第8章新一代信息技術(shù)8新一代信息技術(shù)8.1物聯(lián)網(wǎng)8.2人工智能8.3大數(shù)據(jù)8.4云計算8.5區(qū)塊鏈8.1

物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的概述物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的應用物聯(lián)網(wǎng)安全8.1

物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)被公認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，開發(fā)應用前景巨大。代表了新一代信息發(fā)展技術(shù)，被世界各國當作應對國際金融危機、振興經(jīng)濟的重點技術(shù)領(lǐng)域。8.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概述物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings，IoT）即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡，通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的定義中有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不是所謂的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)的簡單線性疊加，而是更深層次的將上述技術(shù)有機交融，并且添加了跟多人性化設計與配合，因此我們需要站在更高的高度來看待整個技術(shù)環(huán)境，來融合這些已成型的技術(shù)。8.1.2物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)1.射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID）RFID技術(shù)是自動識別技術(shù)的一種，融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)。此種技術(shù)實質(zhì)上是通信技術(shù)，借助無線電信號識別對應的目標，需要不同系統(tǒng)目標之間建立對應的機械和光學接觸，并對相關(guān)數(shù)據(jù)信息加以讀寫的技術(shù)。在物流管理（如圖8-1所示）、自動識別有著廣闊的發(fā)展前景。

完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標簽(Tag)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成。RFID技術(shù)的基本工作原理：標簽進入閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID）圖8-1物流存儲管理系統(tǒng)8.1.2物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.傳感器技術(shù)傳感器是指能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術(shù)和計算機技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。傳感器技術(shù)是實現(xiàn)測試與自動控制的重要環(huán)節(jié)。其主要特征是能準確傳遞和檢測出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。有屬于自己的數(shù)據(jù)傳輸通路、存儲功能、操作系統(tǒng)和專門的應用程序，形成一個龐大的傳感網(wǎng)。比如遇到酒后駕車的情況，如果在汽車和汽車點火鑰匙上都植入微型感應器，那么當喝了酒的司機掏出汽車鑰匙時，鑰匙能透過氣味感應器察覺到一股酒氣，就通過無線信號立即通知汽車“暫停發(fā)動”，汽車便會處于休息狀態(tài)。同時“命令”司機的手機給他的親朋好友發(fā)短信，告知司機所在位置，提醒親友盡快來處理。傳感器技術(shù)是推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，應用廣泛。例如，虛擬現(xiàn)實頭盔里的陀螺儀、汽車內(nèi)部導航系統(tǒng)的磁強針、溫度傳感器、壓力傳感器等等。8.1.2

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)3.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成，是能夠獨立進行運作的器件。其軟件內(nèi)容只包括軟件運行環(huán)境及其操作系統(tǒng)。硬件內(nèi)容包括信號處理器、存儲器、通信模塊等在內(nèi)的多方面的內(nèi)容。是以應用為中心，以現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求靈活裁剪軟硬件模塊的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應用技術(shù)為一體的復雜技術(shù)?，F(xiàn)如今，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)品隨處可見，例如，在車輛導航中內(nèi)嵌GPS模塊、GSM模塊的移動定位終端，使GPS設備從尖端的科技產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭；家電的網(wǎng)絡化、智能化也需要嵌入式系統(tǒng)發(fā)揮作用，即使不在家，也可以通過手機、網(wǎng)絡對家電進行遠程控制等等。嵌入式系統(tǒng)正在改變著人們的生活，推動著社會的發(fā)展。8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用

物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域涉及到方方面面，有效的推動了這些方面的智能化發(fā)展，使得有限的資源更加合理的使用分配，從而提高了行業(yè)效率、效益。物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)農(nóng)業(yè)教育醫(yī)療商業(yè)交通金融政務8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用1.農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化中各項要素進行感知、傳輸，通過各種支撐的應用軟件的智能處理，一方面提供給政府、科研院所、企業(yè)、農(nóng)戶和消費者，實現(xiàn)信息共享和決策參考；另一方面在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化體系中實現(xiàn)自動管控，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。從而為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效率、高收益提供高科技支撐。

（1）農(nóng)作物種植：在種植環(huán)境中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要針對田間作物生長信息、田間種植環(huán)境信息進行實時監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠及時掌握農(nóng)業(yè)種植的各種數(shù)據(jù)。

（2）蔬菜大棚：在蔬菜大棚中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集設備通過相應的數(shù)字、化學、光學等類型的傳感器實時監(jiān)控溫室內(nèi)的空氣溫濕度、光照強度、土壤溫度、土壤水分，作物葉綠素、氮素含量等信息，并進行智能化決策，根據(jù)決策結(jié)果自主實現(xiàn)對溫室內(nèi)環(huán)境控制設施智能化控制，為溫室內(nèi)作物提供最佳的生長環(huán)境。8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用1.農(nóng)業(yè)

（3）牲畜養(yǎng)殖：在牲畜養(yǎng)殖過程中，運用感知技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、自動控制技術(shù)等進行集成化應用，通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)測牲畜養(yǎng)殖舍內(nèi)的環(huán)境信息，自主調(diào)控環(huán)境；對動物群體的個體進行識別與跟蹤，對畜牧、畜禽進行智能監(jiān)測。

（4）水產(chǎn)養(yǎng)殖：在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡化人工參與，提高信息化與智能化水平，實現(xiàn)漁民、管理者、水產(chǎn)科技人員等養(yǎng)殖管理技術(shù)的互聯(lián)互通，進而拓展到養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖環(huán)境、倉儲和物流等養(yǎng)殖信息的互聯(lián)互通，以及水產(chǎn)數(shù)字化機械、環(huán)境監(jiān)測預警等養(yǎng)殖管控信息的互聯(lián)互通，以實現(xiàn)即時感知、信息互聯(lián)互通和高度智能化，緩解水產(chǎn)養(yǎng)殖勞動力資源短缺等問題，轉(zhuǎn)變水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展模式，推動水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)代化。8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用2.工業(yè)

（1）生產(chǎn)業(yè)務協(xié)同化：應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)業(yè)務和物流管理與企業(yè)上、下游及社會協(xié)作單位連接起來，通過對整個生產(chǎn)業(yè)務和物流管理的優(yōu)化控制，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)間的業(yè)務協(xié)同化，將整體上提升工業(yè)生產(chǎn)的效益。

（2）生產(chǎn)過程智能化：用物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測生產(chǎn)過程的設備狀態(tài)、原材料消耗和產(chǎn)品質(zhì)量狀況，通過生產(chǎn)過程的智能監(jiān)測、控制、優(yōu)化和決策，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)智能化。

（3）產(chǎn)品服務網(wǎng)絡化：將智能傳感器嵌入產(chǎn)品和設備中，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)產(chǎn)品和設備的遠程監(jiān)測和維護，不但可以減低產(chǎn)品和設備的維護費用，而且使企業(yè)有能力實現(xiàn)產(chǎn)品的制造和使用全生命周期服務，是實現(xiàn)生產(chǎn)制造型企業(yè)向制造服務型企業(yè)轉(zhuǎn)變的有效途徑。8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用2.工業(yè)

（4）節(jié)能減排和環(huán)境保護：應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中能源生產(chǎn)、輸配和消耗的全程實時監(jiān)測和管理，通過優(yōu)化能源的生產(chǎn)和使用，可以極大的減低能耗，減少碳排放。通過對生產(chǎn)過程中各種污染源的實時監(jiān)測，可減少污染物的排放,防止突發(fā)環(huán)境污染事故發(fā)生。

（5）工業(yè)安全生產(chǎn)管理：將智能傳感器嵌入設備中，安裝在有危險的生產(chǎn)現(xiàn)場，可以及時感知危險環(huán)境的安全狀況，在危險發(fā)生前提前報警，可以極大的提高人員和設備的安全保障水平，防止災難性事故發(fā)生。8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用3.交通

