉字识别识别汉汉字识别识别联联机手写写体汉汉字识别识别脱脱机手写写体汉汉字识别识别手写写体汉汉字识别识别尚在发展中。尚在发展中。用于手机、计用于手机、计算机汉字输入。算机汉字输入。已较成熟。已较成熟。语义识别语义识别（自然语语言处处理、自然语语言理解）基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。正迅速发展。正迅速发展。1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电

22、子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（三）信息处理（续（三）信息处理（续2）信息处处理相关课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1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论（四）信息存储（四）信息存储硬盘盘光盘盘闪闪存/SD卡1.5英寸英寸摄像机中使用摄像机中使用。2.5英寸英寸笔笔记本电脑使用。记本电脑使用。3.5英寸英寸台式机使用。台式机使用。主流硬盘容量为主流硬盘容量为120500GB，已有，已

23、有1000GB产品产品。DVD容量：容量：4.78.3GB纳纳米存储储器容量可达容量可达16GB（USB移动存储器）、移动存储器）、SD卡容量更大。卡容量更大。21世纪新的存储器件（正大力研究）世纪新的存储器件（正大力研究）信息存储储器件硬盘硬盘光盘光盘USB闪存、闪存、SD卡卡45SD1.31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论45（五）信息利用（五）信息利用信息利用能力：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。信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人们的周围。是

24、否善于利用外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，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。力，它决定了一个人的发展空间成就大小。网络时代：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。给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优越条件。网络信息检网络信息检索是介绍从网络中获取信息的方法。索是介绍从网络中获取信息的方法。信息利用领域：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、电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、影视制作、各类信息服务各类信息服务业等业等。1.

25、31.3电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论1.4 电子信息科学技术各学科 之间的关系和分工 0812 计算机科学与技术计算机科学与技术 081201 计算机系统结构计算机系统结构 081202 计算机软件与理论计算机软件与理论 081203 计算机应用技术计算机应用技术0809 电子科学与技术电子科学与技术 080901 物理电子学物理电子学 080902 电路与系统电路与系统 080903 微电子与固体电子学微电子与固体电子学 080904电磁场与微波技术电磁场与微波技术0810 信息与通

26、信工程信息与通信工程 081001通信与信息系统通信与信息系统 081002信号与信息处理信号与信息处理0811 控制科学与工程控制科学与工程 081101 控制理论与控制工程控制理论与控制工程 081102 检测技术与自动化装置检测技术与自动化装置 081103 系统工程系统工程 081104模式识别与智能系统模式识别与智能系统 081105 导航、制导与控制导航、制导与控制教育部教育部”工学工学“一、二级学科目录：一、二级学科目录：0803 光学工程光学工程（不设二级学科）（不设二级学科）2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论1.4 电子信息科学技术各学科

27、之间的关系和分工各学科之间关系示意：各学科之间关系示意：控制科学与学与工程电电子科学与学与技术术信息与与通信工程计计算机科学学与与技术术光电电信息技术术电子科学与技术：电子科学与技术：承担电子材料与元器承担电子材料与元器件的研究、设计、制造与应用。它是信件的研究、设计、制造与应用。它是信息科学技术的基础。息科学技术的基础。控制科学与工程：控制科学与工程：主要是研究信息综合主要是研究信息综合应用，分析、判断、决策。应用，分析、判断、决策。信息与通信工程：信息与通信工程：从事信息获取、信从事信息获取、信息处理、信息传输与通信网络的理论、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

28、制造技术与产品的研究开发、设计与制造。计算机科学与技术：计算机科学与技术：计算机系统结构、计算机系统结构、软件工程、人工智能、信息存储、计软件工程、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、算机网络及计算机外部设备等的理论、技术、设备的设计、制造与研究工作技术、设备的设计、制造与研究工作光电信息技术：光电信息技术：在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。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。2电气与信息工程学院电气与信息工程学院绪论绪论信息科学导论信息科学导论1.4 典型的全信息模型