信息与计算机（计算机导论 11.14）

信息

信息的定义

“信息”，作为当今时代的一大热词，已然成为人类社会进步与发展不可或缺的重要元素之一，而关于信息的定义也层出不穷。

维纳的信息定义

控制论创始人维纳指出“信息是信息，不是物质，也不是能量”，“信息是人们在适应外部世界并使这种适应反作用于外部的过程中，同外部世界进行互相交换的内容的名称”。（下图为诺伯特·维纳 Norbert Wiener）

具有差异的信息定义

意大利学者朗高提出在《信息论：新趋势与未决问题》一书中提出：信息存在于客体间的差别之中，而不是存在于客体之中。英国学者阿希贝认为，信息的本体在于事物本身具有变异度。

钟义信的信息定义

钟义信在本体论层次和认识论层次提出的信息定义，可以说“信息是事物属性的反映”。本体论层次的信息是指事物运动的状态及其变化方式的自我表述。认识论层次的信息是指认识主体所感知或所表述的事物运动的状态和方式。（下图为钟义信教授）

香农的信息定义

信息奠基人香农认为信息就是用来消除不确定性的东西，或者信息是事物运动状态或存在方式的不确定性描述。（下图为克劳德·艾尔伍德·香农 Claude Elwood Shannon）

属加种差定义

在属加种差定义中，被定义的概念=临近的属概念+种差。简单来说，属加种差就是一个信息相加的运算。在此基础上，德雷斯基提出：“粗略地说，信息或信号所携带的正是我们所需要的。”

经济管理学定义

经济管理学家认为“信息是提供决策的有效数据”。

总的来说，一切客观存在都有信息，信息一般是指事物释放出来的消息、情报、指令、数据或信号，它是人们认识客观世界的媒介。在我们的日常生活中，信息俨然成为一个不可或缺的因素。我们所接受的都是信息，所运用的也都是信息的载体，因此信息的地位与作用显而易见。

信息的种类

信息按照不同的分类标准，可以分为不同类型的信息。譬如按信息所起的作用，可将信息分为无用信息、有用信息和干扰信息。

信息的度量

信息的度量就等于其不确定性的多少。信息论的奠基人香农把信息熵定义为信息中排除了多余重复信息之后的平均信息量。其计算公式为H(x) = E[I(xi)] = E[ log(2,1/P(xi)) ] = -∑P(xi)log(2,P(xi)) (i=1,2,…n)。香农又用比特（bit）来度量信息熵。

计算机信息处理

计算机能处理的信息一般有文本、数值、音频、图像、视频五种形态。

位模式的信息表示

下面介绍5种信息形态的表示

文本的表示

文本格式的信息常用编码的方法来表示。如ASCII码。

数值的表示

有效的方法是以二进制存储数值。

音频的表示

音频一般采用一种模拟的连续波形表示，即声波。

图像的表示

计算机处理图像有两种方式：矢量图和位图。

视频的表示

视频即运动图像，以每帧的图像存储在计算机中，所以视频即一系列图像。

计算机信息处理过程

信息处理就是对信息进行接收、存储、转化、传输和发布等，并通过实例进一步认识计算机对信息的处理。譬如从方程看代数，从随机生成迷宫地图看几何，从测谎看逻辑等等。

图灵机

计算机科学之父，人工智能之父图灵在1936年提出一种计算装置–图灵机，推动了计算机理论的发展。
(下图为艾伦·麦席森·图灵 Alan Mathison Turing）

图灵机：

图灵机的组成部分

（1）一条无限长的纸带TAPE

（2）一个读写头HEAD
（3）一个控制器

图灵机的变种

多带图灵机、非确定型图灵机、交替式图灵机、枚举器。

图灵机的意义

1.它证明了通用计算理论，肯定了计算机实现的可能性，同时它给出了计算机应有的主要架构；
2.图灵机模型引入了读写与算法与程序语言的概念，极大的突破了过去的计算机器的设计理念；
3.图灵机模型理论是计算学科最核心的理论，因为计算机的极限计算能力就是通用图灵机的计算能力，很多问题可以转化到图灵机这个简单的模型来考虑。

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图灵机相关拓展知识引自
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