資源簡介

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數據與信息
第一章
知識體系
學習目標
數據是對客觀事物的符號表示。是信息的載體。
數據的定義
文字、圖形、圖像、音頻、視頻等。
數據的表現形式
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。
數字是最簡單的數據。
1.1數據
造紙術和印刷術、
攝影術、留聲機、
第一臺計算機。
這些大小不一、數量不同的繩結是數據。
文字和數字的出現，數據以更加明確的形式被記錄下來。
互聯網技術的發展，加速了數據的傳輸與處理
原始人就用石器或骨器在墻壁上刻畫圖案
1.1數據及其演變
楔形文字
各種發明
結繩記事
遠古時代
計算機
數據自古就有，且無處不在。
數據與生活
數據的表現形式越來越多樣化，給人們的生活習慣帶來了巨大的轉變。
人們在利用數據的同時，自身的行為也在產生數據。
數據與科學
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依據
1.1數據與生活科學
信息論奠基者香農：信息是用來消除隨機不確定性的東西。
信息的定義
（1）載體依附性
（2）時效性
（3）共享性
（4）可加工處理性、真偽性
（5）價值性
信息特征
1.2信息的定義
知識是人們在社會實踐中所獲得的認識和經驗的總和，是人類在實踐中認識世界的成果。
知識的定義
知識是可以繼承和傳遞的。
不同人構建的知識不同。
1.2知識的定義
數據
信息
知識
數據可以是數字、文字、圖像、符號等，如 3.14，單獨寫在紙上，其本身沒有明確的意義。
信息是數據經過儲存、分析及解釋后所產生的意義，通常是在某一特定情境脈絡下的具體呈現。
人們通過歸納、演繹、比較等手段對信息進行挖掘，將萬千信息中有價值的部分沉淀下來，與已存在的人類知識體系相結合，形成知識。
智慧
智慧是一種更高層次的綜合能力，它是在知識的基礎之上，通過認識的累積，而形成的對事物的認識、遠見體現為一種卓越的判斷力。
1.2數據、信息、知識、智慧的關系
1.2數據、信息、知識、智慧的關系
1.3數據采集
人工方式為主；通過觀察，實驗等方式
傳統采集方式
機器獲取為主；傳感器獲取自然信源的數據；網絡爬蟲獲取網絡數據
現代采集方式
網絡爬蟲：按照一定規則，按特定關鍵字，自動抓取網頁上數據的程序或腳本。
傳感器：能感應被測量（物理量，化學量，生物量等）并按一定的規律轉換成可用輸出信號（電信號）的器件和裝置。
基與權
基又叫基數，是組成該數制的數碼個數，一般來說，k 進制的基數就是 k，包含 k 個數字；
權又叫權值，是指每一個數位上的 1 對應的數值，可以表示為基數的若干次冪。
1.3進制
進制是一種記數方式，亦稱進位計數法或位值計數法。利用這種記數法，可以使用有限種數字符號來表示所有的數值。
任何一種數制都包含兩個基本要素：基和權。
由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共十個數字符號組成，同一個數字在不同位上表示不同的數值，例如33中的兩個1表示不同數值。“逢十進一”
由0、1共兩個數字符號組成，同一個數字在不同位上表示不同的數值，例如11中的兩個1表示不同數值。“逢二進一”
由0、1、2、3、4、5、6、7共八個數字符號組成，同一個數字在不同位上表示不同的數值，例如22中的兩個1表示不同數值。“逢八進一”
由0、1、 2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16個數字符號組成，同一個數字在不同位上表示不同的數值，例如AA中的兩個1表示不同數值。“逢十六進 一”
1.3計算機中的進制
十（D）
二（B）
八（O）
十六（H）
基礎知識
(9)10
1.3二進制與十進制
二進制轉十進制：按權展開求和
十進制整數轉二進制：除二取余直至商為0，逆序輸出
二進制與十進制
23 22 21 20
1 0 1 1
（1011）2
= 1* 20 + 1* 21 + 0 * 22 + 1 * 23
= (11)10
9
2
1
4
2
0
2
2
0
1
2
1
0
= (1001)2
基礎知識
1.3二進制與八進制
二進制轉八進制：從右向左，每3位二進制數按權展開相加得到1位八進制數，高位不足三位時補0
八進制轉二進制：將八進制數的每一位分解成三位二進制數，如果某位沒有足夠的二進制數，則在最左邊補零。最后舍棄最高位的0
