信息技術(shù)導(dǎo)論課件-第1.2章信息科學(xué)

1、1,1.2 信息科學(xué)1.2.1 科學(xué)的含義1.2.2 科學(xué)、技術(shù)與工程的界定1.2.3 信息科學(xué)1.2.4 信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容與體系,1.2.1 科學(xué)的含義,1、科學(xué)詞義科學(xué)：中國(guó)古漢語(yǔ)，原意為“科舉之學(xué)”，宋 陳亮 《送叔祖主筠州高要簿序》：“自科學(xué)之興，世之為士者往往困於一日之程文，甚至於老死而或不遇?！笨疲悍诸悾瑮l理，項(xiàng)目之意，學(xué)：為知識(shí)，學(xué)問(wèn)。科學(xué)一詞，英文為science，源于拉丁文的scio，后來(lái)又演變?yōu)閟

2、cientin，最后成了今天的寫法，其本意是“知識(shí)”、“學(xué)問(wèn)”。日本著名科學(xué)啟蒙大師福澤瑜吉把“science”譯為“科學(xué)”。1893年，康有為引進(jìn)并使用“科學(xué)”二字。嚴(yán)復(fù)在翻譯《天演論》等科學(xué)著作時(shí)，也用“科學(xué)”二字。此后，“科學(xué)”二字便在中國(guó)廣泛運(yùn)用。意為各種不同類型的知識(shí)和學(xué)問(wèn)。,2,2、科學(xué)定義,“科學(xué)：運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)的規(guī)律的知識(shí)體系?！薄掇o海》1999年版 “科學(xué)首先不同于常識(shí)

3、，科學(xué)通過(guò)分類，以尋求事物之中的條理。此外，科學(xué)通過(guò)揭示支配事物的規(guī)律，以求說(shuō)明事物?！?——法國(guó)《百科全書》 “可以簡(jiǎn)單地說(shuō)，科學(xué)是如實(shí)反映客觀事物固有規(guī)律的系統(tǒng)知識(shí)?！?　　——《現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論》1888年，達(dá)爾文曾給科學(xué)下過(guò)一個(gè)定義：“科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，做出結(jié)論”。,3,4,science科學(xué) 指人們所知道的東西，指發(fā)現(xiàn)、積累并公認(rèn)的普遍真理或普遍定理的運(yùn)用,已系統(tǒng)化和公式化了的知識(shí)。The chief

4、 sciences are chemistry, physics and biology. 主要的自然科學(xué)是化學(xué)、物理和生物。 學(xué)科，某門 科學(xué)；學(xué)問(wèn), 學(xué)術(shù) 如社會(huì)科學(xué)social science,5,目前的科學(xué)并不能完美解釋自然和社會(huì)的所有現(xiàn)象，因此不斷發(fā)展、有生命力。因?yàn)樗侨嗽斓??？茖W(xué)分類流行的說(shuō)法是：自然、社會(huì)、人文科學(xué)。其中： 社會(huì)科學(xué)從人文分離出來(lái)大約200—300年，目前兩者的區(qū)別界限模糊。 人文科學(xué)：人

5、類價(jià)值和精神表現(xiàn)，是有關(guān)人類思想和文化研究，更偏向藝術(shù)。,6,3、科學(xué)發(fā)展的軌跡科學(xué)的發(fā)展邏輯:,圖騰崇拜,宗教（天主教、儒、道、佛、回教）,哲學(xué),數(shù)學(xué),自然科學(xué)（科學(xué)院）,社會(huì)科學(xué)(社會(huì)科學(xué)院),橫斷科學(xué)(管理、信息),技術(shù)科學(xué)(工程院),天文,3、科學(xué)發(fā)展的軌跡科學(xué)的發(fā)展邏輯:,8,沒有宗教的科學(xué)是瘸子，沒有科學(xué)的宗教是瞎子——愛因斯坦宗教培養(yǎng)熱忱、獻(xiàn)身、認(rèn)識(shí)人生的意義，提高人生的境界，遇到煩惱，付諸宗教。而在中國(guó)付

6、諸詩(shī)。 ——陳寅恪,9,1.2.2 科學(xué)、技術(shù)與工程的界定1、科學(xué)科學(xué)來(lái)源于實(shí)踐并得到實(shí)踐驗(yàn)證，反映自然界特定事物本質(zhì)和屬性和規(guī)律的理論知識(shí)體系。具有：客觀性、實(shí)踐性、理論性、邏輯性、真理相對(duì)性、發(fā)展性?？茖W(xué)是對(duì)各種事實(shí)和現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分類、歸納、演繹、分析、推理、計(jì)算、核實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律、并對(duì)各種定量規(guī)律予以驗(yàn)證和公

