時間:2022-03-14 19:00:03
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇統計與信息論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
在電子專業碩士研究生教學中,信息論課程是必修基礎理論課程,但由于其與數學聯系密切、理論性強、內容抽象,導致學生缺乏學習興趣和效率低下。為促進學生更好地掌握課程內容,筆者從課程的教學內容、教學方法與考核方式三方面進行一系列教學探索,提出“三個強化、三個聯系、三個引入”的改革措施。實踐結果表明,這些措施有效地改善了課程教學效果,提高了學生的學習積極性、知識掌握程度和應用知識解決實際問題的能力。
關鍵詞:
信息論;研究生教學;教學改革
《信息論》是本校電子科學與工程學院電路與系統專業碩士研究生(學術型)的專業必修理論課程,也是一般高等院校通信與信息工程、計算機科學與技術、電子科學與技術等一級學科下相關專業的本科生、研究生的主修專業課程[1-5]。通過對本課程的學習,使學生掌握有關信息論的基本理論以及編碼的理論、實現原理和具體應用。雖然人們在本科生的《信息論》教學改革方面做了一定的工作[6-9],但其改革內容不符合電路與系統學科特點,更不符合研究生教學需要。筆者結合本學院學生基礎、學校政策及本人近年來的教學實踐,在學校研究生教學改革項目支持下,開展了本門課程的教學改革與實踐。
一、課程特點
1.需要堅實的數學基礎。該課程存在大量的公式推導與證明,與概率論、隨機過程、近世代數等數學知識密切相關。若無扎實的數學基礎,學生無法看懂推導過程,更無法從根本上理解信息論的數學意義及物理含義。
2.學生學習興趣不高。由于電子專業碩士研究生的數學基礎僅限于本科生學過的概率論與隨機過程,對近世代數的了解幾乎為零。學生面對繁雜、抽象的理論問題時,無法宏觀地理解和把握,致使學生無法提高學習興趣。
3.課程聯系實際困難。課程抽象概念多、定理證明多,與實際應用有一定距離,且與其他課程聯系較少。多數學生在學習過程中覺得內容枯燥、難度大,而且與將來就業方向聯系較少。鑒于以上問題,為了激發學生學習的積極性和主動性,促進學生更好地掌握本門課程,筆者從課程的教學內容、教學方法與考核方式三方面入手,提出了教學改革的相應措施。
二、教學內容改革———三個強化
1.強化離散信息論的基礎作用。信息論的主要內容是信源概念、信息度量方式及三個香農基本定理,相應的內容又分別面向連續信源與離散信源。二者的區別在于,連續信源/信道及相應的定理一般需要結合隨機過程知識來學習,而離散信源/信道及相應的定理是建立在概率論、線性代數的基礎上。從推導過程和公式形式來看,二者具有內在的統一性。這可從連續信源信息熵的推導過程看出:將連續信源進行離散化,變為離散信源后再利用離散信源信息熵的求解公式并求解極限得到。因此筆者重點強化了對離散信源、離散信道及其容量、無失真信源編碼定理、無失真的信源編碼的內容。這對學生進一步掌握連續信源、信道及相關問題奠定了基礎。
2.強化信息論的現實物理意義。筆者從課程本源出發,讓學生理解公式或定理蘊含的深刻物理含義,使理論結果可視化,概念直觀化。例如,在講解離散信源的極值性定理時,可提煉出如下物理含義:第一層含義是,當信源各取值的概率相等時,人們對信源取何值的不確定性最大,由于各信源服從等概率分布,信源的平均不確定性即為各事件的不確定性,因此信息熵也越大;第二層含義是,對于具有不同數量事件的兩個信源,若二者同時滿足等概率分布,則預測數量較多事件的信源的難度較大,因此該信源的信息熵也較大。
3.強化教學案例的實用性。在本次教學改革中,共自創或搜集教學案例11例,每個教學案例都與教材內容有關,將晦澀難懂的理論內容變為鮮活的例子,讓學生去感受和體會案例中蘊含的問題,從而為更好地理解教學內容奠定基礎。以引入的六個視頻教學案例為例,該案例以美國國家航天局發射的新火星探測器為背景,講解了信息如何傳播、如何加密等問題。通過這部分教學案例的學習,學生深刻地認識到了信息論的價值與實踐意義。
三、教學方法改革———三個聯系
1.聯系計算機仿真。筆者鼓勵學生應用MATLAB中SIMULINK工具設計具體的通信系統模型,如基于開關鍵控或正交頻分復用的射頻通信系統。讓學生看到實驗現象的同時,更加深刻地體會信息的傳遞過程,了解信源、信宿、信道的構成,學習信源編碼、信道編碼、加密、信道譯碼、信源譯碼等信息處理過程,加強學生對信道容量、信息傳輸速率、誤碼率等概念的把握。筆者督促學生將上述問題作為課程設計的作業,使其結合信息論所學的知識,提煉出相關問題、建立模型,加以認真分析解決;再將提煉問題和解決問題的過程以及結論進行匯總,撰寫成研究報告。這既鞏固了學生的基礎知識,又鍛煉了學生運用計算機進行建模和仿真的能力。
2.聯系工程實際。由于研究生日常的工作大多在實驗室從事工程項目的研究或開發工作,若能將這些工作與信息論知識聯系到一起,無論對信息論的學習還是科研都將起到促進作用。筆者首先開展了調查研究工作,統計了各個學生從事科研項目的情況,然后讓學生結合課程知識,從信息獲取、處理、傳輸、存儲的角度去解釋。例如,在講述信息不增性原理時,筆者結合溫度傳感器的設計問題:將大氣環境溫度看成連續信源,將傳感器系統看作信道,將顯示終端看作信宿。因此,設計該系統的關鍵問題———如何設計傳感器才能最大化地得到信息而不丟失信息?學生帶著這個問題去思考,就可以真正地體會傳感器中信息傳遞過程。
3.聯系科學前沿。為鼓勵學生大膽創新,筆者嘗試將科學前沿技術引入信息論課程,例如,室內、外可見光通信技術。筆者結合自己近年來從事可見光通信研究的經歷,向學生講授了可見光通信系統的設計、研制、實驗測試等一系列過程;然后結合信息論課程所學的知識,將其與研制的可見光通信系統聯系在一起。筆者也鼓勵學生探索與信息論相關的科學前沿問題,開展課堂討論與課下交流。讓學生查詢保密學、光學信息論等方面的文獻,詳細閱讀并做總結。然后,切實提出自己的想法,再予以驗證,從而將學生所學知識真正地和科學前沿結合在一起。
四、考核方式改革———三個引入
該課程原來采取任課教師命題、紙質考試方式。其弊端在于,教師命題規律和出題形式規定,學生只要做一遍往年考試題目,就可得到較高的分數。雖然這種考核形式能在一定程度上反映出學生的知識水平,但卻無法體現其學術水平和實踐能力。為此,筆者在考核方式上做了三個引入的變化。
1.引入隨堂能力測驗。隨堂能力測驗是考查學生運用所學信息論知識分析解決實際問題的能力。由于采取隨堂考試形式,因此,對學生課堂學習效率和前期積累提出了較高的要求。例如,在學習香農公式時,筆者考查了學生運用香農公式計算射頻通信所需帶寬的問題;在學習無失真的信源編碼時,筆者考查了應用霍夫曼編碼對離散信源進行編碼的能力。該測驗在總成績中占10%的比例,從而激勵學生很好地利用課堂來學習知識。
2.引入學術論文加分。提升學術水平是研究生教學的任務之一。筆者針對信息論教學中每章的重點問題,均設置開放性的論題供學生選擇,讓其查閱文獻、資料,進行認真的設計、理論推導、計算機仿真、現場實驗,并將其總結成文,然后以學術論文的形式提交。筆者根據學生在文中闡述的觀點、論證的嚴密性、結論的正確性與普遍性等方面予以考核。學術論文在總成績中占20%的比例,是本次教學改革的重點。
3.引入上機考試。往年的信息論期末考試中,題目是由任課老師自行擬定。由于種種原因,考試題目重復率高、知識點考查單一,這給學生突擊考試并取得好成績提供了可能。為此,筆者將期末教師出題測試改為上機隨機抽題考試。筆者建立了試題庫,題型包括:客觀題(選擇、判斷)、主觀題(概念、簡答、計算、綜合)。在本校計算機學院協助下,建成了信息論上機考試系統,學生登陸系統后,按照教師設定的題目數量和難度,隨機抽取試題。上機考試的在總成績中占據70%的比例,也是這次教學改革的重點。該考核方式經試運行后,效果良好。
五、結語
筆者根據電路與系統專業信息論課程的特點以及目前教學中存在的問題,從教學內容、教學方法及考核方式三個方面提出了相應的改革措施。通過本次的教學實踐證明,采取的這些措施有效地改善了課程教學效果,提高了學生的學習積極性、知識掌握程度和應用知識解決實際問題的能力。
參考文獻:
[1]陳運.信息論與編碼[M].北京:電子工業出版社,2007.
