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信息科学

信息科学是研究信息运动规律和应用方法的科学,是由信息论、控制论、计算机理论、人工智能理论和系统论相互渗透、相互结合而成的一门新兴综合性科学。其支柱为信息论、系统论和控制论。

信息技术就是能够扩展人的信息器官功能的一类技术。

(1) 信息技术是指能够完成信息的获取、传递、加工、再生和施用等功能的一类技术。

(2) 信息技术是指感测、通信、计算机和智能以及控制等技术的整体。 [1]

信息科学是指以信息为主要研究对象,以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容,以计算机等技术为主要研究工具,以扩展人类的信息功能为主要目标的一门新兴的综合性学科。

信息是物质、能量、信息及其属性的标示;信息是确定性的增加。信息是事物现象及其属性标识的集合。[2006年,医学信息(杂志),邓宇等].

以信息作为主要研究对象,这是信息科学区别于其他科学的最根本的特点之一,也是信息科学之所以能够成为一门独立学科的最根本的前提。

信息从本体论的意义上来说,它是事物运动的状态和(状态改变的)方式;从认识论的意义上说,它是认识主体所感知或所表述的事物运动的状态和方式。“事物”,既可以是外部世界的实在客体,也可以是主观世界的精神现象;“运动”既可以是物体在空间中的位移,也可以是一切意义上的变化;“运动的状态”是指事物在特定时空中的性状和态势,“运动的方式”是指事物运动状态随时空的变化而改变的式样和规律。

第一, 信息是普遍存在的一类研究对象。

第二, 信息与物质是既有联系又有区别的两个概念。

第三, 信息与能量也是既有联系又有区别的两个概念。

第四, 人类要认识事物就必须要取得信息,要变革事物也必须要有信息。

既然信息对于人们认识事物(世界)和变革事物(世界)是十分必要的,那么,为了能够更好地完成认识世界和改造世界的使命,就有必要深入的研究信息问题。

既然信息是普遍存在的一类研究对象,那么,人们对信息问题的研究就具有普遍的意义。

既然信息不等同于物质也不等同于能量,那么,对信息问题的研究就自然成为一门独立的学科。 [1]

信息论是信息科学的前导,是一门用数理统计方法研究信息的度量、传递和交换规律的科学,主要研究通信和控制系统中普遍存在着的信息传递的共同规律,以及建立最佳地解决信息的获取、度量、变换、存储、传递等问题的基础理论。 [2]

控制论的创立者是美国科学家维纳,1948年他发表《控制论》一书,明确提出控制论的两个基本概念--信息和反馈,揭示了信息与控制规律。控制论是关于动物和机器中的控制和通信的科学,它研究各种系统共同控制规律。在控制论中广泛采用功能模拟和黑箱方法。控制系统实质上是反馈控制系统。负反馈是实现控制和使系统稳定工作的重要手段。控制论中,对系统控制调节通过信息的反馈来实现。在制定方针政策过程中,哈佛经理的决策可看作是信息变换、信息加工处理的反馈控制过程。

系统论的基本思想是把系统内各要素综合起来进行全面考察统筹,以求整体最优化。整体性原则是其出发点,层次结构和动态原则是其研究核心;综合化、有序化是其精髓。系统论是国民经济中广泛运用的一大组织管理技术。

信息科学正在形成和迅速发展,人们对其研究内容的范围尚无统一的认识。现在主要的研究课题集中在以下六个方面:

信源理论和信息的获取,研究自然信息源和社会信息源,以及从信息源提取信息的方法和技术;

信息的传输、存储、检索、变换和处理;

信号的测量、分析、处理和显示;

模式信息处理,研究对文字、图像、声音等信息的处理、分类和识别研制机器视觉系统和语音识别装置;

知识信息处理,研究知识的表示、获取和利用,建立具有推理和自动解决问题能力的知识信息处理系统即专家系统;

决策和控制,在对信息的采集、分析、处理、识别和理解的基础上作出判断、决策或控制,从而建立各种控制系统、管理信息系统和决策支持系统。

1.光通讯技术:光通讯的基本概念,光通讯的发展趋势,光通讯的重要意义和应用。

2.通信与信息系统:介绍通讯与信息系统的基本概念,通信与信息系统的应用领域,通信与信息系统的历史和最新进展等。

3.物理电子与纳米技术:电子学与物理的关系、纳米材料技术、纳米电子学、纳米表征技术等。

4.无线通信技术:无线通讯的基本概念,无线通讯的发展现状与趋势等。

5.量子电子学与激光技术:量子电子器件的基本知识、发展历史和现状、量子电子的应用领域等。

6.计算机软件:介绍计算机软件的概念、计算机软件的主要研究内容,计算机软件的发展趋势,软件工程

等。

7.计算机体系结构::计算机体系结构的基本概念,计算机体系结构的发展历史、现状与趋势。

8.计算机网络与信息系统:计算机网络的基本概念,计算机网络的基础知识,计算机网络的主要作用。

9.数字多媒体技术:数字媒体技术的基础知识、标准以及国内外的发展现状和未来。

二十世纪40年代末,美国数学家香农发表了《通信的数学理论》和《在噪声中的通信》两篇著名论文,提出信息熵的数学公式,从量的方面描述了信息的传输和提取问题,创立了信息论。于是信息论首先在通信工程中得到广泛应用,为信息科学的研究奠定了初步的基础。

