《信息工程概論》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件2

《信息工程概論》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件2信息工程/科學(xué)概論信息科學(xué)導(dǎo)論主要參考《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(cè)度第4講shannon熵第5講信息的獲取及統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法第6講模糊模式識(shí)別方法第7講神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)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)題講解及答疑第1講緒論信息科學(xué)導(dǎo)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(huì)（因而也包括人類自身）的本質(zhì)以及它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的開放性理論知識(shí)體系，它經(jīng)過長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐而被人們逐漸發(fā)現(xiàn)、提煉和抽象出來，又經(jīng)過長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐檢驗(yàn)而得到確立和更新?？茖W(xué)知識(shí)體系是一個(gè)不斷動(dòng)態(tài)更新的開放體系?？茖W(xué)的定義知識(shí)的形成至少需要經(jīng)歷兩個(gè)基本的階段，首先是在實(shí)踐過程中有所發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，然后是在實(shí)踐過程中經(jīng)歷嚴(yán)格的檢驗(yàn)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(shí)自然和如何改造自然的工藝方法體系，它從實(shí)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(shí)踐的檢驗(yàn)而逐漸得到確認(rèn)和應(yīng)用。科學(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(shí)對(duì)象的本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)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(gè)基本階段：首先是生物學(xué)進(jìn)化階段（初級(jí)進(jìn)化階段），這是一個(gè)漫長(zhǎng)的進(jìn)化階段；然后才是文明進(jìn)化階段（高級(jí)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(jí)。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(gè)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(huì)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?jī)?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(jiǎn)單的一一對(duì)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(shí)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(gè)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(gè)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(dòng)，人類主要承擔(dān)創(chuàng)造性勞動(dòng)（當(dāng)然，在需要的時(shí)候也可以承擔(dān)非創(chuàng)造性的勞動(dòng)）。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(huì)：互動(dòng)律社會(huì)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(huì)“需求”是整個(gè)互動(dòng)過程的出發(fā)點(diǎn)，而滿足這一需求則是互動(dòng)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(huì)原來的需求，新的社會(huì)需求又會(huì)產(chǎn)生出來，于是就進(jìn)入一個(gè)新的科學(xué)-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)的互動(dòng)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(huì)生產(chǎn)力，新的社會(huì)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(huì)上層建筑。接著便應(yīng)當(dāng)是更新的需求和更新的互動(dòng)，直至永遠(yuǎn)。對(duì)于信息科學(xué)的研究來說，“互動(dòng)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(huì)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(huì)”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(chǔ)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）信息獲取（續(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(guó)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(hào)。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(hào)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(dòng)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(diǎn)播節(jié)目），但這是利用上傳通道（另一通道）實(shí)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(cè)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(píng)估等等。評(píng)：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(shí)別漢字識(shí)別聯(lián)機(jī)手寫體漢字識(shí)別脫機(jī)手寫體漢字識(shí)別手寫體漢字識(shí)別尚在發(fā)展中。用于手機(jī)、計(jì)算機(jī)漢字輸入。已較成熟。語義識(shí)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(shí)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(chǔ)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(tái)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(chǔ)器容量可達(dá)16GB（USB移動(dòng)存儲(chǔ)器）、SD卡容量更大。21世紀(jì)新的存儲(chǔ)器件（正大力研究）信息存儲(chǔ)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(duì)外部信息的利用效率與質(zhì)量，

反映了一個(gè)人的信息利用能力，它決定了一個(gè)人的發(fā)展空間成就大小。網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)081201計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

081202計(jì)算機(jī)軟件與理論081203計(jì)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(chǎng)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(hào)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(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置081103系統(tǒng)工程