[2]葉中行.信息論基礎[M].北京:高等教育出版社,2002.
[3]李梅.信息論基礎教程(2版)[M].北京:北京郵電大學出版社,2003.
[4]曹雪虹.信息論與編碼[M].北京:清華大學出版社,2003.
[5]吳偉陵.信息處理與編碼[M].北京:人民郵電出版社,2005.
[6]李迎春,等《.信息論與編碼》教學改革探討[J].科技信息,2010,(20):18-20.
[7]鄧家先.信息論與編碼課程教學改革探討[J].電氣電子教學學報,2007,29(2):111-114.
[8]高宏峰,彭勃.信息論基礎課程教學改革探究[J].洛陽師范學院學報,2010,29(2):160-161.
[關鍵詞]信息論與編碼;云計算;SPOC;教學理念
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)05-0017-03
信息論與編碼課程[1]是我校信息與通信工程專業重要的專業基礎課程之一,是一門運用概率論和數理統計等數學工具來研究各類通信系統的一般規律以及通信系統各組成部分統計特性的綜合性強、涉及學科廣泛的課程。
信息論是現代信息科學的重要組成部分,是現代通信、信息技術飛速發展的理論支撐。信息論與編碼課程的學習要求學生具有良好的數學基礎。課程涉及積分運算,矩陣運算,群、域、環的概念和理論,數值分析的理論,計算機迭代算法,香農三大定理的證明等,幾乎涵蓋了理工科學生所學的全部數學知識。同時課程中很多概念非常抽象,比如信息、自信息量、平均互信息等,為教學帶來了很大困難。教學過程中學生普遍反映公式定理繁雜、枯燥、難懂,內容、概念抽象,難于理解,學習興趣不高,因而教學往往達不到預期的效果。
近年來,大型開放式網絡課程,即MOOC(massive open online courses)的興起突破了傳統課程時間、空間的限制。同時,隨著云計算技術的成熟,依托互聯網,學生隨時隨地就可學習到國內外著名高校課程。然而,目前網絡開放課程的應用仍然存在一些問題,比如學習者間缺乏交流協作,由于參與者眾多,導致師生互動不足、教學效果考察手段欠缺,傳統平臺缺乏靈活性,都阻礙了網絡開放課程的廣泛應用,造成了許多優質教育資源的閑置與浪費。
本教學小組嘗試將基于“云計算輔助教學”( Cloud Computing Assisted Instructions,CCAI)的SPOC(Small Pri?鄄vate Online Course小規模限制性在線課程)教學模式引入信息論與編碼課程教學中,積極探索并設計出新的有利于促進學生自主學習,提升其創新思維和工程實踐能力的全新教學模式,以提升人才培養質量,實現信息論與編碼課程教學管理信息化、資源建設動態化、師生交流常態化、學生學習終身化的可能,使學習無處不在、無時不在。
一、CCAI和SPOC簡介
(一)云計算輔助教學
美國國家標準與技術研究院(NIST)[2][3]定義云計算是“一種提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問, 進入可配置的計算資源共享池,這些資源能夠被快速提供,只需投入很少的管理工作,或與服務供應商進行很少的交互的模型”。
CCAI[4]是目前較為前沿的信息化教育技術,是指學校和教師利用云計算支持的教育“云服務”,構建個性化教學的信息化環境,支持教師的有效教學和學生的自主學習,促進學生思維能力和群體智慧發展,提高教育質量的教學模式。CCAI的意義,不是簡單的教學方法的轉變,而是教育理念上的重大變革,其廣泛應用必定開創教育的新時代,加快我國教育信息化的進程。
(二)SPOC教學方法
SPOC即小規模限制性在線課程[5][6][7][8]( Small Pri?鄄vate Online Course),是混合學習視角下對MOOC 的一種延續和創新。與MOOC使教師有機會服務于全球不同,SPOC讓教師更多地回歸校園,回歸小型在線課堂,將在線教學與傳統課堂教學完美結合,真正實現翻轉課堂[9][10][11][12]與混合教學。課前,教師是課程資源的學習者和整合者,根據學生需求整合各種線上和實體資源。課堂上,教師是指導者,組織學生分組研討,隨時為他們提供個性化指導,共同解決遇到的難題。與傳統課堂相比,SPOC的在線視頻教學使學生們的參與度更高,同時可以激發教師的教學熱情和課堂活力。
二、開展基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革的必要性和意義
信息論與編碼課程是我校電子信息與通信工程專業一門重要的專業基礎課程,具有課程內容抽象,涉及數學基礎知識廣泛,公式復雜、眾多及數學推導繁雜的特點。學生學習興趣不高,使教學達不到預期的效果。
目前,以學生為主導的個人學習環境成為網絡學習發展的必然趨勢。[13][14][15][16]CCAI和SPOC的新理念和新方法,可根據學生不同學習風格和水平提供個性化學習的支持服務,將促進教育信息化的發展和教育觀念的改變。
基于CCAI的SPOC教學模式具有以下優勢:
(一)學習方式不受時空限制
采用線上線下相結合的混合式教學模式。首先教師將學習內容、相關參考資料和教學視頻等存放在云計算平臺中,學生根據自己的時間利用終端訪問所需的學習內容。
教師在課外對線上自主學習環節,應給出本次課的重點和難點、關鍵問題,為學生查詢相關資料提供指導,降低學生自主學習的盲目性,從而提高翻轉課堂的教學效果。
(二)自主學習和互動學習相結合
在基于CCAI的SPOC教學模式下,學生可根據自己的基礎知識掌握情況自主選擇相應的學習模式進行學習。學生可通過虛擬社區,與教師、同學進行互動交流,解決學習中遇到的困難。知識講解環節不再是傳統的灌輸模式,而是針對學生自主學習時的盲點或理解不正確的地方進行詳細、重點的講解,自主和互動式學習將提高學生學習課程的積極性和主動性。
(三)提高學習興趣
以“教”為中心的教學,缺乏自主創新意識,難以調動學生學習的能動性,學生無法感受學習的樂趣以及解決問題的成就感。而以學生為中心的教學,能夠充分發揮學生的自主能力和創新能力。將全新的技術引入教學中,能夠激發學生的學習熱情,變被動學習為主動作為。
(四)實現學習資源共享
各級教育機構、高校和教育企業建設了大量的教育信息資源,我們正在實現傳統教育資源庫向云服務環境的轉變。[13]學生不僅可以使用本校的教學資源,還可通過云平臺使用其他高校的資源,從而提高資源的利用率。比如,我校可提供上海交通大學、西安電子科技大學、國防科技大學的信息論國家精品課程,MIT 開放課程,Stanford 的信息論課程等。
堅持以“培養能力為導向”,以“服務學生為核心”的基本原則,課堂教學模式正從以教師講授為主,逐步轉變為以學生自主獲取知識為主導。每個學生可根據自己的學習情況選擇有針對性的在線學習,以更好地實現“因材施教”。這正是我們提出基于CCAI的SPOC教學模式的意義和目的所在。
三、開展基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革中的基本思路
在CCAI的基礎上采用SPOC教學方法,首先需要建設優質的教學視頻資源,其次要設計在線運行系統和課堂運行系統,并設置配套的考核體系。在對CCAI和SPOC 進行深入了解之后, 本教學小組結合信息論與編碼這門課程的特點,提出了基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革的基本思路, 具體闡述如下:
從信息論與編碼課程的內容來看,其強調基礎性和實用性,包括信息論基礎知識(理論)和香農三大定理(實踐)兩大部分內容。SPOC建設也是圍繞這兩方面展開,如圖1。
(一)基礎知識――通過基于CCAI的SPOC實現混合教學[7]
學生在課前自主學習階段以觀看教學視頻為主。優質的視頻教材是激發學生自主學習的重要因素,通過觀看教學視頻學生完成知識的第一次內化。教學視頻的制作則成為一個非常重要而且艱巨的任務。
制作教學視頻時,需要注意以下幾個方面:①教學內容,應針對某一個特定的問題,不宜過于深奧。② 時間長度的安排控制在學生注意力比較集中的時間范圍內,一般為5-10 分鐘。③ 錄制形式多樣化。④在視頻中融入問題、任務、作業等元素,以督促學生學習,確保學習質量。
以往的教學經驗顯示,學生對基礎理論知識的掌握并不理想,這部分內容應采用“課前預習―課堂講授(研討)―課后練習”方式進行教學。在線教學視頻提供課前預習的知識要點,結合小組討論,幫助學生明確課程的重、難點。由于做了課前預習,在課堂講授中,學生的聽課效率會明顯提高,開展課堂討論也更為容易。
(二)香農三大編碼定理(實踐)――通過基于CCAI的SPOC實現翻轉課堂[8][9][10][11][12]
在完成基礎理論學習的基礎上,通過SPOC 教學方法來實現翻轉課堂,進一步調動起學生自主學習、自我探索的激情。
SPOC的翻轉課堂采用的是線上線下相結合的混合式教學模式。在線教學要起到指引的作用,教師在在線教學中依據教學內容設置具有針對性,能暴露學生知識的漏洞,引發學生的創新思考,引導學生學會學習,幫助學生思考的問題。學生預先對教學核心內容進行自主學習,查閱參考文獻,撰寫閱讀筆記,進行初步的小組研討。
在師生互動方面,可以在學習本課程的學生中建立一個討論群,教師討論問題,讓學生隨時參與討論。教師可以通過云空間平臺布置作業,建立試題庫,試卷,學生在規定時間內完成所有作業和試卷。
在這種模式下,學生可以隨時登錄平臺進行學習,也可在交流區進行在線討論,教師在線答疑解惑,突破了傳統課程時間、空間的限制[5][6][7][8],但這需要學習者具有較強的自律性和自主學習能力才能按時完成課程學習內容。
課堂上教師不再以“講授知識”為主,而是將更多的時間與精力用于有針對性地答疑解惑、組織深度研討等。
(三)考核體系設計
為了提高教學質量,達到較好的教學效果,教師需要設置嚴格的考核體系。
根據信息論與編碼課程的特點設計相應的考核體系,包括線上考核(教學視頻的觀看率、習題完成的正確率、討論交流的發言率),課堂考核(考勤、課堂提問、小組研討),論文撰寫(閱讀筆記、專業論文寫作),期末考試(課堂測試、在線測試)等方面。
總之,基于CCAI的SPOC 教學方法需要充分運用云空間技術建設豐富的視頻資源,設置合理可行的課堂內外運行系統和嚴格的考核體系。[14][15][16]
四、結語
以往的教學實踐和相關文獻顯示,信息論與編碼課程的教學中存在兩個核心問題:一是課程內容抽象枯燥,教學手段單一,難以調動學生學習的主觀能動性;二是現行的考核方式單一,導致學生在理論知識掌握與工程實踐能力上失衡。
針對這些問題,本教學小組提出基于CCAI的SPOC 教學模式,并應用于信息論與編碼課程教學中;牢牢把握SPOC教學的精髓,構建自主學習和交互學習的課堂,堅持以“能力為導向”,以“服務學生為核心”的基本原則;注重學生綜合實踐能力和創新能力的培養,強調學生自主學習能力的培養,以期最終達到提高教學質量的目的。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 傅祖蕓.信息論――基礎理論與應用[M].北京:子工業出版社,2001.
