浅谈对信息与计算科学的认识

信息科学与技术导论浅谈对信息与计算科学的认识2010陆旺旺信息0912010/12/28浅谈对信息与计算科学的认识陆旺旺信息091摘要：本文对信息与计算科学的内涵、结构等做了一定的研究，并对该专业的发展和就业进行了探索关键词：信息与计算科学内涵结构人才培养教育部1998年颁布的专业目录中将信息与计算科学列为一个新的数学类专业。信息与计算科学是集计算机、信息、经济管理为一体的复合型学科。该专业的培养目标是培养具有深厚的数学素养，掌握信息科学和计算科学的基本理论和基本方法，具有良好的经济学理论知识的复合型人才。一、信息与计算科学专业的内涵与定位信息与计算科学是以信息领域为背景数学与信息,管理相结合的交叉学科专业.该专业培养的学生具有良好的数学基础,能熟练地使用计算机,初步具备在信息与计算科学领域的某个方向上从事科学研究,解决实际问题,设计开发有关软件的能力.1、信息技术的内涵和形成信息就是用符号、信号或消息所包含的内容，来消除对客观事物认识的不确定性．信息是事物的运动状态和规律的表征、具有知识的秉性；它普遍存在于自然界、人类社会和人的思维之中，对人类的生存和发展至关重要．2、信息概念的释义从哲学上讲，信息是事物运动的状态与方式，是物质的一种属性．上世纪末出现的广义信息论，认为信息是直接或间接描述客观世界的，并把信息作为与物质并列的范畴纳入哲学体系．从科学上讲，信息不同于消息，消息只是信息的外壳，信息则是消息的内核；信息不同于信号，信号是信息的载体，信息则是信号所载荷的内容；信息不同于数据，数据是记录信息的一种形式，同样的信息也可以用文字或图像来表述．因此，控制论创始人维纳将信息概括成人们在适应客观世界并使这种适应被客观世界感受的过程中与客观世界进行交换的内容．信息论的创始人香农（C.E.Shannon）则把信息定义为信源的不定度，他创造的新名词“比特(bit)”也成了度量“信息”的基本单位．4、数学技术与信息技术的融合“信息与计算科学”一词最早见于20世纪80年代的美国．当时的高等院校和研究机构，均将计算机科学中的硬件技术归入工程，而将算法理论归入数学，称之为“数学和信息科学”，或称为“数学和计算机科学”，后来又称为“信息与计算科学”；德国的克劳斯塔尔技术大学则称其为“Technomathematics（技术数学）”5、信息与计算科学的本质信息与计算科学是由信息技术和计算技术两个相互联系、相互支撑的学科融合而成．信息学科主要研究四个方面:信息获取（如遥感技术、数据采集技术）、信息传输（如通信技术、信息安全）、信息处理（如信息表示、计算技术）和信息利用（如控制技术）；而计算科学则侧重研究数值计算方法的设计、分析和有关理论基础与软件实现问题．计算科学与信息科学相互关联，计算技术是推动信息技术发展的关键，是高科技术的本质；而信息科学的发展反过来又促进和推动计算科学和技术的发展.过去的一个世纪里，信息与计算科学的基础理论、信息的通信传输理论已经成熟．从固定通信（有线电话）到移动通信（手机），人们不仅可以将声音（模拟信号）传给对方，也能将文本和图像（数字信息）传送到世界的每个角落；信息的控制技术也使得人造卫星、太空科学实验室和载人航天都成为现实．未来的信息与计算科学将侧重于信息的获取技术（信息采集）、信息安全以及信息表示技术．遥感技术的成功应用和密码技术的进一步完善，为信息的处理技术做好了充分的准备．可以猜想未来要处理的信息，不再仅仅是声音、文字和图形，还可能是思想和灵感；不仅仅是现在的信息，也可能会是过去的信息和未来的信息．那样的话，将真正达到了心想事成、跨越时空沟通了历史和未来．因此，信息与计算科学在对信息的认识与利用中不断扩大；在信息论、电子学、计算机科学、人工智能、系统工程学、自动化技术等多学科基础上不断发展和完善．它除了研究信息的性质，研究机器、生物和人类关于各种信息的获取、变换、传输、处理、利用和控制的一般规律外，还关注于设计和研制各种信息机器和控制设备，实现操作自动化，以便尽可能地把人脑从自然力的束缚下解放出来，提高人类认识世界和改造世界的能力．