例如,根據(jù)天空的情況,普通市民可 以確定 天氣 情況 是多云 還是 晴朗,從 而決定 穿衣 和 出行;對(duì)于農(nóng)民則可能成為安排農(nóng)活的依據(jù);對(duì)于幼兒則可能意味著 是否可以 出外玩耍。 樹 墩上的年輪表現(xiàn)了樹木生長的年齡、膳食纖維測(cè)定儀規(guī)律和特征方面的信息,但 只有在 人們通過某棵樹的 年 輪認(rèn)識(shí)樹的生長年齡時(shí),年輪中所含有的信息才發(fā)揮作用。同樣,海潮 的漲落體現(xiàn)了月亮 繞 地球運(yùn)行規(guī)律的信息;樹葉發(fā)芽和凋落包含了季節(jié)變化的信息等,它們 也只在被人或其他 動(dòng) 植物感受時(shí)才成為信息。 當(dāng)然,同樣一個(gè)概念,人們基于不同的研究目的和關(guān)注層面,所 得到的 認(rèn)識(shí)不同,本書 所 談的信息是從信息科學(xué)的角度來看,因此它是一種由控制系統(tǒng)接收和加工的物質(zhì)特 征的 狀 態(tài)。只要有物質(zhì)的地方,就一定有信息存 在,而信息又必 須以某種方式加 以組織 或表 述;否 則它就永遠(yuǎn)只能是純本體性的。信息有三個(gè)基本點(diǎn),即信源、信宿和 載體。發(fā)出信息的物 體 為信源,接受信息的物體為信宿,載有信息的載體為信息載體。
從記錄的角度來看,信息可以包含在任何 事物之中。信息必須有某種“運(yùn)載工 具”來 載 運(yùn)并具備可識(shí)別性,即它可以從背景中區(qū)別出來。信息以物質(zhì)為載 體和媒 介,信息之間相 互 通過物質(zhì)來表現(xiàn)。信息是物質(zhì)間存在的標(biāo)志,是物質(zhì)自身顯示自身。信息 的產(chǎn)生源于物質(zhì), 2.1 信息的概念與類型 ·19·信息產(chǎn)生后必須依附于物質(zhì)。信息一經(jīng)產(chǎn)生必定要被接受并記載下 來,無 論是人腦的記錄, 還是其他形態(tài)的記載,載體都是物質(zhì)的。物與物之間的信息傳播依 賴于物 質(zhì)間的相互作用, 若物質(zhì)之間無相互作用(實(shí)際上是不可能的,這已被物理學(xué)證明),那么物體之間的信息傳 播 就根本不可能。例如,在進(jìn)行田徑比賽時(shí),運(yùn) 動(dòng)員聽到信 號(hào)槍響后開始起 跑,這其中 的信 息 是可以起跑了,但信息的載體是 聲音。又 如,出外旅游時(shí),通 常會(huì) 借助地 圖幫 助自己 確定 行 程,這時(shí)有關(guān)的信息主要通過地圖上的圖形和文字來表達(dá)。 2.1.2 信息的類型 我們生活在一個(gè)信息化社會(huì)里,信息雖然多不勝數(shù),但并不是雜 亂無章的。根據(jù)不同 目 的,可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信息進(jìn)行分類。當(dāng)然分類標(biāo)準(zhǔn)不同,所 劃分出的信息類型 也 不一樣。 1.根據(jù)控制系統(tǒng)獲取、處理和輸出信息的過程進(jìn)行分類 根據(jù)控制系統(tǒng)獲取、處理和輸出信息的過程,可以將信息分為外 部信息與 內(nèi)部信息。 外 部信息是存在于某一控制系統(tǒng)外的信息,即輸入信息和輸出信息;內(nèi)部 信息則是存在于某 一 控制系統(tǒng)內(nèi)部的信息,即控制信息等。由于控制系統(tǒng)的范圍大小不 同,某一控制系統(tǒng)可能 是 另一控制系統(tǒng)的組成部分,因此對(duì)于它所屬的系統(tǒng)而言,這一控 制系統(tǒng) 的外部信息可能成 為 內(nèi)部信息,即所謂內(nèi)部信息和外部信息是相對(duì)的,而不是絕對(duì)的,如圖 2.3所示。 圖 2.3 外部信息和內(nèi)容信息 例如,對(duì)于空調(diào)機(jī)來說,室外空氣的 溫度和 輸出 空氣 的溫度 中所 含的 信息是 外部 信息, 而空調(diào)機(jī)的感應(yīng)器根據(jù)外部溫度發(fā)送給受控設(shè)備的控制信號(hào)中所包 含的則是 內(nèi)部信息。 上 課時(shí),同學(xué)們聽到“起立”的命令會(huì) 全體 起立這 個(gè)過 程中,“起立”命 令所 含有 的信息 對(duì)于 人 來說是外部信息,它通過人的耳接收到后,在聽覺神經(jīng)系統(tǒng)、大腦 中產(chǎn)生的信息對(duì)人 來說 則 是內(nèi)部信息。
