计算机科学导论课后总结第一篇

一、信息

1.1 信息

1.1.1 信息的定义

1、某人被通知或告知的内容、情报、消息。--------《牛津英文字典》

2、在《辞海》中的定义是通信系统传输和处理的对象,泛指消息和信号的具体内容和意义，通常须通过处理和分析来提取。信息的量值与其随机性有关，如在接收端难以预估消息或信号中所蕴含的内容或意义，预估的可能性越小，信息量就越大。

3、 维纳的信息定义
控制论创始人维纳在《控制论—关于在动物和机器中控制与通信的科学》提出“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”。后来在《人有人的用处》一书中，提出“信息是信息,不是物质，也不是能量。”

4、信息是差异类的定义
意大利学者朗高在《信息论:新的趋势与未决问题》提出:“信息是反映事物的形式、关系和差别的东西。信息存在于客体间的差别之中，而不是存在于客体之中”。
英国学者阿希贝则认为,信息的本性在于事物本身具有差异度。

5、钟义信的信息定义
钟义信教授分别在本体论和认识论层次上提出了信息定义体系。
本体论层次的信息：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：认识主体所感知或所表述的事物运动的状态和方式，包括这种状态或方式的形式、含义和效用。
①语法信息。它是指主体所感知或所表述的事物运动状态和方式的形式化关系。
②语义信息。它是指认识主体所感知或所表述的事物运动状态和方式的逻辑含义。
③语用信息。它是指认识主体所感知或所表述的事物动状态和方式相对于某种目的的效用。
④先验信息。观察者关于某事物的先验信息是指他在观察之前通过某种途径所感知的该事物运动的状态和方式。
⑤实得信息。在观察过程中观察者关于某事物的实得信息，是指他通过观察所新感知到的该事物运动的状态和方式。
⑥实在信息。它是指在理想观察条件下，观察者所获得的关于该事物实际的运动状态和方式等全部信息。
上述的语法信息、语义信息、语用信息、先验信息、实得信息和实在信息都是从不同角度来理解的认识论层次上的各种信息的概念。
因此，可以说“信息是被反映的物质属性”或者“信息是事物属性的反映”。

6、香农的信息定义

➢通信的根本问题是报文的再生，在某一点与另外选择的一点上报文应该精确地或者近似地重现

➢这篇论文建立了信息论这一学科，给出了通信系统的线性示意模型的新思想

➢香农（信息论的创始人）首次引入“比特”(bit)一词

➢把通信理论的解释公式化，研究最有效地传输信息的问题的重要特征是熵的概念，他证明熵与信息内容的不确定程度有等价关系

前提:假定事物状态可以用-一个以经典集合论为基础的概率模型来描述
定义:信息是用来消除不确定性的东西
缺陷：在实际中要寻找一个合适的概率模型往往是韭常困难的。有时是否存在这样一种模型还值得探讨。 定义没有考虑收信者的主观特性和主观意义，不顾信息的具体含意、具体用途、重要程度和引起后果等因素。这就与实际情况不完全一致。其实，信息有很强的主观性和实用性

7、种加属差定义

种加属差定义亦称“真实定义”、实质定义”或“事物定义”。定义项由被定义概念的邻近的属概念和表示被定义概念种差的概念所组成。其公式是:
被定义概念(种概念)=邻近的属概念+种差
比如：当要给“人”下定义时，首先要找到与“人”这一概念最近的“种概念”–动物 ，然后就可以说“人是一种动物”。但仅仅这样说是不完整的，还必须找出“人”这一“ 属概念”与和“动物”这一“种概念”的其他“属概念”(如“鸡”、“鸭”、“牛”、”…之间的“差异”(属差)来,“人”和“鸡”、“鸭”“牛”、“羊” 等之间的“属差”是什么呢?是“制造生产工具”，从而得出“人是能制造生产工具的动物”这一完整定义。

