第1章_信息科学概论

信息科学与技术基础 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 2 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 3 第一章信息科学概论 在1948年和1949年 美国著名数学家 贝尔实验室电话研究所的香农 C E Shannon 博士连续发表了两篇著名的论文 即 通信的数学理论 和 在噪声中的通信 他提出了信息量的概念和信息熵 entropy 的计算方法 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 4 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 5 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 6 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 7 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 8 1940年香农在MIT获得数学博士学位 而他的博士论文是关于人类遗传学的 题目是 AnAlgebraforTheoreticalGenetics 理论遗传学的代数学 1938年香农在MIT获得电气工程硕士学位 硕士论文题目是 ASymbolicAnalysisofRelayandSwitchingCircuits 继电器与开关电路的符号分析 即把布尔代数的 真 与 假 和电路系统的 开 与 关 对应起来 并用1和0表示 于是他用布尔代数分析并优化开关电路 这就奠定了数字电路的理论基础 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 9 中国古代的二进制思想 易经 是通过卦爻 Y o 研究日月天地之间变化与人的关系 爻是二进制的位 分阴阳二位 卦是通过爻组合而成的二进制数 易经 系辞上说 易有太极 是生两仪 两仪生四象 四象生八卦 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 10 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 11 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 12 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 13 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 14 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 15 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 16 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 17 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 18 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 19 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 20 1 1信息与信息科学概述1 1 1信息的基本概念对于信息的定义有很多种 基于本体论的信息概念是 信息依赖于事物而客观存在 是能够反映事物特征与内容的东西 1 数据数据是记录下来可以鉴别的符号 它可以通过语言 文字 符号 图形 声音 光 电等来记录客观事物的存在状态 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 21 2 信息 1 信息的定义广义地讲 信息是经过加工后的数据 是可以用来通信的知识 它对接收者的行为能产生影响 对接收者的决策具有价值 3 信息的分类按照不同的分类方式 信息有如下的分类 1 按产生机制分类为 自然信息与社会信息 2 按感知方式分类为 直接信息与间接信息 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 22 3 按动静状态分类为 动态信息与静态信息 4 按外化结果分类为 有记录信息与无记录信息 5 按加工顺序分类为 一次信息 二次信息 多次信息等 6 按反映形式分类为 数字信息 图像信息 光信息等4 信息与消息 情报 知识等概念的区别与联系 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 23 1 消息是信息的一种反映形式 信息是消息的实际内容 而且 不同的消息中包含的信息量是不同的 有的消息中包含的信息量大一些 有的小一些 有的消息中甚至不包含信息 不包含信息的消息实际上是非真实的 因为信息的客观性不存在了 信息的概念就不成立了 2 情报 是指有目的 有时效 经过传递获取的具有特定价值的特殊的情况报道或资料整理 抽取的结果 信息的范围要比情报广泛得多 可以说所有的情报都是信息 但不能说所有的信息都是情报 3 知识 是人类社会实践经验的总结 是人的主观世界对于客观世界的概括和反映 信息也不等于知识 有的信息有丰富的知识内容 有的信息就没有什么知识内容 信息经过加工处理才能形成知识 因此 知识是信息的高级形态 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 24 1 1 2信息的生命周期理论我们将信息从感官系统获取开始 