信息工程/科學概論易吉良TELMAIL:yi.jiliang@主要參考《電子信息技術導論》黃載祿等主編

北京郵電大學出版社2009年4月《信息科學教程》鐘義信主編

北京郵電大學出版社2005年5月《信息科學與技術導論》鐘義信主編

北京郵電大學出版社

2010年7月信息科學導論目錄第1講緒論第2講信息的定性解析第3講信息的描述及定量測度第4講shannon熵第5講信息的獲取及統(tǒng)計識別方法第6講模糊模式識別方法第7講神經網絡識別方法第8講信息的傳遞第9講信息認知和再生原理第10講信息的處理第11講信息施效原理第12講狀態(tài)空間控制方法第13講控制信息加工機制第14講系統(tǒng)自組織原理第15講信息科學方法論第16講習題講解及答疑信息科學導論第1講緒論1.1何為科技科學，是人類創(chuàng)建的關于自然和社會（因而也包括人類自身）的本質以及它們的運動規(guī)律的開放性理論知識體系，它經過長期的社會實踐而被人們逐漸發(fā)現、提煉和抽象出來，又經過長期的社會實踐檢驗而得到確立和更新?？茖W知識體系是一個不斷動態(tài)更新的開放體系?？茖W的定義知識的形成至少需要經歷兩個基本的階段，首先是在實踐過程中有所發(fā)現和創(chuàng)新，然后是在實踐過程中經歷嚴格的檢驗和確證。信息科學導論1.1何為科技技術，也叫工藝學，是人類創(chuàng)造的關于如何認識自然和如何改造自然的工藝方法體系，它從實踐過程中被人們逐漸總結出來，或在科學理論指導下被人們發(fā)明出來，經過實踐的檢驗而逐漸得到確認和應用?？茖W與技術之間存在一種相互作用相互促進的關系：科學理論可以指導人們發(fā)明創(chuàng)造新的更好的技術方法和技術工具，而技術方法和技術工具又可以反過來幫助人們更好地認識對象的本質和運動規(guī)律。信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.1科學技術發(fā)生學：輔人律人類的進化分為兩個基本階段：首先是生物學進化階段（初級進化階段），這是一個漫長的進化階段；然后才是文明進化階段（高級進化階段），這一階段至今仍在繼續(xù)，而且演進得越來越快速，越來越高級。人類由生物學進化階段向文明進化階段的轉化，由“內部器官功能的分化和強化”機制向“利用身外之物強化自身功能”機制的轉化，是科學技術發(fā)生的前提條件。如果沒有這個轉化條件，如果沒有“利用身外之物，擴展自身能力”這種需求，那么，科學技術是永遠也不會發(fā)生的。信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.1科學技術發(fā)生學：輔人律

“輔人”（利用外部的資源制造工具，輔助人類擴展自身的能力）是科學技術所以能誕生的唯一原因。反之，如果人類沒有“利用身外之物制造工具來強化自身能力”這樣一種需求，科學技術再好，也沒有發(fā)生的根據，因此沒有發(fā)生的可能。這就是科學技術的本質特征，是科學技術固有的天職和本性。這也就是“科學技術輔人律”的真正意義和全部內涵。信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.1科學技術發(fā)生學：輔人律

信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.2科學技術發(fā)展學：擬人律人類擴展能力的需求走向與科學技術的發(fā)展走向之間不是簡單的一一對應關系，而是一種非常復雜的因果關系。這種相互關系可以用下圖模型來表示。信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.2科學技術發(fā)展學：擬人律

科學技術的發(fā)展方向確實跟隨著人類能力擴展的需求亦步亦趨，宏觀上從來沒有脫離這個軌道。這就是為什么把科學技術發(fā)展的規(guī)律稱為“擬人律”的道理。體質能力的增強體力能力的增強智力能力的增強386CPU芯片芯片內部布線信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.3科學技術未來學：共生律

科學技術既然是為輔人的目的而發(fā)生，按照擬人的規(guī)律而發(fā)展，發(fā)展的結果必然秉承它的原始宗旨–輔人；于是，人類的全部能力就應當是自身的能力加上科學技術產物的能力，這就是“共生律”的表述。

在這個共生體中，人類和智能工具之間存在合理的分工：智能工具可以承擔一切非創(chuàng)造性的勞動，人類主要承擔創(chuàng)造性勞動（當然，在需要的時候也可以承擔非創(chuàng)造性的勞動）。信息科學導論1.2信息科學的緣起

1.2.4科學-技術-經濟-社會：互動律社會最基本和最具本質的特性是不斷地提出“改善人類生存和發(fā)展條件”的需求。這種社會“需求”是整個互動過程的出發(fā)點，而滿足這一需求則是互動過程的歸宿。信息科學導論1.2信息科學的緣起

圖中模型說明，一旦新的物質產品和新的精神產品能夠滿足社會原來的需求，新的社會需求又會產生出來，于是就進入一個新的科學-技術-經濟-社會的互動過程（外圈）：新需求，新科學，新理論，新技術，新工具，新的社會生產力，新的社會生產關系，新的經濟基礎，新的物質產品和精神產品，新的社會上層建筑。接著便應當是更新的需求和更新的互動，直至永遠。對于信息科學的研究來說，“互動原理”給出的最直接的啟示是：信息科學和信息技術的發(fā)展，將無可避免地導致信息經濟和信息社會的出現。這就是“信息科學-信息技術-信息經濟-信息社會”的連鎖反應。信息科學導論1.3電子信息科學技術

