資源簡介

第一章 數據與信息
【知識結構】
【知識點梳理】
1.1數據、信息與知識
一、感知數據
1.信息自古就有且無處不在。
2.數據與生活密切相關，人類生活離不開數據，大多數數據會隨著時間的推移而變化。人們在利用數據的同時，自身的行為也在產生數據。
3.科學研究離不開數據，數據的客觀性為科學研究提供了可靠的依據。各國都重視高精尖實驗室的建設，也是為了獲取相關數據。
二、數據的定義
1.數據是對客觀事物的符號表示，如圖形符號、數字、字母等。
2.在計算機科學中，數據是指所有能輸入到計算機并被計算機程序處理的符號總稱。其表現形式可以是文字、圖形、圖像、音頻、視頻等。
3.數字是最簡單的一種數據。
4.單純的數據沒有意義，經過解釋的數據才變得有意義。
5.數據的特征：普遍性、多樣性和感知性。
6.數據的表現形式及處理技術
時間 數據形式 處理技術
古代 圖案、數字、文字 結繩記事、文字、造紙術、印刷術
近代 圖像、聲音、視頻 攝影技術、電話電報技術、廣播電視技術
現代 多樣化、大數據 計算機技術、通信技術、微電子技術 光電子技術、傳感器技術
三、信息
1.信息的概念
香農（信息論的奠基者）：信息是用來消除隨機不確定性的東西。
信息是數據、信號、消息中所包含的意義。
數據是信息的載體
2.信息的特征
（1）載體依附性：信息不能獨立存在，必須依附于一定的載體；同一信息可以依附于不同的載體。
（2）時效性：信息往往反映的是事物某一特定時間內的狀態，它會隨著時間推移而變化。
（3）共享性：信息可以被共享、重復利用而不會發生損耗。
（4）可加工處理性：信息經過加工、處理、分析后可以被更好地使用。
（5）真偽性：在加工處理的過程中，容易產生虛假信息。
（6）價值性：顯性價值和隱形價值，其價值對于不同的對象有所不同。
四、知識
1.知識是人類在社會實踐中所獲得的認識和經驗的總和，也是人類在實踐中認識客觀世界的成果，它包括對事實、信息的描述以及在教育和實踐中獲得的技能。
2.知識是可以繼承和傳遞的。
3.知識更接近行動，與決策相關。
4.不同的人所建構的知識不同。
五、智慧
智慧是一種更高層次的綜合能力，主要表現為收集、加工、應用、傳播知識的能力，以及對事物發展的前瞻性看法。
1.2數據采集與編碼
一、數制
1.數據在計算機內部是以二進制方式進行存儲和處理的。
2.常用的進制：二進制（B）、十進制（D）、十六進制（H）
3.進制轉換
二、數據采集
早期一般通過觀察、實驗等人工方式得到數據；現在數據的獲取方法已逐漸以機器獲取為主，包括傳感器、網絡爬蟲等。
1.傳感器：由敏感元件和轉換元件組成，隨時獲取來自自然信源的數據
2.網絡爬蟲：在短時間內獲取大量網絡數據。互聯網成為數據采集的主要來源。用戶可以通過應用程序接口API采集互聯網上向公眾開放的數據。
三、數字化
1.數字化：將模擬信號轉換成數字信號的過程。
模擬信號：以連續變化的物理量存在，如聲波、水銀溫度計呈現的溫度值。
數字信號：在取值上是離散的、不連續的信號，如：計算機存儲、處理的二進制數據。
2.數字化的理論依據：采樣定理。即：在一定條件下，用離散的序列可以完全代表一個連續函數。
3.模擬信號的數字化過程：采樣、量化、編碼。
四、字符編碼
編碼是信息從一種形式按照某種規則或格式，從一種形式轉換為另一種形式的過程。解碼是編碼的逆過程。
常見的字符編碼有：ASCII碼、Unicode及各種漢字編碼
1.ASCII碼：美國信息交換標準代碼，是一套基于拉丁字母的計算機編碼系統，主要用于顯示現代英語和其他西歐語言。
基本的ASCII碼有128個，用1個字節中的低7位編碼，用8位存儲。
十進制范圍：0~127
二進制范圍：00000000~01111111
十六進制范圍：00~7F
2.漢字編碼
外碼（輸入碼）：音碼、形碼
交換碼（區位碼）：GB2312
機內碼（處理碼）：
字形碼：點陣方式、矢量方式
3.計算機存儲容量的單位
1B=8b、1KB=1024B、1MB=1024KB、1GB=1024MB、1TB=1024GB
4.聲音編碼
（1）音頻數字化：模擬聲音經過采樣、量化和編碼三個過程實現數字化，如：錄音。
（2）采樣頻率：每秒的采樣樣本數，單位：赫茲（Hz）