经过传输神经传递到大脑 在大脑中加工处理并形成知识 最后传递给执行机构 促进正确的行为的全过程叫做信息的生命周期 图1 1所示 信息生命周期 理论 十分客观而准确的表述了信息从被获取开始 直到施效这样一个被人类利用的完整过程 这个过程中的各个环节实际上又是当今信息科学与技术研究与发展的重要的关键点 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 25 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 26 1 1 3信息的作用 特征与价值1 信息的作用认知 人们需要通过信息来学习知识 进行科研与创新 了解与掌握客观世界 改造客观世界 管理 对人与组织运行状态信息的掌握与分析 进行决策所依据信息的程度成了现代管理水平的重要标准 它是企业要管理的主要的内部资源之一 控制 对生产活动的控制 对经济活动的控制 都离不开信息的及时反馈 通过对这些活动的控制 使信息转化成财富 交流与娱乐 人们生活中的交流 各种大众传播媒体 以及娱乐活动都要通过信息来传递 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 27 2 信息的特征信息是可存储与传递的 信息是可获取及识别的 信息是可加工且具有知识的含义的 信息是普遍存在并且是无限的 3 信息与物质 能量的关系信息 物质和能源是人类社会资源的三大支柱 物质 能源和信息构成 三位一体 相辅相成 缺一不可 随着社会经济的发展 人类对信息资源的依赖程度越来越高 而对物质资源和能源资源的依赖程度则相对降低 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 28 4 信息的价值信息可以提高人类行为的目的性与效率 信息可以变成知识 知识作为生产力的基础 具有价值 获取信息需要成本 信息获取往往需要付出劳动或者投入设备等 信息具有娱乐功能 人类自身对信息的需求无时不在 特别是对于娱乐信息的需要 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 29 1 1 4 信息论 浅析香农在 通信的数学理论 和 在噪声中的通信 论文中提出的通信系统模型 如图1 2所示 定义了信源 信息的源泉 发信者 信道 信息传输通道 和信宿 信息的归宿 收信者 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 30 1 信源就是发出消息的来源2 信息传递必然要有传输通道3 信宿就是信息接收者4 编码即把信息变换为信号的措施5 噪声即信息在信道中传输时所受到的干扰6 译码即把信道输出的编码信号进行反变换 其过程类似于语言翻译过程7 举例8 用信息论的基本思想解释社会问题的例子 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 31 1 1 5信息科学的有关理论1 信息科学的相关理论基础 系统论与控制论 1 系统论系统论是以一般系统为研究对象的理论 系统论的主要创立者是贝特郎菲 贝特郎菲抽象出了 系统 这个概念 即系统是由各个要素构成的 完成特定功能的实体 系统科学研究的范畴是由要素 结构 系统 功能 环境构成的系统五位一体的关系 系统一般都具有三个基本的组成部分 输入部分 加工部分 输出部分 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 32 2 控制论所谓控制 是指施控主体对受控客体的一种能动作用 控制作为一种作用 至少要有作用者 即施控主体 与被作用者 即受控客体 以及作用的传递者 即控制媒介 这样三个因素 这三个组成部分组成一个整体 相对于某种环境而言 具有控制的功能 这就被称为控制系统 信息论与控制论以及系统论的结合构成了相对完整的信息理论体系 逐步形成现代信息科学的基础 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 33 3 信息科学信息科学不同于信息论 信息论是利用数理统计方法研究信息度量 传递和变换规律的学科 而信息科学是研究不同领域里有关信息的收集 加工 存储 传递以及使用的学科 其范围比香农的通信领域要广范得多 信息科学具有独特研究对象和全新的研究内容 概括起来 以信息作为主要研究对象 以信息的运动规律作为主要研究内容 以信息方法论作为主要研究方法 这是信息科学区别于一切传统科学的最根本的特征 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 34 信息科学本身是一个学科群 这个学科群是由信息理论科学 信息技术科学和信息应用科学三个层次构成的完整体系 信息技术是人们开发利用信息资源的主要手段 信息资源管理和管理信息系统等是信息应用科学在管理领域中的体现 图1 3是信息科学的层次示意图 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 35 1 2信息管理科学概述1 2 1信息与管理1 管理的概念管理是通过计划 组织 指挥 协调 控制等基本管理功能 有效地利用人力 财力 物力 设备 技术 信息诸种因素 促使它们密切配合 发挥它们最高的效率 以达到预期的目标 2 管理思想的演变过程就管理科学 广义 自身的发展而言 大体可分为科学管理理论 行为科学理论和当代管理理论三个阶段 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 36 3 信息管理课题的提出构成一个管理系统的两个基本部分是管理者和被管理对象 而建立管理者与被管理对象之间联系的正是信息 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 37 1 2 