[2] 云計算定義 [EB/OL].[2012-11-19].http://baike. baidu. cora/view/1316082. htm.
[3] 美國國家標準與技術研究院――云計算定義[EB/OL]. [2012-11-13].http:// nist. gov/itl/cloud/index. cfm.
[4] 黎加厚主編.云計算輔助教學[M].上海:上海教育出版社,2010.
[5] 康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”――SPOC解析[J].清華大學教育研究,2014(1):85-93.
[6] 任鶯.論基于MOOC的“SPOC”教學新模式――以廣告設計基礎課程為例[J].亞太教育,2015(34):100-101.
[7] 韓萬江,張笑燕,陸天波,孫藝.基于SPOC的混合式教學模式課程建設初探――以“軟件項目管理”課程為例[J].工業和信息化教育,2015(11):38-42.
[8] 韋昌法,劉惠娜.基于SPOC的“離散數學”翻轉課堂教學改革初探[J].新課程研究(旬刊),2015(5):39-40.
[9] 鄒景平. 翻轉課堂的起源與成功[J].中國遠程教育,2012(14):81-82.
[10] 楊剛,楊文正,陳立.十大“翻轉課堂”精彩案例[J].中小學信息技術教育,2012(3):11-13.
[11] 金陵.“翻轉課堂”翻轉了什么[J].中國信息技術教育,2012(9):18-19.
[12] 馬秀麟,趙國慶,鄔彤.大學信息技術公共課翻轉課堂教學的實證研究[J].遠程教育雜志,2013(1):79-85.
[13] 徐苑苑.云計算環境下的開放課程應用研究[D].上海:華東師范大學,2013.
[14] 閆娜.基于百會云平臺的云計算輔助教學在高職教育中的應用[D].西安:長安大學,2013.
[15] 閆娜.云計算輔助教學在高職教育中的應用研究[J].辦公自動化(綜合版),2015(8):61-62.
[關鍵詞] 管理學研究方法
管理活動自有人群出現便有之,與此同時,管理思想也就逐步產生,但以泰勒(Taylor)的名著《科學管理的原理》以及法約爾(Fayol)的名著《工業管理和一般管理》為管理學誕生的標志,那么現代意義上的管理學至今不到100年。在不足100年中管理學的理論研究者與學習者實踐者、管理學方面的著作文獻等等均呈指數上升,顯示了作為一門年輕學科勃勃向上的生機和興旺發達的景象。
20世紀初,以泰勒、法約爾和韋伯等人韋代表的古典管理階段,其核心內容是科學管理、管理職能分析、古典組織理論等,古典管理理論側重于“物”的管理,研究方法以工業工程方法為基礎。20世紀30年代到50年代是以梅奧韋代表的人際關系學說及隨后發展的行為科學理論階段,研究的重心轉向“人”,研究方法上注重采用心理學、社會學、人類學和實驗研究方法。20世紀60年代以后,管理學的發展被孔茨描述成“管理理論叢林”的階段,孔茨的兩篇著名論文《論管理理論的叢林》和《再論管理理論的叢林》分析歸納得出,截止1980年為止管理學至少已發展有11個學派,包括管理程序學派、行為學派、群體行為學派、社會系統學派、決策理論學派、系統管理學派、經驗主義學派、權變理論學派、管理科學學派、社會技術系統學派、經理角色學派等,各個學派從不同的角度研究管理問題,提出各自的理論,在研究方法上也體現了多樣性和創新性,系統論、信息論、控制論、數學、統計學、經濟學等研究方法出現,極大的豐富了管理科學研究,在此基礎上,孔茨認為所謂“學派”更適合稱為“方法”。
一、系統論、信息論和控制論研究方法引入管理學研究領域
系統就是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體,系統方法就是按照事物本身的系統性把對象放在系統的形式中加以考察的一種方法,即從系統的觀點出發,始終著重從整體與部分(要素)之間,整體與外部環境的相互聯系、相互作用和相互制約,系統中各部分即使并不優越,但構成協調一致相互配合的統一整體卻可產生優越的功能。反之,即使各部分是優越的,缺乏協調統一相互聯系和制約的整體可能并不優越。系統論應用于管理科學,是用系統理論和觀點來考究企業組織,分析組織的構造是對管理要素、管理組織及管理過程進行系統性分析,旨在優化管理的整體功能,實現管理的最佳目標和效率。控制論描繪了管理形態和運動規律的多樣性,強調系統的反饋和前饋控制,研究方法主要包括反饋控制、功能模擬和黑箱辨識。信息論將運用概率論等方法研究通訊和控制系統中信息傳遞和信息處理的科學引入了管理研究。以耗散結構理論、協同論和突變論為代表的系統自組織理論,重點研究系統自發形成具有充分組織性的有序結構的內在機制。這些理論將組織看作系統,不僅關注系統的各個部分,而且更加注重系統各個部分的聯系,信息的傳遞、控制及系統的自組織因而成為各不相同但是又緊密相關的一個體系,強調實現組織的整體功能和效率。
二、以數學(包括統計學)為基礎的研究方法的引入
近年來,數學方法在管理學研究中越來越活躍,主要運用于建立模型和進行定量分析,常用的數學包括統計學、組合數學、數學規劃、離散數學等。所謂定量分析,就是用數學的語言(數學表達式、圖、表等)和數據(數字、符號、圖片等)描述所研究對象系統的狀態并分析其變化發展規律的研究活動或內容。盡管一些人指出單純的數學模型并不能完全解決現實的復雜的管理問題,更不能完全替代人的管理,但是以管理科學學派為代表,以數學為基礎的定量研究方法正在管理領域的因素量化、建立模型和定量分析方面展開研究,特別在電子計算機及網絡技術的推動下,數學研究方法正在深入滲透管理科學研究領域。上面提到的系統論、信息論和控制論也主要是以運籌學等數學理論為基礎,包括數學規劃(線性規劃、非線性規劃、動態規劃)、圖與網絡、對策論、決策論、排隊論和可靠性理論等,由此可見,系統分析也是定量化分析,分析方法是組織管理技術,管理中的最優目標選擇、統籌規劃、人員匹配以及計劃決策等無一不是系統論(運籌學)所包容的內容。根據John G. Wacker的研究,1991年~1995年運營管理(operation management)的研究表明,55.19%的論文都采用了數學分析方法。
三、案例研究方法的使用
經驗主義學派和權變理論學派兩個管理學派都高度重視案例研究方法,雖然二者在研究思路上又各有不同――經驗主義學派側重于研究個體企業管理實踐,在服務于個案研究這一目標之下,才考慮做多個企業案例的比較研究與歸納、概括;而權變理論學派側重于通過多案例研究,歸納、總結出若干基本模型,以指導管理實踐。例如,經驗學派彼得?德魯克受通用汽車的雇傭,對其組織結構進行案例研究,1946年出版的《公司的概念》便是這一研究的結晶。《公司的概念》出版四年后,幾乎所有的西方大公司都開始按照德魯克的理論框架重組自己的公司組織結構,甚至連大學和教會都試圖從這部著作中汲取組織改造的靈感。目前無論是在戰略管理或組織管理領域,還是在管理會計、市場營銷管理、生產作業管理、信息技術管理領域,都可以看到豐碩的案例研究成果。戰略管理、目標管理、計算機集成制造、項目管理、流程再造、風險管理、供應鏈管理、核心能力、公司文化、追求卓越、知識管理、平衡計分法等等都存在出自于案例研究過程的產物。例如,Prahalad和Hammel(1980)對日本電氣公司(NEC)與美國通用電話電報公司(GTE)進行了詳細的比較研究,總結出NEC告訴成長的經驗時提出了核心競爭能力。經驗或案例學派的主要觀點大致如下:(1)管理應側重于實際應用,而不是純粹理論的研究;(2)管理者的任務是了解本機構的特殊目的和使命,使工作富有活力并使職工有成就,處理本機構對社會的影響相對社會的責任。德魯克認為,作為企業主要管理者的經理,有兩項別人無法替代的職責。第一項職責是創造出一個大于其各組成部分的總和的真正的整體,創造出一個富有活力的整體,把投入于其中的各項資源轉化為較各項資源的總和更多的東西;第二項特殊職責是在其每一項決定和行動中協調當前的和長期的要求。為此,每―個經理都必須:制定目標和措施并傳達給有關的人員;進行組織工作;進行鼓勵和聯系工作;對工作和成果進行評價;使員工得到成長和發展。(3)實行目標管理的管理方法。當然,經驗主義學派的方法由于強調經驗而無法形成有效的原理和原則,無法形成統一完整的管理理論,而且,過去所依賴的經驗未必能運用到將來的管理中。正如孔茨在他的書中指出的:“沒有人能否認對過去的管理經驗或過去的管理工作‘是怎樣做的’進行分析的重要性。未來情況與過去完全相同是不可能的。確實,過多地依賴于過去的經驗,依賴歷史上已經解決的那些問題的原始素材,肯定是危險的。其理由很簡單,一種在過去認為是‘正確’的方法,可能遠不適合于未來情況”。