信息与计算科学是集计算机、信息、经济管理为一体的复合型学科。该专业的培养目标是培养具有深厚的数学素养，掌握信息科学和计算科学的基本理论和基本方法，具有良好的经济学理论知识的复合型人才.狭义信息学度量的是随机不确定性,属于概率信息或统计信息。还有非概率信息,如偶发信息、模糊信息等。信息的实质是物质的一种属性。但必须把信息与一般的物质属性区分开来,才能把握信息的特殊本质。一个突出的特点是信息的不守恒性。信息的特殊本质在于它是一种可以表征物质客体的成分、结构、状态、行为、功能、属性、演化趋势的东西,一种能表征一切物质属性的物质属性。尤其独特的是表征物质客体属性的信息可以同该客体分离开来,固定在称作载体的其它物质客体上。严格地讲,一个物质客体的属性只有通过与其它物质客体的相互作用并在其它物体中得到反映或表征,才能称为该物质客体的信息。对由感测器得到的原始信息,去粗取精,去伪存真,由此及彼,又表及里,形成能反映事物本质特性并便于利用的信息形式,这种作业称为信息处理。人自身的信息处理器官主要是大脑。把这种信息处理方式物化,就是信息处理技术,包括加工信息的工具设备和技能、方法、程序、算法等。现代意义的信息处理包括信息的分类、识别、变换、计算、筛选、整理、排序、制表等易于程序化的内容,也包括分析、综合、抽象、演绎、证明等更深层次的信息处理。二、信息与计算科学的关联性分析信息科学与数学有着本质的内在联系,以数学的思维方式和数学的方法论为基础来研究信息科学,有独特的不可取代的优势。培养具有良好的数学素养的信息科学人才,对信息科学在下一世纪的发展,对推动数学与社会经济结合,推动数学为经济建设主战场发挥作用,有着重要意义。信息科学与计算科学、计算机科学经常交织在一起,研究内容和应用领域有不少交叉。但是信息科学的研究重点、研究角度与计算科学、计算机科学是有显著区别的,它的研究重点是信息,信息的表示、信息的性质、作用、变换等。特别以数学的思维方式和方法论为基础研究信息科学,和从电子学、计算机科学、管理科学等角度研究信息,是明显不同的,相互不可取代。信息与计算科学与其它科学研究信息最本质的区别在与研究信息系统的阶段和方式差异,对应着从输入到输出的系统全过程。信息科学与纯数学、应用数学的区别在于它的研究对象是信息,是被界定了的,它的应用性更具体、更直接,它的交叉性更强。对于信息科学成果的评价标准应该与纯数学和应用数学有所区别。二、信息与计算科学的知识体系结构1、三种信息系统模型通信技术信息信息信息信息信息行为信息源信息宿感测技术控制技术图1-1最简信息系统模型通信技术计算机技术通信技术信息信息信息信息信息行为信息源信息宿感测技术控制技术图1-2具有信息加工处理能力的信息系统模型通信技术智能技术通信技术信息信息计算机技术信息信息信息行为信息源信息宿感测技术控制技术图1-3智能信息系统模型信息传递信息施效信息获取对象系统对外部世界信息传递信息施效信息获取对象系统对外部世界信息传递信息传递信息处理信息再生信息施效信息获取对象系统对外部世界信息传递信息传递2、我院三个专业间的区别信息与计算科学作为数学学科下的一个理科专业，主要研究“信息技术的核心基础与运用现代计算工具高效求解科学与工程问题的数学理论与方法”。这门学科与计算机、信息管理与信息系统专业有天壤之别。计算机侧重于计算机硬件与软件的开发、运用，属于技术型人才；信息管理与信息系统侧重于利用信息技术提高企业管理水平，属于管理型人才。而信息与计算科学以“信息科学”和“计算数学”为核心方向。信息科学不仅是指信息论、密码学，而且还指“有关信息获取、信息传输、信息处理与信息控制基础的科学”。通过学习,学生应初步具备在信息科学与计算科学领域从事科学研究、解决实际问题以及设计开发有关软件的能力。