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在道路交通方面的應用比較成熟。隨著社會車輛越來越普及，交通擁堵甚至癱瘓已成為城市的一大問題。

（1）交通狀況監(jiān)控：用物聯(lián)網(wǎng)對道路交通狀況實時監(jiān)控并將信息及時傳遞給駕駛?cè)?，讓駕駛?cè)思皶r作出出行調(diào)整，有效緩解了交通壓力。

（2）自動收費：使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速路口設置道路自動收費系統(tǒng)（簡稱ETC），免去進出口取卡、還卡的時間，提升車輛的通行效率。

（3）查詢公交路線：在公交車上安裝定位系統(tǒng)，能及時了解公交車行駛路線及到站時間，乘客可以根據(jù)搭乘路線確定出行，免去不必要的時間浪費。8.1.3

物聯(lián)網(wǎng)的應用4.家居

智能家居就是物聯(lián)網(wǎng)在家庭中的基礎(chǔ)應用，隨著寬帶業(yè)務的普及，智能家居產(chǎn)品涉及到方方面面（如圖8-3）。

（1）智能空調(diào)：利用手機等產(chǎn)品客戶端遠程操作智能空調(diào)，調(diào)節(jié)室溫，還可以學習用戶的使用習慣，從而實現(xiàn)全自動的溫控操作。

（2）智能燈泡：通過客戶端實現(xiàn)智能燈泡的開關(guān)、調(diào)控燈泡的亮度和顏色等等；插座內(nèi)置Wifi，可實現(xiàn)遙控插座定時通斷電流，甚至可以監(jiān)測設備用電情況，生成用電圖表讓你對用電情況一目了然，安排資源使用及開支預算。

（3）智能體重秤：監(jiān)測運動效果。內(nèi)置可以監(jiān)測血壓、脂肪量的先進傳感器，內(nèi)定程序根據(jù)身體狀態(tài)提出健康建議。智能家居8.1.4

物聯(lián)網(wǎng)的安全

物聯(lián)網(wǎng)的安全和互聯(lián)網(wǎng)的安全問題一樣，永遠是一個被廣泛關(guān)注的話題。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟、應用廣泛，尚存在安全漏洞。物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)物，體系結(jié)構(gòu)更復雜、沒有統(tǒng)一標準，各方面的安全問題更加突出。其關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)是傳感網(wǎng)絡，傳感器暴露的自然環(huán)境下，特別是一些放置在惡劣環(huán)境中的傳感器，如何長期維持網(wǎng)絡的完整性對傳感技術(shù)提出了新的要求，傳感網(wǎng)絡必須有自愈的功能。這不僅僅受環(huán)境因素影響，人為因素的影響更嚴峻。RFID是其另一關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)，就是事先將電子標簽置入物品中以達到實時監(jiān)控的狀態(tài)，這對于部分標簽物的所有者勢必會造成一些個人隱私的暴露，個人信息的安全性存在問題。不僅僅是個人信息安全，如今企業(yè)之間、國家之間合作都相當普遍,一旦網(wǎng)絡遭到攻擊,后果將更不敢想象。如何在使用物聯(lián)網(wǎng)的過程做到信息化和安全化的平衡至關(guān)重要。

目前對于物聯(lián)網(wǎng)安全的研究和產(chǎn)品開發(fā)仍處于起步階段。8.2

人工智能

人工智能的概述人工智能的發(fā)展階段

人工智能的應用領(lǐng)域人工智能產(chǎn)品

人工智能的影響8.2

人工智能

人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統(tǒng)的一門新技術(shù)科學。8.2.1

人工智能的概述人工智能是計算機科學的一個分支，企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，即讓機器能夠像人一樣思考，讓機器擁有智能。人工智能的核心問題包括如何賦予機器能夠比擬甚至超越人類的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規(guī)劃、交流、移動、操作物體的能力等）。時至今日，人工智能的內(nèi)涵已經(jīng)大大擴展，是一門交叉學科，涉及到計算機科學、心理學、哲學、腦科學和語言學等眾多的學科?？梢哉f幾乎是自然科學和社會科學的所有學科，其范圍已遠遠超出了計算機科學的范疇。8.2.2

人工智能的發(fā)展階段

1956年夏季，以約翰?麥卡錫（JohnMcCarthy）、馬文?閔斯基（MarvinMinsky）、克勞德?香農(nóng)（ClaudeShannon）和艾倫?紐厄爾（AllenNewell）等為首的一批有遠見卓識的年輕科學家在一起聚會，共同研究和探討用機器模擬智能的一系列有關(guān)問題，并首次提出了“人工智能”這一術(shù)語，標志著“人工智能”這門新興學科的正式誕生。因此稱1956年為人工智能元年。

1959年，亞瑟·塞繆爾（ArthurSamuel）提出機器學習，推動了人工智能進入了第一次繁榮期，將人工智能推向了新高潮。然而當時的計算機有限的內(nèi)存和處理速度不足以解決任何實際的人工智能問題，因此研究缺乏進展，對人工智能提供資助的機構(gòu)對無方向的人工智能研究逐漸停止了資助。1976年，人工智能的研究進入了第一次低谷期。8.2.2

人工智能的發(fā)展階段

20世紀80年代中期，日本、英國、美國開始向信息技術(shù)領(lǐng)域的研究提供大量資金，支持人工智能研究，并且人工神經(jīng)元網(wǎng)絡的相關(guān)研究取得了突破性進展。在這一時期，人工智能盡管在專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡模型等方面取得了巨大的進展，能夠完成某些特定的具有實用性的任務，但面對復雜問題卻顯得束手無策，尤其是當數(shù)據(jù)量積累到一定程度后，有些結(jié)果就難以實現(xiàn)改進，極大地限制了人工智能的實際應用價值，研究緊張緩慢。1987年，人工智能又進入了低谷期。

自20世紀90年代中期開始，機器學習和人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研發(fā)工作加速推進，人工智能進入復蘇期。1997年，IBM公司研制的深藍（DeepBlue）完勝國際象棋大師卡斯帕羅夫，重新點燃了人們對人工智能的希望。8.2.2

人工智能的發(fā)展階段

2006年，深度學習取得了重大突破，為人工智能的發(fā)展帶來了重大影響。

2010年，大數(shù)據(jù)時代到來，人工智能進入增長爆發(fā)期。

2016年，谷歌AlphaGo完勝世界圍棋大師李世石，將人工智能發(fā)展的高潮推到了一個新的高度。2017年，AlphaGoZero通過深度學習實現(xiàn)了自我更新升級，不斷自我超越，完勝AlphaGo。IBM研發(fā)的人工智能Watson，通過機器學習分析和解讀海量醫(yī)療數(shù)據(jù)和文獻并提出治療方案，其分析結(jié)果與醫(yī)生的治療建議具有高度的一致性。世界各國都開始重視人工智能的發(fā)展。8.2.2

人工智能的發(fā)展階段根據(jù)發(fā)展階段，人工智能可分為以下三類：

弱人工智能：指的是只能完成某一項特定任務或者解決某一特定問題的人工智能。只不過看起來像是智能的，但是并不真正擁有智能，也不會有自主意識。蘋果公司的Siri就是一個典型的弱人工智能，它只能執(zhí)行有限的預設功能，不具備智力或自我意識。目前，主流科研集中在弱人工智能上，并且一般認為這一研究領(lǐng)域已經(jīng)取得可觀的成就。

強人工智能：指的是可以像人一樣勝任任何智力性任務的智能機器。這樣的機器被認為是有知覺的，有自我意識的，可以像人類一樣應對不同層面的問題。目前，強人工智能的研究則處于停滯不前的狀態(tài)下。