随着自动化系统和自动控制理论的出现,对信息的研究开始突破原来仅限于传输方面的概念。美国数学家维纳在这个时期发表了著名的《控制论》和《平稳时间序列的外推、内插和平滑问题》,从控制的观点揭示了动物与机器的共同的信息与控制规律,研究了用滤波和预测等方法,从被噪声湮没了的信号中提取有用信息的信号处理问题,建立了维纳滤波理论。

60年代中,由于出现复杂的工程大系统需要用计算机来控制生产过程,系统辨识成为重要研究课题。从信息科学的观点来看,系统辨识就是通过输入输出信息来研究控制系统的行为和内部结构,并用简明的数学模型来加以表示。控制就是根据系统结构和要求对信息加工、变换和利用。信息和控制是信息科学的基础和核心。70年代以来,电视、数据通信、遥感和生物医学工程的发展,向信息科学提出大量的研究课题,如信息的压缩、增强、恢复等图像处理和传输技术,信息特征的抽取、分类和识别的模式、识别理论和方法,出现了实用的图像处理和模式识别系统。

香农最初的信息论只对信息作了定量的描述,而没有考虑信息的其他方面,如信息的语义和信息的效用等问题。而这时的信息论已从原来的通信领域广泛地渗入到自动控制、信息处理、系统工程、人工智能等领域,这就要求对信息的本质、信息的语义和效用等问题进行更深入的研究,建立更一般的理论,从而产生了信息科学。

为了解决控制和决策中的非数值问题,和适应80年代以后智能机研究的需要,以及要解决知识信息处理的问题,遂产生了知识工程,并已研制成专家系统、自然语言理解系统和智能机器人等。

信息科学是信息时代的必然产物。信息科学是一门新兴的跨多学科的科学,它以信息为主要研究对象。

信息科学研究内容包括:阐明信息的概念和本质(哲学信息论);探讨信息的度量和变换(基本信息论);研究信息的提取方法(识别信息论);澄清信息的传递规律(通信理论);探明信息的处理机制(智能理论);探究信息的再生理论(决策理论);阐明信息的调节原则(控制理论);完善信息的组织理论(系统理论)。

扩展人类的信息器官功能,提高人类对信息的接收和处理的能力,实质上就是扩展和增强人们认识世界和改造世界的能力。这既是信息科学的出发点,也是它的最终归宿。信息技术包括通信技术、计算机技术、多媒体技术、自动控制技术、视频技术、遥感技术等。通信技术是现代信息技术的一个重要组成部分。通信技术的数字化、宽带化、高速化和智能化是现代通信技术的发展趋势。计算机技术是信息技术的另一个重要组成部分。计算机从其诞生起就不停地为人们处理着大量的信息,而且随着计算机的不断发展,它处理信息的能力也在不断地加强。计算机已经渗入到人们的社会生活的每一方面。计算机将朝着并行处理方向发展。现代信息技术一刻也离不开计算机技术。多媒体技术是80年代才兴起的一门技术,它把文字、数据、图形、语言等信息通过计算机综合处理,使人们得到更完善、更直观的综合信息。在未来多媒体技术将扮演非常重要的角色。信息技术处理的很大一部分是图像和文字,因而视频技术也是信息技术的一个研究热点。

信息科学与技术的发展不仅促进信息产业的发展,而且大大地提高了生产效率。事实已经证明信息科学与技术的广泛应用已经是经济发展的巨大动力,因此,各国的信息技术的竞争也非常激烈,都在争夺信息技术的制高点。

下面概述机器智能、特别是机器感知方面最新的研究现状与成果,并且展望其未来的研究方向。

智能信息处理技术:主要介绍计算智能、智能信息处理、智能感知与目标识别技术、数据挖掘与知识发现技术。

信号与信息处理:介绍信号与信息处理的基本概念,信号与信息处理的应用领域,信号与信息处理的发展历史、现状和未来。

微电子机械系统:微电子机械系统的基本概念、重要的几种微电子机械系统器件介绍、微电子机械系统的发展现状及其趋势。

微电子学与集成电路技术:微电子学的基本概念,微电子科学技术发展的历史,微电子学的基本概念,微电子技术在国民经济中的重要性,微电子科学技术及产业发展趋势等。

信息过程普遍存在于生物、社会、工业、农业、国防、科学实验、日常生活和人类思维等各种领域,因此信息科学将对工程技术、社会经济和人类生活等方面产生巨大的影响。


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