1、2023-1-17计算机与信息技术(1)计算机与信息技术计算机与信息技术(1)计算机与信息技术(1)主要内容：主要内容：了解：了解：n计算机发展历程及中国计算机发展概况。主要内计算机发展历程及中国计算机发展概况。主要内容包括计算机系统的概念、硬件和软件的发展简容包括计算机系统的概念、硬件和软件的发展简史、计算机分类等。史、计算机分类等。n信息的基本概念、内容、特征、作用。信息的基本概念、内容、特征、作用。n计算机在信息社会中的应用。主要内容包括应用计算机在信息社会中的应用。主要内容包括应用领域、案例、影响等。领域、案例、影响等。n未来计算机的发展。主要内容包括计算技术的发未来计算机的发展。主要
2、内容包括计算技术的发展方向、未来计算机和信息技术的展望。展方向、未来计算机和信息技术的展望。计算机与信息技术(1)主要知识点主要知识点n信息表示n计算机发展n未来计算机n计算机应用领域计算机与信息技术(1)一、计算机技术的发展和展望计算机技术的发展和展望n计算机的发展历程计算机的发展历程n未来计算机可能的发展方向未来计算机可能的发展方向计算机与信息技术(1)什么是计算机计算机计算机:是一台能存储程序和数据，并能自动执行程是一台能存储程序和数据，并能自动执行程序的机器；是一种能对各种数字化信息进行处理，序的机器；是一种能对各种数字化信息进行处理，协助人们获取信息、处理信息、存储信息和传递信协助人
3、们获取信息、处理信息、存储信息和传递信息的工具。息的工具。计算机与信息技术(1)1、计算机的发展历程、计算机的发展历程n计算机技术的发展计算机技术的发展 算筹算筹 算盘、计算尺算盘、计算尺机械式计算机机械式计算机 电子计算机电子计算机n电子计算机的发展电子计算机的发展 电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路 大规模集成电路大规模集成电路计算机与信息技术(1)手工到机械自动n史前时期，我们的祖先就采用史前时期，我们的祖先就采用石块石块和和贝壳贝壳记数；记数；n唐代时期，开始使用唐代时期，开始使用算盘算盘；n1717世纪，出现了世纪，出现了计算尺计算尺；n16421642年，法国数学家年，法国数
4、学家PascalPascal创造了第一台能完成加、减创造了第一台能完成加、减运算的运算的机械计算器，机械计算器，计算税收计算税收；n18221822年，英国数学家年，英国数学家巴贝奇巴贝奇提出了自动计算机的基本概提出了自动计算机的基本概念，并设计出念，并设计出差分机差分机和和分析机分析机；机械计算到电动计算n18841884年，美国工程师年，美国工程师霍雷斯霍雷斯创造了第一台电动计算机创造了第一台电动计算机,用于人口普查；用于人口普查；n19441944年，美国哈佛大学数学教授年，美国哈佛大学数学教授霍华德霍华德阿肯阿肯提出设计提出设计思想，由思想，由IBMIBM承建，设计出承建，设计出“马克
5、马克1 1号号”计算机。计算机。机电全自动到电子数字n19461946年，第一台数字式计算机年，第一台数字式计算机ENIACENIAC诞生在美国，从此诞生在美国，从此人类社会进入以计算机为主导的信息时代。人类社会进入以计算机为主导的信息时代。计算机与信息技术(1)1642年年 Pascal 加法器加法器1822年年 巴贝奇巴贝奇差分机差分机18331833年年 巴贝奇巴贝奇分析机分析机唐朝唐朝计算机与信息技术(1)电子计算机电子计算机n 现代计算机冯诺依曼 ENIACENIAC 晶体管计算机晶体管计算机世界上第一台通用数字电子计算机世界上第一台通用数字电子计算机ENIACENIACIBM709
6、0IBM7090型晶体管计算机型晶体管计算机TRADICTRADIC晶体管计算机晶体管计算机Cray-1巨型机 银河-1向量机宾州大宾州大学学(Electronic Numerical Integrator And Computer)（数字积分电子计算机）重达30吨，使用18000支电子管，70000个电阻，10000支电容，耗电150KW，占地170平方米，运算速度5000次/秒加、减法运算。(不具备在计算机内存储程序的特征.)计算机与信息技术(1)第一台个人计算机第一台个人计算机IBM 5150 计算机与信息技术(1)史上第一台笔记本电脑史上第一台笔记本电脑Osborne 1 计算机与信息