四、經濟學研究方法進入管理學研究領域
關鍵詞:信息隱匿,壓縮編碼,數據變換,數據選擇
1 引言
信息隱藏是一門新興的信息安全技術。論文參考。涉及感知學,信息論,密碼學等多個學科領域,涵蓋信號處理,擴頻通信等多專業技術。 近年來得到了迅猛發展。現階段人們一般選擇圖像、文本、音頻和視頻等數字媒體作為載體。另外, 還出現了基于TCP/IP 的信息隱藏技術和基于信道編碼的信息隱藏技術。本文研究的基于壓縮編碼的信息隱藏技術是信息隱藏技術的新領域, 它以多媒體系統中的壓縮數據作為嵌入載體,數據解壓后不影響原始數據數據的結構和統計特性, 具有較強的魯棒性和不可檢測性。
2 壓縮編碼信息隱藏的原理
壓縮編碼是一種提高數據傳輸有效性的技術,它是通過對數據施加某種操作或變換使之長度變短或者容量變小的同時, 還必須保證原始數據能夠從壓縮產生的壓縮碼中得以精確的還原。從信息論的角度來看,壓縮就是去掉信息中的冗余,即保留不確定的信息,去掉確定的信息(可推知的),也就是用一種更接近信息本質的描述來代替原有冗余的描述。這個本質的東西就是信息量(即不確定因素)。信息隱匿和數據壓縮在本質上是相互聯系的:對于數據壓縮來講,一塊數據中隱匿了和數據本身無關的地的其它數據,那這塊隱藏了信息的數據是有一定冗余的,由冗余的數據可以進一步被壓縮,進一步壓縮的就有可能去掉隱匿的數據;對于信息隱匿來說,一塊已被壓縮過的數據冗余量已經很小了,由于隱匿是嵌入的數據和原始數據毫無關系,在這塊數據中進一步隱匿數據,勢必造成原始掩護數據的有效數據的減少,相當于隊已經壓縮的數據進行進一步壓縮。只要保證在接收端解壓中可以恢復原始數據的差錯率,就可以在壓縮編碼后進行信息隱匿,不會引起截獲者懷疑碼字載體中含有秘密信息。
3 壓縮編碼信息隱匿模型實現方案
基于信息隱匿和數據壓縮的關系,提出結構如下的數據壓縮思想的通用隱匿模型。模型主要由三個部分組成:圖像壓縮、信息加密和信息隱匿。圖像壓縮部分的量化器輸出至信息隱匿部分,然后從信息隱匿部分得到隱藏有其他信息的量化數據,并送到熵編碼器,其他內容和標準壓縮過程一致。信息加密部分為傳統的加密方案,其主要目的是增加秘密信息的安全性,使得系統隱匿的信息部分即使被檢測出來,也不會泄露其內容。論文參考。
信息隱匿部分是模擬最核心的內容,這部分主要有三個部分組成:數據變換,數據選擇和嵌入過程。數據變化的主要目的是改變加密后的信息統計特性,使得這些數據嵌入掩護圖像量化后的數據之中,不改變或很少改變掩護圖像的數據統計特性,從而使信息隱匿后的抗檢測性大大增強。數據選擇是從掩護圖像量化后的數據中選擇合適的比特位,用它來隱藏已加密的信息。合理的數據選擇算法應該兼顧信息隱匿的容量,信息隱匿的抗檢測性與魯棒性。嵌入過程式將加密后的信息和選擇出來的數據進行某種運算(通稱為替換或異或),用運算結果替換選擇出來的數據,并將此數據連同未選擇出來的量化數據一并交給圖像壓縮部分的熵編碼進行編碼。
圖1 基于數據壓縮思想的通用信息隱匿模型
通用模型的秘密信息提取過程基本上是隱匿的逆過程,其流程圖如下
圖2通用信息隱匿模型的信息提取過程
壓縮后的數據首先經過熵解碼器解碼,然后進行數據分離,將未嵌入的數據部分送入正常的圖像解碼流程(反量化,反映射變換),而將嵌入數據的部分進行數據提取,如果此過程的算法不是盲的(即需要原始掩護圖像),則需要分離出來的數據和原始掩護圖像經映射變化,量化后的數據進行運算,將結果進行數據恢復、解密、最后得到嵌入的原始秘密信息。
4 隱匿模型的兩種關鍵技術
在這種通用的信息隱匿模型中,數據變換和數據選擇是關鍵技術
數據變換的主要目的是改變加密后的信息統計特性,增強系統信息隱匿的抗檢測性能。改變數據的統計特性的常用方法是進行線性濾波,從本質上來講,線性濾波和線性變換是一致的,從頻域上來看,濾波就是對信號頻譜的不同部分進行不同的縮放。在技術上常就是這樣一個過程:DFT→相乘→IDFT,將這一過程合并為一體時,就成為一個單純的線性變換。在復數域中進行整數的可逆處理時,數據量就會增加一倍,為此可以經DFT換成DCT,這樣這一處理過程就成為一實數域的線性變換問題。
下面介紹整型變換算法的基本過程。
(1)對于給定的線性變換A,如是常見的線性變換,則進行(2),否則對其進行改造,使det| A ‘ |=1。
(2)將A ‘ 分解為3類基本矩陣(置換矩陣,元素的絕對值均不小于1的對角陣,單位三角矩陣)。
(3)對于每一基本矩陣,構造其整型變換,獲得整數輸出。
(4)對于每一步都應有相應的逆變換,所以整個變換的逆變換可以相應的獲得。
(5)對于多維可分離的線性變換,正變換可以逐維的計算;為了保證逆變換對于多維數據的完全重建,應嚴格按照和正變換相反的次序進行逆變換。
實現數據變換時的另一個問題是數據的范圍問題。在實際處理過程中,輸入的數據都是有一定的范圍的(比如原始圖像數據通常用8位無符號數據表示),如果輸出的數據不加以限制,則輸出的數據的范圍一般要增大,這樣就必須用更多的數據表示處理結果。
數據選擇過程是從掩護圖像的量化數據中選擇合適的比特位,用它來隱匿已加密的信息。最基本的做法是選擇掩護數據中的不重要的部分,這樣做得優點是對掩護圖像的質量影響最小,使修改引起別人注意的可能性最小。但是在實際系統中,數據選擇算法應該兼顧信息隱匿的容量,信息隱匿的抗檢測性與魯棒性等多個方面的性能,可以選擇下面三種。
1.LSP(LeastSignificant Portion)最不重要部分
LSP技術和LSB(最不重要比特位)技術基本類似,區別在于LSB平等的對待掩護圖像中的每一字節,不同的字節之間沒有區別,在隱藏時都在數據的最低位取相等比特;而LSP針對變換量化后的數據而言,不同位置的重要程度不同,從中所取的最低有效比特數就不同,其中低頻數據是取得少一些,而在高頻數據中取得多一些。另外,不同位置的數據取值范圍也不一樣,最多的可取比特數也不一樣。論文參考。
2.隨機間隔法
隨機間隔技術是以LSP為基礎的一種方法,在數據選擇時用一個掩密密鑰k作隨機數發生的種子,那么可以生成一個隨機序列k 1 ,…,k l ,并且把它們一起按下列方式生成隱匿信息位置來對經LSP選擇的數據進行進一步選擇:j 1 =k 1
j i =k i +j i-1
從而可以偽隨機決定兩個嵌入位置的距離。這種方法由于隱匿的位置更少,所以更不容易被檢測出來。
3.隨機位置法
隨機位置技術是另外一種偽隨機的方法,它也以LSP技術為基礎。和隨機間隔法不同的是,它對不同的位置變換數據及量化數據的不同比特位賦予不同的選擇概率p 1 ,…,p l ,在數據選擇時也用一個偽裝密鑰k作為隨機發送的種子,那么可以生成一個一個隨機序列k 1 ,…,k l ,當k i ≥p i 時選擇比特,否則不進行選擇。在此方法中選擇合適概率取值方案可以兼顧信息隱匿的容量、懸念吸引你的抗檢測性與魯棒性等多方面的性能,是一種更靈活的方法。當然可以將隨機間隔法和隨機位置發結合起來使用,那是一種更靈活、更復雜的方案。