超人工智能：能實現(xiàn)與人類智能等同的功能，即可以像人類智能實現(xiàn)生物上的進化一樣，對自身進行重編程和改進，這也就是“遞歸自我改進功能”。并且思考速度和自我改進速度將遠遠超過人類，人類作為生物上的生理限制將統(tǒng)統(tǒng)不適用于機器智能。8.2.3

人工智能的應用領(lǐng)域1.機器翻譯

機器翻譯，又稱為自動翻譯，是利用計算機將一種自然語言（源語言）轉(zhuǎn)換為另一種自然語言（目標語言）的過程。它是計算語言學的一個分支，是人工智能的終極目標之一，具有重要的科學研究價值。

同時，機器翻譯又具有重要的實用價值。隨著經(jīng)濟全球化及互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，機器翻譯技術(shù)在促進政治、經(jīng)濟、文化交流等方面起到越來越重要的作用，肩負著架起語言溝通橋梁的重任。

百度翻譯自2011年上線。十年來，翻譯質(zhì)量大幅提升30個百分點，領(lǐng)域翻譯準確率90%以上，日均翻譯量超千億字符，服務50多萬企事業(yè)單位和個人開發(fā)者，實現(xiàn)了機器翻譯技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。8.2.3

人工智能的應用領(lǐng)域2.智能控制

智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策的控制方式，由智能機器自主地實現(xiàn)其目標的過程，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復雜系統(tǒng)的控制問題。智能控制研究對象的主要特點是具有不確定性的數(shù)學模型、高度的非線性和復雜的任務要求。

智能控制與傳統(tǒng)控制的主要區(qū)別在于傳統(tǒng)的控制方法必須依賴于被控制對象的模型，而智能控制可以解決非模型化系統(tǒng)的控制問題。8.2.3

人工智能的應用領(lǐng)域3.專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，它能夠應用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)中的知識與經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復雜問題，簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。

專家系統(tǒng)是早期人工智能的一個重要分支，它可以看作是一類具有專門知識和經(jīng)驗的計算機智能程序系統(tǒng)，一般采用人工智能中的知識表示和知識推理技術(shù)來模擬通常由領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的復雜問題。8.2.3

人工智能的應用領(lǐng)域4.計算機視覺

計算機視覺是一門研究如何使機器“看”的科學，更進一步的說，就是用攝影機和電腦代替人眼對目標進行識別、跟蹤和測量等機器視覺，并進一步做圖形處理，使電腦處理成為更適合人眼觀察或傳送給儀器檢測的圖像。作為一個科學學科，計算機視覺研究相關(guān)的理論和技術(shù)，試圖建立能夠從圖像或者多維數(shù)據(jù)中獲取“信息”的人工智能系統(tǒng)。

計算機視覺是一門關(guān)于如何運用照相機和計算機來獲取我們所需的，被拍攝對象的數(shù)據(jù)與信息的學問。形象地說，就是給計算機安裝上眼睛（照相機）和大腦（算法），讓計算機能夠感知環(huán)境。例如，面部識別、自動汽車駕駛、對于圖像和圖像序列的索引數(shù)據(jù)庫。8.2.4人工智能產(chǎn)品1.智能機器人（1）工業(yè)機器人：焊接機器人、噴涂機器人、搬運機器人、加工機器人、裝配機器人、清潔機器人等。（2）個人/家用機器人：家政服務機器人、教育娛樂服務機器人、養(yǎng)老助殘服務機器人、個人運輸服務機器人、安防監(jiān)控服務機器人等。（3）公共服務機器人：酒店服務機器人、銀行服務機器人、場館服務機器人、餐飲服務機器人等。（4）特種機器人：特種極限機器人、康復輔助機器人、農(nóng)業(yè)機器人、水下機器人、軍用和警用機器人、電力機器人、礦業(yè)機器人、石油化工機器人等。8.2.4人工智能產(chǎn)品2.智能運載工具（1）自動駕駛汽車。（2）無人機：無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。（3）無人船。8.2.4人工智能產(chǎn)品3.智能終端（1）智能手機。（2）車載智能終端。（3）可穿戴終端：智能手表、智能耳機、智能眼鏡等。8.2.4人工智能產(chǎn)品4.自然語言處理（1）機器翻譯系統(tǒng)。（2）機器閱讀理解系統(tǒng)。（3）問答系統(tǒng)。（4）智能搜索系統(tǒng)。8.2.4人工智能產(chǎn)品5.人機交互（1）語音交互產(chǎn)品：個人助理、語音助手、智能客服等。（2）情感交互產(chǎn)品。（3）體感交互產(chǎn)品。8.2.5人工智能的影響

人工智能日益發(fā)展，不斷向傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式生活滲透，傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)也日益智能化，智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更是為新興的經(jīng)濟通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，帶來了更好的發(fā)展機遇，降低了勞動生產(chǎn)率，提供了豐富的產(chǎn)品和服務，促進新興經(jīng)濟的快速發(fā)展。

（1）人工智能對自然科學的影響。在需要使用數(shù)學計算機工具解決問題的學科，人工智能帶來幫助是巨大的。

（2）人工智能對經(jīng)濟的影響。專家系統(tǒng)更深入各行各業(yè)，帶來巨大的宏觀效益。用比較經(jīng)濟的方法執(zhí)行任務而不需要有經(jīng)驗的專家，可以極大地減少勞務開支和培養(yǎng)費用。

（3）人工智能對社會的影響。人工智能也為人類文化生活提供了新的模式?，F(xiàn)有的游戲?qū)⒅鸩桨l(fā)展為更高智能的交互式文化娛樂手段，現(xiàn)如今游戲中的人工智能應用已經(jīng)深入到各大游戲制造商的開發(fā)中。8.2.5人工智能的影響

人工智能會幫助人們生活的更加條理化，提高社會生產(chǎn)效率，使生活更加智能化，簡捷化。不過任何事物的產(chǎn)生都具有兩面性，人工智能也不例外，它在給人們帶來方便的同時，也帶來了一些挑戰(zhàn)。

（1）勞務就業(yè)問題：由于人工智能能夠代替人類進行各種腦力勞動，將會使一部分人不得不改變他們的工種，甚至造成失業(yè)。

（2）社會結(jié)構(gòu)變化：人工智能在科技和工程中的應用，會使一些人失去介入信息處理活動（如規(guī)劃、診斷、理解和決策等）的機會，甚至不得不改變自己的工作方式，造成社會結(jié)構(gòu)的劇烈變化，“人—機器”的社會結(jié)構(gòu)，終將被“人—智能機器—機器”的社會結(jié)構(gòu)所取代。

（3）思維方式與觀念的變化：現(xiàn)如今機器的智能化程度越來越高，也滲透進生活的各個領(lǐng)域，使得人們越來越依賴智能機器，不愿多動腦筋，變得懶惰，主動思維能力和認知能力下降。8.3

大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)的概述大數(shù)據(jù)的特點

大數(shù)據(jù)的分析大數(shù)據(jù)的應用

大數(shù)據(jù)的影響8.3

大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)由巨型數(shù)據(jù)集組成，這些數(shù)據(jù)集大小常超出人類在可接受時間下的收集、管理和處理能力。分別從狹義和廣義方面來認識大數(shù)據(jù)。8.3.1大數(shù)據(jù)的概述狹義的大數(shù)據(jù)主要是指處理海量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)及其在各個領(lǐng)域中的應用，是指從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息的能力。廣義的大數(shù)據(jù)包括大數(shù)據(jù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)工程、大數(shù)據(jù)科學和大數(shù)據(jù)應用等與大數(shù)據(jù)相關(guān)的領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)技術(shù)是一種新一代技術(shù)和架構(gòu)，成本較低，以快速收集、處理和分析技術(shù)從各種超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中提取價值。大數(shù)據(jù)的處理一般需要進行以下四方面的處理。8.3.1大數(shù)據(jù)的概述

