信息工程概論課件 第一講 緒論

信息工程/科學(xué)概論易吉良TELMAIL:yi.jiliang@主要參考《電子信息技術(shù)導(dǎo)論》黃載祿等主編

北京郵電大學(xué)出版社2009年4月《信息科學(xué)教程》鐘義信主編

北京郵電大學(xué)出版社2005年5月《信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》鐘義信主編

北京郵電大學(xué)出版社

2010年7月信息科學(xué)導(dǎo)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別方法第8講信息的傳遞第9講信息認(rèn)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(jī)制第14講系統(tǒng)自組織原理第15講信息科學(xué)方法論第16講習(xí)題講解及答疑信息科學(xué)導(dǎo)論第1講緒論1.1何為科技科學(xué)，是人類創(chuàng)建的關(guān)于自然和社會（因而也包括人類自身）的本質(zhì)以及它們的運(yùn)動規(guī)律的開放性理論知識體系，它經(jīng)過長期的社會實踐而被人們逐漸發(fā)現(xiàn)、提煉和抽象出來，又經(jīng)過長期的社會實踐檢驗而得到確立和更新?？茖W(xué)知識體系是一個不斷動態(tài)更新的開放體系?？茖W(xué)的定義知識的形成至少需要經(jīng)歷兩個基本的階段，首先是在實踐過程中有所發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，然后是在實踐過程中經(jīng)歷嚴(yán)格的檢驗和確證。信息科學(xué)導(dǎo)論1.1何為科技技術(shù)，也叫工藝學(xué)，是人類創(chuàng)造的關(guān)于如何認(rèn)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(jié)出來，或在科學(xué)理論指導(dǎo)下被人們發(fā)明出來，經(jīng)過實踐的檢驗而逐漸得到確認(rèn)和應(yīng)用?？茖W(xué)與技術(shù)之間存在一種相互作用相互促進(jìn)的關(guān)系：科學(xué)理論可以指導(dǎo)人們發(fā)明創(chuàng)造新的更好的技術(shù)方法和技術(shù)工具，而技術(shù)方法和技術(shù)工具又可以反過來幫助人們更好地認(rèn)識對象的本質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律。信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.1科學(xué)技術(shù)發(fā)生學(xué)：輔人律人類的進(jìn)化分為兩個基本階段：首先是生物學(xué)進(jìn)化階段（初級進(jìn)化階段），這是一個漫長的進(jìn)化階段；然后才是文明進(jìn)化階段（高級進(jìn)化階段），這一階段至今仍在繼續(xù)，而且演進(jìn)得越來越快速，越來越高級。人類由生物學(xué)進(jìn)化階段向文明進(jìn)化階段的轉(zhuǎn)化，由“內(nèi)部器官功能的分化和強(qiáng)化”機(jī)制向“利用身外之物強(qiáng)化自身功能”機(jī)制的轉(zhuǎn)化，是科學(xué)技術(shù)發(fā)生的前提條件。如果沒有這個轉(zhuǎn)化條件，如果沒有“利用身外之物，擴(kuò)展自身能力”這種需求，那么，科學(xué)技術(shù)是永遠(yuǎn)也不會發(fā)生的。信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.1科學(xué)技術(shù)發(fā)生學(xué)：輔人律

“輔人”（利用外部的資源制造工具，輔助人類擴(kuò)展自身的能力）是科學(xué)技術(shù)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(qiáng)化自身能力”這樣一種需求，科學(xué)技術(shù)再好，也沒有發(fā)生的根據(jù)，因此沒有發(fā)生的可能。這就是科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)特征，是科學(xué)技術(shù)固有的天職和本性。這也就是“科學(xué)技術(shù)輔人律”的真正意義和全部內(nèi)涵。信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.1科學(xué)技術(shù)發(fā)生學(xué)：輔人律

信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.2科學(xué)技術(shù)發(fā)展學(xué)：擬人律人類擴(kuò)展能力的需求走向與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展走向之間不是簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，而是一種非常復(fù)雜的因果關(guān)系。這種相互關(guān)系可以用下圖模型來表示。信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.2科學(xué)技術(shù)發(fā)展學(xué)：擬人律

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向確實跟隨著人類能力擴(kuò)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(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律稱為“擬人律”的道理。體質(zhì)能力的增強(qiáng)體力能力的增強(qiáng)智力能力的增強(qiáng)386CPU芯片芯片內(nèi)部布線信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.3科學(xué)技術(shù)未來學(xué)：共生律

科學(xué)技術(shù)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(jié)果必然秉承它的原始宗旨–輔人；于是，人類的全部能力就應(yīng)當(dāng)是自身的能力加上科學(xué)技術(shù)產(chǎn)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(dān)一切非創(chuàng)造性的勞動，人類主要承擔(dān)創(chuàng)造性勞動（當(dāng)然，在需要的時候也可以承擔(dān)非創(chuàng)造性的勞動）。信息科學(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

1.2.4科學(xué)-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-社會：互動律社會最基本和最具本質(zhì)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(xué)導(dǎo)論1.2信息科學(xué)的緣起