7、技术(1)世界上第一个鼠标世界上第一个鼠标计算机与信息技术(1)第一款计算机游戏第一款计算机游戏SpaceWar 计算机与信息技术(1)现代微型计算机现代微型计算机微机计算机与信息技术(1)现代的家用计算机现代的家用计算机iMac 计算机与信息技术(1)现代的笔记本计算机现代的笔记本计算机iBook 计算机与信息技术(1)微型计算机及微处理器微型计算机及微处理器n从从 4004 到到Pentium 4 n早期的微型计算机早期的微型计算机 APPLE 1计算机计算机 IBM PC计算机计算机 Intel4004Intel4004微微处理器芯片处理器芯片 PentiumPentium微处理器微处理
8、器 例例计算机与信息技术(1)返回 Intel4004Intel4004微处理器芯片微处理器芯片包含包含23002300个晶体管，支持个晶体管，支持4545条指令，工作频率条指令，工作频率1MHz1MHz，尺寸规格为尺寸规格为3mm3mm4mm4mm。计算性能远远超过当年的。计算性能远远超过当年的ENIACENIAC，最初售价为，最初售价为200200美元。美元。计算机与信息技术(1)“奔腾（奔腾（PentiumPentium）”微处理器在微处理器在20002000年年1111月发布，起步月发布，起步频率为频率为1.5GHz1.5GHz，随后陆续推出了，随后陆续推出了1.4GHz-3.2GHz
9、1.4GHz-3.2GHz的的P4P4处处理器，这也是目前最新型的微处理器。理器，这也是目前最新型的微处理器。返回 PentiumPentium微处理器微处理器计算机与信息技术(1)计算机发展史计算机发展历程计算机与信息技术(1)中国计算机的发展中国计算机的发展n大型机及巨型机大型机及巨型机 银河、曙光、神威银河、曙光、神威n微型机微型机 长城、联想、方正长城、联想、方正n中央处理器中央处理器“龙芯龙芯”芯片芯片（2001）、曙光推出具有）、曙光推出具有中国知识产权中国知识产权“龙腾龙腾”服务器服务器（2002）。）。n软件软件 YHOSYHOS、CCDOS、WPS、LinuxOSOS、COS
10、IX64COSIX64、OpenBASEOpenBASE 曙光曙光30003000超级计算机超级计算机王安磁芯存储器王安磁芯存储器计算机与信息技术(1)2、计算机的未来、计算机的未来n未来电子计算机的发展方向未来电子计算机的发展方向 巨型化、微型化、网络化、智能化巨型化、微型化、网络化、智能化n应用其他技术的计算机应用其他技术的计算机 光计算机、生物计算机、分子计算机、量子光计算机、生物计算机、分子计算机、量子计算机、计算机、DNA计算机计算机计算机与信息技术(1)n摩尔定律n计算的能力每18个月翻一番n性能价格比n在过去20年里1,000,000倍增长n在未来20年里1,000,000倍的增
11、长n摩尔定律在过去的35年里已被证实了他的准确性n在未来至少35年中它还将发挥作用计算机与信息技术(1)微型化就是进一步提高集成度，利用高性能的超大规模集成电路研制质量更加可靠、性能更加优良、价格更加低廉、整机更加小巧的微型计算机。例如，腕式计算机。400440041010微米芯片微米芯片 奔腾奔腾4 40.180.18微米芯片微米芯片晶体管数目晶体管数目23002300420,000,000420,000,000图片图片计算机与信息技术(1)n智能化是指让计算机具有模拟人的感觉、智能化是指让计算机具有模拟人的感觉、行为、思维过程的机理，使计算机具备逻行为、思维过程的机理，使计算机具备逻辑推理
12、、学习等能力。辑推理、学习等能力。n目前，已研制出各种目前，已研制出各种“机器人机器人”，有的能，有的能代替人从事各种复杂、危险的劳动，有的代替人从事各种复杂、危险的劳动，有的能与人下棋等。能与人下棋等。n例如，例如，IBMIBM公司研制的公司研制的“深蓝深蓝”计算机，计算机，每秒能执行每秒能执行5050100100亿次运算，每秒能计亿次运算，每秒能计算出算出200 200 300300万步棋。万步棋。19961996年年2 2月月1010日，日，超一流国际象棋大师卡斯帕罗夫以三胜两超一流国际象棋大师卡斯帕罗夫以三胜两和一负的成绩战胜了和一负的成绩战胜了“深蓝深蓝”。但在。但在19971997
13、年年5 5月月1212日，这位历史上最伟大的人类旗日，这位历史上最伟大的人类旗手却败在手却败在“更深的蓝更深的蓝”计算机手下。计算机手下。智能机器人智能机器人计算机与信息技术(1)二、计算机与信息处理计算机与信息处理n信息及信息科学信息及信息科学n基于计算机的信息处理过程基于计算机的信息处理过程信息的表示和采集信息的表示和采集信息的存储和组织信息的存储和组织信息的传输和检索信息的传输和检索计算机与信息技术(1)1、信息科学与技术、信息科学与技术n信息：信息：区别于物质与能量的第三类资源区别于物质与能量的第三类资源 n信息科学：信息科学：以信息为主要研究对象的科学以信息为主要研究对象的科学 n信
