信息科學原理復習資料

第一章1.科學技術(shù)發(fā)展四大規(guī)律：輔人律、擬人律、共生律、互動律2.信息科學是以信息作為重要研究對象、以信息過程的運動規(guī)律作為重要研究內(nèi)容、以信息科學辦法論作為重要研究辦法、以擴展人的信息功效作為重要研究目的的一門科學。3.信息科學的研究對象：以信息作為重要研究對象，這是信息科學區(qū)別于其它科學的最根本支之處。4.信息科學的研究內(nèi)容：①探討信息的定性本質(zhì)；②研究信息的定量測度；③研究信息過程的基本規(guī)律，涉及信息獲取、傳遞、認識、再生和實效基本規(guī)律；④揭示運用信息優(yōu)化系統(tǒng)的原理和辦法；⑤構(gòu)建信息科學的辦法論。5.信息科學的研究辦法：=1\*GB3①信息系統(tǒng)分析辦法；=2\*GB3②信息信息系統(tǒng)綜正當；=3\*GB3③信息系統(tǒng)進化辦法。兩個準則：=1\*GB3①功效準則；=2\*GB3②整體準則。6.信息科學的研究目的：擴展人類的信息功效，即——擴展人類的智力能力。第二章1.全信息：同時考慮語法信息、語義信息和語用信息。顯然，認識論層次的信息是一種全信息。語法信息——只考慮運動狀態(tài)及其變化方式的外在形式因素的信息部分；語義信息——只考慮運動狀態(tài)及其變化方式的含義因素的信息部分；語用信息——只考慮運動狀態(tài)及其變化方式的效用因素的信息部分；2.Shannon信息的特性：服務于通信系統(tǒng)，是一種含有統(tǒng)計特性的語法信息。全信息的特性：從信息全過程考察信息的作用。全信息與Shannon信息的聯(lián)系：作為統(tǒng)計型語法信息理論的Shannon信息論是“全信息理論”的一種特殊情形。3.統(tǒng)計型語法信息——是指“事物運動狀態(tài)及其變化方式”能夠用統(tǒng)計規(guī)律來描述。顯然，尚有某些“事物運動狀態(tài)及其變化方式”不是統(tǒng)計型的，是“非統(tǒng)計型”的。這就是含糊型語法信息和偶發(fā)型語法信息。4.含糊型語法信息——事物運動的狀態(tài)之間的界限不是清晰的，是含糊的；狀態(tài)變化方式能夠是擬定的、隨機的或半隨機的。5.偶發(fā)型語法信息——事物運動的狀態(tài)是明晰的，變化方式是“半隨機型的”；即不符合統(tǒng)計規(guī)律，無法穩(wěn)定重復或不能重復。6.信息的特性（從信息科學的角度歸納）：①信息來源于物質(zhì)（或精神），但不是物質(zhì)（或精神），能夠脫離物質(zhì)（或精神）而獨立存在；②信息與能量親密有關(guān)，解決信息需要能量，駕御能量則需要信息；③信息本身不等于知識，但能夠轉(zhuǎn)化為知識；④信息是具體的，能夠被感知、解決和運用；⑤信息能夠被復制、共享，“交換”信息=共享信息；⑥語法信息在傳遞解決過程中不會增值；⑦在封閉系統(tǒng)中，語法信息的最大可能值不變。7.信息的性質(zhì)：①普遍性。信息是普遍存在的；②無限性。事物、運動、狀態(tài)方式、宇宙空間等，決定其無限性；③相對性。認識論層次含有相對性，不同的主體，感知成果自然不同；④傳遞性。著正是通信系統(tǒng)感愛好的性質(zhì)。⑤變換性。信息的表達形式、承載媒體等都可變換而不失去其原來的本質(zhì)；⑥有序性。信息能夠消除系統(tǒng)中的不擬定性，增加系統(tǒng)的有序性；⑦動態(tài)性。時效性，隨時間而變化，有壽命；⑧轉(zhuǎn)化性。增殖性，轉(zhuǎn)化為知識等。8.信息的功效：本質(zhì)功效——轉(zhuǎn)化為知識，增加人類的智力能力。不同的學科對信息的運用不同，因而信息的作用需要根據(jù)其應用場合來討論，如管理中的信息，通信中的信息等。9.信息的分類：10.全信息的分類：第四章1.完整的信息過程模型（感知圖）2.信息感知——即感知事物運動變化的狀態(tài)及其變化方式。感知的基本機制：感知主體的某個系統(tǒng)能夠?qū)κ挛镞\動變化的狀態(tài)及其變化方式的刺激產(chǎn)生響應輸出。