（3）量化：將采樣到的信號用數字表示出來，即將模擬信號的波形轉換為數字。
（4）量化的過程：先將整個幅度劃分成有限個小幅度的集合，把落入某個范圍內的樣值歸為一類，并賦予相同的量化值。
（5）特點：采樣頻率越高，量化位數越大，聲音就越真實、自然，保真度越高，但存儲容量也就越大。
（6）常見的聲音文件類型：wave、mp3、wma
（7）wave格式音頻容量的計算公式：采樣頻率×量化位數×聲道數×時長/8（單位：字節）
5.圖像編碼
（1）矢量圖形與位圖圖像
矢量圖形：
用點、直線或者多邊形等基于數字方程的幾何圖元表示的圖像
是用一組指令集合或數字公式來描述的
所需的存儲空間較小，放大不會失真
位圖圖像：
以像素的形式存儲，
圖像質量與分辨率有關，
適合表現層次和色彩比較豐富的圖像，
所需的存儲空間較大，放大會失真。
（2）bmp格式圖像容量計算公式：水平像素數×垂直像素數×顏色位深度/8（單位：字節）
6.視頻編碼
（1）視頻：由靜態的圖像連續播放形成
PAL制式：每秒25幀
NTSC制式：每秒30幀
（2）常見的視頻格式：avi、mp4、mpeg、wmv、mov
（3）avi未經壓縮的視頻文件存儲容量計算公式：幀圖像大小（字節）×幀頻×時間（單位：字節）
1.3數據管理與大數據
一、數據管理
1.數據管理：利用計算機硬件和軟件技術對數據進行有效收集、存儲、處理和應用的過程，其目的在于充分、有效地發揮數據的作用。
2.在大數據出現之前，計算機數據的管理已經經歷：人工管理、文件管理和數據庫管理三個階段。
3.計算機一般采用樹形目錄結構管理文件；
4.計算機中的文件根據編碼規則，可分為多種文件格式，用以區分不同類型的存儲數據，如文本、圖像、音頻等。
文本文件：txt、docx、wps、html、pdf
圖像文件：bmp、jpg、gif、psd、png、tif
聲音文件：wav、mp3、wma、mid
視頻文件：avi、mpg、mp4、mov、wmv、mov、flv
5.數據庫管理：現代社會數據管理的主要方式。
解決了數據冗余問題、維護和更新數據時需要大量人工干預的問題。
傳統數據庫基于結構化數據開發，有數據獨立性、數據可共享等特點。
數據類型：結構化、非結構化、半結構化
二、數據安全
1.威脅數據安全地因素：硬盤驅動器損壞、操作失誤、黑客入侵、感染計算機病毒、遭受自然災害等。
2.保障數據安全地方法
保護存儲數據的介質：磁盤列陣、數據備份、異地容災
保護數據本身的安全：數據加密、數據校驗等方法提高數據的保密性和完整性
數據加密：通過加密算法和加密密鑰將明文轉變為密文，
解密：通過解密算法和解密秘鑰將密文恢復為明文。
數據校驗：為保證數據的完整性進行的一種驗證操作，通常用一種指定的算法對原始數據計算出一個檢驗值，接收方按同樣的算法計算出一個檢驗值，如果兩次計算得到的校驗值相同，則說明數據是完整的。常見的數據檢驗方法有：MD5、CRC、SHA-1等。
提高個人數據安全意識
三、大數據
1.大數據：信息量大、速度快、種類繁多的信息資產，需要特定的技術和分析方法將其轉化為價值。
2.大數據特征：4V
數量體量大：收集和分析的數據量非常大。
速度快：數據產生的速度快和數據處理的速度快。
數據類型多：結構化、非結構化和半結構化數據共存；人工和機器產生
價值密度低：價值密度的高低與數據總量的大小成反比。
3.大數據思維
大數據要分析的是全體數據，而不是抽樣數據；
對于數據不再追求精確性，而是能夠接受數據的混雜性；
不一定強調對事物因果關系的探求，而是更加注重它們的相關性。
4.大數據對社會的影響
大數據讓生活更便利；
大數據讓決策更精準；
大數據帶來新的就業需求；
大數據帶來新的社會問題。
【典型例題】
1.下列有關數據、信息、知識的理解不正確的是（ ）
A.數據是對客觀事物的符號表示，它有多種表現形式
B.信息具有載體依附性，我們在試卷上所看的文字就是信息
C.與物質、能源不同，信息不會因為被別人獲取而發生損耗
D.知識是人類在社會實踐中所獲得的認識與經驗的總和，它可以繼承和傳遞
2.關于數據.信息和信息系統，下列描述不正確的是（ ）
A.數據的表現形式可以是圖形符號、數字、字母等