14、息技术：信息技术：有效应用信息资源的技术体系有效应用信息资源的技术体系n信息产业信息产业 计算机与信息技术(1)n数据n对现实世界中客观事物的符号表示n可以是数值数据，也可以是非数值数据，如声音、图像等n计算机中数据n能输入计算机，并能为其处理的符号序列计算机与信息技术(1)n例，一幅黑白图象n数据黑白点阵000011110000001100001100110000000010100110011001100110011001100000000001100000000001101100011001011011110110001111111100000000000000000000000000信息
15、脸谱计算机与信息技术(1)n信息与数据的联系n数据是信息的符号表示，或称载体n信息是数据的内涵，是数据的语义解释n数据是符号化的信息n信息是语义化的数据计算机与信息技术(1)2、基于计算机的信息处理过程、基于计算机的信息处理过程n信息的表示方法信息的表示方法n信息的采集信息的采集n信息的存储信息的存储n信息的组织信息的组织n信息的传输和检索信息的传输和检索计算机与信息技术(1)n计算机最主要的功能就是处理信息，而信息在计算机中如何表示、存放、传递？这是首先要解决的问题。n基本要求是：信息的表示、存放和传递要方便、可靠、易处理。n显然，在计算机内部，信息只有经过数字化编码后才能表示、存放和传递。
16、n所谓编码，就是用少量的基本符号，根据简单的组合规则，以表示大量复杂的信息。n二进制是一种最简单的编码系统。计算机与信息技术(1)n计算机中的信息采用二进制编码来表示。n二进制表示数字容易实现（只有0、1）。n二进制运算规则简单（逢二进一）。n二进制编码在物理上最容易实现；自然界中具有两个固定状态的物理量很多，例如：电流的有无、电压的高低等。计算机与信息技术(1)信息的常用单位有“位”、“字节”、“字”三种：位（Bit）表示一位二进制信息（最小单位）字节（Byte）一个字节8位二进制数字组成（是信息的基本存储单位）字（Word）是位的组合，在计算机中作为一个独立的信息单位处理。不同的机器类型，
17、字长是不同的，常用的字长有8位、16位、32位等。如某个字由4个字节组成，则它的字长是32位，相应的计算机称为32位机。位（位（BitBit）b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0字节（字节（ByteByte）字（字（WordWord）计算机与信息技术(1)n计算机是美国人发明的，因此计算机的字符集中自然包含了英文的26个字母。n计算机要在全世界通用，必须采用公认的标准格式对字符、符号进行编码。n常用的字符编码有ASCII码、BCD码、西文字符编码和EBCDIC码。计算机与信息技术(1)n汉字要比英文字母多得多，如何解决汉字的编汉字要比英文字母多得多，如何解决汉字的编码问题，这是用计算
18、机处理汉字首先要解决的码问题，这是用计算机处理汉字首先要解决的一个最大难题。一个最大难题。n汉字处理又包括两方面：汉字输入和汉字识别。汉字处理又包括两方面：汉字输入和汉字识别。英文的英文的2626个字母在键盘上都有，但上万个汉字个字母在键盘上都有，但上万个汉字是无法放在一个键盘中。是无法放在一个键盘中。n处理汉字就要解决汉字的输入、编码、在计算处理汉字就要解决汉字的输入、编码、在计算机中保存、汉字转换识别等一系列问题机中保存、汉字转换识别等一系列问题。计算机与信息技术(1)多媒体信息表示多媒体信息表示n采集采集量化量化编码编码计算机与信息技术(1)信息的采集信息的采集n传统的信息采集方法传统的
19、信息采集方法n多媒体信息的采集多媒体信息的采集n声音采样率采样精度声音采样率采样精度n图形分辨率像素位深度图形分辨率像素位深度 计算机与信息技术(1)未经压缩的信息容量未经压缩的信息容量信息源信息源大致比特率大致比特率电话电话（2002003400HZ3400HZ）80008000样本数样本数/秒秒1212比特比特/样本样本 =96kbps=96kbps宽带语音宽带语音(50(507000HZ)7000HZ)1600016000样本数样本数/秒秒1414比特比特/样本样本 =224kbps=224kbps宽带音频宽带音频(20(2020000HZ)20000HZ)4410044100样本数样本