081104模式識(shí)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(jí)學(xué)科目錄：0803光學(xué)工程（不設(shè)二級(jí)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(jì)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(jì)、制造與應(yīng)用。它是信息科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)?？刂瓶茖W(xué)與工程：主要是研究信息綜合應(yīng)用，分析、判斷、決策。信息與通信工程：從事信息獲取、信息處理、信息傳輸與通信網(wǎng)絡(luò)的理論、技術(shù)與產(chǎn)品的研究開發(fā)、設(shè)計(jì)與制造。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件工程、人工智能、信息存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等的理論、技術(shù)、設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造與研究工作光電信息技術(shù)：在激光發(fā)明之后產(chǎn)生的新領(lǐng)域，它與電子信息科學(xué)技術(shù)的所有學(xué)科都已結(jié)盒，密不可分，如光計(jì)算機(jī)、光存儲(chǔ)、光通信、激光雷達(dá)等。信息科學(xué)導(dǎo)論1.4典型的全信息模型第2講信息的定性解析信息科學(xué)導(dǎo)論2.1信息科學(xué)的定義信息科學(xué)是以信息為主要研究對(duì)象、以信息運(yùn)動(dòng)過程的規(guī)律為主要研究?jī)?nèi)容、以信息科學(xué)方法論為主要研究方法、以擴(kuò)展人的信息功能（全部信息功能形成的有機(jī)整體就是智力功能）為主要研究目標(biāo)的一門科學(xué)。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義從本體論的意義上說，它是事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和狀態(tài)改變的方式；從認(rèn)識(shí)論的意義上說，它是主體所感知的“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和狀態(tài)改變的方式”，包括主體所關(guān)心的這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的形式、含義和價(jià)值?！笆挛铩狈褐敢磺锌赡艿难芯繉?duì)象，包括外部世界的物質(zhì)客體，也包括主觀世界的精神現(xiàn)象；“運(yùn)動(dòng)”泛指一切意義上的變化，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、物理運(yùn)動(dòng)、化學(xué)運(yùn)動(dòng)、生物運(yùn)動(dòng)、思維運(yùn)動(dòng)和社會(huì)運(yùn)動(dòng)等；“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”是指事物運(yùn)動(dòng)在空間上所展示的性狀和形態(tài)；“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化方式”是指事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨時(shí)間而變化的過程樣式。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義由于引入主體這一條件，認(rèn)識(shí)論層次的信息概念就具有了比本體論層次的信息概念豐富得多的內(nèi)涵。這是因?yàn)?，首先，作為認(rèn)識(shí)的主體，他具有感覺能力，能夠感知事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力，能夠理解事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的內(nèi)在含義；再者，他還具有目的性，因而能夠判斷事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式對(duì)其目的而言的價(jià)值。因此，在認(rèn)識(shí)論層次上研究信息問題的時(shí)候，“事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”就不像在本體論層次上那樣簡(jiǎn)單了，它必須同時(shí)考慮到形式、含義和效用三個(gè)方面的因素。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義我們把這樣同時(shí)考慮事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價(jià)值的認(rèn)識(shí)論層次信息稱為“全信息”，而把僅僅計(jì)及其中的形式因素的信息部分稱為“語法信息”，把計(jì)及其中的含義因素的信息部分稱為“語義信息”，把計(jì)及其中的效用因素的信息部分稱為“語用信息”。換言之，認(rèn)識(shí)論層次的信息乃是同時(shí)計(jì)及語法信息、語義信息和語用信息的全信息。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2信息的定義下圖是關(guān)于“全信息”概念的一個(gè)圖示。狀態(tài)和狀態(tài)變化方式的形式化關(guān)系是抽象的語法信息；其與它的相應(yīng)客體相關(guān)聯(lián)則將給語法信息賦予具體的含義，因而產(chǎn)生語義信息；而語法語義信息與主體的關(guān)聯(lián)則將表現(xiàn)這樣的語法和語義信息對(duì)主體的目的而言所具有的效用或價(jià)值，從而形成語用信息。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2.1信息的特征第一特征：信息來源于物質(zhì)，但又不是物質(zhì)本身；第二特征：信息也來源于精神世界，但是又不限于精神領(lǐng)域；第三特征：信息與能量緊密相關(guān)，但是又與能量有質(zhì)的區(qū)別；第四特征：信息可以被提煉成為知識(shí)，但信息本身不等于知識(shí)；第五特征：信息是具體的，可以被主體所感知、處理和利用；第六特征：信息可以被復(fù)制，可以被共享；第七特征：語法信息在傳遞和處理過程中永不增值；第八特征：在封閉系統(tǒng)中，語法信息的最大值不變。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2.2信息的性質(zhì)性質(zhì)一普遍性；性質(zhì)二無限性；性質(zhì)三相對(duì)性；性質(zhì)四傳遞性；性質(zhì)五變換性；性質(zhì)六有序性；性質(zhì)七動(dòng)態(tài)性；性質(zhì)八轉(zhuǎn)化性。信息科學(xué)導(dǎo)論2.2.3信息的功能信息具有是一切生物進(jìn)化的導(dǎo)向資源，是知識(shí)的來源；信息是控制的靈魂；信息是思維的材料。信息的最重要的功能是：信息可以通過一定的算法被加工成知識(shí)，并針對(duì)給定的目標(biāo)被激活成為求解問題的智能策略，進(jìn)而按照策略求解實(shí)際的問題。這是信息的最核心最本質(zhì)的功能。信息-知識(shí)-智能（策略），這是人類智慧的生長(zhǎng)鏈，或稱為智慧鏈。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容下圖給出了一種最抽象也是最一般的信息問題模型。被主體所感知的對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式是一種認(rèn)識(shí)論意義的信息，稱之為第一類認(rèn)識(shí)論意義的信息；由主體思維（也是一種事物）產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式（代表主體的意志）也是一種認(rèn)識(shí)論意義的信息，稱為第二類認(rèn)識(shí)論意義的信息。顯然，這些信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)當(dāng)是信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容主體通過獲取信息和傳遞信息來把對(duì)象的本體論信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愓J(rèn)識(shí)論信息，通過處理和認(rèn)知信息來深入認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式，形成知識(shí)；“再生”第二類認(rèn)識(shí)論意義的信息（策略信息）；控制的作用則是執(zhí)行策略信息，產(chǎn)生控制行為，引導(dǎo)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的目的狀態(tài)，完成主體對(duì)對(duì)象施行的變革。信息科學(xué)導(dǎo)論2.3信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容模型的真正最后環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)是“信息組織”。它涉及到上述的信息全過程，即整個(gè)信息系統(tǒng)的優(yōu)化。優(yōu)化是系統(tǒng)的要害，它的重要標(biāo)志是系統(tǒng)由非優(yōu)（或低序）狀態(tài)轉(zhuǎn)化為優(yōu)化（有序）狀態(tài)，這是系統(tǒng)自組織的標(biāo)志。沒有優(yōu)化（序化）的系統(tǒng)集成不但無益，往往反而有害。但是系統(tǒng)的優(yōu)化（序化）過程又離不開利用系統(tǒng)的信息—知識(shí)—智能策略。“信息認(rèn)知”和“信息再生”兩者共同構(gòu)成了信息過程的核心，通常稱為“思維過程”，也被稱為“狹義智能”，因?yàn)榈拇_，知識(shí)和智能策略都是在這里產(chǎn)生的。然而，一個(gè)“完整智能”，或者稱為“全義智能”，卻應(yīng)當(dāng)包括全部的信息過程。信息科學(xué)導(dǎo)論2.4信息科學(xué)的研究方法三個(gè)方法和兩個(gè)準(zhǔn)則，即信息系統(tǒng)分析方法、信息系統(tǒng)綜合方法、信息系統(tǒng)進(jìn)化方法、功能準(zhǔn)則和整體準(zhǔn)則。其中三個(gè)方法是整個(gè)方法論體系的靈魂，兩個(gè)準(zhǔn)則是保證信息科學(xué)方法能夠正確實(shí)施的法則。信息科學(xué)方法論的基本要點(diǎn)是：在研究高級(jí)復(fù)雜的事物的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)首先從信息（而不是物質(zhì)或能量）的觀點(diǎn)出發(fā)，通過分析該事物所包含的信息過程來揭示它的復(fù)雜工作機(jī)制的奧秘，通過建立適當(dāng)?shù)男畔⒛Ｐ秃秃侠淼募夹g(shù)手段來模擬或?qū)崿F(xiàn)高級(jí)事物的復(fù)雜行為。信息系統(tǒng)分析方法主要解決高級(jí)復(fù)雜事物的工作機(jī)制的認(rèn)識(shí)問題，信息系統(tǒng)綜合方法解決高級(jí)復(fù)雜事物的工作機(jī)制的實(shí)現(xiàn)問題，信息系統(tǒng)進(jìn)化方法解決高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與發(fā)展問題。信息科學(xué)導(dǎo)論2.5信息科學(xué)的研究目標(biāo)信息科學(xué)的研究目標(biāo)–擴(kuò)展人類的信息功能，后者的有機(jī)整體便是智力功能。只要信息科學(xué)確定了以信息作為它的主要研究對(duì)象，只要信息科學(xué)緊緊地抓住信息運(yùn)動(dòng)規(guī)律并進(jìn)行深入研究，那么，擴(kuò)展人類的信息功能特別是擴(kuò)展它們的有機(jī)整體——智力功能——這個(gè)目標(biāo)就勢(shì)在必達(dá)。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述按照信息功能的天然流程，信息技術(shù)主要就包括傳感技術(shù)，通信技術(shù)，存儲(chǔ)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，人工智能技術(shù)、控制技術(shù)和信息系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)等。傳感技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的感覺器官獲取信息的功能；通信技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息的功能；存儲(chǔ)技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的記憶器官存儲(chǔ)信息的功能；計(jì)算機(jī)技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的思維器官處理信息的功能，人工智能技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的思維器官認(rèn)知和決策的功能，控制技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展人的行動(dòng)器官執(zhí)行策略信息的功能。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述按照實(shí)現(xiàn)手段的不同，信息技術(shù)就有“機(jī)械信息技術(shù)”、“電子信息技術(shù)”、“光波信息技術(shù)”、“生物信息技術(shù)”以及“機(jī)械電子信息技術(shù)”、“光電子信息技術(shù)”、“生物電子信息技術(shù)”等分類。信息技術(shù)還可以產(chǎn)生更細(xì)的分類。比如，在電子信息技術(shù)內(nèi)部，又可以由電子傳感技術(shù)、電子通信技術(shù)、電子存儲(chǔ)技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、基于電子的人工智能技術(shù)、基于電子的控制技術(shù)等等。同樣，在光波信息技術(shù)范疇，也可以有“光傳感技術(shù)”、“光通信技術(shù)”、“光存儲(chǔ)技術(shù)”、“激光計(jì)算技術(shù)”、“激光控制技術(shù)”等等。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述基于全信息理論的信息科學(xué)對(duì)于信息技術(shù)最重要的啟示：這些表面看來似乎互相無關(guān)的技術(shù)實(shí)質(zhì)上都是信息技術(shù)體系中一系列互相聯(lián)系、互相補(bǔ)充和互相支持的技術(shù)分支。一旦揭示了信息技術(shù)各個(gè)分支之間的本質(zhì)聯(lián)系，一個(gè)具有更加重大意義的新的信息技術(shù)領(lǐng)域便登上了技術(shù)舞臺(tái)，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步發(fā)揮出更為巨大的推進(jìn)作用，這就是“信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”，更準(zhǔn)確地說是“大規(guī)模智能化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”。它是信息時(shí)代最先進(jìn)、最強(qiáng)大的通用社會(huì)生產(chǎn)工具，是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的集中體現(xiàn)。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息技術(shù)概述智能信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要性在于：既然人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的全部活動(dòng)可以歸結(jié)為一種有目的的信息獲取、信息傳遞、信息認(rèn)知、信息決策、信息施效的過程，那么，由于信息網(wǎng)絡(luò)也在相當(dāng)程度上具備信息獲取、信息傳遞、信息認(rèn)知、信息決策、信息施效的全部功能，它就可以在很大程度上幫助甚至在很大程度上部分地代替人類勞動(dòng)者從事各種體力和腦力的勞動(dòng)。而由于現(xiàn)代信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，智能信息網(wǎng)絡(luò)的工作速度、工作精度、工作力度、工作的規(guī)范程度等等都大大優(yōu)于人類自身的能力，因此，智能信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)人類勞動(dòng)者的幫助和某些方面的替代，將給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步帶來多么偉大的意義，就不言而喻了！信息科學(xué)導(dǎo)論信息獲取信息傳輸信息處理信息存儲(chǔ)信息利用語音獲取圖像獲取物理參數(shù)獲取遙感技術(shù)雷達(dá)GPS定位等編碼、調(diào)制、檢測(cè)固定通信移動(dòng)通信光纖傳輸電波天線微波中繼等語音處理圖像處理文字處理信號(hào)處理信息處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別等磁存儲(chǔ)光存儲(chǔ)半導(dǎo)體存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)納米存儲(chǔ)等控制顯示信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)信息檢索等內(nèi)容2.6信息技術(shù)概述信息科學(xué)導(dǎo)論通信技術(shù)與通信網(wǎng)集成電路控制科學(xué)與工程電子科學(xué)與技術(shù)信息與通信工程計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)光電信息技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)電磁波與無線電微波技術(shù)與微波集成電路數(shù)字媒體技術(shù)圖像信息處理與應(yīng)用學(xué)科產(chǎn)業(yè)信息安全網(wǎng)絡(luò)信息檢索信息服務(wù)業(yè)2.6信息技術(shù)概述信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息科學(xué)與信息論

