信息工程概论课件 第一讲 绪论

信息工程/科学概论易吉良TELMAIL:yi.jiliang@主要参考《电子信息技术导论》黄载禄等主编

北京邮电大学出版社2009年4月《信息科学教程》钟义信主编

北京邮电大学出版社2005年5月《信息科学与技术导论》钟义信主编

北京邮电大学出版社

2010年7月信息科学导论目录第1讲绪论第2讲信息的定性解析第3讲信息的描述及定量测度第4讲shannon熵第5讲信息的获取及统计识别方法第6讲模糊模式识别方法第7讲神经网络识别方法第8讲信息的传递第9讲信息认知和再生原理第10讲信息的处理第11讲信息施效原理第12讲状态空间控制方法第13讲控制信息加工机制第14讲系统自组织原理第15讲信息科学方法论第16讲习题讲解及答疑信息科学导论第1讲绪论1.1何为科技科学，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、提炼和抽象出来，又经过长期的社会实践检验而得到确立和更新。科学知识体系是一个不断动态更新的开放体系。科学的定义知识的形成至少需要经历两个基本的阶段，首先是在实践过程中有所发现和创新，然后是在实践过程中经历严格的检验和确证。信息科学导论1.1何为科技技术，也叫工艺学，是人类创造的关于如何认识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。科学与技术之间存在一种相互作用相互促进的关系：科学理论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又可以反过来帮助人们更好地认识对象的本质和运动规律。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.1科学技术发生学：辅人律人类的进化分为两个基本阶段：首先是生物学进化阶段（初级进化阶段），这是一个漫长的进化阶段；然后才是文明进化阶段（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。人类由生物学进化阶段向文明进化阶段的转化，由“内部器官功能的分化和强化”机制向“利用身外之物强化自身功能”机制的转化，是科学技术发生的前提条件。如果没有这个转化条件，如果没有“利用身外之物，扩展自身能力”这种需求，那么，科学技术是永远也不会发生的。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.1科学技术发生学：辅人律

“辅人”（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唯一原因。反之，如果人类没有“利用身外之物制造工具来强化自身能力”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。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“科学技术辅人律”的真正意义和全部内涵。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.1科学技术发生学：辅人律

信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.2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。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.2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“拟人律”的道理。体质能力的增强体力能力的增强智力能力的增强386CPU芯片芯片内部布线信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.3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，按照拟人的规律而发展，发展的结果必然秉承它的原始宗旨–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，这就是“共生律”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工：智能工具可以承担一切非创造性的劳动，人类主要承担创造性劳动（当然，在需要的时候也可以承担非创造性的劳动）。信息科学导论1.2信息科学的缘起

1.2.4科学-技术-经济-社会：互动律社会最基本和最具本质的特性是不断地提出“改善人类生存和发展条件”的需求。这种社会“需求”是整个互动过程的出发点，而满足这一需求则是互动过程的归宿。信息科学导论1.2信息科学的缘起

图中模型说明，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，于是就进入一个新的科学-技术-经济-社会的互动过程（外圈）：新需求，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。对于信息科学的研究来说，“互动原理”给出的最直接的启示是：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“信息科学-信息技术-信息经济-信息社会”的连锁反应。信息科学导论1.3电子信息科学技术

研究的主要技术问题信息获取信息传输信息处理信息的存储信息利用信息科学导论1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题5（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。语音获取方法获取的语音波形4磁体线圈纸盒送话器信息科学导论（一）信息获取（续1）2）图像信息获取方法：光电摄像、CCD成像、红外成像、微波成像、X光医学图像等。光电摄像管CCD成像器件多光谱地面成像照片X光医学图像1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（一）信息获取（续2）3）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、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。温度传感器压力传感器流量传感器传感器是将物理参数变成电信号。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（二）信息传输通信系统的模型电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。消息：指语音、文字、数据或图像非电信号1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论5（二）信息传输（续1）4单工双工通信系统类型半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。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（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“通信原理”课程中讲授信息传输的其他课程提示：信息传输的理论和技术在电子信息科学技术中占有很大比重，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1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（三）信息处理语音信息处理语音数据压缩语音识别语音合成主要用于智能机器人、翻译机和智能玩具等从64千比/秒（固定电话）己降至1.2kbit/s（CDMA移动电话）数字图像处理图像数据压缩图像增强图像复原图像重建图像分割主要用于机器视觉、工业生产监控、公安交通、医疗卫生、资源勘探、武器制导、农业估产、灾害评估等等。评：数字图像处理技术己应用十分广泛！1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（三）信息处理（续1）印刷体汉字识别汉字识别联机手写体汉字识别脱机手写体汉字识别手写体汉字识别尚在发展中。用于手机、计算机汉字输入。已较成熟。语义识别（自然语言处理、自然语言理解）基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。正迅速发展。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（三）信息处理（续2）信息处理相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1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论（四）信息存储硬盘光盘闪存/SD卡1.5英寸——摄像机中使用。2.5英寸——笔记本电脑使用。3.5英寸——台式机使用。主流硬盘容量为120～500GB，已有1000GB产品。DVD容量：4.7~8.3GB纳米存储器容量可达16GB（USB移动存储器）、SD卡容量更大。21世纪新的存储器件（正大力研究）信息存储器件硬盘光盘USB闪存、SD卡45SD1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论45（五）信息利用信息利用能力：信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人们的周围。

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，

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。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。网络信息检索是介绍从网络中获取信息的方法。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、

各类信息服务业等。1.3电子信息科学技术研究的主要技术问题信息科学导论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081201计算机系统结构

081202计算机软件与理论081203计算机应用技术0809电子科学与技术080901物理电子学080902电路与系统080903微电子与固体电子学

080904电磁场与微波技术0810信息与通信工程081001通信与信息系统☆081002信号与信息处理☆0811控制科学与工程081101控制理论与控制工程081102检测技术与自动化装置081103系统工程

081104模式识别与智能系统081105导航、制导与控制教育部”工学“一、二级学科目录：0803光学工程（不设二级学科）信息科学导论1.4电子信息科学技术各学科

之间的关系和分工各学科之间关系示意：控制科学与工程电子科学与技术信息与通信工程计算机科学与技术光电信息技术电子科学与技术：承担电子材料与元器件的研究、设计、制造与