5 實驗結果
運用本文提出的通用模型,以lena(512像素×512像素),作為掩護圖像,在其中隱匿隨機數據,映射變換采用8×8的DCT,經數據變換過程,結果如下圖所示。圖中從左到右,從上到下依次為:原始圖像,未嵌入數據的JPEG圖像,嵌入不等數據量的JPEG圖像。隨著嵌入數據量的增加,掩護圖像的直觀質量會下降,這種質量的下降類似于不同壓縮比條件下JPEG圖像質量的不同下降,從信息隱匿的角度來看,這種相似性是有利的。
圖3 圖用模型的數據隱匿效果
6 小結
研究了一種基于壓縮編碼的信息隱匿技術,介紹了信息隱匿通用模型的兩種關鍵技術:數據變換和數據選擇技術,通過實驗得到嵌入量與圖像質量的關系。隨著通信技術的不斷發展,信息安全將成為一門很重要的學科,對于通信信息隱匿還要尋找更先進,更合理的算法來達到通信的安全性能。
參考文獻:
[1] KATZENBEISSERS, PETITCOLASFAP.信息隱藏技術—隱寫術與數字水印[M].吳秋新,鈕心忻,楊義先等譯.北京:人民郵電出版社,2001.
[2] 汪小帆,戴躍偉. 信息隱藏技術方法與應用[M].北京:機械工業出版社,2001.
[3]柏森,胡中豫,吳樂華等.通信信息隱匿技術[M].北京:國防工業出版社,2005.
[4]王偉祥, 劉玉君.基于信道編碼的信息隱藏技術研究.[J] 電視技術.2003(3).
關鍵詞 維納;控制論;傳播學
中圖分類號G206 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2012)66-0003-02
諾伯特·維納(Norbert Wiener,1894-1964)是美國著名數學家,控制論的創始人。維納一生240多篇,著作14本。其主要著作有《控制論》(1948)、《維納選集》(1964)和《維納數學論文集》(1980)以及兩本自傳《昔日神童》、《我是一個數學家》。維納的控制論思想對工程學、計算機科學、生物學、哲學以及社會學都產生了巨大影響。本文主要探討維納控制論對傳播學的影響。
按照維納的觀點,傳播問題可以視為通訊問題和控制論問題,即傳播問題就是對若干危險情況進行秩序的和可重復的控制。本文認為,維納從控制論的思想出發,為傳播描繪了一個理想的途徑——一個關于傳播的烏托邦。也正是維納的控制論催生了傳播學的一個重要派別帕洛阿爾托學派,啟發了多伊奇開創了政治傳播學,并最終為施拉姆創立傳播學奠定了基礎,同時也為北美技術學派提供了理論支撐。
1 控制論和傳播學的帕洛阿爾托學派
控制論推動了傳播學研究模式的轉型,最為顯著的影響是催生了傳播學研究的帕洛阿爾托學派。事情還要從香農的信息論說起。在維納發表《控制論》的同一年,維納的弟子香農發表了《通信的數學理論》一文,標志著另一門新興科學信息論的誕生。在這篇文章中,香農提出了一個關于一般通信系統結構的模型。他認為,所謂通信,就是兩個系統之間傳遞信息,由信源發出信息,通過信道傳遞信息,再有信宿(收信人)獲取信息,這就構成通信系統[1]。
香農的線性傳播模式描繪了信息傳播的一般路徑,因其簡單明了、可量化,很快影響到了美國傳播學研究的路徑,主導了美國傳播學研究的主流模式,所有的功能主義和效果研究都以香農的線性傳播模式為最基本的假設。也是在這一年,拉斯維爾提出了傳播的“5W”模式,這也是傳播的線性傳遞模式的經典表述。必須看到,“大多數傳播是雙向的”[2]。香農和拉斯維爾的線性傳播模式過于簡單化而受到強烈的質疑和詬病。這種線性因果關系也正是維納所堅決反對的,控制論本身是一種概率論,因果關系是建立在概率統計的基礎之上的,或一因一果,或一因多果,或多因一果,或多因多果,這是一種或然性的世界觀。
貝特森這位帕洛阿爾托學派的奠基者,曾經是梅西基金會議的核心成員和積極分子,在1942年有關神經系統中心抑制的一次會議上,貝特森就從維納那里引入了反饋的概念,可以說,正是梅西會議使得維納和他的控制論思想影響到包括社會科學在內的多種學科,為傳播學提供了肥沃的土壤。在1946年的第一次“控制論小組”會議上,貝特森受到計算機“是—否—是—否”之間搖擺的悖論的啟發,并將之運用于人類傳播的問題,后來用在傳播互動理論中,在這個小組“始終如一地最受到歡迎的模式是一種源于控制論的系統理論。這個模式能夠對付以一種自我糾正的方法彼此響應的交往要素,而家庭成員似乎就是以這種自我糾正的方法來行事的。傳播技術開始成為這個領域的語言的組成部分。”他們反對傳統的線性傳播模式,主張人類的傳播問題應該由社會科學的模式來研究,因為哪怕是最小的互動情景都是非常復雜的,不可能在一個線性模式中用兩三個變量實現[3]。
貝特森認為,系統內在于行動中,形成于我們所觀察到的互動中,這一點與功能主義截然不同,功能主義認為行動是系統的產物。源于控制論的帕洛阿爾托學派改變了系統論的中心,使其從抽象的普遍性轉向微觀。他們的格言是“我們不能不傳播”。帕洛阿爾托學派的貢獻在于,它指出了人類行為的全部都應被納入社會科學的研究范疇,這“在超越線性邏輯的道路上邁出了一大步”[4]。
2 控制論和多伊奇的政治傳播理論
如果說戈夫曼和凱瑞側重于研究互動情景下的人際傳播的話,那么受到維納控制論思想的直接啟發,美國學者卡爾·多伊奇則開創了傳播學的一門分支政治傳播學。多伊奇的政治傳播理論主要體現在他的代表作《政府的神經》一書中。
多伊奇把控制論的基本原理和方法應用于政策制定過程的分析,并于1963年發表了其代表作《政府的神經:政治溝通與控制的模式》,形成了系統的政治傳播理論。因此,一般政治學者認為,多伊奇是政治傳播理論的主要代表人物之一。多伊奇的政治傳播理論,深受維納控制論思想的影響,甚至可以說,正是維納的控制論思想構成了多伊奇政治傳播理論的基本框架。他說,“從控制論的角度看,所有的組織都具有某些相同的特征,即所有的組織都是經由傳播維系在一起的。[5]”他認為,傳播不同于物質和能量的傳遞,傳播是信息的傳遞。正是傳播,即信息的傳遞,形成了組織。
多伊奇回憶說,“本書(《政府的神經》)開始于1943年,當時數學家羅伯特·維納走進了我在麻省理工學院的辦公室,用了一支雪茄煙的功夫,就把我引入長長的交流過程。這次談話從討論我的領域,即國際政治開始,但是很快就轉向了他自己的關于傳播、關于機械、動物和社會的通信和控制的工作。他擁有我曾遇到的最強有力和最具創造性的頭腦。我于1958年到耶魯大學后,我們仍然保持著密切的聯絡,直到他于1974年逝世,我們仍然是非常親密的朋友。[6]”多伊奇以生物體的神經作比喻,認為正是傳播構成了政府的決策的神經系統。
多伊奇的政治傳播理論,把決策視為政治活動的中心,把傳播看作是決策的環節。他認為政治系統與自動機器有相似之處,政治系統內部的機制對信息的接受、選擇、儲存、分析和處理就是傳播。政治系統對環境的適應與控制是通過傳播完成的。傳播關乎社會的穩定。“信息”和“反饋”是政治傳播理論的兩個核心概念。政治系統要達到自己的目標,需要從各方面接受涉及體系目標的、有關環境變化情況的信息,然后對這些信息進行選擇、儲存、分析和處理,最后形成決策。政策制定后,政治系統通過反饋過程,獲得政策執行過程和政策在環境中引起的變化的信息,使決策者正確地調整自己的政策和行為。從傳播的角度分析,政治系統的決策過程包括:信息接收、資料處理、儲存、決策、政策執行、執行效果和反饋7個環節。多伊奇的政治傳播理論,考察了政治系統的控制方式和決策過程,并提出了完善信息系統必須注意的一些主要環節,從而為人們了解、分析、研究和完善政治系統提供了一個新的角度和方法。
3 控制論和施拉姆開創的傳播學