7、式化的知識(shí)體系?？茖W(xué)的任務(wù)是揭示事物發(fā)展的客觀規(guī)律、探求真理、作為人們改造世界的指南。 ——《大百科全書》科學(xué)是解決是什么、為什么的知識(shí)體系，是人造的認(rèn)識(shí)客觀世界的知識(shí)體系，是認(rèn)識(shí)客觀世界的知識(shí)體系 ——姜達(dá)維《關(guān)于體育的科學(xué)化》）,10,2.技術(shù)：技術(shù)、工藝 technic在勞動(dòng)生產(chǎn)方

8、面的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和技巧,也泛指其他操作方面的技巧[technology;art;skill;technique] technology 希臘文原意是完美而實(shí)用的技藝，關(guān)于具體工藝的學(xué)問(wèn)、解釋的工藝學(xué)或技藝學(xué)，是有關(guān)具體工藝的學(xué)問(wèn)，也可理解為關(guān)于技術(shù)的學(xué)問(wèn)和理論?！?615年,11,中外古代的技術(shù)指制革行業(yè)，后泛指各行業(yè)技巧、手段、方法、專長(zhǎng)、藝術(shù)等具共同特征的一般表述。為社會(huì)生產(chǎn)和社會(huì)需要而使用的各種物質(zhì)手段、工藝技巧、勞動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和作

9、業(yè)方法的綜合，是科學(xué)、生產(chǎn)的中介，是技術(shù)手段的集合。 —《大百科全書》人類在利用自然和改造自然的過(guò)程中積累出來(lái)的在生產(chǎn)勞動(dòng)中體現(xiàn)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。也泛指其他操作技巧。 ——（現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典）,12,技術(shù)是人類改造自然、創(chuàng)造人工自然的技能、方法、手段或活動(dòng)的總和。人類為了滿足社會(huì)需要而依靠自然規(guī)律和自然界的物質(zhì)、能量和信息，來(lái)控制、應(yīng)用和改進(jìn)人工—自然系統(tǒng)的活動(dòng)和方法。技術(shù)是技能、

10、技藝、技巧和經(jīng)驗(yàn)及創(chuàng)造性等能力的綜合。是生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、技能和科學(xué)知識(shí)的物化或生產(chǎn)性與非生產(chǎn)性物質(zhì)手段的統(tǒng)一。技術(shù)的更高層次是技藝（大師、國(guó)寶）。,13,技術(shù)科學(xué)：運(yùn)用基礎(chǔ)科學(xué)理論探討技術(shù)機(jī)制、可行性和共同規(guī)律的科學(xué)、技術(shù)理論，解決生產(chǎn)實(shí)踐中提出的帶有普遍性的問(wèn)題，包括經(jīng)驗(yàn)形態(tài)、知識(shí)形態(tài)、經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的物化。,14,3.工程工,本義:工匠的曲尺[carpenter's square] 工,巧飾也,象人有規(guī)榘也。——《說(shuō)文》工.

11、精巧,精致 [delicate]工.擅長(zhǎng);善于 [be good at]工程[construction (engineering) project]將自然科學(xué)的理論應(yīng)用到具體工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中形成的各學(xué)科的總稱。如:水利工程、化學(xué)工程、土木建筑工程、遺傳工程、系統(tǒng)工程——亦稱“工程學(xué)”用較大而復(fù)雜的設(shè)備來(lái)進(jìn)行的工作。如:城市改建工程、京九鐵路工程、菜藍(lán)子工程,15,18世紀(jì)， 工程專指作戰(zhàn)兵器的制造和執(zhí)行服務(wù)于軍事目的的工作，后來(lái)

12、引伸出一種看法，把服務(wù)于特定項(xiàng)目的各項(xiàng)工作的總體稱之為工程。如果這個(gè)特定的目的是組織、管理一種系統(tǒng)就有系統(tǒng)工程，總是要求實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)的效果最好——最優(yōu)化概念。工程學(xué)：將基礎(chǔ)科學(xué)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以提高生產(chǎn)力的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)的總稱。工程學(xué)是以提高生產(chǎn)力為目的應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)，包括經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)，因?yàn)榻?jīng)營(yíng)管理也是生產(chǎn)力。,16,工程：土木建筑或其它生產(chǎn)、制造部門用比較大而復(fù)雜的設(shè)備來(lái)進(jìn)行的工作。

