《信息科学技术导论》课件03 信息获取.ppt

1、23.5.22千里眼、顺风耳千里眼、顺风耳望远镜、显微镜望远镜、显微镜380780nm的可见光的可见光20Hz20KHz的音频的音频人类视觉、听觉、味觉、触觉等感知的响应是以神经生人类视觉、听觉、味觉、触觉等感知的响应是以神经生理电信号表示的。理电信号表示的。23.5.22信息获取在信息过程中的地位信息获取在信息过程中的地位信息传递信息传递通信通信信息处理信息处理计算计算策略传递策略传递通信通信策略执行策略执行控制控制信息获取信息获取传感传感信息源信息源-宿宿外部世界外部世界知识生成知识生成人工智能人工智能策略制定策略制定人工智能人工智能认识世界认识世界改造世界改造世界23.5.221，本体论

2、信息的获取，本体论信息的获取23.5.22怎样才能获取本体论信息？使用相应的传感器系统。怎样才能获取本体论信息？使用相应的传感器系统。传感器，就是对某种事物运动状态及其变化方式（即事物的物传感器，就是对某种事物运动状态及其变化方式（即事物的物理理/化学化学/生化参量的状态及其变化方式）敏感的器件。生化参量的状态及其变化方式）敏感的器件。例：用摄像机获取物景信息（物景运动状态及其变化方式）例：用摄像机获取物景信息（物景运动状态及其变化方式）事物事物光敏光敏器件器件显示显示单元单元注意：传感系统（感觉器官）只能获得语法信息。注意：传感系统（感觉器官）只能获得语法信息。23.5.22传感器，将被测的

3、非电量变换成电量的装置。传感器，将被测的非电量变换成电量的装置。能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。器件或装置。(GB7665-87)敏感元件敏感元件传感元件传感元件变换元件变换元件电磁感应定律：当穿过导电回路所包围的面积的磁通量发生变电磁感应定律：当穿过导电回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生，感应电动势与磁通量对时化时，回路中就有感应电动势产生，感应电动势与磁通量对时间的变化率的负值成正比。间的变化率的负值成正比。霍尔效应：通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向霍尔效应：通电的

4、导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。上将产生电动势的现象。23.5.22光生伏特效应：光照使得（不）均匀半导体中产生光生电子和光生伏特效应：光照使得（不）均匀半导体中产生光生电子和空穴，并在空间分开而产生电位差的现象，即光能空穴，并在空间分开而产生电位差的现象，即光能电能。电能。力电传感：利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、力电传感：利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等的仪器）。加速度等）转化为电学信号（电压、电流等的仪器）。热电传感：热敏电阻的阻值会随着温度的变化而变化。热电传感：热敏电阻的阻值会随着温度的变化而变

5、化。23.5.22传感器应当满足的基本性能：传感器应当满足的基本性能：对某种物理对某种物理/化学化学/生物参量及其变化方式敏感生物参量及其变化方式敏感具有一定的敏感度具有一定的敏感度具有一定的敏感域具有一定的敏感域具有一定的选择性具有一定的选择性具有一定的保真度具有一定的保真度23.5.22传感器是人类感觉器官功能的扩展。现已有：传感器是人类感觉器官功能的扩展。现已有：扩展视觉功能的光敏传感系统（红外、可见光、紫外）扩展视觉功能的光敏传感系统（红外、可见光、紫外）扩展听觉功能的声敏传感系统（声纳、音频、超声）扩展听觉功能的声敏传感系统（声纳、音频、超声）扩展嗅觉功能的化学传感系统（各种气味的监

6、测）扩展嗅觉功能的化学传感系统（各种气味的监测）扩展触觉功能的压力传感系统（压敏、应力、振动）扩展触觉功能的压力传感系统（压敏、应力、振动）扩展味觉功能的化学传感系统（各种食品的监测）扩展味觉功能的化学传感系统（各种食品的监测）其它各种传感器：温度、湿度、磁敏，热敏，电子，其它各种传感器：温度、湿度、磁敏，热敏，电子，.23.5.22对于复杂事物，需要利用多种传感器，并对它们加以综合，对于复杂事物，需要利用多种传感器，并对它们加以综合，称为称为“多传感器的信息融合多传感器的信息融合”。光敏传感光敏传感 系统系统声敏传感声敏传感 系统系统信息融合信息融合 系统系统23.5.22对于遥远事物，可以