一般認為,傳播學孕育于19世紀末至20世紀30年代,形成于20世紀30年代~50年代的美國。盡管眼下學界對傳播學誕生的時間還存在一些爭議,但傳播學作為一門學科在高校“登堂入室”、確立自身的學科地位,確定無疑是在20世紀40年代末50年代初。威爾伯·施拉姆(WilburLangSchramm,1907年~1987年)是傳播學科的集大成者和創始人。作為“傳播學鼻祖”、“傳播學之父”,1947年他創辦了第一個大學的傳播學研究機構——伊利諾伊傳播學研究所;1949年他編撰了第一本傳播學教科書《大眾傳播學》。施拉姆還授予了第一個傳播學博士學位,他本人也是世界上第一個具有傳播學教授頭銜的人。
控制論和傳播學幾乎同時誕生,這不是偶然的。施拉姆寫到:“20世紀40年代末,香農與韋弗合著的《通訊的數學理論》和維納的《控制論》問世,這使傳播學者非常興奮,因為他們覺得,熵之類的概念有可能用來研究人類傳播。” 他認為,控制論和信息論這些新的研究方法,“開啟了研究人類傳播的一系列重要的洞見”,“對研究人類傳播的意義重大。”羅杰斯甚至認為,維納的控制論本身就是一個傳播理論,因為控制論“涉及信息如何在兩個或以上單位之間進行流通[7]”。
為了捍衛傳播學的學科地位,表明這門新興學科系出名門,施拉姆制造了“四位奠基人”的神話。我們不能否認“四位奠基人”對傳播學做出的貢獻,但比較而言,維納和他的控制論對傳播學的影響可能要更大些:控制論不僅為傳播學提供了一套完整的術語,而且為傳播描繪了一個清晰的路徑,這樣一個路徑由于引進了反饋的概念而徹底顛覆了以往的線性傳播的模式,并且主導了美國功能主義和效果研究的傳統。
維納控制論對傳播學的影響是巨大的。控制論的貢獻就在于提出假設并加以測試,再度拾起人文科學實現統一并與自然科學和生命科學融為一體的宏大夢想。施拉姆說,控制論和信息論之所以“給傳播學者留下了極為深刻的印象”,有兩個原因,“首先,雖然起源于通訊工程和技術,但它為傳播研究提供了一些可作比擬的借鑒,可以指明社會科學里的許多傳播概念;其次,它提供了種新的數學理論,該理論既可以用于研究電子通訊,也可以用于研究人類傳播。[8]”在這一點上,作為“傳播學之父”的施拉姆和作為“控制論之父”的維納走在了一起。
參考文獻
[1]王雨田主編.控制論、信息論、系統科學與哲學[M].北京:中國人民大學出版社,1986:285.
[2][美]威爾伯·施拉姆,威廉·波特著.傳播學概論[M].何道寬,譯,北京:中國人民大學出版社,2010:46.
[3]陳力丹著.傳播學是什么[M].北京:北京大學出版社,2007:65.
[4][法]埃里克·麥格雷著.傳播理論史[M].劉芳,譯.北京:中國傳媒大學出版社,2009:65.
[5]Deutsch·K·W.The nerves of government: models of political communication and control[M].New York:Free Press,1963:77.
[6]Deutsch·K·W.The nerves of government: models of political communication and control[M].New York:Free Press,1963.
中圖分類號:f222 文獻標識碼:a
在過去的2008年,是一個多事之年,我國經歷了自然災害和世界金融危機的輪番沖擊,經濟增速回落,然而我國經濟發展的步伐并沒有因此而止步,隨著社會發展的速度,國內企業統計工作的改革也日益提上日程,在當前的經濟形勢下,就企業統計工作的改革,本文將予以分析。中國
1 經濟形勢介紹
2008年,總體來說,經歷國際金融危機的沖擊后,我國農業生產形勢依舊良好,消費需求增長較快,通脹水平也在進一步回落。但全球經濟衰退不可避免,因此對我國的經濟發展也有一定的負面影響,世界經濟減速導致的全球性需求減少引起我國2009年上半年出口量下降,使得國內低水平生產能力過剩的矛盾突出。為此,我國中央政府適時出臺了四萬億的經濟刺激計劃來擴大內需,在2009年的上半年,國內經濟已經呈現回暖的趨勢,cpi消費者指數在今年2月份出現負增長,與此同時,工業品出廠價格指數也在逐月下降……這一切都在說明中國政府的經濟振興措施已經取得了初步成效,呈現出積極跡象。正因為如此。很多國外的學者和機構都視中國為這場危機的救世主,認為中國的經濟將推動全球經濟走出經濟危機的陰影。
2 目前我國國內企業統計工作現狀
對企業來說,統計工作就是通過建立一套合理有效的統計管理模式,準確及時把企業的產、供、銷的數據較全面、較具體地反映出來,把感性認識變為一組組供領導和決策者參考的數據,統計工作的作用是不言而喻的。在此,在當前的上述的國內經濟形勢下,本文對國內企業統計工作的現狀及存在的問題進行分析。
2.1 認識不到位
統計工作存在的諸多問題中,根本的一點就是企業領導對統計工作的認識不夠,因此導致企業管理者和統計人員對統計工作的性質認識模糊、并對其重要性了解甚微。很多企業的領導者都認為統計工作只是簡單的數據記錄和計算,統計數據就是填填數字及報表,對企業的管理和經營決策沒有指導和參考作用。
2.2 統計方法、手段有待改進
在當今的信息化的經濟環境中,國內很多企業的統計工作的方法和手段都亟待改進,有的甚至還是改革開放年前的統計方法和手段。例如很多企業的統計工作都是以手工統計為主,未能實現統計方法的信息化。
2.3 統計指標落后
當前,企業經營者重視的是市場信息、經營質量、經營環境等經濟運行質量指標,而政府和行業主管部門統計系統則要求企業上報以經濟總量指標為主、經濟運行質量指標為輔的指標系統,導致企業管理者對自身企業統計的信息不感興趣,集中地說明了企業統計指標的落后不科學,不能適應市場競爭的需要。
2.4 統計監督機制缺陷
由于國內企業的管理者對統計工作的認識不足,及對其的重視不夠,使得國內企業的統計監督機制存在缺陷或不健全,統計人員與會計人員混用,統計數字經常被隨意修改,大大降低了統計工作對企業經營管理的作用,降低統計信息的有用性。
3 企業統計工作的建議
為適應經濟發展的步伐,需對企業的統計工作做出改革,以面對新的經濟形勢對企業統計工作提出的挑戰,從而更好地為企業管理者服務,提供有用的統計參考信息。
3.1 轉變認識
首先,應該從根本上加強企業管理者及相關人員對統計工作的認識,使其加強對統計工作的重視,要徹底地認識到企業統計工作的重要性和作用。因此企業領導和相關的統計人員則應該多學習現代統計概念,應認識到統計工作在一定程度上可以提升企業整體的競爭實力,所以應該轉變認識,加大統計工作投資力度。
3.2 改善統計方法、手段
改善企業統計工作的方法和手段勢在必行,企業應該加大對統計工作的投資力度,爭取實現統計工作信息化,可根據國際企業的成功經驗采用erp企業資源計劃系統來全面根本上改善企業統計方法,能節約時間并能有效提高統計工作效率,從而,更好地為企業領導者管理決策提供統計信息。
3.3 設置適宜的統計指標體系
企業應該根據經濟發展的環境來設置合適的統計指標體系,來綜合反映企業的整體運營情況。因此,企業在追求效益的同時。要根據自身的經濟情況來量身打造適宜的統計指標體系,適當的時候并可設立專題性指標體系,從而使得指標體系既能反映企業運轉情況又能夠與政府統計要求相適應。
3.4 加強統計監督力度
統計工作的監督機制是不可或缺的,其重要性是不可言喻的,企業在對日常統計工作的各方面進行改革的同時,也要對其自身的統計監督機制進行改革和完善,提高統計數據的真實性和統計工作的全面性。
3.5 人才培養
企業在追求自身發展的同時,應該注重對統計人才的招募和培養,以備不時之需,應該對企業統計人員定期開展培訓來提高技能,使其獲得了現代化統計概念的同時,又能熟練操作統計工作的現代化工具,從而更好地為企業服務,提升統計信息的準確性。
當前,我國還未能徹底地走出經濟危機的負面影響,經濟未實現全面復蘇階段,基于此特殊階段,國內企業統計工作改革的步伐刻不容緩,需要不斷地適時改革來促進國內企業統計工作的發展,對企業發展及我國經濟發展意義非凡。
參考文獻
[1]苗敬毅.對市場經濟條件下企業統計的思考[j].生產力研究,2002.