二進制與八進制
（11011110）2
2 3 6
0 1 1 0 1 1 1 1 0
高位不足補0
=（236）8
3 7 2
0 1 1 1 1 1 0 1 0
（372）8
=（11111010）2
高位不足補0
高位不足補0
舍棄最高位0
八進制轉十進制: 按權展開求和
例：(647) 8 = 6*82 + 4 * 81 +7 * 80 =(423)10
基礎知識
1.3二進制與十六進制
二進制轉十六進制：從右向左，每4位二進制數按權展開相加得到1位十六進制數，高位不足四位時補0
十六進制轉二進制：十六進制數通過除2取余法，得到二進制數，對每個十六進制為四個二進制，不足時在最左邊補零。最后舍棄最高位的0
二進制與十六進制
（1011110）2
5 E
0 1 0 1 1 1 1 0
高位不足補0
=（5E）16
A 7
1 0 1 0 0 1 1 1
（A7）8
=（10100111）2
高位不足補0
十六進制轉十進制: 按權展開求和
例：(AF4) 16 = 10*162 + 15 * 161 +4 * 160 =(2804)10
1.3數字化
采樣是將信號從連續時間（空間）域上的模擬信號轉換到離散時間（空間）域上的離散信號的過程。
對于同一模擬信號，采樣的時間間隔越小，采集到的信號樣本數量越多。
在相同的時間內，采樣頻率越高，采集的樣本數量越多。
在對模擬信號采樣時提高采樣頻率能提高保真度。
采樣
1.3數字化
量化是指將信號的連續取值近似為有限個離散值的過程
量化就是將采樣到的信號用數字表示出來
量化的過程是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。
縱坐標劃分得越細，量化就越精細，與實際數據也越接近
量化
1.3數字化
編碼是信息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。
編碼
time
每隔一段時間進行一段采樣，一共采11次。例如：對音頻信號，每秒鐘音頻信號采取44100個采樣點，則采樣頻率為44100hz（赫茲)
將采樣后的數據進行分段，一共分8段。
采樣
量化
Signal
將時間連續的模擬信號進行采樣，轉化為時間上離散、幅度上連續的模擬信號
將信號幅度劃分若干量化等級，將采樣后模擬信號與各量化等級比較，向下取最接近的量化等級的數值
1.3音頻數字化
time
采樣
量化
Signal
模擬音頻數字化
001
010
011
100
101
110
111
000
編碼
將采樣后的數據進行分段，一共分8段。
將量化的8個等級，用二進制數碼表示
將信號幅度劃分若干量化等級，將采樣后模擬信號與各量化等級比較，向下取最接近的量化等級的數值
1.3音頻數字化
聲音的保真度的影響因素有哪些？
模擬信號數字化的三個步驟是什么？
若某段音頻需要表示的聲音的幅度等級為248，則聲音的量化位數為多少？
10分鐘的聲音信號數字化時，采樣頻率為44.1Khz，量化位數為8且是雙聲道，求該聲音文件未壓縮時文件的大小？
1.3聲音編碼
存儲容量（B=采樣頻率（Hz）×量化位數（bit）×聲道數×時長（s）
聲音文件大小（B）
采樣頻率、量化位數、聲道數
采樣、量化、編碼
8
44.1*1000*8*2*10*60/8
1.3字符編碼
1
ASCII碼（單字節碼）
1960年，香農創立了數字計算機的基本字符編碼系統，即ASCII碼，用8位二進制碼為所有英文字母（大小寫共52個）、阿拉伯數字（10個）和常用的不可見控制符（33個）以及標點符號、運算符號等（33個）建立了轉換碼，第一次將符號轉換為“0”和“1”構成的編碼。
48-57：數字0-9
65-90：大寫字母A-Z
97-122：小寫字母a-z
標準ASCII碼右7位二進制編碼
最高位為0
形式
先列后行
二進制轉十進制
（0100 0001）2
=1×26+1×20
=（65）10
1.3字符編碼
1.3字符編碼
輸入
內部處理
機內碼（二進制編碼）
輸出
如通過鍵盤進行英文、漢字輸入法編碼常用拼音碼、五筆字形碼
如漢字字模碼
輸入
輸出
輸入
交換碼（國標碼）
2
漢字編碼（雙字節碼）
1.3條形碼
條形碼（barcode）是將寬度不等的多個黑條和白條，按照一定的編碼規則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。
目前國際上有多種條形碼編碼方式，圖 1.3.6 為我國普遍采用的 EAN13 條形碼。