信息科學(xué)Shannon信息論研究面向智能系統(tǒng)（信息的全程系統(tǒng)）通信系統(tǒng)（智能系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)）研究目標(biāo)擴(kuò)展智力功能（信息功能的整體）擴(kuò)展信息傳遞功能（智力功能的一部分）研究對(duì)象全信息（語法、語義、語用的整體）統(tǒng)計(jì)語法信息（全信息的一個(gè)部分）研究?jī)?nèi)容信息全過程信息傳遞過程（全過程的子過程）研究方法信息科學(xué)方法論統(tǒng)計(jì)方法（原有方法）信息科學(xué)導(dǎo)論2.6信息的分類按照性質(zhì)的不同，信息可以劃分為語法信息、語義信息以及語用信息三種基本情形，這是全信息的三個(gè)基本層次。由本章第一節(jié)給出的定義可以理解，全信息的三個(gè)層次之中，最基本也是最抽象的層次是語法信息。它是迄今為止在理論上研究得最多也是最深入的層次。因此，還可以進(jìn)一步來考慮語法信息的分類。信息科學(xué)導(dǎo)論2.6語法信息的分類信息科學(xué)導(dǎo)論2.6全信息的分類第3講信息的定量描述信息科學(xué)導(dǎo)論這里關(guān)心的概率信息是特指狀態(tài)性質(zhì)為離散、狀態(tài)數(shù)目為有限、狀態(tài)劃分為明晰、狀態(tài)變化方式服從概率規(guī)律的信息。常用這樣的符號(hào)體系：X表示一個(gè)試驗(yàn)，X=（xi|i=1，…，n）表示這一試驗(yàn)所有可能狀態(tài)的集合，P=（pi|i=1，…，n）表示這些可能狀態(tài)出現(xiàn)的概率的集合，（X，P）=（xi,pi|i=1，…，n）稱為這一試驗(yàn)的概率空間。于是，概率空間就把事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化的方式刻畫出來了。它是描述概率信息的基本方法。3.1語法信息的描述 -概率型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論假定有一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)X，它有n種可能的試驗(yàn)結(jié)果（狀態(tài)），分別為x1，…，xn。在觀察這一試驗(yàn)之前，觀察者已經(jīng)先驗(yàn)地知道這些狀態(tài)出現(xiàn)的概率分別是p1，…，pn。這些概率稱為先驗(yàn)概率。3.1語法信息的描述 -概率型語法信息的描述

但是，在觀察試驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果之后發(fā)現(xiàn)，這n個(gè)可能的狀態(tài)的出現(xiàn)概率卻變成了,這些概率稱為后驗(yàn)概率。于是，就可以寫出觀察前后概率空間的變換：概率空間的變換式的整體就可以用來描述觀察者的實(shí)得信息。信息科學(xué)導(dǎo)論在大多數(shù)實(shí)際的試驗(yàn)場(chǎng)合，后驗(yàn)概率分布（pi|i=1,…，n）是一個(gè)0-1型分布，即若用一個(gè)專門的符號(hào)來表示這種0-1型的后驗(yàn)分布，則概率空間的變換式可以寫為 (X,P)?(X,)3.1語法信息的描述 -概率型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論當(dāng)觀察者對(duì)于X的出現(xiàn)概率沒有任何先驗(yàn)知識(shí)的時(shí)候，就只能假定這n個(gè)狀態(tài)出現(xiàn)的概率都相等，即；p=1/n，i=l，…，n。若用符號(hào)P0來表示這種均勻型的先驗(yàn)概率分布，則上式又可以變?yōu)? (X,P0)?(X,)3.1語法信息的描述 -概率型語法信息的描述

上式表示：在觀察試驗(yàn)之前，觀察者對(duì)試驗(yàn)結(jié)果一無所知；觀察之后，結(jié)果唯一確定。這時(shí)觀察者獲得了最大的實(shí)得信息量。反之，若有=P0，則觀察者的實(shí)得信息量為零。信息科學(xué)導(dǎo)論偶發(fā)信息是由半隨機(jī)試驗(yàn)提供的。半隨機(jī)試驗(yàn)的可能狀態(tài)也是隨機(jī)發(fā)生的，只是它們發(fā)生的規(guī)律不能用概率分布來描述，因?yàn)檫@類試驗(yàn)是偶爾發(fā)生的，而不是大量地重復(fù)發(fā)生的，不存在統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性。3.1語法信息的描述 -偶發(fā)型語法信息的描述

假定有某個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)X，它有N個(gè)可能的狀態(tài)：X1，…，XN。作為試驗(yàn)的結(jié)局，一般總有一個(gè)狀態(tài)會(huì)實(shí)際發(fā)生。在觀察之前，根據(jù)推斷，觀察者認(rèn)為x1發(fā)生的可能度為q1，…，xn發(fā)生的可能度為qn。顯然，與概率的情形類似，應(yīng)有信息科學(xué)導(dǎo)論但是，實(shí)際觀察的結(jié)果，各種可能狀態(tài)發(fā)生的可能度卻是，…，。其中，某。其余=0,。q1，…，qn稱為觀察者關(guān)于X的先驗(yàn)可能度分布，用符號(hào)Q表示，而…，稱為試驗(yàn)X的后驗(yàn)可能度分布，用符號(hào)Q*表示。3.1

語法信息的描述 -偶發(fā)型語法信息的描述

有時(shí)也把可能度叫做主觀概率、經(jīng)驗(yàn)概率、形式概率或主觀置信度。信息科學(xué)導(dǎo)論和概率信息類似，定義（X，Q）和（X，Q*）分別為半隨機(jī)試驗(yàn)的先驗(yàn)可能度空間和后驗(yàn)可能度空間，并且用它們來描述偶發(fā)信息。例如，觀察半隨機(jī)試驗(yàn)X的過程中所獲得的實(shí)得信息，可用下式來描述：3.1語法信息的描述 -偶發(fā)型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論確定型信息是指由確定試驗(yàn)所提供的信息。而所謂確定型試驗(yàn)，是指具有確定的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)，但初始條件和環(huán)境條件具有動(dòng)態(tài)或時(shí)變性的試驗(yàn)。下圖所示的簡(jiǎn)單RLC電路，其中U（t）是電路的激勵(lì)電源。3.1語法信息的描述 -確定型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論由電工學(xué)的理論知道，這個(gè)電路的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式（行為）可以由一個(gè)二階微分方程來描述.這樣，只要給定初始條件，就可以唯一地確定它在未來時(shí)刻t的狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。所以，這是一個(gè)確定型的試驗(yàn)系統(tǒng)。3.1語法信息的描述 -確定型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論如果已知某個(gè)系統(tǒng)的各種狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移方式，那么也可以用圖論的方法來表示這些狀態(tài)和狀態(tài)變化方式（即信息）。3.1語法信息的描述 -確定型語法信息的描述

