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信息科学技术概论
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我对信息科学的理解及其发展的一些小想法

(2012-10-14 20:20:48)
标签:

信息科学

排尿反射

信息技术

血液凝固

量子计算机

杂谈

我对信息科学的理解及其发展的一些小想法

作者:金丰羽   学号:1200012900

    进入大学以前,谈起信息技术,我脑中浮现的是电脑,互联网和程序代码。进入大学后,我发现信息技术完全不局限于计算机科学(当然后者是前者的重要组成部分)。物质是运动的,信息能描述物质的状态和运动。所以信息也是一种资源。信息技术,借用百度百科的定义,就是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。显然这些技术能自然地和生物,社会科学,物理其他学科等联系起来。

    人类对信息的最初认识来源于自然界。夏天气温升高,人体就会发汗;冬天冷风吹过,人会不由自主地打个鸡皮疙瘩。气温在这里是一种信息,而人体通过感受器接受信息并做出了相应的反应。再提高到生态系统的角度。众所周知,生态系统的重要组成部份包括生物,环境和信息。前两者在某种层面上讲是孤立的,而正是信息把它们纵向和横向地联系起来,完成了生命和非生命内部,生命和非生命之间的互动,构成一个完整的系统。

1948 年,诺伯特·维纳《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》的发表标志着一门新学科的正式诞生。其关键在于:为了“改善”某个或某些受控对象的功能或发展,需要获得并使用信息,以这种信息为基础而选出的、于该对象上的作用,就叫做控制。由此可见,控制的基础就是信息。

    反馈系统是一种控制,包括正反馈和负反馈。正反馈读入系统输出,从而加强反应,直到反应结束,它起到促进或加强原效应的作用。如血液凝固排尿反射分娩等。负反馈读入系统输出,使反馈后的效应向原效应的相反方向变化,使系统保持相对稳定。如体温、血压调节等。这启发我们为实现某种功能而建立类似的系统。在电子电路中,为了改善放大电路的性能,普遍采用反馈的方法。它将放大电路的输出量或其一部分,通过某种方法,反送到电路的输入端,然后把反馈量与输入量进行比较,从而达到控制输出量的目的。可以说这是生命科学和信息科学的完美融合。

    人类社会生活是一种群体生活。它与自然种群有共同点,但人类心理的复杂性又导致人类社会的一些独有特点。自从社会系统的规律性被发现以来,众多学者专注于这个领域。他们中的一些人力求用数学理论概括规律。受到社会现象的启发,许多新的数学问题被提了出来:

   (1)首价拍卖系统为什么不能达成最优拍卖结果?(这个问题促成了诺贝尔得奖理论“次价密封拍卖”的提出);

   (2)在匹配市场的研究中,我们提出了这样一个问题:市场通过调整价格,最终能否使买房和卖方都满意?从而归纳出了解决“最大权匹配问题”的操作性算法(借助“偏好卖家图”和“买家受限组”等概念);

   (3)如何量化社会网络中两个人之间的权力?通过“分钱”等实验,学者们归纳并总结出了“纳什议价解”。然而计算机科学工作者还会提出问题:在更抽象的情况下,即给定任意社会网络,能否求得(计算出)所有平衡结果?

   (4)从Stanley  Milgram的实验中得出了“六度空间理论”(又称小世界理论)。

    在这些过程中信息科学的核心——计算理论都得到了相当地发展。

    再说说物理方面与信息科学的交汇。众所周知,携带信息需要用物质的某种状态。如DNA的碱基配对方式;声波、电磁波的“频率”;数字信号的“有无”等。量子所特有的分立性,相干性和随机性可以很好地应用于计算机。例如,微观粒子内部能级之间或微观粒子之间状态的关联性,代表它有着天然的并行计算及大容量存储能力。1994年彼得·秀尔(Peter Shor)提出量子质因子分解算法后,量子计算机不再是纸上谈兵,而有了现实化的可能。又例如真随机数的产生,目前大多数程序和语言中的随机数都是伪随机数,这意味着通过已有的随机数可能获得接下来随机数序列的信息。描述量子随机性的Heisenberg不确定关系和Wootters量子不可克隆定理告诉我们,对量子性质的利用可能产生任意长度的真随机数,这将极大促进保密通信技术的发展。还有基于量子特性的量子磁力仪技术,量子滤光技术等都是很有前景的发展方向。

    近年来,一些人认为信息科学不再像过去一样前景光明。我觉得,这是因为大家把“信息科学”片面地和会写程序画上了等号。现在程序员(有些滑稽的说法叫“码农”或“程序猿”)确实不少,但那些能在全局上把握项目的科技骨干人员,像架构师(architect),还有通晓不同学科,能将信息科学与其他学科融合的创新人才还远远不够,而这些人正是社会所迫切需要的。

    北京大学的基础学科十分扎实,为我们提供了很好的跨学科交流平台。绿色计算机,生物计算机,量子计算机等研究领域都是当前的热门。我相信通过我们这一代的努力,能更好地把传统产业与信息技术结合,用电子信息技术进行智能改造,让祖国的综合国力更上一个台阶!

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