1.采集

大數(shù)據(jù)的采集是指利用多個數(shù)據(jù)庫來接收發(fā)自客戶端（Web、App或者傳感器形式等）的數(shù)據(jù)，并且用戶可以通過這些數(shù)據(jù)庫來進行簡單的查詢和處理工作。

在大數(shù)據(jù)的采集過程中，其主要特點和挑戰(zhàn)是并發(fā)數(shù)高，因為同時有可能會有成千上萬的用戶來進行訪問和操作。比如火車票售票網(wǎng)站和淘寶，它們并發(fā)的訪問量在峰值時達到上百萬，所以需要在采集端部署大量數(shù)據(jù)庫才能支撐。8.3.1大數(shù)據(jù)的概述2.導入與預處理

雖然采集端本身會有很多數(shù)據(jù)庫，但是如果要對這些海量數(shù)據(jù)進行有效的分析，還是應該將這些來自前端的數(shù)據(jù)導入到一個集中的大型分布式數(shù)據(jù)庫，或者分布式存儲集群，并且可以在導入基礎(chǔ)上做一些簡單的清洗和預處理工作。目前很多公司已經(jīng)推出了多種數(shù)據(jù)清洗和質(zhì)量控制工具，如IBM公司的InfoSphereDataStage。8.3.1大數(shù)據(jù)的概述3.統(tǒng)計分析

統(tǒng)計與分析主要利用分布式數(shù)據(jù)庫，或者分布式計算集群來對存儲于其內(nèi)的海量數(shù)據(jù)進行普通的分析和分類匯總等，以滿足大多數(shù)常見的分析需求。在這方面，一些實時性需求會用到EMC的GreenPlum、Oracle的Exadata，以及基于MySQL的列式存儲Infobright等，而一些批處理，或者基于半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的需求可以使用Hadoop。8.3.1大數(shù)據(jù)的概述

4.挖掘

與前面統(tǒng)計和分析過程不同的是，數(shù)據(jù)挖掘一般沒有什么預先設定好的主題，主要是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)上面進行基于各種算法的計算，從而起到預測(Predict)的效果，從而實現(xiàn)一些高級別數(shù)據(jù)分析的需求。比較典型算法有用于聚類的Kmeans、用于統(tǒng)計學習的SVM和用于分類的NaiveBayes。主要使用的工具有Hadoop的Mahout等。該過程的特點和挑戰(zhàn)主要是用于挖掘的算法很復雜，并且計算涉及的數(shù)據(jù)量和計算量都很大，常用數(shù)據(jù)挖掘算法都以單線程為主。8.3.2大數(shù)據(jù)的特點

IBM將大數(shù)據(jù)的特點用5V來概括：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（低價值密度）、Veracity（真實性）。

（1）Volume（大量）：通過各種設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，遠大于目前因特網(wǎng)上的信息流量。隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模急劇上升，迫切的需要足夠大的容量去統(tǒng)計分析以及預測大規(guī)模的數(shù)據(jù)。最開始的mp3時代僅僅只是MB級的存儲，但是已經(jīng)能滿足很多人的要求了。隨著信息技術(shù)的高度發(fā)展，存儲單位也慢慢的發(fā)生了演變。從大家耳熟能詳?shù)腉B存儲到了TB存儲，乃至現(xiàn)在有了EB，ZB等存儲。8.3.2大數(shù)據(jù)的特點

（2）Velocity（高速）：處理速度快，時效性要求高。需要實時分析而非批量式分析，數(shù)據(jù)的輸入、處理和分析連貫性地處理，這是大數(shù)據(jù)區(qū)分于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘最顯著的特征。生活中每個人都離不開互聯(lián)網(wǎng)，也就是說每個人每天都想大數(shù)據(jù)提供大量的資料。與以往的報紙書信等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)載體的傳播方式不同，在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)的交換和傳播主要通過互聯(lián)網(wǎng)云計算等方式實現(xiàn)，速度驚人。正因為如此，大數(shù)據(jù)對處理和響應速度要求極高，一條數(shù)據(jù)的分析必須在幾秒內(nèi)完成，數(shù)據(jù)處理與丟棄幾乎無延遲。8.3.2大數(shù)據(jù)的特點

（3）Variety（多樣）：廣泛的數(shù)據(jù)來源，決定了大數(shù)據(jù)形式的多樣性。大數(shù)據(jù)的種類可以分為三種。一是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如財務系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，其特點是數(shù)據(jù)之間因果關(guān)系強；二是半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如HTML文檔、郵件、網(wǎng)頁等，其特點是數(shù)據(jù)之間因果關(guān)系弱；三是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如視頻、圖片、音頻、文本等。其特點數(shù)據(jù)間沒有因果關(guān)系。半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)需要經(jīng)過清洗、整理、篩選，變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。8.3.2大數(shù)據(jù)的特點

（4）Value（低價值密度）：作為大數(shù)據(jù)的核心特征。在現(xiàn)實世界中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中，一般有價值的數(shù)據(jù)所占的比例很小。與傳統(tǒng)的小數(shù)據(jù)相比，大數(shù)據(jù)最大的價值是從許多不相關(guān)的數(shù)據(jù)中挖掘出對未來趨勢和模式預測和分析有價值的數(shù)據(jù)。通過機器學習、人工智能或數(shù)據(jù)挖掘等方法深度分析，得到新規(guī)律和新知識，并運用于交通、電商、醫(yī)療等各個領(lǐng)域，最終達到提高生產(chǎn)率、推進科學研究的效果。8.3.2大數(shù)據(jù)的特點

（5）Veracity（真實性）：大數(shù)據(jù)的重要性就在于對決策的支持，數(shù)據(jù)的規(guī)模并不能決定其能否為決策提供幫助，數(shù)據(jù)的真實性和質(zhì)量才是成功決策最堅實的基礎(chǔ)。真實是對大數(shù)據(jù)的重要要求，也是大數(shù)據(jù)面臨的巨大挑戰(zhàn)。8.3.3大數(shù)據(jù)的分析8.3.3大數(shù)據(jù)的分析1.可視化分析

數(shù)據(jù)可視化是數(shù)據(jù)分析工具最基本的要求。由于所涉及到的信息比較分散、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有可能不統(tǒng)一，而且通常以人工分析為主，加上分析過程的非結(jié)構(gòu)性和不確定性，所以不易形成固定的分析流程或模式，很難將數(shù)據(jù)調(diào)入應用系統(tǒng)中進行分析挖掘。借助功能強大的可視化數(shù)據(jù)分析平臺，可輔助人工操作將數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，并做出完整的分析圖表。圖表中包含所有事件的相關(guān)信息，也完整展示數(shù)據(jù)分析的過程和數(shù)據(jù)鏈走向。8.3.3大數(shù)據(jù)的分析2.數(shù)據(jù)挖掘算法

可視化是給人看的，數(shù)據(jù)挖掘就是給機器看的。集群、分割、孤立點分析還有其他的算法讓我們深入數(shù)據(jù)內(nèi)部，挖掘價值。這些算法不僅要處理大數(shù)據(jù)的量，也要處理大數(shù)據(jù)的速度。8.3.3大數(shù)據(jù)的分析3.預測性分析

數(shù)據(jù)挖掘可以讓分析員更好的理解數(shù)據(jù)，而預測性分析可以讓分析員根據(jù)可視化分析和數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果做出一些預測性的判斷。從大數(shù)據(jù)中挖掘出特點，并科學的建立模型，之后便可以通過模型帶入新的數(shù)據(jù)，從而預測未來的數(shù)據(jù)。8.3.3大數(shù)據(jù)的分析4.語義引擎