2信息资源的概念与作用1 资源的概念资源是指在自然界和人类社会生活中一种可以用来创造物质财富和精神财富 并且具有一定量积累的客观存在形式 信息也是一种重要的资源 1 狭义信息资源 2 广义信息资源2 信息资源的独有特征共享性 不可分性 不同一性 驾驭性 动态性3 有效开发利用信息资源的意义 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 38 1 2 3信息管理科学概要1 信息管理的发展历程第一个管理时期是传统管理时期 第二个管理时期是技术管理时期 第三个管理时期是资源管理时期 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 39 2 现代信息管理的发展趋势 1 信息管理从手工管理向自动化 网络化 数字化的方向发展 2 信息管理从单纯管理信息本身向管理与信息活动有关资源的方向发展 3 信息管理从分散 孤立 局部地解决问题走向系统 整体 全局地解决问题 4 信息管理从以收集和存储为主向以传递和检索为主的方向转变 5 信息管理从辅助性配角地位向决策性主角地位转变 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 40 1 2 4信息管理科学的有关原理要了解一门科学的概貌 就需要掌握一门科学的基本原理 信息管理科学面对信息这样一个管理对象 有如下的几个基本原理来支撑这门科学的方法与技术手段 1 信息管理的增值原理 1 信息集成增值 2 信息的序化增值 3 信息的开发增值2 信息管理的服务原理3 信息管理的增效原理4 市场调节原理 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 41 1 2 5利用信息管理科学的基本原理使信息增值的案例 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 42 1 3信息的采集 组织与检索1 3 1信息的采集1 信息采集和转换2 信息的选择和采集3 信息采集方法举要1 3 2信息的组织 信息污染 信息爆炸 等现象给人类提出了两个问题 其一 知识和信息的海量性和无限性与人的精力 时间的有限性形成了尖锐的矛盾 其二 知识和信息的无序性和污染性与人类使用的选择性也形成了尖锐的对立 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 43 信息组织是信息资源管理的基本范畴之一 是信息资源建设的中心环节 是建立信息系统的重要条件 是信息检索与咨询的基础 是开展用户服务的有力保证 正是由于信息组织在信息资源开发领域中所处的至关重要地位及其在信息管理科学中所起的承上启下的作用 所以 深入研究与解决关于信息组织的系列问题是十分必要的 1 信息组织的专业含义2 信息组织的基本专业要求与目的 1 信息组织的基本专业要求 信息内容有序化 信息流向明确化 信息流速适度化 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 44 2 信息组织的专业目的 减少社会信息流的混乱程度 提高信息产品的质量和价值 建立信息产品与用户的联系 节省社会信息活动的总成本 3 信息组织的原理信息组织是一个序化过程 这个过程通常可分为两个阶段 即序化阶段和优化阶段 信息的序化是按照一定的方法将无序的信息组织成为有序信息的过程 它又包含两层意义 一是把没有必然内在联系的信息 为了利用和管理上的方便而加以组织 二是把本质上具有必然内在联系的信息 按照其自身的客观逻辑结构加以组织 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 45 4 信息组织系统信息组织系统是指通过对信息的收集 处理 存储 传递和交流 从而实现信息从信息源到信息接受者的职能系统 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 46 1 3 3信息的检索信息检索是信息组织的反变换过程 信息组织的目的是将零散的信息组成一个有序的体系 信息检索的目的则是迅速地从这个体系中搜寻用户所需的信息 信息检索就是一种搜索过程 这也是一种广泛的社会活动 1 信息检索方法与技术信息检索方法是依据用户提问特征查寻所需文献 事实或数据的途径和步骤的总称 信息检索技术是应用于提问与文献表示的匹配比较的技术 依据检索文献集合及其所用的标引方法的特性 又可分为准确匹配技术和局部匹配 个体匹配和网络匹配 技术两大类 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 47 1 4社会信息化1 4 1信息服务与信息市场1 信息服务业信息服务业构成分为如下5个大类 1 信息提供业 2 信息处理业 3 软件开发与服务业 4 系统集成服务业 5 咨询业及其他 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 48 信息资源传播和服务的方式大体可归入3种类型 一是基于信息检索的传播和服务 或称信息资源提供服务 二是基于信息资源开发的传播和服务 或称信息咨询服务 三是基于现代信息网络技术的网络信息资源提供和开发服务 这是前两类服务方式在网络环境中的集成与统一 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 49 2 作为信息资源宏观管理重要手段的信息市场信息市场的概念一般有广义和狭义两种 广义 信息市场是指信息交换关系的总和 其中包括信息商品交易的场所和信息商品的交换 流通或信息贸易 狭义 把信息市场仅视为信息商品交易的场所 即指具体的有形市场 目前在学术研究和实践领域 统计部门中 人们越来越倾向于使用广义的信息市场概念 发育成熟的信息市场具备以下功能 