信息工程学是21世纪的“智能”工程学,标志着人类社会在经过了农业社会和工业社会的发展后,迈向了信息社会。
所谓的“信息”究竟指的是什么?信息的英语是information,information 的拉丁语语源 informationem 是将心灵或精神外在化的意思。如此一来,信息可以说就是我们身边的一切事物。
如上所述,信息与生命、心灵、知识体系、教育、交流、通讯、操控等各种概念具有广泛的联系,随着计算机科学、通信和控制工程学的发展,信息的概念变得更为复杂,而对信息的力量加以利用的学科就是信息工程学。
香农为信息工程学奠定了基础
香农的信息理论对信息进行了科学定义,开始使用数学式和方程式处理信息,奠定了信息工程学的基础。他与冯·诺伊曼和阿兰·图灵等人共同推进了信息、通讯、密码、数据的压缩和符号化等现代信息社会重要领域的先驱性研究,巩固了当代计算机技术的基础。
在香农等人所提出的信息理论的基础上建立起来的信息工程学,具有信息的生成、传递、收集、存贮、处理等五大要素。
信息的生成是指创造新的信息。例如能够代替手工进行静态绘图和动态绘图的计算机绘图(computergraphics),可以从海量数据库中提取必要信息的数据挖掘技术(Datamining)。信息的传递是指电信和通信技术,也包括互联网和网页设计等。信息的收集是指在搜索引擎等网络上搜集信息,或利用图像识别等方法获取现实世界的信息。信息的存贮是指为了高效保存信息而使用的压缩等技术。信息的处理是指利用计算机等工具进行计算处理、信号处理、图像处理等。
信息工程学的五大要素
机器人学是信息工程学的集大成
在现代信息社会,人们并非单独运用五大要素中的任何一个,而是对它们进行综合利用。其中最具代表性的领域就是机器人学。
这是由于机器人学几乎运用到了关于信息的所有技术,例如驱动机器人手足做出动作的驱动器技术、对外界信息进行知觉认识的识别技术、控制行为和运动的技术、能够对任何事物进行综合判断的人工智能技术等。
除此之外还包括数字家电、智能手机、自动驾驶、3D打印、无人机。虽然创建于20世纪的信息工程学还是一门相当年轻的学科,但它已经完全渗入了我们的生活,成为“任何时间、任何地点、任何人都可方便地”享受服务的泛在信息社会中必不可少的技术。
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入门者须知
克劳德·香农
美国电气工程家、数学家,被誉为“信息论的创始人”。除了信息和通讯领域外,香农在密码以及数据的压缩和符号化等领域的研究上也取得了卓越的成果。早在计算机出现以前,香农就已经提出了“比特(bit)”这一表示信息量的度量单位,为原本只是被当作计算器使用的计算机赋予了信息的概念,奠定了当代计算机技术的基础。
机器人三原则
指“机器人不可伤害人,机器人必须服从人的命令,机器人必须保护自己”这三个原则。机器人三原则最早是由科幻小说家伊萨克·阿西莫夫在其小说中提出的。如果将其直接用于现实的话就会引起框架问题。
框架问题是指“信息处理能力有限的人工智能,无法应对世界上所有的事情”。简单来说就是只能处理一定范围内的问题。
泛在信息社会(ubiquitoussociety)
“任何时间、任何地点、任何人都可方便地”通过计算机网络等网络系统享受各种服务,是一种能够使我们的生活更加丰富多彩的社会模式。
Ubiquitous 这个词原本是基督教中的一个概念,表示“耶稣超越了时间和空间的限制无所不在”的意思,施乐帕克研究中心的马克·维瑟首次提出了现代意义上的泛在概念。
维瑟还提出了“普适计算”的概念,在普适计算环境下,“计算机将融入人们的日常生活,人们能够随时随地轻易获得计算和信息服务,并且不会有意识地去弄清楚服务是来自何处的普适计算技术”。
日本也提出了 U-Japan 战略,并委托了各种研究机构和企业共同推进该战略的具体实施。目前所设想的泛在信息社会,并不仅仅只是手机等信息终端、Suica①等乘车卡以及电饭锅等AI(人工智能),而是一种不存在信息差别的社会。例如,在超市里挑选商品后,在直接将商品带出超市出口后,消费金额就会自动从银行账户扣除的结算服务、告知目的地即可自动驾驶到达目的地的无人驾驶出租车以及残障人士也可以轻松使用的器械等。
人工智能
利用电子计算机模拟人类智力活动的科学系统。
虽然有专家认为,通过深度学习(deeplearning)技术,计算机总有一天会超过人脑的智力水平,但关于人工智能究竟能在多大程度上实现人类的智力活动这一点,目前依然是众说纷纭。
无人驾驶飞行器
可远距离操纵或采用自动操纵系统进行操纵的飞行装置,包括最近备受关注的无人机(drone)。无人机这个词在英语中是“无线电操纵无人机、雄蜂”的意思。
实际上,无人驾驶飞行器有着各种各样的尺寸,其历史也远比人们所认为的更悠久,早在第一次世界大战时就已经出现了无人驾驶飞行器的设想,并开始了以投入军事为目的的研究。
随后,在阿富汗和伊朗的战争中,出现了利用无人机进行攻击的事件,但日本一直致力于推进无人驾驶飞行器在喷散农药等产业领域的应用。
国际航空法基本都是以有人驾驶为前提的,虽然针对技术革新速度惊人的无人驾驶飞行器,目前依然存在着相应法律的缺失问题,但无人驾驶飞行器广泛的用途也让人不容忽视,例如偏远地区的送货上门服务、在人类无法进入的地区进行摄影等。
① 日本东日本旅客铁道(JR 东日本)推出的预付费型电子乘车卡,采用了索尼的非接触式IC 卡技术 FeliCa,在装有读卡器的商店里,还可以作为电子钱包使用。种类包括具有月票功能的乘车卡和具有信用卡功能的乘车卡。——译者注