3.信息感知的基本原理：⑴事物運動變化的狀態(tài)及其變化方式能夠通過與其它事物的互相作用而被后者所感知（信息產(chǎn)生于物質(zhì)，而又能夠脫離物質(zhì)存在）；⑵信息感知的本質(zhì)是本體論信息向第一認識論信息轉(zhuǎn)換，是其載體的變化（這種轉(zhuǎn)換過程中可能會丟失信息，或產(chǎn)生干擾信息）；⑶理論上信息感知能夠不丟失原來的基本信息；⑷被感知的信息量不可能超出原本體論信息的信息量。4.信息識別辦法有：=1\*GB3①統(tǒng)計識別法；=2\*GB3②語言學識別法；=3\*GB3③非線性映射辦法（如神經(jīng)網(wǎng)絡識別法、含糊邏輯識別法）5.統(tǒng)計識別辦法：應用統(tǒng)計識別辦法的前提是，待識別信息的模式特性能夠用統(tǒng)計規(guī)律來描述。例如白噪聲背景中的信號提取問題。統(tǒng)計識別辦法的基本原理是：首先建立待識別信息的特性（或模式）的鑒別函數(shù)和判決閥值，然后進行匹配度計算并與判決閥進行比較，從而擬定待識別信息的屬類。6.語言學識別辦法統(tǒng)計識別法是一種數(shù)學解析辦法，其識別過程是能夠用統(tǒng)計理論進行定量分析和計算的。但是，有學多信息識別問題是無法用解析辦法來求解的，即待識別信息的模式（或特性）的不能或不完全能用統(tǒng)計規(guī)律來描述，對于這類問題，就需要用語言學的辦法來識別。7.非線性映射辦法8.智能：在給定的問題－環(huán)境－主體目的的前提下，智能就是有針對性地獲取問題－環(huán)境的信息，恰本地對這些信息進行解決，以提煉知識，達成認識，然后在此基礎(chǔ)上結(jié)合主體目的信息，合理地產(chǎn)生解決問題的方略信息，并運用所獲得的方略信息在給定的環(huán)境下成功地解決問題，達成主體目的的能力。這其中，有四要素：信息、知識、方略、行為；四個能力：獲取信息能力、生成知識能力、方略產(chǎn)生能力、實施方略能力。第六章1、信息是知識的素材；知識是信息加工的成果。2.經(jīng)驗——人們在實踐中形成、積累的有關(guān)某一領(lǐng)域的成功的操作程序。經(jīng)驗的價值是顯而易見的；但經(jīng)驗沒有通過嚴格的論證，其有效性不能完全確保。3.知識——是經(jīng)驗的結(jié)晶；是事物運動狀態(tài)及其變化的規(guī)律；是信息加工的規(guī)律性產(chǎn)物。知識和經(jīng)驗都是認識論范疇的概念。4.方略——是有關(guān)如何解決問題的計謀方略。涉及時間、地點、環(huán)節(jié)、目的等等。方略是智能的集中體現(xiàn)。5.智能——（第一章曾表述）在給定的問題－環(huán)境－主體目的的前提下，智能就是有針對性地獲取問題－環(huán)境的信息，恰本地對這些信息進行解決，以提煉知識，達成認識，然后在此基礎(chǔ)上結(jié)合主體目的信息，合理地產(chǎn)生解決問題的方略信息，并運用所獲得的方略信息在給定的環(huán)境下成功地解決問題，達成主體目的的能力。這其中，有四要素：信息、知識、方略、行為；四個能力：獲取信息能力、生成知識能力、方略產(chǎn)生能力、實施方略能力。這是一種“廣義智能”的概念。6知識的分類——形態(tài)知識、內(nèi)容知識、效用知識。這種分類思想源于信息的三個分類層次。7、8、9、10、知識的度量11、知識的生成12、2、效用性知識的生成機制3、內(nèi)容性知識的生成機制內(nèi)容性知識=形態(tài)性知識與效用性知識因此：概念的內(nèi)容=具體如此這般的形態(tài)，‘且’含有如此這般的效用。13、演繹型知識的生成1經(jīng)驗推理經(jīng)驗推理的基礎(chǔ)是：相似性原理。2邏輯推理3含糊推理含糊邏輯能夠體現(xiàn)為前提含糊,結(jié)論含糊,推理含糊.2、決策性知識的生成決策-----在給定的條件下，運用所得到的知識選擇適宜的方略來求解給定的問題。