圖中模型說明，一旦新的物質(zhì)產(chǎn)品和新的精神產(chǎn)品能夠滿足社會原來的需求，新的社會需求又會產(chǎn)生出來，于是就進(jìn)入一個新的科學(xué)-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-社會的互動過程（外圈）：新需求，新科學(xué)，新理論，新技術(shù)，新工具，新的社會生產(chǎn)力，新的社會生產(chǎn)關(guān)系，新的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，新的物質(zhì)產(chǎn)品和精神產(chǎn)品，新的社會上層建筑。接著便應(yīng)當(dāng)是更新的需求和更新的互動，直至永遠(yuǎn)。對于信息科學(xué)的研究來說，“互動原理”給出的最直接的啟示是：信息科學(xué)和信息技術(shù)的發(fā)展，將無可避免地導(dǎo)致信息經(jīng)濟(jì)和信息社會的出現(xiàn)。這就是“信息科學(xué)-信息技術(shù)-信息經(jīng)濟(jì)-信息社會”的連鎖反應(yīng)。信息科學(xué)導(dǎo)論1.3電子信息科學(xué)技術(shù)

研究的主要技術(shù)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(xué)導(dǎo)論1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)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(xué)導(dǎo)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(xué)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(xué)圖像1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（一）信息獲?。ɡm(xù)2）3）物理參數(shù)：如溫度、壓力、張力、變形、流量（液體或氣體）、流速等。采用相應(yīng)的參數(shù)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(shù)變成電信號。1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（二）信息傳輸通信系統(tǒng)的模型電話、廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)，都是信息傳輸系統(tǒng)。也稱通信系統(tǒng)。消息：指語音、文字、數(shù)據(jù)或圖像非電信號1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)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(shù)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(xiàn)的。這不叫雙工，互聯(lián)網(wǎng)有類似情況。1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（二）信息傳輸（續(xù)2）信息傳輸?shù)闹饕碚摼幋a理論調(diào)制理論檢測理論在大學(xué)“通信原理”課程中講授信息傳輸?shù)钠渌n程提示：信息傳輸?shù)睦碚摵图夹g(shù)在電子信息科學(xué)技術(shù)中占有很大比重，但有待優(yōu)化。移動通信鎖相技術(shù)程控交換通信系統(tǒng)通信網(wǎng)微波技術(shù)及天線通信軟件數(shù)字視頻技術(shù)通信系統(tǒng)仿真（等）電視原理1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（三）信息處理語音信息處理語音數(shù)據(jù)壓縮語音識別語音合成主要用于智能機(jī)器人、翻譯機(jī)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(shù)字圖像處理圖像數(shù)據(jù)壓縮圖像增強(qiáng)圖像復(fù)原圖像重建圖像分割主要用于機(jī)器視覺、工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控、公安交通、醫(yī)療衛(wèi)生、資源勘探、武器制導(dǎo)、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、災(zāi)害評估等等。評：數(shù)字圖像處理技術(shù)己應(yīng)用十分廣泛！1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（三）信息處理（續(xù)1）印刷體漢字識別漢字識別聯(lián)機(jī)手寫體漢字識別脫機(jī)手寫體漢字識別手寫體漢字識別尚在發(fā)展中。用于手機(jī)、計算機(jī)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(jī)。正迅速發(fā)展。1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（三）信息處理（續(xù)2）信息處理相關(guān)課程數(shù)字圖像處理數(shù)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(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論（四）信息存儲硬盤光盤閃存/SD卡1.5英寸——攝像機(jī)中使用。2.5英寸——筆記本電腦使用。3.5英寸——臺式機(jī)使用。主流硬盤容量為120～500GB，已有1000GB產(chǎn)品。DVD容量：4.7~8.3GB納米存儲器容量可達(dá)16GB（USB移動存儲器）、SD卡容量更大。21世紀(jì)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(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)，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(zhì)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)信息檢索是介紹從網(wǎng)絡(luò)中獲取信息的方法。信息利用領(lǐng)域：電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、影視制作、

各類信息服務(wù)業(yè)等。1.3電子信息科學(xué)技術(shù)研究的主要技術(shù)問題信息科學(xué)導(dǎo)論1.4電子信息科學(xué)技術(shù)各學(xué)科

之間的關(guān)系和分工

0812計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)081201計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

081202計算機(jī)軟件與理論081203計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)0809電子科學(xué)與技術(shù)080901物理電子學(xué)080902電路與系統(tǒng)080903微電子與固體電子學(xué)

080904電磁場與微波技術(shù)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(xué)與工程081101控制理論與控制工程081102檢測技術(shù)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(dǎo)航、制導(dǎo)與控制教育部”工學(xué)“一、二級學(xué)科目錄：0803光學(xué)工程（不設(shè)二級學(xué)科）信息科學(xué)導(dǎo)論1.4電子信息科學(xué)技術(shù)各學(xué)科

之間的關(guān)系和分工各學(xué)科之間關(guān)系示意：控制科學(xué)與工程電子科學(xué)與技術(shù)信息與通信工程計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)光電信息技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)：承擔(dān)電子材料與元器件的研究、設(shè)計、制造與