這種條形碼由 13 位數字組成，前 3 位數字表示國家代碼，圖中的“690”表示中國大陸地區。最后一位叫校驗碼，用來檢查掃描到的數字是不是有錯誤，這個數字由前 12 位數字按一定規律計算得到。
條形碼
1.3二維碼
二維條碼 / 二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面上（二維方向）分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息，
二維碼的信息存儲量更大，功能也更加強大。
不隨意掃描非官方的二維碼或安裝未經驗證的應用，是信息社會的基本常識。
二維碼
1.3圖像編碼
位圖圖像（圖像）特點
放大后會失真
會有多個像素點，每個像素點的顏色值可以用二進制表示。
矢量圖（圖形）特點
放大后不會失真，文件大小與圖形的大小無關
用點、直線或者多邊形等基于數學方程的幾何圖元表示的圖像。
存儲容量 = 總像素 × 顏色位深度（單位：位）
① 總像素 →水平像素點的個數×垂直像素點的個數。
5×5
② 顏色位深度→每個像素點所占的位數 → 圖像的顏色數
黑白圖像：1位 2種顏色
存儲容量= 5×5×1位
0 1 0 1 0
1 0 1 0 1
1 0 1 0 0
1 1 0 1 1
1 0 1 0 1
1.3圖像編碼
3 3 3 3 3 3 3 3
3 2 2 2 2 2 2 3
3 2 1 1 1 1 2 3
3 2 1 0 0 1 2 3
3 2 1 0 0 1 2 3
3 2 1 1 1 1 2 3
3 2 2 2 2 2 2 3
3 3 3 3 3 3 3 3
11 11 11 11 11 11 11 11
11 10 10 10 10 10 10 11
11 10 01 01 01 01 10 11
11 10 01 00 00 01 10 11
11 10 01 00 00 01 10 11
11 10 01 01 01 01 10 11
11 10 10 10 10 10 10 11
11 11 11 11 11 11 11 11
① 總像素 →水平像素點的個數×垂直像素點的個數。
8×8
② 顏色位深度→每個像素點所占的位數 → 圖像的顏色數
2位 4種顏色
存儲容量 = 8×8×2位
1.3圖像編碼
存儲容量 = 總像素 × 顏色位深度（單位：位）
靜態的圖像連續播放就形成視頻
視頻的編碼一般是指通過特定的壓縮技術對視頻進行壓縮。
常見的視頻編碼方式有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 等
1.3視頻編碼
數據管理是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。
數據管理的定義
人工管理、文件管理和數據庫管理
數據管理的三個階段
利用數據庫管理計算機中數據的意義：
①解決數據冗余的問題。
②解決維護、更新數據時需要大量的人工干預的問題。
在計算機中，數據一般以文件形式存儲。計算機采用樹形目錄結構來管理文件，在widows系統中，則采用文件夾來管理文件。
1.4數據管理
1.4威脅數據安全因素及解決方案
硬盤損壞
操作失誤
黑客入侵
感染病毒
自然災害
數據本身的安全
磁盤陣列
防火墻/漏洞
殺毒軟件
異地容災
加密/校驗
數據備份
威脅數據安全因素
主動防護
MD5\CRC\SHA-1校驗方法
校驗是為了保證數據完整性
加密是為了保證數據保密性
大數據代表著信息量大、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。
大數據的概念
（1）數據體量巨大：大數據收集和分析的數據量非常大。
（2）速度快：數據產生的速度快，數據處理的速度快。
（3）數據類型多。
（4）價值密度低。
大數據的特征
1.5大數據
（1）大數據要分析的是全體數據，而不是抽樣數據。
（2）對于數據不再追求精確性，而是能夠接受數據的混雜性。
（3）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。
大數據思維
（1）大數據讓生活更便利。
（2）大數據讓決策更加精準。
（3）大數據帶來新的就業需求。
（4）大數據帶來新的社會問題。如信息泄露、數據安全等。
大數據對社會的影響
1.5大數據
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