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 50 1 4 2信息产业与信息经济1 信息产业的概念我国的信息产业是指信息产品制造业 通信网络运营业 软件业和信息服务业等的总称 广义的信息产业可以包括一切与信息内容的处理直接相关的领域 即除了上述各个领域之外还包括信息科学技术人才的教育与培训 信息科学技术的研究与开发 各种领域的信息处理 各种媒体等等 狭义的信息产业则主要包含信息系统设备制造业和通信网络运营业 泽尔科斯基的认识 从内容出发界定了信息产业的8个部分 前3部分为信息内容业务 后5部分为信息技术业务 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 51 2 信息经济的概念 1 信息经济的定义信息经济是以信息资源为表征性资源 以智能工具为表征性社会生产工具 以信息时代社会生产力为表征性社会生产力的经济 2 信息经济的特征信息经济与工业经济相比 最本质的特征就是以知识和信息生产为主 信息经济与信息技术 信息产业的发展密切相关 信息经济最突出的标志就是信息产业在国民经济中所占的比重较高 增长较快 信息产业从业人数在全社会从业人数中所占比例较大 信息产品的价值构成中信息资源成分所占的比重较多 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 52 1 4 3社会信息化与信息社会1 信息化的定义信息化是以先进的信息技术广泛应用为主导 信息资源为核心 信息网络为基础 信息产业为支撑 信息人才为依托 法规 政策 标准为保障的综合体系 2 国家信息化国家信息化体系构成的六个要素 信息技术应用 信息资源 信息网络 信息技术和产业 信息化人才 信息化政策法规和标准规范 国家信息化的要素关系如图1 7所示 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 53 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 54 3 社会信息化社会信息化就是通过信息化手段 加快教育 科研 医疗卫生 新闻与文化 社会保障 城市与社区等各个社会领域现代化的进程 4 信息社会它的社会生产工具状况是 以信息网络为基本形态的智能工具 它的社会生产力的性质是 劳动者利用智能工具认识 开发和利用各种资源 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 55 1 4 4信息社会带来的历史变革1 信息社会带来的新问题 1 侵犯公民的人身权 2 侵犯公民的财产权 3 侵犯知识产权2 信息社会中的公民道德与法律3 信息社会中法律新的内涵出版 知识产权 国家主权 签名 证据 电子商务 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 56 1 5信息安全1 5 1信息安全的基本概念信息社会的安全保障体系是一项系统工程 它是一个多维 多层次 多因素 多目标的体系 1 5 2信息安全的目标信息安全的目标是保护信息的机密性 完整性 抗否认性和可用性 也有观点认为是机密性 完整性和可用性 1 5 3信息安全的研究内容信息安全是一门交叉学科 涉及多方面的理论和应用知识 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 57 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 58 1 密码理论密码理论是信息安全的基础 信息安全的机密性 完整性和抗否认性都依赖于密码算法 2 数据加密数据加密算法是一种数学变换 在选定参数 密钥 的参与下 将信息从易于理解的明文加密为不易理解的密文 同时也可以将密文解密为明文 3 消息摘要消息摘要算法也是一种数学变换 通常是单向 不可逆 的变换 它将不定长度的信息变换为固定长度的摘要 信息的任何改变都能引起摘要面目全非 因而可以通过消息摘要检测消息是否被篡改 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 59 4 数字签名数字签名主要是消息摘要和非对称加密算法的组合应用 5 密钥管理密码算法是可以公开的 但密钥必须严格保护 如果非授权用户获得加密算法和密钥 则很容易破解或伪造密文 加密也就失去了意义 6 身份认证身份认证是指验证用户身份与其所声称的身份是否一致的过程 最常见的身份认证是口令认证 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 60 7 授权和访问控制授权和访问控制是两个相互密切联系的概念 常常替换使用 8 审计追踪审计是指对用户的行为进行记录 分析和审查 以确认操作的历史行为 追踪则有追查的意思 通过审计结果追查用户的全程行踪 9 安全协议安全协议指构建安全平台时所使用的与安全防护有关的协议 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 61 1 5 4信息安全技术信息安全的应用研究是针对信息在应用环境下的安全保护而提出的 是信息安全基础理论的具体应用 它包括安全技术研究和平台安全研究两个大的领域 1 安全技术 1 防火墙技术 2 漏洞扫描技术 3 入侵检测技术 4 防病毒技术 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 62 2020 4 5 天津财经大学理工学院信息科学与技术系基础教研室 63 1 5 5信息安全的策略 标准与评价1 安全策略研究安全策略是安全系统设计 实施 管理和评估的依据 安全策略研究的内容包括安全风险的评估 安全代价的评估 安全机制的制定以及安全措施的实施和管理等 2 安全标准研究安全标准研究是推进安