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以数学为基础的高技术-信息技术

时间:2021-11-13 11:52:58       来源:腾讯网

应用信息科学的原理和方法研究信息的产生、获取、交换、传输、存储、处理和利用的工程技术,称为信息技术,又称信息工程。信息技术是在计算机、通信和微电子技术、控制技术的基础上发展起来的。信息技术的研究对象是各种信息系统的实现技术,主要是运用“三C”(计算机、通信、控制的英文的第一个字母)来构成各种信息系统。信息技术包括信息获取技术和信息传输技术。

信息获取技术这是把含有所需信息的数据检测出来的方法。采用的设备有各种传感器、打印机和键盘,以及各种语言、符号、文字、图形的识别装置。

信息传输技术利用通信系统在各用户之间传输信息。用通信系统把分散的数据库和计算机设备联成一体,可使广大用户计算机按一定目的以一定的方式进行加工处理。

信息技术是以数学为基础、数学含量最高的高技术。哈特莱(L.P.Hartlry,1895—1972,英国数学家)首先提出,用对数作为信息量的测度。这样,信息就可以用数学方法从数量上加以测量。接着,哈特莱又在1928年发表《信息的传输》,首次提出了消息是代码、符号,它与信息有区别(消息是信息的载体,消息的形式是多样的、具体的,如各种语言、文字、图像等,而信息是指包含在各种具体消息中的抽象量)。他具体区分了消息和信息在概念上的差异,并提出了用消息出现的概率的对数来度量其中包含的信息。

接着是申农(C.E.Shannon,1916年生,美国数学家)发表了著名论文《通信的数学理论》及1949年的《在噪声中的通信》。当时申农在著名的贝尔电话公司工作,在研究过程中,他为了解决信息的编码问题,为了提高通信系统的效率和可靠性,需要对信息进行数学处理,这就要求合并通信系统中消息的具体内容(如信息的语义),把信源发生的信息仅仅看作一个抽象的量。同时,由于通信的对象——信息具有随机性的特点,因此申农还提出了通信系统模型以及编码定理等方面有关的信息理论问题。他还把数理统计方法应用到通信领域,并提出了信息熵的数学公式,从量的方面来描述了信息的传输和提取问题。

20世纪40年代,通信工作中所遇到的一个突出问题,就是怎样从收到的信号中把各种噪声滤除,以及在控制火炮射击的随动系统中如何跟踪一个具有机动性的活动目标。而各种噪声的瞬时或火炮的跟踪目标位置的有关信息都是随机的,这就要求用概率和统计法对它进行研究,用统计模型进行处理。维纳(R.Wiener,1894—1964,美国数学家)从控制和通信的角度研究了信息问题,建立了维纳的滤波理论(即从获得的信息与干扰中尽可能地滤除干扰,分离出所期望的信息),维纳还提出了信息量的概念、测量信息量的数学公式,叙述了信息概念形成的思想前提,并把信息概念推广,认为信息不仅仅是通信领域研究的对象,而且与控制系统有密切联系。

维纳正是抓住了通信与控制系统的共同特点,站在一个更为概括的理论高度,揭示了它们共同的本质。维纳在更为广泛的高度上提出了信息概念。由于对信息量可以用概率和统计的方法进行计算,因此,就能够求出各种通信系统的信息传输率,对它们进行分析比较,从而对它们的通信性能作出评价,以改进和提高信息的传输能力和可靠性;同时,对各种不同形式的信息,可以用统一的通信理论(即数学理论),从量的观点去设计它们的传输系统,从而解决了同一信息可以用不同的信道进行传输,不同信息可用同一信道传输的问题;还可以把不同类型的系统,如技术系统、生物系统、管理系统看作是对信息的获取、传递、加工、处理的信息调节控制系统,统一进行研究,不仅促进了信息理论研究,更推动了信息技术更加成熟。

信息技术中还有一项是非常重要的,即信息的安全性。要解决这个问题仍然要依靠数学。数学的研究形式以及考虑问题的方法,在新的21世纪应有很大变化。由于技术进步和实际要求不同,在过去认为没有考虑价值的问题,今天却成了不得不考虑并解决的重大问题。如因子分解,过去认为只要证明唯一分解成几个素数乘积即可。而今天为信息安全的加密技术要求把一个大的整数分解成两个奇数的因子,并要认识如何分解的。若A要通过公共信道向B送去信息M,由于公共信道缺乏足够的安全保护,信息容易被第三者获取,甚至被篡改,为此在M进入公共信道之前,先对它进行加密变换成密文C,A将密文C送给B,B收到后对C作解密变换,恢复M,故一个有几个用户的信道网络,两两间的秘密信道共需 n(n-1)个密钥。当n= 1 000时,则n(n-1)= 499 500,即约有50万个密钥,而密钥的安全性依赖于将一个大整数分解为奇数积。

由上可见,信息技术几乎就是数学技术。

关键词: 以数学为基础的高技术-信息技术 信息技术 通信系统 计算