A–種子狀態(tài)；B–植物狀態(tài)；C–開花狀態(tài)；D–已授粉的植物狀態(tài)；E–未授粉的植物狀態(tài)；F–種子的死亡狀態(tài)。信息科學(xué)導(dǎo)論數(shù)據(jù)表格、公式曲線等等也可以用來表示確定型信息。如，考慮如下一個(gè)確定型決策問題：假設(shè)某單位需要購買某種產(chǎn)品45000個(gè)，已知該種產(chǎn)品有四處供應(yīng)來源，所購買的這些產(chǎn)品要分別送到三個(gè)不同的倉庫點(diǎn)，列出各個(gè)倉庫的容量和各個(gè)供應(yīng)點(diǎn)可以供應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)量以及價(jià)格、運(yùn)輸費(fèi)等數(shù)據(jù)。要求確定具體的采購方案，使所付出的總費(fèi)用最少。3.1語法信息的描述 -確定型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論庫存容量費(fèi)用一號(hào)庫10000二號(hào)庫15000三號(hào)庫20000供應(yīng)數(shù)量供應(yīng)點(diǎn)A8000C11=3.00元C12=3.00元C13=4.50元供應(yīng)點(diǎn)B12000C21=4.80元C22=3.20元C23=5.00元供應(yīng)點(diǎn)C11000C31=6.00元C32=4.00元C33=5.50元供應(yīng)點(diǎn)D14000C41=5.30元C42=4.10元C43=6.00元用表格來表示確定型信息3.1語法信息的描述 -確定型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論那么，我們就可以列出下列公式來表示所給出的信息：目標(biāo)信息為約束信息為3.3語法信息的描述 -確定型語法信息的描述

信息科學(xué)導(dǎo)論模糊信息的描述涉及到模糊集合的概念。模糊集合是這樣一種集合，它的各個(gè)元素的隸屬度（對(duì)集合性質(zhì)的滿足程度）是模糊的。例如，“遠(yuǎn)大于1的正實(shí)數(shù)集”就是模糊集，它的元素包括大于1的所有正實(shí)數(shù)，而這些元素滿足性質(zhì)“遠(yuǎn)大于1”的程度是模糊的：“10”以上的正實(shí)數(shù)的滿足程度為1，“5”的滿足的程度可能只有一半左右，而“2”的滿足程度卻只有零點(diǎn)幾。但它們都“在一定程度上”具有“遠(yuǎn)大于1”這一性質(zhì)。因此，如果把這個(gè)模糊隸屬度用圖形畫出來，就可以得到下圖所示的情形。3.1語法信息的描述 -模糊型語法信息的描述信息科學(xué)導(dǎo)論3.1語法信息的描述 -模糊型語法信息的描述上圖曲線稱為模糊集的隸屬度分布曲線,它表明：集合論域內(nèi)各元“屬于”該集合的程度。百分之百地屬于該集合的元的隸屬度為1，完全不屬于該集合的元的隸屬度為0，其它則為中間情況。信息科學(xué)導(dǎo)論集合的示性函數(shù)（即隸屬度）分布曲線是具有突變跳躍的曲線，如圖所示。3.1語法信息的描述 -模糊型語法信息的描述信息科學(xué)導(dǎo)論一種規(guī)范的模糊集定義可以表述如下。所謂給定了論域U上的一個(gè)模糊子集X是指：對(duì)于任意uU，都指定了某個(gè)數(shù)，叫做u對(duì)于X的隸屬度。這個(gè)映射叫做X的隸屬度函數(shù)。3.1語法信息的描述 -模糊型語法信息的描述可以用模糊集隸屬度曲線來描述模糊事物的“運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式”。我們把模糊集元所具有的隸屬度記為f，第i個(gè)元的隸屬度記為fi，整個(gè)模糊集上的隸屬度分布則記為F。需要注意，與概率的情況不同，這里的隸屬度不滿足歸一化的要求，即

信息科學(xué)導(dǎo)論與概率空間的概念相類似，可以把模糊試驗(yàn)X和它的隸屬度分布F所組成的序?qū)Γ╔，F(xiàn)）稱為模糊事件的隸屬度空間。3.1語法信息的描述 -模糊型語法信息的描述若用符號(hào)F表示試驗(yàn)前的隸屬度分布，F(xiàn)*表示試驗(yàn)后的隸屬度分布，那么就描述了一個(gè)模糊試驗(yàn)所提供的模糊信息。在理想試驗(yàn)的場(chǎng)合，經(jīng)過試驗(yàn)，模糊性可以被完全消除。這時(shí)，F(xiàn)*的元只取0或1，即

這時(shí)的隸屬度分布記為。它實(shí)際上已經(jīng)蛻化成為一個(gè)普通集的示性函數(shù)。信息科學(xué)導(dǎo)論我們可以采用指稱邏輯的概念來處理事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的含義表征問題。3.2語義信息的描述參量采用指稱邏輯的概念來處理狀態(tài)含義的表征問題，可以設(shè)置一個(gè)“狀態(tài)邏輯真實(shí)度”參量，記為t，它應(yīng)當(dāng)滿足0≤t≤1

及

信息科學(xué)導(dǎo)論具體來說，如果某事物X具有N個(gè)可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：{xn,n=1，…，N}。記狀態(tài)xn的邏輯真實(shí)度為tn，可以建立一個(gè)關(guān)于事物X的邏輯真實(shí)度空間，記為3.2語義信息的描述參量其中稱為X的邏輯真實(shí)度廣義分布?！皬V義”所指，是因?yàn)閠n的總和不一定歸一，即有符號(hào)“”表示“可能大于、小于或等于1，而不是必然等于1”。信息科學(xué)導(dǎo)論類似地，我們也可以采用效用度的概念來處理事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的價(jià)值表征的問題。3.3語用信息的描述參量采用效用度的概念來處理狀態(tài)價(jià)值的表征問題，在這里就是要解決事物各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)主體的價(jià)值大小的描述。于是，可以設(shè)置一個(gè)“狀態(tài)效用度”參量，記為u，它應(yīng)當(dāng)滿足

0≤u≤1及

信息科學(xué)導(dǎo)論其中稱為X的效用度廣義分布?！皬V義”所指，也是因?yàn)閡n，的總和不一定歸一，即有

3.3語用信息的描述參量信息科學(xué)導(dǎo)論對(duì)于某個(gè)事物X，若它有N種可能的狀態(tài){xn，n=1，…，N}；又若在觀察試驗(yàn)之前它的先驗(yàn)參量分別為cn（表征狀態(tài)變化方式的形式）、tn（邏輯真實(shí)度）和un（效用度），相應(yīng)的先驗(yàn)廣義分布為C、T和U，而在觀察試驗(yàn)之后，它的后驗(yàn)廣義分布為C*、T*和U*，那么，與觀察事物X相關(guān)的語法信息、語義信息和語用信息過程就可以分別描述為

3.3全信息的描述信息科學(xué)導(dǎo)論通常，我們把用邏輯真實(shí)度空間和效用度空間描述的語義信息和語用信息分別稱為單純語義信息和單純語用信息，相應(yīng)的邏輯真實(shí)度和效用度也分別稱為單純邏輯真實(shí)度和單純效用度。3.3全信息的描述但是，正如前面所指出的，語義信息須以語法信息為基礎(chǔ)，語用信息須以語義和語法信息為基礎(chǔ)。這樣就有必要進(jìn)一步引出綜合邏輯真實(shí)度和綜合效用度的概念，以及與此相應(yīng)的綜合邏輯真實(shí)度空間和綜合效用度空間的概念。利用這些概念，可以建立對(duì)于綜合語義信息和綜合語用信息的描述。信息科學(xué)導(dǎo)論給定事物X，假設(shè)它有N個(gè)可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài){xn，n=1，…，N}，每個(gè)狀態(tài)的變化方式的形式化因素用參量cn來表征，在概率性事件場(chǎng)合，cn就是概率pn，在偶發(fā)性事件場(chǎng)合，cn就是可能度qn，在模糊事件場(chǎng)合，cn就是隸屬fn；又若各個(gè)狀態(tài)的單純邏輯真實(shí)度為tn，單純效用度為un，那么，X的綜合邏輯真實(shí)度、綜合邏輯真實(shí)度空間、綜合效用度、綜合效用度空間就可以分別定義如下.3.3全信息的描述信息科學(xué)導(dǎo)論綜合邏輯真實(shí)度：綜合邏輯真實(shí)度空間：