13、 ——漢語(yǔ)辭典泛指一切工作、工事及程式。 ——辭源將自然科學(xué)的原理應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中去而形成的各學(xué)科的總稱。是勞動(dòng)人民經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)展而來(lái)的，在實(shí)踐—認(rèn)識(shí)的過(guò)程中不斷總結(jié)提高，其目的是利用自然、改造自然為人類服務(wù)。其主要內(nèi)容是：對(duì)工程勘察、設(shè)計(jì)、施工、原材料的選擇研究、設(shè)備和產(chǎn)品制造、工藝和施工方法的研究等。 ——大百科全書.工程技術(shù)分冊(cè),17,4.操作操（撡）(形聲。從手。本義:拿著,握在手里)本

14、義 [grasp，hold]操,把持也。――《說(shuō)文》體字.doc作(會(huì)意。從人,從乍。人突然站起為作。甲骨文字形,象衣領(lǐng)初作的形狀。本義:人起身)本義[get up]作,起也。――《說(shuō)文》體字.doc操作[operate manipulate handle manage] 按規(guī)范和要領(lǐng)操縱動(dòng)作,18,操作：按照一定的程序和技術(shù)要求進(jìn)行的活動(dòng)。（現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典）操作是怎樣做的動(dòng)作，是熟練的操作工，按規(guī)范和要領(lǐng)操縱動(dòng)作。水

15、1000C汽化、沸騰（科學(xué)理論），加熱解決（技術(shù)），具體加熱方法（操作）問(wèn)題：當(dāng)前的信息（體育）技術(shù)的主要內(nèi)容教的是什么？科學(xué)、技術(shù)還是操作？技術(shù)完全是教出來(lái)的嗎？舉例說(shuō)明,19,知識(shí)是系統(tǒng)化的信息，是實(shí)踐認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)總和。理論是由實(shí)踐中概括出來(lái)的知識(shí)，有系統(tǒng)的結(jié)論。？,20,1.2.3 信息科學(xué)信息科學(xué)（Information Sciences)的概念指與信息研究有關(guān)的所有科學(xué)；信息和控制是核心和基礎(chǔ)。其對(duì)信息的理解也更為寬泛

16、一些：如人類信息和非人類信息，生物信息和非生物信息，語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息等。例如，美國(guó)著名學(xué)者F·馬克盧普所編寫的《信息研究：學(xué)科之間的通訊》一書就這樣認(rèn)為：信息科學(xué)應(yīng)包括哲學(xué)中有關(guān)信息范疇的研究；控制論和系統(tǒng)論中有關(guān)信息一般功能的研究；信息工程技術(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)和人工智能科學(xué)中關(guān)于信息的計(jì)量、傳輸、處理的專門研究；認(rèn)識(shí)論、認(rèn)知科學(xué)、以及腦科學(xué)中有關(guān)人類精神信息的研究；符號(hào)學(xué)、語(yǔ)義學(xué)、圖書館學(xué)、文獻(xiàn)學(xué)、檔案學(xué)、博物館學(xué)、傳播學(xué)、新聞

17、學(xué)、教育學(xué)，以及其他信息科學(xué)的邊緣學(xué)科，如信息社會(huì)學(xué)、信息經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息管理學(xué)、信息心理學(xué)等所包含的各種與信息相關(guān)的研究領(lǐng)域。信息科學(xué)是一門包羅所有信息研究的綜合學(xué)科。,21,另一種說(shuō)法：信息科學(xué)包括對(duì)信息的描述和測(cè)度、信息傳遞理論、信息再生理論、信息調(diào)節(jié)理論、信息組織理論、信息認(rèn)識(shí)理論等內(nèi)容。它研究信息提供、信息識(shí)別、信息變換、信息傳遞、信息存貯、信息檢索、信息處理、信息施效等一系列問(wèn)題和過(guò)程。信息科學(xué)是在信息論的基本上發(fā)展起來(lái)的

18、。包括系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、突變論、超循環(huán)論等學(xué)科。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息科學(xué)也在不斷向縱深方向深化和發(fā)展。現(xiàn)代信息科學(xué)實(shí)際上是以信息作為研究核心的一系列主導(dǎo)學(xué)科與邊緣學(xué)科群。,22,二十世紀(jì)40年代末，美國(guó)數(shù)學(xué)家香農(nóng)發(fā)表了《通信的數(shù)學(xué)理論》和《在噪聲中的通信》兩篇論文，提出信息熵的數(shù)學(xué)公式，從量的方面描述了信息的傳輸和提取問(wèn)題，創(chuàng)立了信息論。信息論首先在通信工程中得到廣泛應(yīng)用，為信息科學(xué)的研究奠定了初步的基