由于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的多樣性給數(shù)據(jù)分析帶來了新的挑戰(zhàn)，因此需要一系列的工具去解析、提取、分析數(shù)據(jù)。語義引擎需要被設計成能夠從“文檔”中智能提取信息。這樣有利于解決由于數(shù)據(jù)多樣性帶來的結(jié)果的不準確性。8.3.3大數(shù)據(jù)的分析5.數(shù)據(jù)質(zhì)量與數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)管理是管理方面的最佳實踐。通過標準化的流程和工具對數(shù)據(jù)進行整合加工?？梢灶A先定義一個相對好的分析結(jié)果。根據(jù)預測結(jié)果做出相應的調(diào)整，得到最優(yōu)的結(jié)果。8.3.4大數(shù)據(jù)的應用1.了解和定位客戶

這是大數(shù)據(jù)目前最廣為人知的應用領(lǐng)域。很多企業(yè)通過社交媒體數(shù)據(jù)、瀏覽器日志、文本挖掘等各類數(shù)據(jù)集，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)創(chuàng)建預測模型，從而更全面地了解客戶以及他們的行為、喜好。

利用大數(shù)據(jù)，電信公司可以更好地預測客戶流失；沃爾瑪可以更準確地預測產(chǎn)品銷售情況；汽車保險公司能更真實地了解客戶實際駕駛情況。

例如，滑雪場利用大數(shù)據(jù)來追蹤和鎖定客戶。會給滑雪愛好者發(fā)送度假勝地的邀請、定制化服務的短信提醒、告知最合適的滑行線。同時可以提供互動平臺(網(wǎng)站、手機APP)記錄每天的數(shù)據(jù)——多少次滑坡，多少次翻越等等。8.3.4大數(shù)據(jù)的應用2.了解和優(yōu)化業(yè)務流程

大數(shù)據(jù)也越來越多地應用于優(yōu)化業(yè)務流程，比如供應鏈或配送路徑優(yōu)化。通過定位和識別系統(tǒng)來跟蹤貨物或運輸車輛，并根據(jù)實時交通路況數(shù)據(jù)優(yōu)化運輸路線。

人力資源業(yè)務流程也在使用大數(shù)據(jù)進行優(yōu)化。某公司通過在員工工牌里植入傳感器，檢測其工作場所及社交活動。美國銀行在使用中發(fā)現(xiàn)呼叫中心表現(xiàn)最好的員工制定了小組輪流休息制度，平均業(yè)績提高了23%。

如果在手機、鑰匙、眼鏡等隨身物品上粘貼RFID標簽，萬一不小心丟失就能迅速定位它們。假想一下未來可能創(chuàng)造出貼在任何東西上的智能標簽。它們能告訴你的不僅是物體在哪里，還可以反饋溫度，濕度，運動狀態(tài)等等。這將打開一個全新的大數(shù)據(jù)時代，“大數(shù)據(jù)”領(lǐng)域?qū)で蠊残缘男畔⒑湍Ｊ剑敲丛杏渲械摹靶?shù)據(jù)”著重關(guān)注單個產(chǎn)品。8.3.4大數(shù)據(jù)的應用3.提供個性化服務

大數(shù)據(jù)不僅適用于公司和政府，也適用于我們每個人，比如從智能手表或智能手環(huán)等可穿戴設備采集的數(shù)據(jù)中獲益。智能手環(huán)可以分析人們的卡路里消耗、活動量和睡眠質(zhì)量等。從中分析出一些獨到的見解反饋給每個用戶。從中受益的還有網(wǎng)絡平臺“尋找真愛”，大多數(shù)婚戀網(wǎng)站都使用大數(shù)據(jù)分析工具和算法為用戶匹配最合適的對象。8.3.4大數(shù)據(jù)的應用4.改善醫(yī)療保健和公共衛(wèi)生

大數(shù)據(jù)分析的能力可以在幾分鐘內(nèi)解碼整個DNA序列，有助于我們找到新的治療方法，更好地理解和預測疾病模式。假設當來自所有智能手表等可穿戴設備的數(shù)據(jù)，都可以應用于數(shù)百萬人及其各種疾病時，未來的臨床試驗將不再局限于小樣本，而是包括所有人。

蘋果公司的一款健康A(chǔ)PPResearchKit有效將手機變成醫(yī)學研究設備。通過收集用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以追蹤你一天走了多少步，或者提示你化療后感覺如何，帕金森病進展如何等問題。研究人員希望這一過程變得更容易、更自動化，吸引更多的參與者，并提高數(shù)據(jù)的準確度。

大數(shù)據(jù)技術(shù)也開始用于監(jiān)測早產(chǎn)兒和患病嬰兒的身體狀況。通過記錄和分析每個嬰兒的每一次心跳和呼吸模式，提前24小時預測出身體感染的癥狀，從而及早干預，拯救那些脆弱的隨時可能生命危險的嬰兒。8.3.4大數(shù)據(jù)的應用4.改善醫(yī)療保健和公共衛(wèi)生

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)被用于為患者建立電子病歷檔案、防控慢性疾病、臨床醫(yī)學診斷等多個醫(yī)療場景。大數(shù)據(jù)技術(shù)的運用，在一定程度上改變了醫(yī)療信息采集、運用的方式，并為醫(yī)務工作者針對不同患者的實際情況制定手術(shù)治療方案提供了相應的參考依據(jù)。

更重要的是，大數(shù)據(jù)分析有助于我們監(jiān)測和預測流行性或傳染性疾病的暴發(fā)時期，可以將醫(yī)療記錄的數(shù)據(jù)與有些社交媒體的數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析。比如，谷歌基于搜索流量預測流感爆發(fā)，盡管該預測模型在2014年并未奏效——因為你搜索“流感癥狀”并不意味著真正生病了，但是這種大數(shù)據(jù)分析的影響力越來越為人所知。8.3.5大數(shù)據(jù)的影響1．大數(shù)據(jù)決策成為一種新的決策方式

大數(shù)據(jù)決策可以面向類型繁多的、非結(jié)構(gòu)化的海量數(shù)據(jù)進行決策分析，已經(jīng)成為受到追捧的全新決策方式。比如，政府部門可以把大數(shù)據(jù)技術(shù)融入“輿情分析”，通過對論壇、微博、微信、社區(qū)等多種來源數(shù)據(jù)進行綜合分析，弄清或測驗信息中本質(zhì)性的事實和趨勢，揭示信息中含有的隱性情報內(nèi)容，對事物發(fā)展做出情報預測，協(xié)助實現(xiàn)政府決策，有效應對各種突發(fā)事件。8.3.5大數(shù)據(jù)的影響2.大數(shù)據(jù)成為提升國家治理能力的新途徑

政府可以透過大數(shù)據(jù)揭示政治、經(jīng)濟、社會事務中傳統(tǒng)技術(shù)難以展現(xiàn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并對事物的發(fā)展趨勢做出準確預判，從而在復雜情況下做出合理、優(yōu)化的決策；大數(shù)據(jù)是促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型增長的新引擎，大數(shù)據(jù)與實體經(jīng)濟深度融合，將大幅度推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、催生新業(yè)態(tài)，同時，對大數(shù)據(jù)的采集、管理、交易、分析等業(yè)務也正在成長為巨大的新興市場；大數(shù)據(jù)是提升社會公共服務能力的新手段，通過打通各政府、公共服務部門的數(shù)據(jù)，促進數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)共享，將有效促進行政審批事務的簡化，提高公共服務的效率，更好地服務民生，提升人民群眾的獲得感和幸福感。8.3.5大數(shù)據(jù)的影響3．大數(shù)據(jù)應用促進信息技術(shù)與各行業(yè)的深度融合