綜合邏輯真實(shí)度廣義分布：

3.3全信息的描述信息科學(xué)導(dǎo)論綜合效用度：

綜合效用度空間：綜合效用度廣義分布

3.3全信息的描述信息科學(xué)導(dǎo)論有了這些表示方法，就可以描述綜合語義信息和綜合語用信息的過程：以及

其中，和是X的先驗(yàn)綜合邏輯真實(shí)度廣義分布和先驗(yàn)綜合效用度廣義分布，和是相應(yīng)的后驗(yàn)廣義分布。3.3全信息的描述第4講信息的定量測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論Shannon指出：通信工程的基本任務(wù)，是在噪聲干擾下盡可能準(zhǔn)確地復(fù)制從發(fā)端傳來的消息波形，而與消息的內(nèi)容和價(jià)值無關(guān)。4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵Shannon注意到通信問題的隨機(jī)性質(zhì)，他指出：一個(gè)實(shí)際的消息是從可能消息的集合中隨機(jī)選擇出來的，而選擇消息的發(fā)信者又是任意的，因此這種選擇就具有隨機(jī)性，是一種大量重復(fù)發(fā)生的統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象。Shannon等人還注意到，通信的發(fā)生是以通信者具有不定性為前提的，而通信的作用和結(jié)果則是消除這種不定性。信息科學(xué)導(dǎo)論既然信息是用來消除不定性的東西，那么信息的數(shù)量就可以用被消除掉的不定性的大小來表示。這種不定性是由隨機(jī)性引起的，因此可以用概率論方法來描述。這就是Shannon信息度量方法的基本思想。4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵假設(shè)有隨機(jī)事件的集合x1，x2，…，xN，它們的出現(xiàn)概率分別為P1，P2，…，PN。，滿足下述條件：0≤pi≤1i=1,…N，首先找出一種測(cè)度來度量事件選擇中含有多少“選擇的可能性”，或者度量選擇的結(jié)果具有多大的不確定性。顯然，當(dāng)所收到的信息量恰好使這個(gè)不定性全部消除時(shí)，所收到的信息的量就認(rèn)為等于這個(gè)所消除掉的不定性的數(shù)量。信息科學(xué)導(dǎo)論以符號(hào)H(p1，…，pN)來表示這個(gè)不定性的測(cè)度，也就是說，不定性測(cè)度必然是概率分布(p1，…，pN)的函數(shù)，其具體的函數(shù)形式則有待確定。4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵為了確定H（p1，…，pN）的具體形式，應(yīng)當(dāng)考慮一些合理的約束。對(duì)此Shannon提出了如下三個(gè)基本條件：（1）H應(yīng)當(dāng)是對(duì)pi（i=1，…，N）連續(xù)的函數(shù)。（2）如果所有的pi相等，即,…，N那么H應(yīng)是N的單調(diào)增函數(shù)。（3）如果選擇分為相繼的兩步，那么原先的H應(yīng)等于分步選擇的各個(gè)H值的加權(quán)和。信息科學(xué)導(dǎo)論條件（1）和（2）顯然合理；條件（3）的含義可以解釋如下：設(shè)有三個(gè)事件x1，x2和x3，它們的出現(xiàn)概率為p1=1/2,p2=1/3和p3=1/6，如圖所示。4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵信息科學(xué)導(dǎo)論圖（a）是不分步選擇的情況，圖（b）是分兩步選擇的情況。顯然，從最后的結(jié)果來看，分步與否并不影響這個(gè)事件集的不定性，因?yàn)樗鼈兊母怕士臻g完全相同。于是，人們自然希望能滿足這樣的關(guān)系：這無疑也是合理的。4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵信息科學(xué)導(dǎo)論定理3.1.1滿足條件（1）、（2）和（3）的不定性度量可用且僅可用下式表示：

式中K為正常數(shù).4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵用等概率選擇的情況驗(yàn)證，令由條件（3）有信息科學(xué)導(dǎo)論因而

一般地有4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵對(duì)于給定的β，總可以找到適當(dāng)?shù)摩?，使?jié)M足關(guān)系：對(duì)上式取對(duì)數(shù)，并以βlogS除之，則有

信息科學(xué)導(dǎo)論另一方面，由條件（2）及上述公式可得上式除以βA(S)，則得

4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵可以得出

信息科學(xué)導(dǎo)論式中ε是任意小的正數(shù)。于是有

A(t)=Klogt根據(jù)條件（2），K必須為正數(shù)。若取β足夠大，則可以寫為4.1概率語法信息測(cè)度

Shannon概率熵對(duì)于非等概率事件，經(jīng)適當(dāng)變換，可以看做等概率事件進(jìn)行分析，證明略。信息科學(xué)導(dǎo)論如前所說，信息是用以消除不定性的東西。如果以I(p1，…，Pn)來表示為消除不定性H(p1，…，pN)所需要的信息量，則有I(p,…,pN)=H(p1,…,pN)-0=H(p1,…,pN)4.1概率語法信息測(cè)度

所以，從數(shù)量上說，H（p1，…，pN）既可以看作是一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)所具有的不定性，也可以看作是為消除這個(gè)不定性所需要的信息量。信息科學(xué)導(dǎo)論為了確定信息量的單位，考察一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二中擇一試驗(yàn)，即具有兩種可能結(jié)果且兩種結(jié)果出現(xiàn)的概率相等的試驗(yàn)。4.1概率語法信息測(cè)度

取對(duì)數(shù)底為2，令所得的=1，則得常數(shù)K=1。于是，上式變?yōu)樾畔⒖茖W(xué)導(dǎo)論當(dāng)對(duì)數(shù)底為2時(shí)，信息單位稱為二進(jìn)單位，也叫比特（bit，BinaryDigit的縮寫）；當(dāng)對(duì)數(shù)底為e時(shí)，則稱自然單位，也叫奈特（nat，NaturalDigit的縮寫）；當(dāng)?shù)兹?0時(shí)，稱為迪特（dit，DecimalDigit的縮寫），等等。4.1概率語法信息測(cè)度

盡管單位不同，它們之間的轉(zhuǎn)換是直接而簡(jiǎn)單的。需要注意的是，式中當(dāng)某個(gè)Pi=0時(shí)，規(guī)定0log0=0信息科學(xué)導(dǎo)論另外，公式也可表示為

式中4.1概率語法信息測(cè)度可以理解為具有出現(xiàn)概率Pi的單個(gè)事件的不定性，或?yàn)橄@個(gè)不定性所需要的信息量。而H(p1，…，pN)則是具有概率分布p1，…，pN的事件集合的平均不定性，或?yàn)橄@個(gè)不定性所需要的平均信息量。信息科學(xué)導(dǎo)論舉例

假設(shè)一條電線上串聯(lián)了8個(gè)燈泡x1,x2,…,x8，這8個(gè)燈泡損壞的可能性是等概率的，現(xiàn)假設(shè)8個(gè)燈泡中有一個(gè)也只有一個(gè)燈泡已損壞，致死串聯(lián)的燈泡都不能點(diǎn)亮，請(qǐng)求：為檢查出哪個(gè)燈泡損壞所需的信息量？4.1概率語法信息測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論A．DeLuca和S．Termin曾在1972年提出模糊熵的概念及其表達(dá)式，并建議以這個(gè)表達(dá)式來具體計(jì)算模糊集合的不定性；遺憾的是，DeLuca和Termini的文章并沒有給出嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，只是給出了如下的思路。4.2模糊語法信息測(cè)度