20、数/秒秒2 2信道信道1616比特比特/样本样本 =1.412Mbps=1.412Mbps图像图像512512512512像素色彩图像像素色彩图像2424比特比特/像素像素 =6.3Mb=6.3Mb图像图像视频视频640640480480像素色彩图像像素色彩图像2424比特比特/像素像素3030图像图像/秒秒=221Mbps=221Mbps高清晰度电视高清晰度电视12801280720720像素色彩图像像素色彩图像2424比特比特/像素像素6060图像图像/秒秒=1.3Gbps=1.3Gbps计算机与信息技术(1)信息的组织信息的组织n信息组织的层次结构信息组织的层次结构 位、字节、域、记录、
21、文件和数据库位、字节、域、记录、文件和数据库 n文件的结构和特点文件的结构和特点n数据库技术数据库技术计算机与信息技术(1)信息的传输信息的传输n信息传输的主要途径信息传输的主要途径 互联网络互联网络n网络技术网络技术 网络设备网络设备 网络的层次结构网络的层次结构 网络协议网络协议 局域网局域网/城域网城域网/广域网广域网计算机与信息技术(1)信息的检索信息的检索n早期的检索方式早期的检索方式n网络化、智能化检索网络化、智能化检索n搜索引擎搜索引擎计算机与信息技术(1)计算科学体系计算科学体系n构造性数学基础构造性数学基础 包括数理逻辑、代数系统、图包括数理逻辑、代数系统、图论、集合论等；论
22、、集合论等；n计算的数学理论计算的数学理论 包括计算理论、高等逻辑、形包括计算理论、高等逻辑、形式语言与自动机、形式语义学等；式语言与自动机、形式语义学等；n计算机组成原理、器件与体系结构计算机组成原理、器件与体系结构 包括数字逻包括数字逻辑与数字集成电路、计算机原理与设计、计算机辑与数字集成电路、计算机原理与设计、计算机系统结构、微机原理与接口技术等；系统结构、微机原理与接口技术等；n计算机应用平台计算机应用平台 包括操作系统、网络、编译系包括操作系统、网络、编译系统原理、分布式系统等；统原理、分布式系统等；n计算机应用基础计算机应用基础 包括程序设计、软件工程、算包括程序设计、软件工程、算
23、法基础、数据结构、数据库等；法基础、数据结构、数据库等；n计算机应用技术计算机应用技术 包括多媒体、计算机可视化与包括多媒体、计算机可视化与虚拟现实、人工智能、图形学与图像处理、辅助虚拟现实、人工智能、图形学与图像处理、辅助设计等。设计等。计算机与信息技术(1)三、计算机的应用计算机的应用了解计算机的主要应用领域 计算机典型应用领域介绍科学与工程计算科学与工程计算信息管理信息管理电子商务电子商务人工智能人工智能计算机辅助设计计算机辅助设计计算机与信息技术(1)计算机到底能干什么？计算机到底能干什么？计算器？打字机？玩游戏？还有？计算机与信息技术(1)例例 计算机和现代生活计算机和现代生活 n当
24、代大学生的一天（IC、ATM、201卡）n多媒体教学（作业提交、答疑、考试）n通讯n娱乐n家用电器n信息管理（学籍、图书馆、OA）n信息检索计算机与信息技术(1)一、计算机主要应用领域一、计算机主要应用领域 n科学与工程计算 n信息处理 n过程控制 n计算机辅助系统 n多媒体技术应用 n计算机通信和网络应用 n人工智能 计算机与信息技术(1)二、计算机典型应用领域介绍二、计算机典型应用领域介绍n科学与工程计算科学与工程计算n信息管理信息管理n电子商务电子商务n人工智能人工智能n计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计算机与信息技术(1)=？n例：的求值，古老的计算问题=周长/直径计算机与信息
25、技术(1)公元前250年，古希腊，阿基米德，3.14 1973年，CDC 7600，1,001,250位小数1949年，ENIAC，2,037位小数公元480年，祖冲之，3.1415926 3.1415927求值的历史求值的历史1609年，德国，Ludolph Van Ceulen，35位小数1874年，William Shanks，707位小数(527位正确)1958年，IBM 704，10,000位小数1961年，IBM 7090，100,265位小数1999年，HITACHI SR8000，206,158,430,000位小数 计算机与信息技术(1)计算机应用领域：计算机应用领域：科学科
26、学和工程和工程计算计算n计算数学+计算机 科学计算n计算数学：研究数值计算方法n计算机：计算数学强有力的工具n科学计算是第三种科学手段n理论研究：无法求得理论解n科学实验：难以应用实验手段n可以进行计算 n计算机是人类计算能力的延伸计算机与信息技术(1)科学和工程计算的应用科学和工程计算的应用 n大气科学研究：数值天气预报n油气资源勘探：地震波数据处理n核武器模拟试验n空气动力学计算n有限元方法计算计算机与信息技术(1)数值天气预报数值天气预报n例：天气预报，与计算有什么关系？n运用数学方法，通过数值计算进行天气预报的方法和相关的理论 n将已有的观测值作为初值，通过求解大气动力学和热力学方程组