有專家指出，大數(shù)據(jù)將會在未來10年改變幾乎每一個行業(yè)的業(yè)務功能?；ヂ?lián)網(wǎng)、銀行、保險、交通、材料、能源、服務等行業(yè)領(lǐng)域，不斷累積的大數(shù)據(jù)將加速推進這些行業(yè)與信息技術(shù)的深度融合，開拓行業(yè)發(fā)展的新方向。比如，大數(shù)據(jù)可以幫助快遞公司選擇運費成本最低的最佳行車路徑，協(xié)助投資者選擇收益最大化的股票投資組合，輔助零售商有效定位目標客戶群體，幫助互聯(lián)網(wǎng)公司實現(xiàn)廣告精準投放，還可以讓電力公司做好配送電計劃確保電網(wǎng)安全等?？傊?，大數(shù)據(jù)所觸及的每個角落，我們的社會生產(chǎn)和生活都會因之而發(fā)生巨大而深刻的變化。8.3.5大數(shù)據(jù)的影響4.大數(shù)據(jù)開發(fā)推動新技術(shù)和新應用的不斷涌現(xiàn)

大數(shù)據(jù)的應用需求，是大數(shù)據(jù)新技術(shù)開發(fā)的源泉。在各種應用需求的強烈驅(qū)動下，各種突破性的大數(shù)據(jù)技術(shù)將被不斷提出并得到廣泛應用，數(shù)據(jù)的能量也將不斷得到釋放。在不遠的將來，原來那些依靠人類自身判斷力的領(lǐng)域應用，將逐漸被各種基于大數(shù)據(jù)的應用所取代。比如，今天的汽車保險公司，只能憑借少量的車主信息，對客戶進行簡單類別劃分，并根據(jù)客戶的汽車出險次數(shù)給予相應的保費優(yōu)惠方案，客戶選擇哪家保險公司都沒有太大差別。隨著車聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，“汽車大數(shù)據(jù)”將會深刻改變汽車保險業(yè)的商業(yè)模式，如果某家商業(yè)保險公司能夠獲取客戶車輛的相關(guān)細節(jié)信息，并利用事先構(gòu)建的數(shù)學模型對客戶等級進行更加細致的判定，給予更加個性化的“一對一”優(yōu)惠方案，那么，毫無疑問，這家保險公司將具備明顯的市場競爭優(yōu)勢，獲得更多客戶的青睞。8.4云計算

云計算的概述云計算的特點

云計算的交付模型云計算的應用

云計算的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)8.4.1云計算的概述

云計算（CloudComputing）是分布式計算的一種，指的是通過網(wǎng)絡“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后，通過多部服務器組成的系統(tǒng)進行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。通過這項技術(shù)，網(wǎng)絡服務提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，達到處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息，達到和“超級計算機”同樣強大效能的網(wǎng)絡服務?！霸啤睂嵸|(zhì)上就是一個網(wǎng)絡，狹義上講，云計算就是一種提供資源的網(wǎng)絡，使用者可以隨時獲取“云”上的資源，按需求量使用，并且可以看成是無限擴展的，只要按使用量付費就可以，“云”就像自來水廠一樣，我們可以隨時接水，并且不限量，按照自己家的用水量，付費給自來水廠就可以。

從廣義上說，云計算是與信息技術(shù)、軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的一種服務，這種計算資源共享池叫做“云”，云計算把許多計算資源集合起來，通過軟件實現(xiàn)自動化管理，只需要很少的人參與，就能讓資源被快速提供。也就是說，計算能力作為一種商品，可以在互聯(lián)網(wǎng)上流通，就像水、電、煤氣一樣，可以方便地取用，且價格較為低廉。8.4.1云計算的概述

總之，云計算不是一種全新的網(wǎng)絡技術(shù)，而是一種全新的網(wǎng)絡應用概念，云計算的核心概念就是以互聯(lián)網(wǎng)為中心，在網(wǎng)站上提供快速且安全的云計算服務與數(shù)據(jù)存儲，讓每一個使用互聯(lián)網(wǎng)的人都可以使用網(wǎng)絡上的龐大計算資源與數(shù)據(jù)中心。

云計算是繼互聯(lián)網(wǎng)、計算機后在信息時代又一種新的革新，云計算是信息時代的一個大飛躍，未來的時代可能是云計算的時代。概括來說，云計算的基本含義是一致的，即云計算具有很強的擴展性和需要性，可以為用戶提供一種全新的體驗，云計算的核心是可以將很多的計算機資源協(xié)調(diào)在一起，因此，使用戶通過網(wǎng)絡就可以獲取到無限的資源，同時獲取的資源不受時間和空間的限制。8.4.1云計算的概述云計算的組成可以分為6個部分：（1）云基礎(chǔ)設施（InfrastructureasaService，IaaS）：是經(jīng)過虛擬化后的硬件資源和相關(guān)管理功能的集合，對內(nèi)通過虛擬化技術(shù)對物理資源進行抽象，對外提供動態(tài)、靈活的資源服務，包括計算機基礎(chǔ)設施（如計算、網(wǎng)絡等）和虛擬化的平臺環(huán)境等。（2）云存儲：即將數(shù)據(jù)存儲作為一項服務（類似數(shù)據(jù)庫的服務），通常以使用的存儲量為結(jié)算基礎(chǔ)。負責將數(shù)據(jù)存儲在云端，使其可以隨時隨地被訪問到。云存儲可容納的數(shù)據(jù)量遠大于本地硬盤。（3）云平臺（PlatformasaService，PaaS）：直接提供計算平臺和解決方案作為服務，以方便應用程序部署，從而幫助用戶節(jié)省購買和管理底層硬件和軟件的成本。8.4.1云計算的概述（4）云應用：最終用戶利用云軟件架構(gòu)獲得軟件服務，用戶不再需要在自己的計算機上安裝和運行該應用程序，從而減輕軟件部署、維護和售后支持的負擔。（5）云服務：云架構(gòu)中的硬件、軟件等各類資源都通過服務的形式提供。這些服務可通過訪問其他云計算部件來直接和最終用戶通信。（6）云客戶端：主要指為使用云服務的硬件設備（臺式機、筆記本電腦、手機、平板電腦等）和軟件系統(tǒng)（如瀏覽器等）。8.4.2云計算的特點

云計算的可貴之處在于高靈活性、可擴展性和高性比等，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡應用模式相比，其具有如下優(yōu)勢與特點：1.虛擬化技術(shù)

虛擬化突破了時間、空間的界限，是云計算最為顯著的特點，虛擬化技術(shù)包括應用虛擬和資源虛擬兩種。眾所周知，物理平臺與應用部署的環(huán)境在空間上是沒有任何聯(lián)系的，正是通過虛擬平臺對相應終端操作完成數(shù)據(jù)備份、遷移和擴展等。2.動態(tài)可擴展

云計算具有高效的運算能力，在原有服務器基礎(chǔ)上增加云計算功能，能夠使計算速度迅速提高，最終實現(xiàn)動態(tài)擴展虛擬化的層次達到對應用進行擴展的目的。8.4.2云計算的特點4.靈活性高

目前市場上大多數(shù)IT資源、軟、硬件都支持虛擬化，比如存儲網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)和開發(fā)軟、硬件等。虛擬化要素統(tǒng)一放在云系統(tǒng)資源虛擬池當中進行管理，可見云計算的兼容性非常強，不僅可以兼容低配置機器、不同廠商的硬件產(chǎn)品，還能夠外設獲得更高性能計算。5.可靠性高