作為模糊熵，至少必須滿足以下三個(gè)基本的特性：（1）當(dāng)且僅當(dāng)f在L上取值0或1時(shí)，模糊熵才為零。（2）當(dāng)且僅當(dāng)f恒為1/2時(shí),才取最大值（3）

f越陡峭，應(yīng)當(dāng)越小；反之則應(yīng)越大。就是說，若有

則應(yīng)有信息科學(xué)導(dǎo)論其中，特性（1）是對(duì)模糊熵極值性的規(guī)定，即當(dāng)模糊集的示性函數(shù)僅取0或1值時(shí)，模糊集退化為普通集。特性（2）也是對(duì)模糊熵的極值性的規(guī)定．即各個(gè)元的隸屬度均為1／2時(shí)，模糊集所固有的不定性達(dá)到最大的程度。條件（3）是模糊熵的有序性的規(guī)定：隸屬度分布越陡峭的模糊集所具有的不定性越小。顯然，這些都是合理的要求。4.2模糊語法信息測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論一般說來，有很多類函數(shù)都可能滿足這三個(gè)基本要求，他們選擇了如下的形式：

其中4.2模糊語法信息測(cè)度于是，如果引入Shannon函數(shù)

則信息科學(xué)導(dǎo)論令，則

4.2模糊語法信息測(cè)度這個(gè)顯然能夠滿足上述三個(gè)基本特性的要求，因此便成為模糊集的不定性的測(cè)度，稱為模糊熵。信息科學(xué)導(dǎo)論偶發(fā)試驗(yàn)所具有的不定性可以表示為4.3語法信息統(tǒng)一測(cè)度由此可見，不同類型的信息有不同的度量公式，為此，需要探討更一般的信息函數(shù)表達(dá)式。與Shannon方法不同，這里不從概率的概念出發(fā)來定義信息函數(shù)，而從一個(gè)更廣義的概念出發(fā)來尋求新的解答。這個(gè)廣義概念就是“肯定度”。作者從肯定度歸一和不歸一兩種情況討論了語法信息的統(tǒng)一測(cè)度。信息科學(xué)導(dǎo)論對(duì)于肯定度歸一的結(jié)論觀察者R從試驗(yàn)系統(tǒng)（X．C．C*）中得到的信息量I（C，C*；R）是他通過觀察所實(shí)現(xiàn)的關(guān)于X的對(duì)數(shù)相對(duì)平均肯定度的增量，即4.3語法信息統(tǒng)一測(cè)度稱為一般信息函數(shù)，信息科學(xué)導(dǎo)論對(duì)于肯定度不歸一的結(jié)論由于模糊集合各個(gè)元素的確定性性質(zhì)，定義在整個(gè)模糊集合(X,C,C*)上的平均信息量就等于定義在各個(gè)(fn,1-fn)上的信息量的算術(shù)平均，即：4.3語法信息統(tǒng)一測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論這樣，在形式上，我們就可以把統(tǒng)一的語法信息I(C,C*;R)表示為式(3.3.37)所示的兩段表達(dá)式，即：4.3語法信息統(tǒng)一測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論4.4全信息統(tǒng)一測(cè)度稱I(T)為R關(guān)于X的先驗(yàn)單純語義信息量，I(T*)為R關(guān)于x的后驗(yàn)單純語義信息量，而稱I(T,T*；R)為R在觀察試驗(yàn)X的過程中所獲得的實(shí)得單純語義信息量。信息科學(xué)導(dǎo)論綜合邏輯真實(shí)度也是一個(gè)模糊量。因此，也可以采用與上面類似的方法來建立綜合語義信息的測(cè)度，即4.4全信息統(tǒng)一測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論綜合語用信息的特征量是綜合效用度，綜合語用信息量公式確實(shí)綜合了各種信息量的關(guān)系，它可以理解為“全信息”的測(cè)度公式。4.4全信息統(tǒng)一測(cè)度信息科學(xué)導(dǎo)論作業(yè)天氣預(yù)報(bào)提供的概率空間如下：求天氣預(yù)報(bào)提供的平均信息量？其中出現(xiàn)“大雨”含有的信息是多少？第5講信息的獲取信息科學(xué)導(dǎo)論人們要想認(rèn)識(shí)世界，首先就必須能夠獲得事物的本體論信息，并把本體論意義的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愓J(rèn)識(shí)論信息。這種轉(zhuǎn)變的過程，就是信息獲取的過程，如下圖。5.1機(jī)器感知信息科學(xué)導(dǎo)論分析表明，信息獲取的首要環(huán)節(jié)是信息的“感知”，即感知事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化的方式，或者說是通過客體事物與認(rèn)識(shí)主體的相互作用把事物的本體論信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愓J(rèn)識(shí)論意義的信息，如下圖所示。5.1機(jī)器感知信息科學(xué)導(dǎo)論應(yīng)當(dāng)注意的是，就信息的“機(jī)器感知”而言，它只“感受”到了事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及狀態(tài)變化方式的形式，并不“知曉”事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的邏輯含義和效用價(jià)值。因此，機(jī)器感知的輸出結(jié)果只是語法信息，而沒有語義信息或語用信息。5.1機(jī)器感知研究結(jié)果表明，信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官（在人工系統(tǒng)場(chǎng)合則是某種器件或系統(tǒng)）能夠靈敏地感受到某種事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化的方式，也就是說，要有某種組織或器件，能夠在某種事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的刺激下產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，而且，這種刺激與響應(yīng)關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足一定的條件。信息科學(xué)導(dǎo)論如果用符號(hào)u表示感知系統(tǒng)的輸入刺激，用符號(hào)v表示感知系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，用符號(hào)U表示感知系統(tǒng)的敏感域，用符號(hào)V表示感知系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍，那么，所希望的感知系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系可以表述為5.1機(jī)器感知顯然，上式所規(guī)定的是一類“完全的一一對(duì)應(yīng)”的互逆函數(shù)f的集合。這種函數(shù)關(guān)系可以保證感知過程的理想特性，完全不丟失信息。信息科學(xué)導(dǎo)論在大多數(shù)實(shí)際情況下，可以允許丟失一些非本質(zhì)的信息。這時(shí)，“完全一一對(duì)應(yīng)的互逆函數(shù)關(guān)系”可以有一定的放松，上式可以退化為這里，g不一定正好是f--1，d(u,u’)是u與u’之間的差異測(cè)度，ε是這種差異測(cè)度的允許值，u’是根據(jù)感知系統(tǒng)f的響應(yīng)v通過反變換g所復(fù)制的刺激。

5.1機(jī)器感知信息科學(xué)導(dǎo)論只有當(dāng)滿足條件

g=f--1

且

f·f--1=1

時(shí)才會(huì)有u’=u以及d(u,u’)=0。5.1機(jī)器感知分析和實(shí)驗(yàn)都表明，雖然人的感覺器官在感知外部事物的信息方面具有十分精巧的工作機(jī)制，但同時(shí)也存在一些天然的缺陷，這主要表現(xiàn)在：敏感域有限；敏感度有限；分辨力不高。信息科學(xué)導(dǎo)論對(duì)信息感知的過程和實(shí)現(xiàn)技術(shù)做出如下的歸納。第一，信息感知系統(tǒng)由敏感單元和表示單元構(gòu)成。敏感單元對(duì)事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式高度敏感，能夠產(chǎn)生與“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”相對(duì)應(yīng)的實(shí)際響應(yīng)。表示單元?jiǎng)t把敏感單元的實(shí)際輸出響應(yīng)通過適當(dāng)?shù)姆绞奖硎境鰜?，便于觀察、處理和利用。5.1機(jī)器感知第二，鑒于“事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的無限多樣性，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式研制出不同的敏感單元，以獲得盡可能高的敏感度、分辨率和保真度。信息科學(xué)導(dǎo)論第三，由于電信號(hào)和光信號(hào)的處理技術(shù)比較成熟，處理也比較方便，表示單元往往都把敏感單元的輸出響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)的表示形式。在這個(gè)意義上，表示單元可以被理解為“換能器”：非電（光）變化轉(zhuǎn)換為電（光）變化。5.1機(jī)器感知第四，在復(fù)雜情況下，如果“事物”產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)以某種復(fù)合方式表現(xiàn)信息：可視的、可聞的、可嗅的…，那么，為了感知這些信息就需要采用多種傳感器，并對(duì)其中各種傳感器的輸出表示進(jìn)行適當(dāng)?shù)木C合或融合。這就是分布式綜合感知群。信息科學(xué)導(dǎo)論值得強(qiáng)調(diào)的是，上述信息感知的原理根植于如下基本性質(zhì)之中，即：在不具有主體條件下的事物的本體論信息與相應(yīng)的第一類認(rèn)識(shí)論層次語法信息之間有可能建立一定意義上的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。5.1機(jī)器感知