[2]李瑛珊.對統計工作改革的幾點思考[j].統計與決策2003.
[3]劉穎.李新.企業統計在新經濟中的改革[j].科技信息.2007.
[4]盧蓉.我國企業統計工作中存在的問題與對策研究[j].現代商業.2009.
[5]周四軍,劉穎.論統計技術的創新與實現.統計與信息論壇,2003-07-10.
[6]毛春元.統計技術在質量管理中應用的再認識.江蘇省現場統計研究會第11次學術年會論文集,2008-10-17.
[7]肖文淵,陶正綱,張文麗.統計技術在飼料質量管理中的應用.西昌學院學報(自然科版), 2005-06-30.
[8]肖文淵,吳成茂,羅俊春.統計技術在飼料質量管理中的應用.飼料研究,2005-05-10.
關鍵詞:國內物流貨運量;灰色預測模型;有效性;合理性
中圖分類號:U294 文獻標識碼:A
Abstract: Due to the large number of influencing factors of logistics freight in the whole country, the data is relatively large and the statistical process is more complicated. Therefore, there is a situation that“some information is determined and some information is uncertain”, and the gray forecasting model can be used to forecast the domestic logistics. This paper establishes the grey prediction model, analyzes whether the gray forecasting model is effective for the forecasting of domestic logistics and the rational use of the model, and forecasts the future domestic freight volume under the premise that the model is reasonable and the result is effective.
Key words: domestic logistics volume; gray forecasting model; effectiveness; rationality
物流是一個復雜的經濟現象,物流與經濟之間存在雙向因果關系(即互動關系)的可能,一方面物流發展推動經濟增長,另一方面經濟增長拉動物流發展。具體顯示物流發展的一個因素是物流貨運量,一個區域或一個范圍物流貨運量的多少,可以說明這個地區物流的發展情況,同時還影響這個區域或這個范圍的經濟發展情況。
按空間范圍來劃分,物流活動可分為地區物流、國內物流與國際物流。國內物流是指在一個國家領地范圍之內進行的物流活動,國內物流是一個國家經濟發展的重要部分。在國內,物流貨運方式一共有四種,是公路、水路、民航和鐵路。隨著經濟的快速發展,國內物流也迅速發展起來,原來主要由鐵路運輸,現在發展為公路、水路、民航和鐵路四種運輸方式,就現有數據來看每年的國內物流貨運量都有所增加,但是由于在全國范圍內對物流貨運量的影響因素眾多,數據較為龐大,統計過程較為復雜,所以存在“部分信息確定,部分信息不確定”的情況,于是便可用灰色預測模型對國內物流貨運量進行預測。通過灰色預測模型所預測的結果,可以分析該灰色預測模型對國內物流貨運量預測是否有效,模型運用是否合理。同時在模型運用合理結果有效的前提下,可以對未來的國內物流貨運量進行預測。
1 國內物流貨運量預測模型建立
1.1 灰色預測模型――GM1,1模型
中國學者鄧聚龍教授把一般系統論、信息論、控制論相結合,把它們的觀點、研究方法延伸到社會、經濟和生態等抽象、復雜系統,在19世紀80年代創立發展起來運用數學方法解決灰色系統的理論和方法――灰色系統理論。灰色預測模型是灰色系統理論內容中的一部分,應用廣泛,對數據沒有強烈的限制,精度高技術簡便。
GM1,1模型則表示灰色預測模型是一階的,同時變量為一個,微分方程表示為■+ax=u。
1.2 GM1,1模型建模過程
首先假設除了研究變量外其他因素每年變化都較小,對所研究問題影響甚微,不考慮在內。
2 國內物流貨運量預測
2.1 國內物流貨運量預測模型的確立
近年來,物流業迅速發展,國內物流的貨運量是呈上升趨勢,于是可以對國內物流貨運量量化研究,同時國內物流貨運量數據是可獲得的,同樣的,經濟的迅速發展,國內實際GDP是呈上升趨勢的,于是也可以對國內實際GDP進行量化研究,同時國內實際GDP的數據是可獲得的。通過官方平臺獲得兩組實際數據如表1所示。經過對比分析,國內實際GDP逐年增長,國內物流貨運量逐年增長,國內實際GDP與國內物流貨運量二者之間相互促進。由于數據的真實性,便可運用灰色預測模型來預測未來幾年國內物流的貨運量及其變化。
2.2 國內物流貨運量預測模型及檢驗
3 國內物流貨運量預測模型應用
3.1 未來預測
基于GM1,1的有效性,可對國內2016~2018年的物流貨運量進行預測如表3所示:
3.2 結 論
通過上述建模過程、分析得到以下結論:(1)GM1,1模型對研究物流貨運量是有效的。(2)從GM1,1模型對國內物流貨運量預測結果來看,預測有效,模型運用合理。在實際應用中,可以根據實際情況及需要進行修改,來提高預測值的準確性。(3)根據表3實際預測數值,可以看出,國內物流貨運量是呈上升趨勢的,中國物流業還會呈現快速增長模式。
基于灰色預測模型的實際應用,根據以上對國內物流貨運量預測與研究,可以看出國內物流貨運量成逐年增長的趨勢,同時國內實際GDP也呈現增長趨勢,說明物流的發展對中國經濟發展有一定的推動作用。基于灰色預測模型在預測國內物流貨運量運用時的合理性,對于未來三年國內物流貨運量進行預測,且預測值呈增長趨勢,起到對經濟發展的推動作用。而且自十以來,我國對經濟體制改革不斷深入,其根本目的是推動經濟發展,為物流業的發展提供更加有利的條件。
參考文獻:
[1] 劉南,李燕. 現代物流與經濟增長的關系研究――基于浙江省的實證分析[J]. 管理工程學報,2007,21(1):151-154.
[2] 蘆陽. 對中國發展第三方物流的分析[J]. 華北水利水電大學學報(社會科學版),2005,21(2):68-70.
[3] 鄧聚龍. 灰預測與灰決策[M]. 武漢:華中科技大學出版社,2002.
[4] 崔立志. 灰色預測技術及其應用研究[D]. 南京:南京航空航天大學(博士學位論文),2010.
與傳統思路相反
在信息論中的―個重要理論是香農,奈奎斯特(Shannon/Nyquist)采樣定理,它認為,無錯誤地重建―個信號所需的樣本數是由帶寬決定的(帶寬是指信號所占據頻譜的最短間隔長度),也就是說為了采集IM的信息,我們至少需要2M的帶寬,這被稱為奈奎斯特率(Nyquist rate),否則會導致信息失真。
“壓縮感知”理論與傳統的思路相反,它認為,為什么不事先利用較少的采樣數據,在事后再利用最優化的方法反向重建出原始信息呢?