倘若服務器故障也不影響計算與應用的正常運行。因為單點服務器出現(xiàn)故障可以通過虛擬化技術(shù)將分布在不同物理服務器上面的應用進行恢復或利用動態(tài)擴展功能部署新的服務器進行計算。8.4.2云計算的特點6.性價比高

將資源放在虛擬資源池中統(tǒng)一管理在一定程度上優(yōu)化了物理資源，用戶不再需要昂貴、存儲空間大的主機，可以選擇相對廉價的PC組成云，一方面減少費用，另一方面計算性能不遜于大型主機。7.可擴展性

用戶可以利用應用軟件的快速部署條件來更為簡單快捷的將自身所需的已有業(yè)務以及新業(yè)務進行擴展。如，計算機云計算系統(tǒng)中出現(xiàn)設備的故障，對于用戶來說，無論是在計算機層面上，亦或是在具體運用上均不會受到阻礙，可以利用計算機云計算具有的動態(tài)擴展功能來對其他服務器開展有效擴展。這樣一來就能夠確保任務得以有序完成。在對虛擬化資源進行動態(tài)擴展的情況下，同時能夠高效擴展應用，提高計算機云計算的操作水平。8.4.3云計算的交付模型1.軟件即服務（SaaS）

通過互聯(lián)網(wǎng)提供按需軟件付費應用程序，云計算提供商托管和管理軟件應用程序，并允許其用戶連接到應用程序并通過全球互聯(lián)網(wǎng)訪問應用程序。即按需使用軟件、按需付費。跟購買程序無關(guān)，該服務運行在云端，無需在PC上安裝軟件。云端運行該服務一個或多個實例供多個最終用戶使用，云計算大大降低企業(yè)軟件運行成本。比如網(wǎng)盤、網(wǎng)上沖浪服務等。使用對象：用戶。優(yōu)點：可以通過任何平臺訪問、無需關(guān)心在什么網(wǎng)絡環(huán)境。非常適合協(xié)同辦公。缺點：云服務是面對所有用戶，比如：瀏覽器兼容性可能導致不能使用某些服務。8.4.3云計算的交付模型2.平臺及服務（PaaS）

為開發(fā)人員提供通過全球互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建應用程序和服務的平臺，把服務器平臺或者開發(fā)環(huán)境作為一種服務提供的商業(yè)模式。提供開發(fā)環(huán)境/平臺，編程語言、操作系統(tǒng)、web服務器和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，用戶可在其中構(gòu)建、編譯、運行程序無需擔心其基礎(chǔ)架構(gòu)。當今面對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務量和用戶量劇增，PaaS是企業(yè)需要著重建設的部分。常見的公有云有有阿里云，騰訊云、亞馬遜云等。使用對象：開發(fā)人員。優(yōu)點：快速開發(fā)部署、彈性擴容、持續(xù)交付。缺點：開發(fā)人員僅限于使用PaaS提供的語言和工具，如果前期使用裸金屬服務器部署，后期遷移到云，可能會有一定難度和適應期。8.4.3云計算的交付模型3.基礎(chǔ)設施即服務（IaaS）

將簡單操作系統(tǒng)和儲存功能作為一項服務來提供，該服務提供了計算機體系架構(gòu)和基礎(chǔ)服務，提供了所有云計算資源供直接訪問使用，比如數(shù)據(jù)存儲、虛擬化服務、服務器和網(wǎng)絡等。使用對象：企業(yè)管理員。優(yōu)點：云提供了基礎(chǔ)架構(gòu)和服務、增強了可擴展性、動態(tài)按需擴展。缺點：集群規(guī)模增大后會出現(xiàn)安全問題和網(wǎng)絡服務延遲。8.4.4云計算的應用1.存儲云

存儲云，又稱云存儲，是在云計算技術(shù)上發(fā)展起來的一個新的存儲技術(shù)。云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。用戶可以將本地的資源上傳至云端上，可以在任何地方連入互聯(lián)網(wǎng)來獲取云上的資源。大家所熟知的谷歌、微軟等大型網(wǎng)絡公司均有云存儲的服務，在國內(nèi)，百度云和微云則是市場占有量最大的存儲云。存儲云向用戶提供了存儲容器服務、備份服務、歸檔服務和記錄管理服務等等，大大方便了使用者對資源的管理。2.醫(yī)療云

醫(yī)療云，是指在云計算、移動技術(shù)、多媒體、5G通信、大數(shù)據(jù)、以及物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合醫(yī)療技術(shù)，使用“云計算”來創(chuàng)建醫(yī)療健康服務云平臺，實現(xiàn)了醫(yī)療資源的共享和醫(yī)療范圍的擴大。因為云計算技術(shù)的運用于結(jié)合，醫(yī)療云提高醫(yī)療機構(gòu)的效率，方便居民就醫(yī)。像現(xiàn)在醫(yī)院的預約掛號、電子病歷、醫(yī)保等等都是云計算與醫(yī)療領(lǐng)域結(jié)合的產(chǎn)物，醫(yī)療云還具有數(shù)據(jù)安全、信息共享、動態(tài)擴展、布局全國的優(yōu)勢。8.4.4云計算的應用3.金融云

金融云，是指利用云計算的模型，將信息、金融和服務等功能分散到龐大分支機構(gòu)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)“云”中，旨在為銀行、保險和基金等金融機構(gòu)提供互聯(lián)網(wǎng)處理和運行服務，同時共享互聯(lián)網(wǎng)資源，從而解決現(xiàn)有問題并且達到高效、低成本的目標。在2013年11月27日，阿里云整合阿里巴巴旗下資源并推出來阿里金融云服務。其實，這就是現(xiàn)在基本普及了的快捷支付，因為金融與云計算的結(jié)合，現(xiàn)在只需要在手機上簡單操作，就可以完成銀行存款、購買保險和基金買賣?，F(xiàn)在，不僅僅阿里巴巴推出了金融云服務，像蘇寧金融、騰訊等等企業(yè)均推出了自己的金融云服務。4.教育云

教育云，實質(zhì)上是指教育信息化的一中發(fā)展。具體的，教育云可以將所需要的任何教育硬件資源虛擬化，然后將其傳入互聯(lián)網(wǎng)中，以向教育機構(gòu)和學生老師提供一個方便快捷的平臺?，F(xiàn)在流行的慕課就是教育云的一種應用。慕課MOOC，指的是大規(guī)模開放的在線課程?，F(xiàn)階段慕課的三大優(yōu)秀平臺為Coursera、edX以及Udacity，在國內(nèi)，中國大學MOOC也是非常好的平臺。在2013年10月10日，清華大學推出來MOOC平臺——學堂在線，許多大學現(xiàn)已使用學堂在線開設了一些課程的MOOC。8.4.5云計算的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)1.云計算的優(yōu)勢（1）成本節(jié)約：云計算可以顯著降低硬件、軟件和維護成本。用戶不需要購買昂貴的設備和軟件，而是可以按照使用量付費租用它們。這可以為企業(yè)和個人節(jié)省大量資金，特別是如果他們不需要經(jīng)常使用設備或軟件。（2）便利性：云計算允許用戶通過互聯(lián)網(wǎng)從任何地方訪問他們的數(shù)據(jù)和軟件。這意味著人們可以在家工作，旅途中工作，或者在任何其他地方工作。它還允許不同地點的多個用戶之間進行協(xié)作。（3）可擴展性：云計算具有高度可擴展性，用戶可以根據(jù)需要輕松增加或減少他們的計算資源。這對于在需求高峰期經(jīng)驗到季節(jié)性需求的企業(yè)特別有用，因為他們可以在繁忙時期擴大規(guī)模，在低峰期縮小規(guī)模。（4）靈活性：云計算具有高度靈活性，用戶可以選擇所需的服務，并按需付費。這允許更大的定制和服務針對個人需求進行設計。8.4.5云計算的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)2.云計算所面臨的挑戰(zhàn)（1）數(shù)據(jù)安全和隱私：云計算最大的問題是數(shù)據(jù)安全和隱私。因為云計算平臺特別是公共云計算平臺的一個重要特征就是開放性，各種應用整合在一個平臺上，隨著組織在全球范圍內(nèi)采用云計算，風險變得比以往任何時候都更嚴重，大量的消費者和商業(yè)數(shù)據(jù)可供黑客入侵。對于數(shù)據(jù)泄露和數(shù)據(jù)完整性的擔心都是云計算平臺要解決的問題。（2）云遷移：云遷移意味著將數(shù)據(jù)、服務、應用程序、系統(tǒng)和其他信息或資產(chǎn)從本地遷移到云。這個過程使計算能力能夠在云基礎(chǔ)設施上而不是在內(nèi)部設備上進行。當一個企業(yè)想要將現(xiàn)有數(shù)據(jù)從一個云上遷移到另一個云上時，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上還是會面對數(shù)據(jù)不兼容等各種問題，使遷移非常困難。（3）控制力低：用戶對云計算中使用的硬件和軟件控制有限。這可能使得定制服務以滿足特定需求或解決技術(shù)問題變得困難。8.5區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈的概述區(qū)塊鏈的特征區(qū)塊鏈的核心技術(shù)區(qū)塊鏈的應用領(lǐng)域區(qū)塊鏈發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)8.5.1