研究的主要技術問題信息獲取信息傳輸信息處理信息的存儲信息利用信息科學導論1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題5（一）信息獲取1）語音是人類使用最頻繁、使用最多的交流信息的工具。語音獲取使用最多。語音獲取方法獲取的語音波形4磁體線圈紙盒送話器信息科學導論（一）信息獲?。ɡm(xù)1）2）圖像信息獲取方法：光電攝像、CCD成像、紅外成像、微波成像、X光醫(yī)學圖像等。光電攝像管CCD成像器件多光譜地面成像照片X光醫(yī)學圖像1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（一）信息獲?。ɡm(xù)2）3）物理參數：如溫度、壓力、張力、變形、流量（液體或氣體）、流速等。采用相應的參數傳感器，廣泛用于各工業(yè)、工程和國防控制系統(tǒng)中。溫度傳感器壓力傳感器流量傳感器傳感器是將物理參數變成電信號。1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（二）信息傳輸通信系統(tǒng)的模型電話、廣播、電視、互聯網，都是信息傳輸系統(tǒng)。也稱通信系統(tǒng)。消息：指語音、文字、數據或圖像非電信號1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論5（二）信息傳輸（續(xù)1）4單工雙工通信系統(tǒng)類型半雙工無線集群通信固定電話移動電話廣播電視注：廣播、電視數字化后，用戶可上傳信息（如點播節(jié)目），但這是利用上傳通道（另一通道）實現的。這不叫雙工，互聯網有類似情況。1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（二）信息傳輸（續(xù)2）信息傳輸的主要理論編碼理論調制理論檢測理論在大學“通信原理”課程中講授信息傳輸的其他課程提示：信息傳輸的理論和技術在電子信息科學技術中占有很大比重，但有待優(yōu)化。移動通信鎖相技術程控交換通信系統(tǒng)通信網微波技術及天線通信軟件數字視頻技術通信系統(tǒng)仿真（等）電視原理1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（三）信息處理語音信息處理語音數據壓縮語音識別語音合成主要用于智能機器人、翻譯機和智能玩具等從64千比/秒（固定電話）己降至1.2kbit/s（CDMA移動電話）數字圖像處理圖像數據壓縮圖像增強圖像復原圖像重建圖像分割主要用于機器視覺、工業(yè)生產監(jiān)控、公安交通、醫(yī)療衛(wèi)生、資源勘探、武器制導、農業(yè)估產、災害評估等等。評：數字圖像處理技術己應用十分廣泛！1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（三）信息處理（續(xù)1）印刷體漢字識別漢字識別聯機手寫體漢字識別脫機手寫體漢字識別手寫體漢字識別尚在發(fā)展中。用于手機、計算機漢字輸入。已較成熟。語義識別（自然語言處理、自然語言理解）基于推理、人工智能；用作不同語言的翻譯機。正迅速發(fā)展。1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（三）信息處理（續(xù)2）信息處理相關課程數字圖像處理數字語音處理模式識別與人工智能自然語言理解1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論（四）信息存儲硬盤光盤閃存/SD卡1.5英寸——攝像機中使用。2.5英寸——筆記本電腦使用。3.5英寸——臺式機使用。主流硬盤容量為120～500GB，已有1000GB產品。DVD容量：4.7~8.3GB納米存儲器容量可達16GB（USB移動存儲器）、SD卡容量更大。21世紀新的存儲器件（正大力研究）信息存儲器件硬盤光盤USB閃存、SD卡45SD1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論45（五）信息利用信息利用能力：信息無處不在，它既存在于網絡，也存在于人們的周圍。

是否善于利用外部信息資源，對外部信息的利用效率與質量，

反映了一個人的信息利用能力，它決定了一個人的發(fā)展空間成就大小。網絡時代：給信息傳播和人們獲取信息提供了前所未有的優(yōu)越條件。網絡信息檢索是介紹從網絡中獲取信息的方法。信息利用領域：電子商務、網絡經濟、遠程教育、遠程醫(yī)療、影視制作、

各類信息服務業(yè)等。1.3電子信息科學技術研究的主要技術問題信息科學導論1.4電子信息科學技術各學科

之間的關系和分工

0812計算機科學與技術081201計算機系統(tǒng)結構

081202計算機軟件與理論081203計算機應用技術0809電子科學與技術080901物理電子學080902電路與系統(tǒng)080903微電子與固體電子學

080904電磁場與微波技術0810信息與通信工程081001通信與信息系統(tǒng)☆081002信號與信息處理☆0811控制科學與工程081101控制理論與控制工程081102檢測技術與自動化裝置081103系統(tǒng)工程

081104模式識別與智能系統(tǒng)081105導航、制導與控制教育部”工學“一、二級學科目錄：0803光學工程（不設二級學科）信息科學導論1.4電子信息科學技術各學科

之間的關系和分工各學科之間關系示意：控制科學與工程電子科學與技術信息與通信工程計算機科學與技術光電信息技術電子科學與技術：承擔電子材料與元器件的研究、設計、制造與