19、礎(chǔ)。隨著自動(dòng)化系統(tǒng)和自動(dòng)控制理論的出現(xiàn)，對(duì)信息的研究突破原來(lái)僅限于傳輸方面的概念。美國(guó)數(shù)學(xué)家維納在這個(gè)時(shí)期發(fā)表了著名的《控制論》和《平穩(wěn)時(shí)間序列的外推、內(nèi)插和平滑問(wèn)題》，從控制的觀點(diǎn)揭示了動(dòng)物與機(jī)器的共同的信息與控制規(guī)律，研究了用濾波和預(yù)測(cè)等方法，從被噪聲湮沒了的信號(hào)中提取信息的信號(hào)處理問(wèn)題，建立了維納濾波理論。,23,申農(nóng)的貢獻(xiàn)主要有：揭示通信信息的實(shí)質(zhì)是消除隨機(jī)不確定性，提出信息熵概念，建構(gòu)通信系統(tǒng)模型，發(fā)現(xiàn)三個(gè)編碼定理，系統(tǒng)地給

20、出通信中信息運(yùn)動(dòng)的定量描述，建立如何在通信中同噪聲作斗爭(zhēng)的科學(xué)理論。維納的貢獻(xiàn)有：獨(dú)立提出信息的度量方法，建立濾波理論，闡明信息與控制的關(guān)系等。這些都屬于技術(shù)科學(xué)層次的工作，不涉及科學(xué)世界圖景的描繪。申農(nóng)本人曾強(qiáng)烈反對(duì)把通信的數(shù)學(xué)理論引申應(yīng)用于通信工程之外，甚至“在他的出版物中避免信息論這個(gè)稱謂”,24,信息科學(xué)： 50年代以后，信息理論得到了很大的發(fā)展：經(jīng)典信息論一般信息論廣義信息論相繼形成了“技術(shù)信息理論”，“語(yǔ)義信息

21、理論”，“信息效用理論”等；后來(lái)，還出現(xiàn)了形形色色的“信息處理理論”。到了60年代前后，以相關(guān)信息理論為基礎(chǔ)，還出現(xiàn)了所謂“信息學(xué)”或“信息科學(xué)”。60年代中，由于出現(xiàn)復(fù)雜的工程大系統(tǒng)需要用計(jì)算機(jī)來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程，系統(tǒng)辨識(shí)成為重要研究課題。從信息科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，系統(tǒng)辨識(shí)就是通過(guò)輸入輸出信息來(lái)研究控制系統(tǒng)的行為和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并用簡(jiǎn)明的數(shù)學(xué)模型來(lái)加以表示?？刂凭褪歉鶕?jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和要求對(duì)信息加工、變換和利用。,25,70年代以來(lái)，電視、數(shù)據(jù)通信、遙

22、感和生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，向信息科學(xué)提出大量的研究課題，如信息的壓縮、增強(qiáng)、恢復(fù)等圖像處理和傳輸技術(shù)，信息特征的抽取、分類和識(shí)別的模式、理論和方法，出現(xiàn)了實(shí)用的圖像處理和模式識(shí)別系統(tǒng)。為了解決控制和決策中的非數(shù)值問(wèn)題，和適應(yīng)80年代以后智能機(jī)研究的需要，以及要解決知識(shí)信息處理的問(wèn)題，遂產(chǎn)生了知識(shí)工程，并已研制成專家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言理解系統(tǒng)和智能機(jī)器人等。,26,這樣，自從經(jīng)典信息論誕生以后，其信息的觀念和研究范圍已經(jīng)從數(shù)學(xué)、通信理論、控制

23、論、系統(tǒng)論領(lǐng)域，擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、電子學(xué)和自動(dòng)化技術(shù)、以及物理學(xué)、生物學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)的諸多領(lǐng)域。與此同時(shí)，信息理論和信息科學(xué)的研究重心，也由以消息為中心的測(cè)量、發(fā)送、轉(zhuǎn)換、接收等信息傳輸“外過(guò)程”研究，擴(kuò)展到以人為中心的感知、認(rèn)識(shí)、記憶、譯解、經(jīng)驗(yàn)、思維、審美等信息處理“內(nèi)過(guò)程”的研究——即從工程技術(shù)領(lǐng)域，延伸、擴(kuò)展到心理學(xué)（信息論心理學(xué)）、生理學(xué)（信息論生理學(xué)）、哲學(xué)（信息論哲學(xué)），以及美學(xué)（信息論美學(xué)）等領(lǐng)域。把信息科學(xué)與