區(qū)塊鏈的概述

區(qū)塊鏈（blockchain）是用分布式數(shù)據(jù)庫識別、傳播和記載信息的智能化對等網(wǎng)絡，也稱為價值因特網(wǎng)。狹義區(qū)塊鏈是按照時間順序，將數(shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)驗證與存儲數(shù)據(jù)，利用分布式節(jié)點共識算法生成和更新數(shù)據(jù)，利用密碼學的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約，編程和操作數(shù)據(jù)的全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式。

區(qū)塊鏈起源于比特幣，2008年11月1日，中本聰（SatoshiNakamoto）在《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》一文中闡述了基于P2P網(wǎng)絡技術(shù)、加密技術(shù)、時間戳技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的構(gòu)架理念，這標志著比特幣的誕生。兩個月后理論步入實踐，2009年1月3日第一個序號為0的創(chuàng)世區(qū)塊誕生。2009年1月9日出現(xiàn)序號為1的區(qū)塊，并與序號為0的創(chuàng)世區(qū)塊相連接形成了鏈，標志著區(qū)塊鏈的誕生。8.5.1

區(qū)塊鏈的概述

區(qū)塊鏈是由一串使用密碼學方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊組成的，每一個區(qū)塊都包含了上一個區(qū)塊的哈希值（hash），從創(chuàng)始區(qū)塊（genesisblock）開始連接到當前區(qū)塊，形成塊鏈。每一個區(qū)塊都確保按照時間順序在上一個區(qū)塊之后產(chǎn)生，否則前一個區(qū)塊的哈希值是未知的。這些特征使得比特幣的雙花（double-spending）非常困難。區(qū)塊鏈是比特幣的核心創(chuàng)新。8.5.1

區(qū)塊鏈的概述區(qū)塊鏈的類型可分為以下幾種：（1）公共區(qū)塊鏈：公共區(qū)塊鏈（PublicBlockChains）沒有訪問限制。任何有互聯(lián)網(wǎng)連接的人都可以向其發(fā)送交易并成為驗證者（參與執(zhí)行共識協(xié)議）。通常，此類網(wǎng)絡為那些加入?yún)^(qū)塊鏈節(jié)點的人提供經(jīng)濟激勵，并利用某種類型的權(quán)益證明或工作證明算法。（2）私有區(qū)塊鏈：私有區(qū)塊鏈（PrivateBlockChains）需獲得許可，除非網(wǎng)絡管理員的邀請，否則無法加入。參與者和驗證者訪問受到限制。那些對區(qū)塊鏈技術(shù)感興趣但對公有區(qū)塊鏈提供的控制水平不滿意的公司而言，這種類型的區(qū)塊鏈可以被視為中間地帶。通常，它們尋求將區(qū)塊鏈納入其會計和記錄保存程序，但不會犧牲自主權(quán)并冒著將敏感數(shù)據(jù)暴露給公共互聯(lián)網(wǎng)的風險。（3）行業(yè)區(qū)塊鏈：行業(yè)區(qū)塊鏈（ConsortiumBlockChains）通常被認為是半分散的。由某個群體內(nèi)部指定多個預選的節(jié)點為記賬人，每個塊的生成由所有的預選節(jié)點共同決定（預選節(jié)點參與共識過程），其他接入節(jié)點可以參與交易，但不過問記賬過程（本質(zhì)上還是托管記賬，只是變成分布式記賬，預選節(jié)點的多少，如何決定每個塊的記賬者成為該區(qū)塊鏈的主要風險點），其他任何人可以通過該區(qū)塊鏈開放的API進行限定查詢。8.5.1

區(qū)塊鏈的概述

一般說來，區(qū)塊鏈系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。其中，數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊以及相關(guān)的數(shù)據(jù)加密和時間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本算法；網(wǎng)絡層則包括分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制等；共識層主要封裝網(wǎng)絡節(jié)點的各類共識算法；激勵層將經(jīng)濟因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來，主要包括經(jīng)濟激勵的發(fā)行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎(chǔ)；應用層則封裝了區(qū)塊鏈的各種應用場景和案例。該模型中，基于時間戳的鏈式區(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式節(jié)點的共識機制、基于共識算力的經(jīng)濟激勵和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具代表性的創(chuàng)新點。8.5.2區(qū)塊鏈的特征1.去中心化

由于使用分布式核算和存儲，區(qū)塊鏈體系不存在中心化的硬件或管理機構(gòu)，因此任意節(jié)點的權(quán)利和義務都是均等的，各個節(jié)點實現(xiàn)信息自我驗證、傳遞和管理，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊由整個系統(tǒng)中具有維護功能的節(jié)點來共同維護。2.開放性

系統(tǒng)是開放的，除交易各方的私有信息被加密之外，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)對所有人公開，任何人都可以通過公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和開發(fā)相關(guān)應用，因此整個系統(tǒng)信息高度透明。3.自治性

區(qū)塊鏈采用基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議（如一套公開透明的算法）使得整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點能夠在去信任的環(huán)境中自由安全的交換數(shù)據(jù)，整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)不依賴其他第三方，所有節(jié)點能夠在系統(tǒng)內(nèi)自動安全地驗證、交換數(shù)據(jù)，不需要任何人為的干預。8.5.2區(qū)塊鏈的特征4.安全性

一旦信息經(jīng)過驗證并添加至區(qū)塊鏈，就會永久的存儲起來，除非能夠同時控制系統(tǒng)中超過51%的節(jié)點，否則單個節(jié)點上對數(shù)據(jù)庫的修改是無效的，這使區(qū)塊鏈本身變得相對安全，避免了主觀人為的數(shù)據(jù)變更。5.匿名性

由于節(jié)點之間的交換遵循固定的算法，其數(shù)據(jù)交互是無須信任的（區(qū)塊鏈中的程序規(guī)則會自行判斷活動是否有效），因此交易對手無須通過公開身份的方式讓對方對自己產(chǎn)生信任，除非有法律規(guī)范要求，單從技術(shù)上來講，各區(qū)塊節(jié)點的身份信息不需要公開或驗證，信息傳遞可以匿名進行。6.可靠性

區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)保存多個副本，任何節(jié)點的故障都不會影響數(shù)據(jù)的可靠性。共識機制使得修改大量區(qū)塊