2.根據(jù)信息的產(chǎn)生方式進(jìn)行分類 根據(jù)信息產(chǎn)生方式可以將信息分為自然信息和約定信息。 自然信 息是由物質(zhì)活動(dòng)本 身 特征帶來的信息,即由物質(zhì)活動(dòng)特點(diǎn)產(chǎn)生的信息;約定信息則是 由發(fā)送 和接受它的各個(gè)控 制 系統(tǒng)之間共同約定的,與本身物 質(zhì)特點(diǎn)沒有太大 關(guān)系的信息。人 們對(duì)于自然信息的 理解 來 ·20· 第2章 信息知識(shí)與信息處理自于長時(shí)間對(duì)自然信息內(nèi)容和作用的認(rèn)識(shí)和積累,對(duì)于約定信息的理解則來自于人 們最 初 的約定。例如,自然界中的陰晴圓缺、潮起潮落、花開花落、刮風(fēng) 下雨等 自然現(xiàn)象都屬于自 然 信息;人的高矮胖瘦、男女性別也是自然信息。人們通過 多年對(duì)于這些接 觸,體會(huì)了 這些 信 息產(chǎn)生的作用,才逐漸對(duì)這些信息有了認(rèn)識(shí)。例如,城市里的交 通燈帶 給人們的信息是約 定 信息。人們?cè)谑褂媒煌糁熬鸵?guī)定“綠燈行,紅燈!保虼水(dāng)行人和司機(jī)看到紅綠燈信 號(hào) 時(shí),才能明白其中所含的信息。又如,學(xué)校里上課的鈴聲也是一種約 定信息。不同學(xué)? 以 規(guī)定用不同的鈴聲表示上課、下課,當(dāng)學(xué)生和老師聽到這些聲音時(shí),它們就知道是上 課了 還 是下課了。 3.根據(jù)信息的接收器官進(jìn)行分類 控制系統(tǒng)在接收信息時(shí),會(huì)使用 不同 的器官 來感 受和接 收信 息,因此,根 據(jù)不同 的信 息 接收器官可以將信息分為視覺信息、聽覺信息、嗅覺信息、觸覺信息和味 覺信息。例如,視 覺 信息通過影像來傳遞,人可以由眼睛來接收,監(jiān)視系統(tǒng)由攝像機(jī)來接 收。聽覺信息通過聲 音 來傳遞,人可以用耳朵來接收,錄音機(jī)可以由麥克風(fēng) 來接收。嗅覺信息通 過空氣 來傳 遞,人 可以通過鼻子來接收。觸覺信息要通過接觸才能感受到,人可以通 過皮膚 的接觸來感受,含 羞草通過葉面來感受。味覺信息要通過人和動(dòng)物舌頭上的味蕾來感受。 不同的控制系統(tǒng)根據(jù)它所具有感應(yīng)器的功能,決定它能夠接受信息 的種類。同時(shí),視 覺 信息、聽覺信息、嗅覺信息、觸覺信息 和味 覺信息給同 一控制系統(tǒng) 所帶來的信息量并 不是 均 等的,這由不同控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)決定。對(duì)于人來說,以 上各種信息所帶來 的 信息量不同,其中 70%來自視覺信息,聽覺占 20%,余下的 10% 是味 覺信 息、嗅覺信 息和 觸 覺信息,可見,對(duì)于人來說,視覺信息和聽覺信息是獲取信息的主要方式。對(duì) 于蝙蝠 這種 動(dòng) 物,它主要依靠聲音信息的獲取來決定周圍環(huán)境的情況及自己所處 的位置 和方向,因此它 主 要接受的是聽覺信息。