培养具有良好的数学基础和数学思维能力，掌握信息与计算科学的基础理论、方法与技能，受到科学研究的训练，能解决信息技术和科学与工程计算中的实际问题的高级专门人才，属于集技术型与管理型为一体的信息化人才。2、自动化学科基础科学-------自然科学数学系统科学社会科学技术科学-------信息科学自动化科学运筹学其他技术科学工程技术-------信息技术自动化技术广义的信息技术图2-1嵌入式系统的应用领域自动化科学定位为一门技术科学、一门应用基础科学。自动化科学研究的基本任务和目标是为自动化技术（包括设计、制造、控制和管理计算机集成制造系统CIMS、计算机集成过程控制系统CIPS等先进自动化系统）和控制工程（包括控制航天器等设备）提供科学理论基础，它致力于带有一定普遍性或共性的新的控制原理和新的系统方法的研究，使其在实际控制工程和自动化技术中发挥创新作用。三、信息科学技术的知识结构1、知识结构传统意义上把知识结构分为两大类：自然学科和社会学科。信息化社会的到来，特别是网络和多媒体技术的迅猛发展，使得知识体系的结构发生了根本性的变革。目前世界上普遍认同的是把知识体系结构分为四大类：一是关于事实和现象的知识；二是关于自然规律和原理方面的知识；三是关于技能的诀窍方面的知识；四是关于人力资源方面的知识。这种分类，使知识的疆域空前扩大，使知识的组成极大丰富。2、信息科学技术的知识体系结构信息科学与技术所特有的研究对象和研究手段确定了信息科学技术的知识结构。其研究内容包括以下几个方面：1)探讨信息的本质并创立信息的基本概念；2)建立信息的数值度量方法，包括语法信息、语义信息和语用信息的度量方法；3)研究信息运动的一般规律，包括信息的感知、识别、变换、传递、存储、检索、处理、再生、表示、检测、施效等过程的原理和方法；4)揭示利用信息进行有效控制的手段和开发利用信息资源实现系统优化的方法；5)寻求通过加工信息来生成智能和发展智能的动态机制与具体途径。图3-1信息科学技术的知识体系结构四、信息与计算科学专业发展与人才培养方向1、信息与计算科学专业培养目标信息科学内涵丰富,其中包括:计算机技术、电子技术信息的传递、收集处和应用技术等。信息科学的任务包括:研究信息及信息所涉及的各种现象与规律以及在上述领域所采用的技术,方法和手段。无论从信息科学的内容还是从信息科学的任务看。信息不仅与计算机科学,电子技术紧密相连,而且为计算科学、统计分析等数学学科提供了新的手段,同时也提出了新的要求,因此信息与计算科学专业的人才不仅应具备扎实的数学功底与熟练的计算机技术、电子技术,而且应有丰富的实践经验。综上所述,本文作者认为,该专业的培养目标应为“厚基础、宽口径、高素质、会实践同时注重行业特色”。2、信息与计算科学专业的发展方向计算机技术的广泛应用与全球信息产业的迅速崛起,教育、科研、社会等各个领域越来越需要更多的信息与计算科学专业人才,信息与计算科学的研究和应用将迈向更深入和更广泛的领域。可以预见,信息科学与技术在今后较长的时间里仍然是极具生命力的领域。因此,在未来发展中,信息与计算科学专业将致力于培养以下几类人才:第一,信息产业人才。信息产业对人才的要求首先是基本的“计算机应用技能”,其次还要求具备将实际问题抽象为数学问题,建立以及求解数学模信息科学技术感测技术现代通信技术计算机技术信息处理技术控制技术微电子技术激光技术生物技术机械技术新材料技术、新能量技术社会科学基础知识自然科学基础知识型的能力。信息与计算科学专业的毕业生可以从事计算机信息处理、计算机软件开发、数据与信息处理、经济金融、保险等领域内的应用开发和管理工作。实际上,从就业结果来看,大部分学生也都受聘于软件开发、计算机科技公司、信息技术公司等,从事计算机与信息管理等职业。第二,研究型人才。信息与计算科学专业的毕业生具有扎实的数学基础和良好的数学思维能力,并且掌握信息与计算科学的理论方法与基本技能。因此,成绩优秀的学生可以继续攻读应用数学、运筹学与控制论、计算机科学、信息管理、经济类、金融类等专业和方向的硕、博士学位,也可以攻读具有行业特色且与信息与计算