27、，从而客观、定量地作出天气预报。n1950年4月，ENIAC成功地作出世界上第一次正确的数值天气预报。数值天气预报。计算机与信息技术(1)地震波数据处理地震波数据处理n人工制造强烈的震动，在岩石中传播的弹性遇着岩层的分界面产生反射波或折射波；n记录返回地面的反射波或折射波；n分析地震波在地层中传播的运动学和动力学信息，根据波的传播路线和时间，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，反推出地下的岩层和岩性构造。n地震资料处理计算量大，处理周期长 计算机与信息技术(1)信息管理信息管理 n数据处理系统n办公自动化（OA）系统n管理信息系统n例：沃尔玛计算机与信息技术(1)零售业霸主沃尔玛
28、零售业霸主沃尔玛n福布斯全球富豪排行榜占据了前十名的半壁江山n全世界最大的企业n1974年运用计算机进行库存控制n1983年，使用条形码扫描系统n19851987年，安装专用卫星通信系统，4000家沃尔玛分店都能够通过自己的终端与总部进行实时联系详解详解计算机与信息技术(1)计算机时代的信息管理计算机时代的信息管理 n管理信息系统（MIS）n发展n电子数据处理系统（EDPS）工资计算n管理信息系统（MIS）酒店管理n决策支持系统（DSS）市场预测计算机与信息技术(1)决策支持系统（DSS）nDSS是用以辅助各级管理者进行正确决策的系统。nDSS具有对话、数据存取和模型化三大功能，因此，它是由对
29、话子系统、数据子系统和模型子系统组成。nDSS还需要各种各样的模型，包括永久性模型、特别模型、用户构造模型等。nDSS在诸如投资决策、布局决策、销售决策、发展战略决策等方面帮助人们选择最佳的方案。n正是由于DB、知识库、专家系统和DSS给OA系统赋予“智慧”和“灵感”，给“自动办公”带来巨大的生机。计算机与信息技术(1)MIS概念要点概念要点n人-机系统n技术手段+现代管理思想n计算机技术n信息技术n管理技术n决策技术n辅助管理和决策计算机与信息技术(1)企业信息系统的分类企业信息系统的分类n技术信息系统nCAD(computer aided design)nCAM(computer aide
30、d manufacturing)nCNC(computer numeric control)n管理信息系统nMRP(material requirement planning)nMRP-II(manufacturing resources planning)nCAQ(computer aided quality control)n综合信息系统nCIMS(computer integrated manufacturing systems)nERP(enterprises resources planning)计算机与信息技术(1)企业信息系统企业信息系统n产生背景：现代化的大生产给机械制造业带来
31、了许多困难n原材料不能准时供应n零部件生产不配套n产品生产周期过长，劳动率下降n资金积压严重，周转期长n市场和客户的要求多变，使企业经营计划系统难以适应计算机与信息技术(1)企业信息系统和企业信息系统和现代管理方法现代管理方法 nMRP(Material Requirement Planning)nMRP-II(Manufacturing Resources Planning)nCIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems)nERP(Enterprises Resources Planning)计算机与信息技术(1)MRP制造资源规划系统制造资源
32、规划系统n物料需求计划：主生产调度(MPS)、物料用量清单(BOM)、库存、未交货单等资料，计算未来的物料需求。n闭环式MRP：增加反馈，修改计划，动态控制。计算机与信息技术(1)MRP-IIn除材料外，人力、资金、设备和时间也看成企业的资源，并加以控制。n除生产外，还包括销售、财务、成本的处理。n满足制造业所有的经营及生产活动。计算机与信息技术(1)ERP：管理：管理+IT（企业资源规划）（企业资源规划）n集组织模型、企业规范和信息技术、实施方法为一体的综合管理应用体系。n企业的管理核心从“在正确的时间制造和销售正确的产品”，转移到了“在最佳的时间和地点，获得企业的最大利润”。n具有智能化的
