314      阿裏雲  技術社區[雲棲]

《偉大的計算原理》一信息的表示

本節書摘來華章計算機《偉大的計算原理》一書中的第3章 ，［美］彼得 J. 丹寧（Peter J. Denning）
克雷格 H. 馬特爾（Craig H. Martell）著 羅英偉　高良才　張　偉　熊瑞勤　譯 更多章節內容可以訪問雲棲社區“華章計算機”公眾號查看。

信息的表示

人類在通信時是非常靈活的。這裏有四個例子，其中前兩個例子闡明了什麼是顯式含義：
1）當我們指向某個物體並告訴朋友這個物體的含義時，這個物體就“攜帶”了信息，因為從現在開始我們的朋友無論何時看到這個物體，這個含義都會在大腦中觸發。
2）當我們發現某些現象模式重複出現時，就會為這樣的重現模式命名。當我們再次看到這樣的模式出現時，便可以預測結果。因此，這個模式就攜帶了可預知結果的信息。科學的目的就是發現自然界中重現的現象，而工程的目的就是將這些重複的模式轉變為可利用的技術。
接下來的兩個例子說明了什麼是隱式含義：
3）社會群體會定義一些重現方式來交流信息。例如，很多司機將要進入高速公路時，會一邊緩慢地靠近高速通道一邊開啟方向燈，但並沒有成文的規定要求他們這樣做。
4）人們日常生活中的很多習慣和慣例是沒有命名但攜帶信息的。例如，在大多數文化中，“過來”的手勢傳遞的就是讓別人靠近你的信息。
科學家和工程師的工作就是構建技術來處理顯式的信息，也就是建立信息的物理表示與預期含義的關聯，如使用電磁信號對人的聲音進行編碼。這樣，我們通過聲明表示與含義之間關聯的方式來產生信息，然後通過在存儲器中存儲這些表示方式並且用不同的變換規則來處理這些信息。
千百年來，社會學家和哲學家努力探索隱式的信息，通常很少有一致的看法。而工程師對於顯式信息的處理則要簡單許多。
人工智能試圖跨越顯式信息和隱式信息的邊界，工程師正在尋找既能識別隱式信息又易於人類理解的信息表示方式。
無論是顯式還是隱式的信息，這些信息的存在都建立於人類認知的一致。我們理解某種表示的含義，因為要麼有人直接告訴我們如何解釋它，要麼我們間接通過經驗學習到。
計算機和通信工程師將信息編碼成電磁信號進行傳輸。例如麥克風將人的聲音轉變為電信號，然後通過一個磁盤記錄這個信號的副本，最後擴音器將這個磁盤中的信號轉變為聲波。無線發射機將聲音信號疊加在射頻信號中，通過射頻的幅度來表達這個信號，而接收機隻要減去原本的射頻信號就可以提取出聲音信號。工程師對於如何編碼信息表示方式及其含義必須準確一致，否則這套物理係統就會出錯。
計算機和通信工程師使用比特（二進製數字）作為信息的基本單位。香農在20世紀40年代中期引入了“比特”，那時是計算機時代的初期。盡管使用十進製來構造的硬件元件也可以使用，並且早期也有一些計算機使用這些硬件，然而采用二進製元件因更加可靠而逐漸變成行業標準。香農發現二進製計算電路的功能可以用邏輯公式來表示，該公式中隻包含“真”或“假”兩種變量。因此，比特模式可以表示計算機電路。電路處理的數字就是這些二進製數字，也就是電路表示的數字本身（見圖3.2）。自20世紀50年代以來，計算機完全變成了二進製，無論是邏輯電路還是其數據存儲。

圖3.2　兒童使用卡片來快速學習二進製數字。上圖：每張卡片都比其右邊的卡片多一倍的點數。4個兒童列成一排，引導他們通過舉起卡片來表示不同的數字。下圖：當第一個和第四個兒童舉起卡片而第二、三個兒童藏起卡片時，數字9出現了。通過這種方式，兒童很容易掌握二進製。由於任何信號都可以數字化為二進製數字，任何文本文件也可以被編碼成二進製數字，因此位成為了信息表示和量化的通用方式（由Tim Bell和Mike ellows提供，csunplugged.org/videos）
香農還證明了實際上大部分通信係統中的連續信號也可以數字化，而數字化引起的一些微不足道的誤差完全可以忽略，稍後將簡要說明。
所有的數據形式，包括數字、信號、邏輯公式、文本等，都可以表示成位模式，位成為衡量信息量的標準單位。現代詞語中的“24位顏色”“100MB通信”“32位電腦”和“256位密鑰”等都包含位的概念。在20世紀60年代，計算機製造商開始使用“字節”（即一組8位信息）來表示ASCII擴展碼中的單個字母、數字或標點符號。後來，計算機處理的數據呈指數增長，於是人們開始使用新的希臘文前綴來命名這些數據（見表3.1）。其中每一個前綴都表示前一項前綴的1000倍（或1024倍，210）。在20世紀60年代，磁盤和內存容量通常用千字節來衡量，到了80年代，便用千兆字節來衡量，而那時的NASA（美國國家航空航天局）卻一直苦惱於如何存儲每日衛星接收到的1TB的數據量。到了2014年，“大數據”用於描述PB級字節的數據量，同時每年因特網的數據量都超過了1ZB字節。思科公司（2012）預測網絡規模和數據將持續以指數形式增長。

最後更新：2017-06-26 12:02:23

  上一篇：  《偉大的計算原理》一通信係統

  下一篇：  如何防止網站因改版導致權重下降？