已有的知識（給定的條件）新知識（方略）3、一種人工智能系統(tǒng)模型4、控制-反饋-判斷-調(diào)節(jié)13、知識激活的普通原則1、按照智能的基本定義，控制方略集中體現(xiàn)了求解問題的智能，因此，把知識激活為智能，就是要在目的引導下由有關(guān)知識生成求解問題的方略。2、在目的引導下由知識生成方略的基本辦法，是不僅要控制方略單元與體現(xiàn)問題求解狀態(tài)的知識單元之間建立控制聯(lián)系，還要在知識單元與控制方略單元之間建立控制方略效果的狀態(tài)反饋機制。3、控制方略的好壞，能夠運用綜合效用性知識測度的辦法來度量。4、知識單元的知識要表達出形態(tài)性知識、內(nèi)容性知識和效用性知識。這里，形態(tài)性和內(nèi)容性知識重要用來顯示問題求解時的狀態(tài)，效用性知識則用來反饋控制方略的效果。第七章1.2.信息解決：是整個信息過程的基礎(chǔ)；廣義的解決；狹義的解決；這里從廣義上討論，即普通意義上的信息解決。第八章1.智能：就是在一定的環(huán)境下針對特定的問題和目的，有效地獲得信息、解決信息、形成知識和方略，并運用方略解決問題達成目的的能力。智能的特性：①信息性；②集成（綜合）性；③層次（等級）性；④過程性。2.人工智能：是人賦予“機器”的一種能力，即在一定的環(huán)境下，針對特定的問題和目的，有效地獲得信息、解決信息、形成知識和方略，并運用方略解決問題達成目的的能力。3.實現(xiàn)人工智能的途徑：信息的分析與綜合辦法?，F(xiàn)在簡樸的人工智能的實現(xiàn)辦法：硬件辦法和軟件辦法。4.搜索空間——是指一系列狀態(tài)的集合，也稱為狀態(tài)空間。人工智能求解問題的搜索空間普通在開始是不全部懂得的，并且，這個空間可能會非常大，因此，狀態(tài)空間普通是在搜索過程中不停擴展的，即搜索的過程也是構(gòu)造狀態(tài)空間的過程。目的——是狀態(tài)空間中一組狀態(tài)的子集，即問題的解。5.搜索問題的核心是搜索方略，現(xiàn)在有盲目搜索方略和啟發(fā)式搜索方略兩類。盲目搜索方略——又分為寬度優(yōu)先方略和深度優(yōu)先方略，其本質(zhì)是一種遍歷，這種搜索效率不高，不便于求解復雜問題。啟發(fā)式搜索方略——是在搜索過程中加入了與目的問題的有關(guān)啟發(fā)信息，用于指導搜索邁進，能加速問題的求解。但是，“啟發(fā)信息”往往難于獲得，或者根本沒有。因此，現(xiàn)在盲目搜索方略仍然是人工智能基本搜索方略。6.狀態(tài)空間的窮搜索：用窮搜索的辦法遍歷整個狀態(tài)空間，直到找到目的狀態(tài)，或擬定該問題無解。這種搜索過程也是在不停的展開狀態(tài)空間的過程。窮搜索方略有兩種基本辦法，寬度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索。7.寬度優(yōu)先搜索辦法：在求解過程中，從初始狀態(tài)按照規(guī)則進行第一次多個可能的操作后，擴展產(chǎn)生了第一級多個新的狀態(tài)，而后在依次分別地對這些新狀態(tài)再進行多個可能的操作，又產(chǎn)生更新的狀態(tài)，如此，始終到產(chǎn)生目的狀態(tài)（如果存在）。8.深度優(yōu)先搜索辦法：深度優(yōu)先搜索算法是把近來產(chǎn)生的節(jié)點優(yōu)先擴展，直達成到一定深度限制后，若未找到目的節(jié)點或無法繼續(xù)擴展時，在回溯到另一節(jié)點繼續(xù)擴展。9.啟發(fā)式搜索：基本思想是在搜索途徑的控制信息中加入有關(guān)被解問題的某些特性，用于指導搜索向有但愿達成目的節(jié)點的方向邁進。這樣的搜索，普通只需要懂得問題的部分狀態(tài)就能夠，效率較高。10.啟發(fā)式信息：啟發(fā)式信息——指與被解問題的某些特性有關(guān)的途徑控制信息，稱為啟發(fā)式搜索信息，如解的出現(xiàn)規(guī)律，解的構(gòu)造特性等。