33、管理控制系统。n能够适应互联网，可以支持跨平台、多组织的应用，并和电子商务的应用具有广泛的数据、业务逻辑接口。计算机与信息技术(1)电子商务电子商务 n例：亚马逊的奇迹例：亚马逊的奇迹n1995年车库中诞生年车库中诞生n19971997年营业收入达年营业收入达1.481.48亿美元，亿美元，19981998年猛增到年猛增到5.45.4亿美元亿美元n提供了提供了310310万个可方便查找的书目万个可方便查找的书目n16001600名员工人均创收名员工人均创收37.537.5万美元万美元n网上书店每平方米的销售量是传统书店的网上书店每平方米的销售量是传统书店的800800n如果按传统书店所需的营业
34、面积来计算的话，它如果按传统书店所需的营业面积来计算的话，它的规模约占好几平方英里，顾客达的规模约占好几平方英里，顾客达500500万人以上。万人以上。你得开着汽车，才能浏览完它所提供的书目。你得开着汽车，才能浏览完它所提供的书目。计算机与信息技术(1)电子商务的产生背景电子商务的产生背景n商业自动化完善和发展nPOSn企业内部的商务活动大量使用OA和MISn金融业步入电子化，大量采用自动服务系统nInternet技术的飞速发展“最震撼人心的消息莫过于早上一最震撼人心的消息莫过于早上一觉醒来，发现互联网的使用量正以觉醒来，发现互联网的使用量正以每年每年2300的速度增长的速度增长”。杰夫杰夫-
35、贝索斯贝索斯 计算机与信息技术(1)什么是电子商务什么是电子商务 n基础：计算机、Internetn目标：经济活动n借助计算机网络进行网上的交易活动n通过Internet进行的各种商务活动计算机与信息技术(1)电子商务的主要内容电子商务的主要内容 n企业内部电子商务 n企业间的电子商务 n企业与消费者之间的电子商务 计算机与信息技术(1)人工智能人工智能 n科幻片中的机器人n例：“深蓝”战胜人类智慧？n19971997年年5 5月月1111日，卡斯帕洛夫以日，卡斯帕洛夫以2.52.5：3.53.5的比的比分败在一台电脑（分败在一台电脑（IBM-AS/6000IBM-AS/6000）手下！）手下
36、！n智慧输掉了，人类还剩些什么？智慧输掉了，人类还剩些什么？“这是一部像人的机器和这是一部像人的机器和 一个像机器的人之间的决斗一个像机器的人之间的决斗”！计算机与信息技术(1)人工智能的产生和发展人工智能的产生和发展 n什么是人工智能n机器能够执行人类的活动 n主要目标：研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能 n图灵测试 n麦卡锡（McCarthy）发起人工智能研讨会 计算机与信息技术(1)人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容 n机器感知机器感知 n机器思维 n机器学习 n机器行为 n智能系统及智能计算机构造技术 计算机与信息技术(1)人工智能的应用领域人工智能的应用领域 n问题求
37、解问题求解 n逻辑推理与自动定理证明逻辑推理与自动定理证明 n自然语言处理自然语言处理 n自动程序设计自动程序设计 n专家系统专家系统 n机器学习机器学习 n人工神经网络人工神经网络 n机器人学机器人学 n模式识别模式识别 n智能决策支持系统智能决策支持系统 计算机与信息技术(1)计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造 n企业信息系统中的技术信息系统n例：汽车设计n油泥模型价值上千万元 nCAD草图可以在电脑屏幕上模拟油泥模型和一切测试 n研发成本下降了1/3 计算机与信息技术(1)CAX技术技术 nCAD（Computer Aided Design：计算机辅助设计）nCAM（Compute
38、r Aided Manufacturing：计算机辅助制造）nCAPP（Computer Aided Process Planning：计算机辅助工艺规划）nCAE（Computer Aided Engineering：计算机辅助工程）计算机与信息技术(1)CAD n利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果 计算机与信息技术(1)CAM n计算机辅助制造 通过计算机分级控制和管理制造过程的多方面工作。计算机与信息技术(1)CAPP n计算机辅助工艺规划 通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和加工工艺信息（材料、热处理、