B.信息系統是指由軟件、硬件設施、通信網絡、數據和用戶構成的人機交互系統
C.信息系統對信息的輸入、處理、輸出和存儲等活動，本質上是對數據的輸入、處理、輸出和存儲
D.數據經過加工處理之后，才能成為信息，所以在信息系統中信息不需要數字化轉變成數據就能被存儲和傳輸
3.以下不屬于數字化信息的是（ ）
A.掃描儀掃描的圖片 B.膠卷沖印的照片
C.文字處理軟件輸入的文字 D.數碼相機拍攝的照片
4.關于模擬信號的采樣量化原理，下列說法不正確的是（ ）
A.對于同一模擬信號，量化越精細，與實際數據越接近
B.將模擬信號轉換成數字信號一般需要經過采樣、量化與編碼
C.傳感器對環境中的物理量、化學量和生物量等進行感知與測量,并轉換成電信號
D.模擬信號以離散的、不連續的物理量存在
5.將十六進制數2FH的2倍轉化成二進制數，結果是( )
A.1011110B B.1100000B
C.1000000B D.1011100B
6.將十六進制數AD轉換成8位二進制數，再將該8位二進制數從左向右按兩位一組依次分為4組，每組中的兩位相互交換，得到新的8位二進制數，則新的8位二進制數對應的十六進制數是( )
A.DO B.5E C. A9 D.65
7.已知一張BMP圖片的分辨率為1024X768像素,其中某個像素點顏色(白色)表達為RGB(255,255,255),則該圖片文件的容量約為（ ）
A.288Kb B.288KB C. 2. 25KB D. 2.25MB
8.未經壓縮的BMP圖像文件a. bmp和b.bmp，其參數分別為160萬像素、256色和40萬像素、16色，則圖像文件a.bmp與b.bmp的存儲容量之比約（ ）
A.4:1 B.8:1 C. 16:1 D.32:1
9.關于數據加密與安全，下列描述正確的是（ ）
A.數據校驗是對數據的完整性的驗證，是提高數據安全性的手段之一
B.采用數字簽名是保護數據的保密性
C.對數據進行磁盤陣列、數據備份主要是為了數據的共享
D.對于某個系統內的共享數據來說，對用戶下載該數據進行登錄身份驗證可有可無
10.下列有關數據管理與安全的說法中,不正確的是（ ）
A.為防止系統停止工作時造成數據丟失，可通過容災系統來解決
B.借助云計算與大數據等技術，能提高數據管理水平
C.數據安全就是保障數據不被損壞
D.數據的完整性可采用MD5校驗方法來驗證
11.大數據的特征可以被總結為4V特征，以下不屬于大數據的4V特征的是（ ）
A.種類多(Variety) B.體量大(Volume)
C.風險大( Venture) D.速度快( Velocity)
12.下列關于大數據的說法,正確的是（ ）
A.大數據具有數據體量大、處理速度快、價值密度高等特征
B.大數據要分析全體數據
C.數據校驗可以提高數據的保密性
D.基于大數據技術，個別數據不準確會影響數據分析
13.下列有關信息的說法，不正確的是（ ）
A.計算機對各類信息進行加工處理，本質上都是通過計算完成的
B.數據的定期備份可以提高信息的安全性
C.數字、英文字母、圖像、音頻等在計算機內部都采用二進制代碼表示
D.計算機不僅能處理數字化信息，也能處理非數字化信息
14.關于數據管理和安全，下列說法中不正確的是（ ）
A.計算機數據管理已經經歷了人工管理、文件管理和網絡管理三個階段
B.磁盤陣列是為了保護數據安全采取的主動防護手段
C.數據加密、數據校驗提高了數據的保密性和完整性
D.保護數據安全首先需要保護存儲介質的安全
15.一個時長為1分鐘,采樣頻率為44. 1kHZ,量化位數為8位,雙聲道未經壓縮的Wave格式文件,則其存儲容量約為( )
A. 2.52MB B.20. 19MB C. 5.05MB D.40. 37MB
16.下列關于大數據的說法,正確的是（ ）
A.當數據量很大時，可以抽取部分數據作為大數據的數據源
B.對于大數據，不是不再追求精確性，而是能夠接受數據的混雜性
C.大數據產生的速度快，處理速度可以慢一些
D.大數據讓我們的生活更便利，百利而無一害

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