第九章1、控制(Control)，其含義有支配、管束、管制、管理、監(jiān)督、克制、鎮(zhèn)壓等，意義十分廣泛；在工程技術(shù)領(lǐng)域，控制（與自動控制）往往較為狹義，重要指對工程系統(tǒng)的控制，如設(shè)備、機器、裝置等。而管理，則更多用于對人的“控制”場合。2、控制系統(tǒng)的構(gòu)成（閉環(huán)控制）（開環(huán)控制）3、程序控制——對事物運動變化的過程進行流程上的控制，使其按照預定的目的進行下去。例，自動門的控制；組織一次班會活動等。4、反饋控制——對事物運動變化的狀態(tài)量進行控制，使其達成預定的目的量。例，空調(diào)、冰箱的溫度控制；華山游人的控制等。5、反饋控制的特性：①即使控制對象的特性發(fā)生了變化，普通也能夠使控制量與目的量趨于一致，或使其誤差控制在一定范疇內(nèi)；②即使不能精確地懂得控制對象地特性，如能合理地設(shè)計控制器，仍然能獲得所但愿的控制效果（跟蹤控制、自適應控制等）；③能夠?qū)Σ环€(wěn)定的對象進行穩(wěn)定的控制；④有可能使整個控制系統(tǒng)變成不穩(wěn)定的。6、反饋控制器的某些指標術(shù)語穩(wěn)態(tài)誤差——響應速度——抗干擾性——魯棒性(Robust)——7、控制的基本問題控制——是事物之間的一種不對稱的互相作用。用下列這些核心詞描述：控制者（控制器、控制單元）→控制對象（被控系統(tǒng)）→控制過程（反饋過程）→控制目的；8、控制的基本問題涉及①理解掌握控制對象的運動信息；②構(gòu)造（設(shè)計）與控制任務相適應的控制者（智能水平）；③產(chǎn)生對的的控制方略；④不停地更新控制過程；⑤調(diào)節(jié)預定的目的。9、問題的描述9.2.1控制對象的描述狀態(tài)空間法——用被控對象的狀態(tài)隨時間變化的關(guān)系描述控制對象的辦法。使用這種辦法的核心在于獲取被控對象特性的狀態(tài)（或參數(shù)），一旦掌握了這些狀態(tài)，就掌握控制系統(tǒng)的運動規(guī)律，就能夠?qū)ζ溥M行控制。狀態(tài)有擬定型的，隨機型的，含糊型的。描述其變化規(guī)律能夠用狀態(tài)列表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（矩陣）、狀態(tài)方程等工具。10、11、12、I/O特性描述法I/O特性描述法——用被控對象的輸入/輸出特性來描述控制對象的辦法。例P294,295。普通的，狀態(tài)空間法是一種解析模型，適合描述某些定量的、工程控制問題；對于經(jīng)濟、社會問題的控制模型，普通很難用狀態(tài)空間法描述，只能用I/O特性描述法，進行定性描述。13、擬定控制目的是很重要的問題，應注意下列原則：①被控對象的運動狀態(tài)方式；②被控對象與所處環(huán)境互相作用的狀態(tài)方式，涉及干擾的作用；③控制者所能獲得的效用；④實施控制的成本（復雜性、速度、時間等）。14、擬定過程控制目的的過程15、控制效果——目的狀態(tài)與實際狀態(tài)的差別。16、同構(gòu)系統(tǒng)——含有相似輸入和輸出，并且對外部刺激含有相似的反映的系統(tǒng)稱為同構(gòu)系統(tǒng)。同構(gòu)系統(tǒng)不是等價系統(tǒng)；同構(gòu)系統(tǒng)有助于進行類比分析。17、同態(tài)系統(tǒng)——如果系統(tǒng)A（N維）的狀態(tài)和行為能夠用系統(tǒng)B（M維，M<N）近似表達，則稱系統(tǒng)B為系統(tǒng)A的同態(tài)系統(tǒng)（簡化系統(tǒng)）。同態(tài)系統(tǒng)不可逆。運用同態(tài)系統(tǒng)可簡化某些復雜系統(tǒng)的研究。18、基本機制（1）施效機制信息的施效機制是控制的核心問題，所謂的信息施效，就是要將控制器的控制指令“轉(zhuǎn)變”成一種“力”，進而作用于控制對象，使其狀態(tài)方式發(fā)生變化，這一過程以下：信息與“力”，能量本質(zhì)上完全不同；信息本身不是‘力’或能量，信息能轉(zhuǎn)