這是因?yàn)?，兩者都可以分別表示為各自的肯定度空間（以離散情形為例）：

和信息科學(xué)導(dǎo)論只要兩個(gè)肯定度空間之間保持同構(gòu)關(guān)系或者等效關(guān)系，那么，本體論信息向第一類認(rèn)識(shí)論語法信息的轉(zhuǎn)化就被認(rèn)為是完全的、一一對(duì)應(yīng)的、或者互為可逆的。5.1機(jī)器感知信息感知的基本原理:

作為事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和狀態(tài)變化方式的本體論信息可以通過與其它事物的相互作用而被后者所感知，條件是后者對(duì)前者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式敏感。信息科學(xué)導(dǎo)論信息感知的實(shí)質(zhì)是本體論信息向第一類認(rèn)識(shí)論信息的語法信息的轉(zhuǎn)換，它的技術(shù)本質(zhì)是事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的載體轉(zhuǎn)換。5.1機(jī)器感知由于具體事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化速度的有限性，信息感知在理論上有可能做到不丟失本體論信息的基本信息。但是，無論怎樣精巧地設(shè)計(jì)信息感知系統(tǒng)，它的第一類認(rèn)識(shí)論信息的信息量（輸出信息量）都不可能超過本體論信息的信息量（輸入信息量）。這是信息獲取領(lǐng)域的信息不增原理。信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲取5.2.1非電量電測(cè)各行各業(yè)中的很多“量”絕大多數(shù)都是非電量，如機(jī)械量（位移、尺寸、力、振動(dòng)、速度等），熱工量（溫度、壓力、流量、物位等），成分量（化學(xué)成分、濃度等）和狀態(tài)量（顏色、透明度、磨損量、裂紋等）。需要將它們變換成電參量以便于測(cè)量，這就是非電量電測(cè)技術(shù)。將被測(cè)的非電量變換成電量的裝置稱為傳感器（也稱換能器、發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測(cè)器、探頭）。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）中關(guān)于傳感器（Transducer/Sensor）的定義為：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。信息科學(xué)導(dǎo)論該定義表達(dá)了四層含意：①傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；②輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；③輸出量是某種物理量，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量，應(yīng)當(dāng)便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，；④輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。因此，傳感器的基本功用包括：感受被測(cè)信息,并把它表示出來。5.2信息的直接獲取信息科學(xué)導(dǎo)論對(duì)一個(gè)傳感器而言，僅有敏感單元只能實(shí)現(xiàn)感知，但不能實(shí)現(xiàn)測(cè)量，可以將傳感器細(xì)分為敏感元件、傳感元件和變換元件。

敏感元件：對(duì)待測(cè)的非電量敏感；就感知外界信息的原理來講，可分為①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體和激素等分子識(shí)別功能。通常根據(jù)傳感器的基本感知功能可分為熱敏、光敏、氣敏、力敏、磁敏、濕敏、聲敏、色敏和味敏元件、放射線敏感元件等。傳感元件：將一種非電量變換為另一種非電量；變換元件：將非電量變換為電量。有些傳感器可能不需要傳感元件；有些傳感器的轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換；還有一些傳感器，上述三單元是一體的，即一個(gè)元件就可直接將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電量。5.2信息的直接獲取信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲取幾種常見的物理效應(yīng)和傳感原理（1）磁電傳感：一般要利用磁場(chǎng)作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象進(jìn)行傳感，可以用來測(cè)量磁場(chǎng)、位移、流量、速度、厚度等物理量。其主要原理為：電磁感應(yīng)定理、磁阻效應(yīng)、霍耳效應(yīng)等。磁阻效應(yīng)：若給通以電流的金屬或半導(dǎo)體材料的薄片施加與電流垂直或平行的外磁場(chǎng)，其電阻值就增加。這種現(xiàn)象稱為磁致電阻變化效應(yīng)，簡(jiǎn)稱為磁阻效應(yīng)。霍耳效應(yīng)：通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。電渦流效應(yīng)：當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定理導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生感生電流，此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合，稱為渦流。信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲?。?）光電傳感：物質(zhì)在光的作用下，光敏物質(zhì)中的電子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束縛時(shí)，電子就會(huì)從基態(tài)被激發(fā)到高能態(tài)，脫離原子核的束縛，在外電場(chǎng)作用下參與導(dǎo)電，因而產(chǎn)生了光電效應(yīng)。根據(jù)這些原理，可以制成多種光電傳感器，如電荷耦合器件攝像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，自動(dòng)沖水機(jī)、路燈控制器、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理。外光電效應(yīng)：是指物質(zhì)受光照時(shí)，具有能量hν的光子，被物質(zhì)吸收后激發(fā)出自由電子，當(dāng)自由電子的能量足以克服物質(zhì)表面勢(shì)壘并逸出物質(zhì)的表面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射，逸出電子在外電場(chǎng)作用下形成光電子流。這種效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物。這就是物質(zhì)的光電發(fā)射現(xiàn)象，又叫做外光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng),是指受光照而激發(fā)的電子在物質(zhì)內(nèi)部參與導(dǎo)電，電子并不逸出光敏物質(zhì)表面。這種效應(yīng)多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲取（3）力－電傳感：主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、電流等）的儀器。廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。應(yīng)變效應(yīng):當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。壓阻效應(yīng):單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為壓阻效應(yīng)。壓電效應(yīng)：一些離子型晶體的電介質(zhì)(如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變；這種現(xiàn)象稱為（正）壓電效應(yīng)。電致伸縮效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象，這也稱為逆壓電效應(yīng)。信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲?。?）熱電傳感：熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的,如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲等)的溫度控制、火警報(bào)警器、工業(yè)過程控制等。熱電效應(yīng)：兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電阻：有鉑、銅、鎳電阻等，主要原理是：溫度升高時(shí)會(huì)使導(dǎo)體中的分子運(yùn)動(dòng)加劇，載流子流動(dòng)過程中會(huì)遇到更多和更劇烈的碰撞，從而使載流子運(yùn)動(dòng)阻力增大，導(dǎo)體的阻值增加。信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲取5.電容傳感：用兩塊金屬平板作電極可構(gòu)成電容器，當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容C為S—極板相對(duì)覆蓋面積；d—極板間距離；εr—相對(duì)介電常數(shù)；ε0