8、信息的通用理解

信息定义总的来说，

➢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、数据或信号等

➢它是人们认识客观世界的媒介

1.1.2信息的种类

（1）按照携带信息的信号性质，可以将信息分为连续信息（比如波形）、半连续信息和离散信息（比如0101）。

（2）按照信息所起的作用，可将信息分为无用信息、有用信息和干扰信息。

1.1.3 信息的度量

一条信息的信息量大小和它的不确定性有直接的关系。由于不确定性可以度量，因此，信息是可以度量的。

信息论的基本假设如下：
1、信息是可以用一组符号来编码的。
2、信息的产生和传输是可以用概率论和随机过程来描述的。
3、从概率角度看，同样的信息包含同样的信息量。

自信息量是指一个事件本身所包含的信息量，它是由事件的不确定性所决定的。随机变量X产生的时间xi的自信息量定义为I(xi)=-log2p(xi) （比特，bit）。在事件发生以前，自信息量等于事件发生的不确定性的大小，在事件发生以后，自信息量表示事件所含有的或者能提供的信息量。因此，自信息量的含义为:收到某信息获得的信息量等于不确定性的减少的量。

香农提出了“信息熵”的概念----信息中排除了多余重复信息之后的平均信息量。离散型随机变量X~p(xi)的信息熵是从平均意义上对信息的不确定性的度量，也称为平均自信息量，定义为H(X)=-∑p(xi)log2p(xi)

例题：

设随机变量X等概率取26个小写英文字母和空格(共27个符号)
1、其信息熵是多少?
27*(-1/27)*log(1/27)=31og3
2、信息熵什么时候取最小值?
在某个符号概率为1，其余符号概率为0时
3、信息熵什么时候取最大值?
在所有符号出现概率相等时。

1.2计算机信息处理

1.2.1位模式的信息表示

计算机外部的各种不同类型的数据都是在按照统一的数据格式进行转换后存入计算机,并在从计算机输出时再还原回来的,这种统一的格式称为位模式。位模式是一个序列,有时也成为位流，它是0和1的组合。通常长度为8的位模式被称为1个字节,一个字由若干字节组成。

信息形态的表示：
1、文本表示
2、数值表示
3、音频表示
4、图像表示
5、视频表示

问题：
1、为什么计算机用补码存放？
这是因为0的补码形式唯一，[+0]补=[-0]补=00000000

2、补码转化为原码的方式

当x为正数时，[x]补=[x]原=x

当x为负数时，有俩种方式

1）[x]原除符号位外的各位取反加1

2）从低位向高位，遇见第1个1后，在其后的各位都取反

eg：x=-1101 [x]补=11110011

1.2.2计算机信息处理的过程

信息处理就是对信息进行接收、存储、转化、传输和发布等,其中:

①信息接收包括信息感知、信息测量、信息识别、信息获取以及信息输入等。

②信息存储就是把计算机接收到的信息或计算机处理的中间信息通过存储设备进行缓冲、保存、备份等处理。

③信息转化就是将信息根据人们的特定需要进行分类、计算分析、检索、管理和综合等处理。

④信息传输是通过计算机内部的指令或计算机之间的网络把信息从一个位置传送到另外一个位置。

⑤信息发布就是把信息通过各种表示形式展示出来。

1.3图灵机

图灵机是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。

该机器由以下几个部分组成:

1.一条无限长的纸带TAPE
纸带被划分为一个接一个的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特殊的符号表示空白。纸带上的格子从左到右依此被编号为 0,1,2,… ，纸带的右端可以无限伸展。

2.一个读写头HEAD（有3种状态，不动，向左动，向右动）
该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指的格子上的符号，并能改变当前格子上的符号。

3.一套控制规则
TABLE。它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作，并改变状态寄存器的值，令机器进入一个新的状态。

4.一个状态寄存器。它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的，并且有一个特殊的状态，称为停机状态。参见停机问题。

注意：
这个机器的每一部分都是有限的，但它有一个潜在的无限长的纸带，因此这种机器只是一个理想的设备。图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。