7、利用对于遥远事物，可以利用“传感系统传感系统+通信系统通信系统”获取其信息，获取其信息，这就称为这就称为“遥感系统遥感系统”。传感系统传感系统通信系统通信系统例如，雷达就是例如，雷达就是一种典型的遥感一种典型的遥感系统。系统。23.5.22对那些处于敏感度（或敏感域）以下的事物，可以借助于相对那些处于敏感度（或敏感域）以下的事物，可以借助于相应的变换器把它的观测参量变换到可感知的范围内，然后用应的变换器把它的观测参量变换到可感知的范围内，然后用传感器感知。传感器感知。放大镜、望远镜、各种形式的变换器都可以起这种作用。放大镜、望远镜、各种形式的变换器都可以起这种作用。变换器变换器传感器传感器23

8、.5.22信号规整：将传感器输出的信号变换成具体接入系统所需要信号规整：将传感器输出的信号变换成具体接入系统所需要的接口形式。的接口形式。传感器传感器 放大器放大器 A/D 处理器处理器D/A 放大器放大器没有测量，就没有科学。没有测量，就没有科学。【门捷列夫门捷列夫】测量误差：系统误差、随机误差等测量误差：系统误差、随机误差等23.5.2223.5.2213传感应用：物联网传感应用：物联网智能信息智能信息网网23.5.2213问题问题-目标目标传感传感计算计算计算计算控制控制通信通信通信通信知识生成知识生成计算决策计算决策策略制定策略制定智能控制智能控制23.5.222，认识论信息（全信息）

9、的获取，认识论信息（全信息）的获取23.5.22为什么需要获取为什么需要获取“全信息全信息”？利用信息作决策。利用信息作决策。只当拥有了全信息，才能做出合理的决策。只当拥有了全信息，才能做出合理的决策。有决策能力的系统，才是有智能的系统。有决策能力的系统，才是有智能的系统。获取信息的目的是什么？获取信息的目的是什么？23.5.22怎样获取全信息？第一类信息转换原理怎样获取全信息？第一类信息转换原理 计算计算-体验体验 逻辑推演逻辑推演 知识库知识库:X,Z;G 传感传感本体论信息本体论信息 S语法信息语法信息 X语用信息语用信息 Z语义信息语义信息 Y语法信息语法信息 X :S XZ Cor

10、X,GY (X,Z)Z X and X,Z23.5.22信息的表示信息的表示符号表示：文字或语言符号表示：文字或语言机器表示：高低电平、有无电流、机器表示：高低电平、有无电流、0/1语音表示：抽样、量化、编码。语音表示：抽样、量化、编码。PCM编码。编码。信号表示：离散和连续信号表示：离散和连续图形图像表示：位图。矢量图。图形图像表示：位图。矢量图。23.5.22（特征）信息融合（特征）信息融合特征层融合：先对原始信息进行特征提取，再对特征信息进特征层融合：先对原始信息进行特征提取，再对特征信息进行综合分析。行综合分析。数据层融合：原始层融合。数据层融合：原始层融合。预处理之前进行数据的综合分

11、析。预处理之前进行数据的综合分析。23.5.22终端侧：搜索引擎终端侧：搜索引擎网络侧：数据库系统网络侧：数据库系统 关键词关键词（检索词）（检索词）特征表示特征表示信息显示信息显示信息输出信息输出搜索搜索匹配匹配信息记录信息记录信息记录信息记录信息记录信息记录.（互联网）信息检索原理模型（互联网）信息检索原理模型23.5.22信息检索效果的评价信息检索效果的评价查全率查全率=A/(A+C)查准率查准率=A/(A+B)漏查率漏查率=C/(A+C)误查率误查率=B/(A+B)相关信息量相关信息量不相关信息量不相关信息量检出信息量AB未检出信息量CD23.5.22机器学习机器学习H.Simon认为