對(duì)于城市街燈自動(dòng)點(diǎn)燃和熄滅系統(tǒng)來說,它 能接受 的只有視覺信息, 其他信息不帶給它任何信息量。 4.根據(jù)信息產(chǎn)生的作用進(jìn)行分類 根據(jù)信息可能產(chǎn)生的作用,可以將信 息分為知識(shí)信息、情感信息、控 制信 息等。 由于 信 息能產(chǎn)生的作用不同,因此根據(jù)作用進(jìn)行的分類難于一一列舉,同樣這 種分類方法所產(chǎn)生 的 信息類型是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得,因此對(duì)于不同類型信息的界定有一定的 隨意性,不同類型之間 可 能會(huì)出現(xiàn)重疊,可能產(chǎn)生的信息種類也就沒有一定的數(shù)量。例如,知識(shí) 信息是指能給控制 系 統(tǒng)帶來有關(guān)事物狀態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律的信息;情感信息是指能給控制系統(tǒng)帶來感情上 感受 和 體驗(yàn)的信息;控制信息是指能夠 為控制系統(tǒng)的動(dòng) 作和狀態(tài)變 化進(jìn)行制約 的信 息。對(duì) 于同 一 個(gè)信息而言,由于它對(duì)不同的控制系統(tǒng)可能產(chǎn)生的作用不同,因 此它可 能會(huì)同時(shí)屬于不同 的 類型。例如,在欣賞約翰·施特勞斯的圓舞曲時(shí),能感到優(yōu)美和輕松,這時(shí) 音樂是情感信息。 但是,當(dāng)專門從事音樂研究 的學(xué)生 對(duì)這 些音樂進(jìn) 行研究時(shí),它 們又成為 了知 識(shí)信息。再 例 如,士兵進(jìn)行隊(duì)列練習(xí)時(shí),指揮官發(fā)出的立正、稍息、向右 看齊等命令,對(duì) 于士 兵來說 是控 制 2.1 信息的概念與類型 ·21·信息。以上所列舉的四種分類方法,都 是從 不同角 度對(duì) 信息進(jìn) 行的 分類,因 此,同一信 息可 能 會(huì)同時(shí)將它歸類到不同的信息種類中。 2.2 數(shù)據(jù) 與信 息 2.2.1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)并不是信息時(shí)代的新概念,也不是高新技術(shù)帶來的新概念,它 早就存在于社會(huì)生 活 中。例如,在學(xué)生入學(xué)時(shí),一般都要填寫學(xué)生情況登記表,說明自己 的基本 情況和特長,包 括 有姓名、性別、出生年月、已有文化程度和 專長等,每個(gè)項(xiàng) 目都說明了學(xué)生 的某個(gè) 特征,它 們 都是通過文字、數(shù)字、特殊符號(hào)及照片等來表示,這些用于說明學(xué)生 情況的 文字、數(shù)字等就 是 一些數(shù)據(jù)。概括而言,數(shù)據(jù)就是對(duì)客觀事物特性和特征進(jìn)行描述的 一種抽 象性的、符號(hào)化 的 記錄,它由數(shù)字、字母、符號(hào)、圖形(圖像)等組成。數(shù) 據(jù)所 反映 的事物 屬性 是它的 內(nèi)容,而 符 號(hào)是它的形式。 當(dāng)其他人看到學(xué)生情況的表格后,就可以從表格所提供數(shù)據(jù)中 得出對(duì) 學(xué)生的初步印象, 它可以作為教師教學(xué)活動(dòng)開展的 依據(jù)之 一。這種經(jīng)過加工處理后所獲得的、有用的 數(shù)據(jù) 就 是信息。所以,數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理后的有用結(jié)果就是信息。 數(shù)據(jù)可以對(duì)事物進(jìn)行定量或定性的描述,其中對(duì)事物進(jìn)行定量 描述常 用數(shù)字來進(jìn)行,對(duì) 事物進(jìn)行定性描述則常用文字、符號(hào)或圖形。