39、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程 计算机与信息技术(1)CAE n计算机辅助工程 用计算机来帮助设计人员和工程生产管理人员进行工程生产计划、管理、设计和控制的技术 计算机与信息技术(1)CAD/CAM系统的基本功能系统的基本功能 n计算机辅助绘图 n几何建模 n有限元分析n优化设计 n处理数控加工信息 n统一的数据管理 计算机与信息技术(1)CAD/CAM系统介绍系统介绍nAutoCAD nTango/Protel 计算机与信息技术(1)进一步学习指导进一步学习指导 n科学计算软件 nMATLABnSCILAB n计算机应用的综合化 计算机与信息技术(1)例例
40、4 n新华网巴黎2002年7月4日电。法国原子能委员会军事应用局日前宣布，该局正在进行一项核武器模拟试验计划（投资51亿欧元）。n根据物理机理，造成核爆条件的过程与核反应的过程都是高温高压下进行；高达几百个大气压、几千万摄氏度、巨大能量是在微秒级时间内释放。n描述核反应的物理过程的数学模型是一组非定常的非线性偏微分方程。它可给出核爆炸各个细节的图像、定量的数据和运动的全过程。但该组方程是无法求出解析解的。因此只有求助大规模科学计算。n核武器设计中，从摸清规律、调整各种参数到方案的优选等等，需要计算成千上百个模型。由于进行核试验耗资大、周期长，所以不能只通过核试验来设计和改进产品。在计算机上选择
41、一套参数设计一个模型，在一定意义上相当于进行一次核试验。在计算机上花费几百万元进行计算，可以节省以亿计的试验经费。n模拟核爆试验可以减少试验次数，大大降低研制成本。因此，世界各国在核武器的研制设计中都大量采用了科学计算的方法。返回返回计算机与信息技术(1)沃尔玛：利用信息技术成全其零售业霸主地位n沃尔玛计算机系统可以追踪每一件商品的进销全过程。通过采用最新的信息技术，沃尔玛能够以最低的成本、最优质的服务、最快速的管理反应进行全球运作。n管理信息系统的应用使沃尔玛有关各方可以迅速得到所需的货品层面数据，观察销售趋势、存货水平和订购信息甚至更多。n 美国通过运用信息技术改造传统产业，使传统产业的国
42、际竞争力得以快速提升。返回返回计算机与信息技术(1)蓝博基尼跑车蓝博基尼跑车n蓝博基尼是世界最著名的跑车之一。n1999年初，意大利制造商想将它出口到美国，按照美国的安全法规，所有的车必须装有气囊。因此蓝博基尼需要做气囊的匹配碰撞。n按传统方法，该项测试至少要撞10辆以上的样车。以一辆蓝博基尼400万500万元人民币（30万40万英镑）计，仅碰撞的样车损失费用就将在5000万元以上。欧洲的一家设计公司用CAD测试方法只用了十分之一的费用，就解决了问题。n该公司先把气囊在计算机里模拟装到车上，再模拟各种路况并对车进行了调整，最后只碰了一辆真实的实物车就顺利地通过了验证测试。返回返回计算机与信息技
43、术(1)逻辑推理与自动定理证明n对数学中臆测的定理寻找一个证明或反证，不仅需要有根据假设进行演绎的能力，而且需要某些直觉技巧。n借助计算机来证明数学猜想或定理，这是一项难度极大的人工智能应用，也已取得一些成果。n四色猜想的证明四色猜想的证明。四色猜想是图论中的一个世界级的难题，它的内容是：用四种颜色就可绘制任何地图，三种颜色不够，而五种颜色多余。n这个猜想经过无数次的验证，结论都是千真万确的，但却一直无法在理论上给出证明，所以有人认为，证明这个猜想的难度丝毫不亚于哥德巴赫猜想。n1976年7月，美国数学家哈根和阿贝尔用计算机成功地证明了四色猜想。这个猜想的证明需要进行一百亿次（1010次）逻辑
44、判断，这个天文数字的工作量如果用人工来完成，则需两万年时间，这就是计算机问世以前，任何人都无法证明或推翻这个猜想的原因。返回返回计算机与信息技术(1)自然语言处理 n自然语言处理是人工智能的早期研究领域之一。如果能让计算机“听懂”、“看懂”人类自身的语言，那么更多的人可以使用计算机，大大提高了计算机的利用率。n自然语言处理就是研究如何能让计算机理解并生成人们日常所使用的语言，使得计算机懂得自然语言的含义，从而建立起一种人与机器之间的密切而友好的关系，使之能进行高度的信息传递与认知活动。n要达到以下三个目标：（1）计算机能正确理解人们用自然语言输入的信息，并回答输入信息中的有关问题；（2）计算机