12、：能够让系统在执行同一任务或同类的另一任认为：能够让系统在执行同一任务或同类的另一任务时，比前一次执行的更好的任何改变都可称为学习。务时，比前一次执行的更好的任何改变都可称为学习。机器学习：研究机器如何模拟或实现人类的学习行为，以获机器学习：研究机器如何模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识和能力，重新组织已有的知识结构，使之不断增取新的知识和能力，重新组织已有的知识结构，使之不断增强自身性能。强自身性能。1959年美国的年美国的Samuel设计了一个具有学习能力的跳棋程序。设计了一个具有学习能力的跳棋程序。4年后，展示了设计者本人。又过了年后，展示了设计者本人。又过了3年，战胜了美国年，战

13、胜了美国8年不年不败的冠军。败的冠军。23.5.22机器学习原理模型机器学习原理模型23.5.2222世界世界学习学习知识库知识库执行执行效果效果目标目标调整调整23.5.22机器学习策略机器学习策略示教学习：学生从环境（教师或书等）获取信息、适当表示，示教学习：学生从环境（教师或书等）获取信息、适当表示，并把新知识与原有知识结合为一体。并把新知识与原有知识结合为一体。机械学习：直接记忆和检索，不需计算和推导机械学习：直接记忆和检索，不需计算和推导类比学习：利用类比学习：利用source和和target的知识相似性，通过类比，的知识相似性，通过类比，实现学习。实现学习。演绎学习：从公理出发，经

14、逻辑变换，推导出结论。演绎学习：从公理出发，经逻辑变换，推导出结论。23.5.22机器学习策略机器学习策略解释学习：学生根据教师提供的目标概念解释学习：学生根据教师提供的目标概念C、该概念的一个、该概念的一个例子例子E、领域理论及可操作准则、领域理论及可操作准则R，首先构造一个解释，首先构造一个解释D来说来说明为什么这个例子明为什么这个例子E满足目标概念满足目标概念C，然后将解释，然后将解释D推广为目推广为目标概念标概念C的满足可操作准则的满足可操作准则R的充分条件。的充分条件。强化学习：试探评价过程。系统选择一个动作用于环境，环强化学习：试探评价过程。系统选择一个动作用于环境，环境状态发生变

15、化并产生一个效果（奖或惩）反馈给系统，于境状态发生变化并产生一个效果（奖或惩）反馈给系统，于是系统选择受奖概率大的新动作，强化受奖动作。是系统选择受奖概率大的新动作，强化受奖动作。归纳学习：从个别到一般从部分到整体的推导方法。归纳学习：从个别到一般从部分到整体的推导方法。23.5.2223.5.2225例：进化学习模型例：进化学习模型S(0)=Sn(0)fSn(0)Pn(t)Sn(t+1)初始状态：含有初始状态：含有 N N 个生物样本个生物样本 Sn(0)计算每个样本相对于目标的计算每个样本相对于目标的适应度适应度相对相对适应度适应度计算它们的再生概率计算它们的再生概率 Pn(t)根据根据P

16、n(t)择优父代并生成新一代择优父代并生成新一代Sn(t+1)RSn(t)通过通过基因操作获得更好的样本基因操作获得更好的样本RSn(t)23.5.22思考题思考题1，什么场合需要本体论信息？怎样获取本体论信息？，什么场合需要本体论信息？怎样获取本体论信息？2，什么场合需要认识论信息（全信息）？，什么场合需要认识论信息（全信息）？3，您对第一类信息转换原理有什么评述？您能举出实例，您对第一类信息转换原理有什么评述？您能举出实例 来说明这一原理的正确性吗？来说明这一原理的正确性吗？4，您认为互联网信息检索有什么优缺点？您觉得应当怎样，您认为互联网信息检索有什么优缺点？您觉得应当怎样 改进？改进？