24、生命科學(xué)、材料科學(xué)并稱為世界“三大前沿科學(xué)”。“外過(guò)程”？ “內(nèi)過(guò)程”？,27,信息科學(xué)定義：定義1-2信息科學(xué)以研究信息的產(chǎn)生、獲取、變換、傳輸、存儲(chǔ)、處理、顯示、識(shí)別和利用的科學(xué)，是一門結(jié)合了數(shù)學(xué)、物理、天文、生物和人文基礎(chǔ)學(xué)科的新興與綜合學(xué)科。 ——國(guó)家科學(xué)技術(shù)部《國(guó)家“十一五”基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃》國(guó)科發(fā)計(jì)字[2006]436號(hào),28,定義1-3信息科學(xué)是以信息為主要研究對(duì)象，以信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究?jī)?nèi)容，以計(jì)

25、算機(jī)等技術(shù)為主要研究工具，以擴(kuò)展人類的信息功能為主要目標(biāo)的一門新興的綜合性學(xué)科。信息科學(xué)由信息論、控制論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、仿生學(xué)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相結(jié)合而形成的?！吨袊?guó)大百科全書.自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程卷》,29,總之：信息科學(xué)是以信息作為基本研究對(duì)象、以信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究?jī)?nèi)容。以現(xiàn)代科學(xué)方法論作為主要研究方法、以擴(kuò)展人的信息功能作為主要研究目標(biāo)的一門科學(xué)。信息科學(xué)以數(shù)學(xué)家申農(nóng)創(chuàng)立的信息論為理論基

26、礎(chǔ)，研究機(jī)器、生物和人類如何獲取、存貯、變換、處理、傳遞和控制各種信息；設(shè)計(jì)、制造出各種智能化的信息處理機(jī)器和設(shè)備，從而把人類從繁瑣的腦力勞動(dòng)中解放出來(lái)。研究收集、組織、存儲(chǔ)、管理、傳播、交換、檢索、處理、應(yīng)用數(shù)據(jù)信息的理論與方法。性質(zhì)：橫斷科學(xué)、技術(shù)科學(xué),30,1.2.4 信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容與體系,信息科學(xué)處于形成過(guò)程，人們對(duì)其研究?jī)?nèi)容的范圍尚無(wú)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本書認(rèn)為的基本內(nèi)容：信息的基本概念和本質(zhì)；涉及哲學(xué)信息的度量方法；

27、信息的感知、識(shí)別、變換、存貯、傳遞、處理、檢索、檢測(cè)、分析和利用等過(guò)程的一般規(guī)律。利用信息描述和優(yōu)化系統(tǒng)的方法和原理 尋求通過(guò)加工信息生成智能的機(jī)制和途徑。,學(xué)科體系：哲學(xué)、基礎(chǔ)理論、技術(shù)應(yīng)用,信息科學(xué)的哲學(xué)層次，其中包括信息的哲學(xué)本質(zhì)、智能的哲學(xué)本質(zhì)、信息與反映的關(guān)系、信息與認(rèn)識(shí)的關(guān)系、人工智能與人類智能的關(guān)系等等。信息科學(xué)的基礎(chǔ)理論層次，它的主要任務(wù)是研究信息的一般理論。信息科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用層次，主要研究如何應(yīng)用信息科學(xué)理論

28、在技術(shù)上拓展人類的信息功能（特別是其中的智力功能）的問(wèn)題。,32,現(xiàn)在主要的研究課題集中在以下幾個(gè)方面：信源理論和信息的獲取，研究自然信息源和社會(huì)信息源，以及從信息源提取信息的方法和技術(shù)；信息的傳輸、存儲(chǔ)、檢索、變換和處理；信號(hào)的測(cè)量、分析、處理和顯示；模式信息處理，研究對(duì)文字、圖像、聲音等信息的處理、分類和識(shí)別研制機(jī)器視覺系統(tǒng)和語(yǔ)音識(shí)別裝置；知識(shí)信息處理，研究知識(shí)的表示、獲取和利用，建立具有推理和自動(dòng)解決問(wèn)題能力的知識(shí)信息