—真空介電常數(shù)，ε0＝8.85pF/m；d、S和εr中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變了電容C0；d或S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；εr的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。信息科學(xué)導(dǎo)論5.2信息的直接獲?。?）電感式傳感：是一種利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的裝置，如式式中：N為線圈的匝數(shù)；Rn為磁路總磁阻，磁阻與磁路的長(zhǎng)度，銜鐵、鐵心、氣隙磁通的截面積、導(dǎo)磁率有關(guān)。通過改變這些參數(shù)就可測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。信息科學(xué)導(dǎo)論5.3信號(hào)規(guī)整傳感器雖然已將非電量轉(zhuǎn)換為電量，但常常信號(hào)是微弱的，不便于信息的傳輸和利用，還需要相應(yīng)的電路進(jìn)行放大、去噪等處理；還有一些傳感器需要施以一定的激勵(lì)才能正常工作，一般也需要通過電子線路來形成激勵(lì)源。傳感器的輸出標(biāo)準(zhǔn)：如電流型的起始輸出為4mA，滿量程輸出為20mA；電壓型輸出的起始輸出電壓為0V，滿量程輸出為5V。采用這種標(biāo)準(zhǔn)輸出，就可以很方便的與各種應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行接口。為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，人們希望待測(cè)量與最后的輸出應(yīng)成線性關(guān)系，即在整個(gè)測(cè)量量程范圍內(nèi)，輸出與輸入之間成一種恒定的比例關(guān)系。但很多敏感器件的線性測(cè)量范圍很小，因此，需要通過電子線路來對(duì)信號(hào)進(jìn)行規(guī)整，比如，進(jìn)行線性校正，溫度校正、濕度校正、器件老化誤差校正等。信息科學(xué)導(dǎo)論5.4測(cè)量測(cè)量是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的處理過程。在這個(gè)過程中常需借助專門的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類已知單位量進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。這樣，所獲取的信息就被量化了。一般而言，任何科學(xué)的結(jié)論都離不開測(cè)量，測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步會(huì)大大促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。反過來，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步又會(huì)給測(cè)量理論的提高和測(cè)量技術(shù)的完善創(chuàng)造良好的條件。計(jì)量和測(cè)量既有聯(lián)系又有區(qū)別?？梢哉f計(jì)量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種手段。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，商品的交換和國(guó)際、國(guó)內(nèi)的廣泛交往，客觀上要求對(duì)同一量在不同的地方、用不同的測(cè)量手段測(cè)量時(shí)所得的結(jié)果互相一致。因而需要設(shè)定大家公認(rèn)的統(tǒng)一的單位并統(tǒng)一這些單位的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和用這些基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)測(cè)量器具，還得用法律的形式固定下來，這就是計(jì)量。它具有統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性三個(gè)特征。信息科學(xué)導(dǎo)論5.4測(cè)量狹義來說，電測(cè)量是在電子學(xué)中測(cè)量有關(guān)電的量，通常包含下面幾個(gè)方面：(1)電能量的測(cè)量，即測(cè)量電流、電壓、電功率等；(2)信號(hào)的特性及所受干擾的測(cè)量，例如信號(hào)的波形和失真度、頻率、相位、脈沖參數(shù)、調(diào)制度、信號(hào)頻譜、信噪比等；(3)元件和電路參數(shù)的測(cè)量，例如電阻、電感、電容、電子器件（電子管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等）、集成電路的測(cè)量；電路頻率響應(yīng)、通頻帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、相位移、延時(shí)、衰減和增益的測(cè)量等等。

信息科學(xué)導(dǎo)論5.4測(cè)量一個(gè)量本身所具有的真實(shí)大小稱為真值。在不同的時(shí)間和空間，被測(cè)量的真值往往是不同的。但在確定的時(shí)空條件下，它是一個(gè)客觀存在的確定數(shù)值。而人們通過實(shí)驗(yàn)的方法來測(cè)量時(shí)，由于種種原因，都會(huì)造成測(cè)量結(jié)果與真值不同，這個(gè)差別就是測(cè)量誤差。毫無疑問，我們希望測(cè)量誤差越小越好。根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，可將它們分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差三大類。我們需要研究這些誤差的形成原因，分布規(guī)律，減少誤差的處理方法，系統(tǒng)中誤差的合成和分配技術(shù)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)等，所有這些，都離不開數(shù)學(xué)知識(shí)。第6講信息的識(shí)別信息科學(xué)導(dǎo)論6.1信息的表示方法信號(hào)表示：對(duì)各種需要測(cè)量的“量”可以通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量，并以信號(hào)的形式進(jìn)行表示。符號(hào)表示：一般不同的事物要用不同的信號(hào)進(jìn)行表達(dá)，這樣描述起來就不很方便，因此，科學(xué)家就對(duì)事物進(jìn)行形式化抽象，抽取出一類事物共同的特征（這是一個(gè)從特殊到一般的過程），并以符號(hào)的方式進(jìn)行表達(dá)，這就是信息的符號(hào)表示。機(jī)器表示：為了可以使用計(jì)算機(jī)來存儲(chǔ)和處理信息，可以將符號(hào)表示的信息通過編碼的方式變成一種計(jì)算機(jī)“可懂”的“數(shù)據(jù)”，這就是信息的機(jī)器表示。信息科學(xué)導(dǎo)論6.1信息的表示方法語音信息表示語音信號(hào)的數(shù)字化處理主要包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)：抽樣、量化、編碼。計(jì)算機(jī)中語音信息數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)抽樣頻率通常是11.025、22.05、44.1KHz、64KHz,頻率越高保真度越好，但得到的數(shù)據(jù)量越大，需要的存儲(chǔ)空間也越大。量化是將抽樣后的信號(hào)按幅度分成有限個(gè)電平級(jí)別，幅度落在同一個(gè)級(jí)別范圍的用同一個(gè)電平級(jí)別表示。量化過的信號(hào)就成為數(shù)字信號(hào)，記為PCM（Pulse-CodedModulation）。因?yàn)镻CM的幅度為有限個(gè)，所以可以用二進(jìn)制編碼表示，通常采用16比特分段編碼的方式進(jìn)行編碼，即PCM編碼。信息科學(xué)導(dǎo)論6.1信息的表示方法圖形圖像數(shù)據(jù)表示（1）位圖（Bitmap）位圖使用像素陣列來表示圖像，用于表示計(jì)算機(jī)中的靜態(tài)圖片，位圖文件有很多種的格式，如擴(kuò)展名為.BMP.JPG.GIF.PIC文件都屬于位圖。在位圖中圖像將由每一個(gè)像素點(diǎn)的位置和色彩值來決定。計(jì)算機(jī)中圖像根據(jù)顏色可分為黑白圖像、灰度圖像和真彩色圖像。（2）矢量圖(Vector)計(jì)算機(jī)中矢量圖使用直線和曲線來描述圖形，矢量圖由一系列的點(diǎn)、線段、圓、多邊形和曲線等圖形元素組成，而這些圖形又可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式的方式來描述，因此矢量圖可以用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法來存儲(chǔ)和顯示。比如一個(gè)圓，如果用矢量方式來描述，只需要存儲(chǔ)它的圓心坐標(biāo)和半徑大小即可。由于矢量圖形可通過公式計(jì)算獲得，所以矢量圖形文件體積一般較小，存儲(chǔ)量較少。信息科學(xué)導(dǎo)論6.2信息的識(shí)別信息特征獲取前述信息獲取主要解決“是否有信息存在”的問題，但這還不夠，還需要對(duì)所感知的信息作出判斷，解決“存在的信息屬于哪一類”的問題，這就是信息識(shí)別（也叫模式識(shí)別）的問題。目前所討論的信息識(shí)別只能是基于語法信息的識(shí)別，也就是采用類比方式進(jìn)行的識(shí)別：將所感知的事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化形式與特定形式的“模板”進(jìn)行比較、匹配，確定二者是否相同。常規(guī)的做法是提取那些能代表事物主體的特征：一組形式化的參量，即用很少的數(shù)據(jù)量來表征某一事物的狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。

信息科學(xué)導(dǎo)論6.2信息的識(shí)別信息特征獲取把不同方面的特征有效集成起來獲得更全面地認(rèn)識(shí)，這便是“（特征）信息融合”問題。融合(Fusion)是指采集并集成各種信息源、多媒體和多格式信息，從而生成完整、準(zhǔn)確、及時(shí)和有效的綜合信息過程。按照融合過程中信息抽象的層次，可以將信息融合過程分為三個(gè)層次，即數(shù)據(jù)層(DataLevel)融合、特征層(FeatureLevel)融合和決策層(DecisionLevel)融合。

信息科學(xué)導(dǎo)論信息識(shí)別的模型6.2信息的識(shí)別信息科學(xué)導(dǎo)論以二元識(shí)別為例來說明統(tǒng)計(jì)識(shí)別法的基本工作原理。于是，任一模式只有兩種可能的