當(dāng)需要對(duì)事物的形態(tài) 進(jìn)行記 錄時(shí),還可以使 用 圖像和影像。 圖 2.4 新生情況數(shù) 圖 2.4是用圖形和數(shù)字進(jìn)行的定量描述。但“今年信 息技術(shù)專業(yè)入學(xué)新生有 100人,其中女生有 48人,男生有 52人”這樣的描述是用文字和數(shù)字進(jìn)行的 定量描述;如果 以“今年信息技術(shù)專業(yè)入學(xué)新生中,男女生人數(shù)基本持平” 進(jìn)行的陳述,則用文字和符號(hào)進(jìn)行的定性描述。 從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度來看,數(shù) 據(jù)就 是由 0和 1組 成 的系列,外觀 呈現(xiàn)為 文本、圖 形或 圖像、音頻、視頻、動(dòng) 畫 等多種形式,可以用常量、變量、函數(shù)、表達(dá)式 等方式來表 達(dá),分為 可進(jìn)行 算術(shù) 運(yùn)算的 數(shù)值 類 型數(shù)據(jù)和非數(shù)值類型的數(shù)據(jù),例如,字 符型、日 期型、邏 輯型 及通用型 (多媒 體形 式 ),如 圖 2.5所示。 通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理大致有三種類型。 1.人工管理方式 用人工管理方式,用戶要直接在 計(jì)算 機(jī)上操 作,對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行 管理,用 戶的 應(yīng)用程 序中 不 ·22· 第2章 信息知識(shí)與信息處理圖 2.5 數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式 僅要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理的方法,還要闡明數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器上的存儲(chǔ)地址。 在這一管理方式下,用戶的應(yīng)用 程序 與數(shù)據(jù) 相互 結(jié)合不 可分 割,當(dāng)數(shù) 據(jù)有所 變動(dòng) 時(shí),程 序則隨之改變,程序的獨(dú)立性差;另外,各 程序之間的數(shù)據(jù)不能相互傳遞,缺少共 享性,因 而 這種管理不太靈活,也不安全,效率很低,但這一方式仍有一定的使用價(jià)值。 2.文件管理方式 文件管理方式即把有關(guān)的數(shù)據(jù)組織成一 種文件,這種數(shù) 據(jù)文 件可以 脫離 程序而 獨(dú)立 存 在,由一個(gè)專門的文件管理系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一管理。 文件管理系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的軟件,它 是應(yīng)用程序 與數(shù)據(jù)文件 之間的 一個(gè) 接口。 在這 一 管理方式下,應(yīng)用程序通過文件 管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù) 文件中的數(shù) 據(jù)進(jìn)行加工 處理。應(yīng)用 程序 的 數(shù)據(jù)具有一定的獨(dú)立性,也比手工管理方式前進(jìn)了一步。但是,數(shù)據(jù)文 件仍高度依賴于其 對(duì) 應(yīng)的程序,不能被多個(gè)程序所通用。由于數(shù)據(jù)文件之間不能建立任 何聯(lián)系,因而數(shù)據(jù)的通 用 性仍然較差,冗余量大。 3.?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理方式 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理方式即對(duì)所有的數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃管理,形成 一個(gè)數(shù) 據(jù)中心,構(gòu)成一 個(gè) 數(shù)據(jù)倉庫,數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠滿足用戶的不同要求,供不同用戶共享。
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