第2章 信息学基础

授课时间2学时

第二章信息学基础

授课题目

第一、二节信息与信息科学理论基础

教学目的与要求：

通过这两节学习，使学生了解信息的基本概念和特征以及信息在本专业的定义内涵，初步了解“三论”的基本概念和研究内容。

教学方法与手段：

多媒体教学为主，结合板书、课堂讨论和实例分析，同时加以作业和答疑。

教学基本内容：

（一）信息，指音讯、消息；通讯系统传输和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容。人通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物，得以认识和改造世界。在一切通讯和控制系统中，信息是一种普遍联系的形式。1948年，数学家香农在题为“通讯的数学理论”的论文中指出：“信息是用来消除随机不定性的东西”。

“信息”一词在英文、法文、德文、西班牙文中均是“information”，日文中为“情报”，我国台湾称之为“资讯”，我国古代用的是“消息”。作为科学术语最早出现在哈特莱（R.V.Hartley）于1928年撰写的《信息传输》一文中。20世纪40年代，信息的奠基人香农（C.E.Shannon）给出了信息的明确定义，此后许多研究者从各自的研究领域出发，给出了不同的定义。具有代表意义的表述如下：

信息奠基人香农（Shannon）认为“信息是用来消除随机不确定性的东西”，这一定义被人们看作是经典性定义并加以引用。

控制论创始人维纳（Norbert Wiener）认为“信息是人们在适应外部世界，并使这种适应反作用于外部世界的过程中，同外部世界进行互相交换的内容和名称”，它也被作为经典性定义加以引用。

经济管理学家认为“信息是提供决策的有效数据”。

根据对信息的研究成果。科学的信息概念可以概括如下：信息是对客观世界中各种事物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间相互联系和相互作用的表征，表现的是客观事物运动状态和变化的实质内容。

（二）信息的特征

（1）依附性

师：将士点燃的烽火本身不是信息，它里面所包含的意义是有外敌入侵，这才是信息，而烽火只是表达和传递信息的载体。

课件出示信息的特征：依附性

游戏：我做你猜（一位学生做“猜测者”背对黑板，另一位学生以动作示范来表达老师在黑板上写下的动物名称（不能说话）使另一名学生猜出动物名称。）

信息可以通过不同的载体来传递，虽然载体不同，但是他们传递的信息是相同的。

（2）共享性

英国作家萧伯纳说：如果你有一个苹果，我有一个苹果，彼此交换，那么每人只有一个苹果；如果你有一种思想，我有一种思想，彼此交换，每个人就有了两种、甚至多于两种思想。

结论：物品交换后，每个人都有失有得，而思想交换后，每个人都有了更多的思想，说明信息是可共享的。

课件出示信息的特征：共享性

（3）价值性

有两家鞋厂分别派了一位推销员到一个岛上推销鞋，他们上岛后发现岛上居民一年四季都光着脚。一家鞋厂的推销员失望的给公司拍电报:“岛上无人穿鞋，没有市场。”然后他就回去了。而另一家鞋厂的推销员则心中大喜，他也给公司拍了一份电报:“岛上无人穿鞋，市场潜力很大，请速寄100双鞋来。”他把凉鞋送给了岛上的居民，岛上的居民穿上之后都觉得很舒服，不愿再脱下来，他为公司赢得了市场。

结论：信息是有价值的，但是要以积极开拓的心态去使用信息，才能发挥信息的价值。

对于我们人生也是一样的，你要实现人生的价值，必须以积极上进的心态去面对生活。

课件出示信息的特征：价值性

（4）时效性

李小姐看到一个海报，说是百货大楼服装八折销售，于是兴高采烈的去大楼购物，可是到了大楼，李小姐却很失望，原来大楼是为庆祝建店二十周年而搞的三天打折销售活动，现在活动已经结束了。

课件出示信息的特征：时效性

时效性比较强的信息：新闻，海报，通知等等，

（5）普遍性

信息无处不在，我们身边处处都有信息，上课的铃声，交通的红绿灯，每天看到的，听到的无不是信息。

课件出示信息的特征：普遍性

教学意图：通过事例引导学生分析出信息的特征，使用事例，更容易使学生理解信息的特征。

（三）信息科学理论的基础——信息论、系统论和控制论

1、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。

信息论是一门用数理统计方法来研究信息的度量、传递和变换规律的科学。它主要是研究通讯和控制系统中普遍存在着信息传递的共同规律以及研究最佳解决信息的获限、度量、变换、储存和传递等问题的基础理论。

通信系统就是信息传递过程，香农提出通信系统的模型。

信源提供的语音、数据、图像等待传递信息，由发信终端设备变换成适合于在传输媒介上传送的通信信号发送到传输媒介上传输，当该信号经传输媒介进行传输时，被叠加上了各种噪声干扰，收信终端将收到的信号经解调等逆变换，恢复成信宿适用的信息形式，这一过程就是对通信系统工作原理的简单描述。

2、系统论是研究系统的一般模式，结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门科学。系统论、信息论、控制论俗称老三论。

系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲强调，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。他用亚里斯多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性，反对那种认为要素性能好，整体性能一定好，以局部说明整体的机械论的观点。同时认为，系统中各要素不是孤立地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用。要素之间相互关联，构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要素，如果将要素从系统整体中割离出来，它将失去要素的作用。正象人手在人体中它是劳动的器官，一旦将手从人体中砍下来，那时它将不再是劳动的器官了一样。

3、自从1948 年诺伯特·维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎所有的自然科学和社会科学领域。维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。

从控制系统的主要特征出发来考察管理系统，可以得出这样的论：管理系统是一种典型的控制系统。管理系统中的控制过程在本质上与工程的、生物的系统是一样的，都是通过信息反馈来揭示成效与标准之间的差，并采取纠正措施，使系统稳定在预定的目标状态上的。因此，从理论说：适合于工程的、生物的控制论的理论与方法，也适合于分析和说明管理控制问题。

总之，信息论与控制论以及系统论的结合构成了相对完整的信息理论体系，逐步形成现代信息科学的基础。话句话说，信息科学源于香农的信息论，而形成于“三论”的结合。

教学重点和难点：

信息论、系统论、控制论的要义

教学过程：

信息的基本概念。

实例讲解信息的特征。

“老三论”的基本介绍。