45、对得到的信息能自动产生相应的摘要，用不同的词语复述信息的内容；（3）计算机能够把用某一种自然语言的信息自动地翻译为另一种自然语言，即机器翻译的问题。返回返回计算机与信息技术(1)自动程序设计 n自动程序设计包括程序综合和程序正确性检验自动程序设计包括程序综合和程序正确性检验两个方面，分别实现自动编程和证明程序的正两个方面，分别实现自动编程和证明程序的正确性。确性。n对自动程序设计的研究不仅可以促进半自动软对自动程序设计的研究不仅可以促进半自动软件开发系统的发展，而且也使通过修正自身代件开发系统的发展，而且也使通过修正自身代码进行学习的人工智能系统得到发展。码进行学习的人工智能系统得到发展。n目
46、前已经研制出能够以各种不同的目的描述来目前已经研制出能够以各种不同的目的描述来编写计算机程序的系统，但这方面的进展依然编写计算机程序的系统，但这方面的进展依然非常局限。非常局限。返回返回计算机与信息技术(1)机器学习n学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段，只有让计算机具有类似于人的学习能力，自动获取新的事实及新的推理算法，才能使计算机真正具有智能。n机器学习的低级阶段是机械式学习和教师指导下的学习。前者通过简单地记住推理和解答的结果，来强化将来的推理和问题求解能力；后者则由教师传授知识，或在教师的指导下归纳和抽取知识。n机器学习的高级阶段是知识发现，即计算机系统在无须教师帮助的情况下，
47、能自行发现蕴涵在客观规律中的知识。n上个世纪90s，KDD（数据库中的知识发现）迅速崛起成为机器学习的一个重要分支，如何从数据仓库包含的大量数据中发现和获取隐含的知识，既是机器学习领域面临重大挑战，也给机器学习技术的实用化带来了新的机遇。n此外，机器学习还有助于发现人类学习的机理和揭示人脑的奥秘。返回返回计算机与信息技术(1)专家系统n专家系统是依赖于适用于特殊应用领域的知识规则的计算机系统。专家系统借助知识获取工具从应用领域专家或其它知识源（如法典、训练手册、数据库等）抽取专门知识，转变为适合于推理机解释性使用的形式存放于知识库，以实现类似于人的逻辑思维和问题求解能力。专家系统是一个具有大量
48、专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术，根据某个领域一个或多个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以解决那些需要专家决定的复杂问题。n专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制等。高性能的专家系统也已经从学术研究开始进入实际应用研究。随着人工智能整体水平的提高，专家系统也获得发展。正在开发的新一代专家系统有分布式专家系统和协同式专家系统等。在新一代专家系统中，不但采用基于规则的方法，而且采用基于模型的原理。专家系统已发展为人工智能的最有实用前景和影响力的一个分支，在科技、工程、交通、运输、医疗、探矿、气象、商业、金融、军
49、事、行政和管理等领域都有广泛的应用。返回返回计算机与信息技术(1)人工神经网络n人工神经网络是一个用大量简单处理单元经广泛连接而组人工神经网络是一个用大量简单处理单元经广泛连接而组成的网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能。成的网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能。n神经生理学家、心理学家与计算机科学家的共同研究得出神经生理学家、心理学家与计算机科学家的共同研究得出的结论是：人脑是一个功能特别强大、结构异常复杂的信的结论是：人脑是一个功能特别强大、结构异常复杂的信息处理系统，其基础是神经元及其互联关系。息处理系统，其基础是神经元及其互联关系。n研究结果已经证明，用神经网络处理直觉和形象思维信
50、息研究结果已经证明，用神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方式好得多的效果。具有比传统处理方式好得多的效果。n20世纪世纪80年代，霍普菲尔德（年代，霍普菲尔德（Hopfield）提出用硬件实）提出用硬件实现神经网络，鲁梅尔哈特（现神经网络，鲁梅尔哈特（Rumelhart）等提出多层网）等提出多层网络中的反向传播（络中的反向传播（BP）算法，有力地推动了人工神经网）算法，有力地推动了人工神经网络的研究。现在，神经网络已在模式识别、图像处理、组络的研究。现在，神经网络已在模式识别、图像处理、组合优化、自动控制、信息处理、机器人学和人工智能的其合优化、自动控制、信息处理、机器人学和人工智能