這樣的思路也有道理。信號通常是有規律可循的(如果沒有規律,完全隨機的信號實際上毫無意義,就像電視機屏幕上的雪花噪聲),有規律則可以壓縮,而可壓縮信號的采樣頻率會大大低于奈奎斯特率,復原后的信息也不會造成失真,這樣,我們可以極大地降低對數據處理的要求。
意外中的發現
和很多科學突破一樣,壓縮感知的發現也純屬意外。2004年,加州理工學院教授Emmanuel Candes在計算機上測試圖像算法,他所測試的圖像質量很差,有很多雪花一樣的噪點,他認為一個名叫LI―minimization的算法能清理掉噪點中的條紋。當他輸入指令,讓算法開始工作時,奇跡發生了:和預料中一樣,圖像變干凈了但同時他又意外地發現圖像細節竟然變得完美起來,這種感覺簡直像魔術一樣不真實,就如同一位美女只告訴了你她的手機號碼中的3個尾數,你卻一下子猜對了其余8個數!Candes在不同的圖像上重復進行測試,每次的結果都很完美。
Candes又在博士后助理Juscin Romberg的幫助下,提出了一個粗略的理論去破譯這個“魔術”,并在黑板上展示給加州大學洛杉磯分校的同事陶哲軒看。他們交談后,Candes認為陶哲軒可能不太信服他的這項發現,因為從一幅本就糟糕的圖得到一個清晰度極大改善的圖,幾乎是不可能的。然而,第二天晚上,陶哲軒就對這一發現給出了一個更完整的理論解釋,兩人后來合作了多篇壓縮感知的重要論文。
“壓縮感知”的巨大潛力讓它很快成為研究大熱門,接下來的短短6年中,“壓縮感知”領域迅速產生了上千篇論文。
運用“公式”來重建圖片
壓縮感知的工作原理可以用如何得到一幅圖像來解釋。比如你拿到一張長寬均為1024像素的照片,它的圖像由100萬像素組成,像素作為最基本單元,其本質就是信號采樣。對于100萬像素的圖像,傳統的成像方式便是進行100萬次測量,但壓縮感知的方式,是只需要測量很小一部分,比如隨機從照片不同位置挑選10萬個像素,然后通過后期處理補上另外的90萬個像素。
要實現這點,依賴于名叫“稀疏”的數學概念。稀疏是用來描述圖像復雜性的一種方式。比如我們拍攝飄著自云的天空,其中便有著大片的藍色和白色,而且這兩種色彩遠遠多于其他色彩,我們可以說,這是一張“稀疏”的照片。
Emmanuel Candes和陶哲軒也發現,一幅圖像可以用少量的色塊表示。比如我們所拍攝的藍天白云,圖像中有大塊的單色,假如這個單色塊有300 x 300像素那么大,那么在拍攝時我們可以只需要記錄塊的維度、坐標和顏色,而不必去記錄每一個像素。當重建時再按照維度、坐標和顏色的“公式”便可真實還原出照片。如果是五顏六色的圖像,我們只需要將色塊縮小到人眼無法識別差異的程度,照樣可以用此方法。也許你會覺得,將一個不完整的圖像重建成完整圖像一定會產生誤差,但Candes和陶哲軒卻用數學證明了,采用這種方式,圖像發生錯誤的可能性趨近于零!
拯救了孩子的實驗性算法
在大眾消費領域,由于硬件價格的不斷跳水,數碼相機壓縮不壓縮照片對普通用戶沒有太大的影響。但在更多需要大量數據集的地方,比如核磁共振成像、天文望遠鏡、統計信號處理、機器學習、生物計算、高光譜成像、表面計量、光譜分析、機器人和控制等領域,“壓縮感知”的作用不可限量。
比如核磁共振成像(MRI),通常需要15到~40分鐘的掃描,它使用強磁場和電磁波,通過識別水分子中氫原子信號的分布來推測水分子在人體內的分布,進而探測和捕獲器官組織的清晰圖像。掃描是一個痛苦的過程,兒童需要全身麻醉。掃描的時間越長,對兒童可能造成的傷害幾率也越高。根據《連線》雜志報道,去年春天,斯坦福大學兒童醫院對一位2歲的嬰兒進行測掃描,他的肝臟有缺陷,在移植了捐贈的肝臟后一度好轉,但不久又出現惡化。醫生需要對肝臟組織進行掃描以診斷哪里出了問題。為了獲得高清晰度的掃描圖像,醫生需要他始終保持平靜,否則呼吸會導致圖像模糊。操作MRI機器的醫生需要花2分鐘時間完成掃描。但讓脆弱的孩子停止呼吸如此長時間,最后恐怕就不止是肝臟會出問題了。所幸當時這臺MRI機器采用了一套實驗性的“壓縮感知”算法,讓醫生只需40秒時間完成掃描。當天晚些時候,“壓縮感知”重建的圖像讓醫生發現是孩子的膽管出現了堵塞,清理堵塞處后,肝臟便恢復了正常工作。
不僅僅是用于造成圖像
[論文關鍵詞]管理科學方法 管理課程 教學 滲透
一、引言
管理課程在實際教學中,可以融入各門學科的基礎知識,可以穿插大量實踐案例,更可以滲透管理科學中的方法,以實現管理課程綜合性、實踐性和創新性的特征。管理科學的研究方法吸收和移植了當代自然科學和社會科學的前沿理論,其方法體系具有開放性和包容性的顯著特點。因此,管理課程中能夠并且也需要管理科學方法的關聯教學,能夠豐富管理課程內容,增強軟學科的硬道理,對于工科類學生的管理課學習尤其重要,能夠成為其學習軟科學的方法及理論的啟蒙教學工具,讓其明白管理的科學性及系統性;另方面,管理科學方法隨時可能也需要吸收新知識新理論加入,隨時可能在其內部形成新的獨立單元,將管理科學方法在管理課程中進行滲透,能夠使其方法理論結合更多的管理實務,使其在管理現實世界中得到更多的運用,從而進一步的完善和豐富管理科學的研究方法。
另外。我國企業管理水平的有待提高加之我國管理科學教學中存在理論與實際分離的情況導致了管理科學及其方法在實際管理工作中未能得到廣泛應用。在管理科學課程的開設和教學中,往往將管理課程與方法課程分開設置,而方法教學中,又過于強調數學問題,如公式推導等,而對管理科學思想,如何從實際問題搜集資料數據建立模型的技術,量化方法與實際管理問題有何關系如何應用等問題分析講解引導不夠。這使得從事實際管理工作的人員對管理科學的方法運用無從下手,將管理科學看成深奧的、難以掌握的、抽象的數學問題,因此,管理科學及其方法難以在管理實踐中進行普及。
如果在管理課程的講授中,面向實際問題,運用關聯,歸納演繹等方法將管理科學方法串聯或并聯至相關管理理論知識中,既能讓學習者更好、更全面、更系統的掌握管理知識,又能讓他們更好的理解并掌握管理科學的理論與方法,并將其運用于管理工作的實踐中,更好的促進了管理科學與管理實踐的有機結合。基于此目的,本文從管理科學的主要方法及其特征八手,探討其在管理課程中如何進行滲透教學。
二、管理科學方法能夠滲透至管理課程中的原因及優勢
管理科學基本研究方法有三種:歸納法、實驗法和演繹法;經過各其他學科的發展,管理科學吸收了各學科的理論和方法,如“老三論”:系統論、信息論和控制論,“新三論”:耗散結構理論。協同論,突變論等。管理科學的研究方法具有多學科移植性的特點.主要依靠不斷吸收和移植當代自然科學和其他社會科學的前沿理論作為自己的研究方法。這種移植性進一步決定了管理科學方法的開放性與包容性,使其能夠更好的結合管理實際問題得到進一步研究應用與豐富。因此,如何在管理課程教學中滲透管理科學方法。從而讓學習者更加明白管理科學方法在管理實踐中的價值,使得管理科學方法得到更廣泛的應用是值得我們思考和探討的重要問題。
管理科學研究方法之所以能夠融入滲透至管理課程教學中的原因主要有兩點:第一,管理活動自身性質原因。任何一項管理活動都是在一定的外部環境和內部環境下產生和進行的,受到包括政治、法律、經濟、社會、心理、歷史、文化等各種環境因素的影響,這就決定了各項復雜管理問題必須通過運用各學科的知識和方法進行定性與定量分析才能解決,而管理科學方法恰恰是吸收、移植和集合了各個學科的前沿理論作為研究方法。因此,在管理課程教學過程中,理所應當結合實際經驗將管理問題與管理科學方法結合起來進行講解。既傳授了管理科學新方法,又讓學習者更容易理解并弄清楚管理問題。第二,從事管理教學與研究的教師為在管理課程中穿插與滲透管理科學方法提供了可能性。從事管理教學研究的教師、學者、專家都普遍系統學習研究過管理科學方法,在管理課程授課過程中,能夠將自身知識加以融合并結合管理問題進行講解,因此為在管理課程講授中穿插和關聯管理科學方法提供了必要條件。
結合管理科學方法在管理課程中進行滲透教學,優勢是很明顯的:
第一,通過將管理科學方法與管理課程中的管理問題進行結合講解與授課,能夠讓同學們對管理問題的理解更加深刻,把握更加全面,并且學會對各種實際管理問題的操作思路和運作技巧。使學生所獲得的不僅僅是“術”,而且是可以提高到科學高度的“學”。
第二,通過管理課程中管理實際問題能夠概括抽象地關聯傳授和滲透管理科學的很多方法,如系統論、自組織論、信息論等方法,能夠幫助同學們學會分析各種管理問題的思路和框架,運用各種觀點與方法分析與解決管理問題。
第三,無論是在課堂的教學中還是在管理的研究中,都促進了科學管理和人文管理的不斷融合。這順應了將以“科學主義”為特征的,偏向于“物”,側重于對外在對象客觀描述與分析的科學管理方法與以“人文主義”為特征,偏向于“人”,側重于對人主觀感受與體驗的描述與闡釋的人文管理這兩種模式深化與融合的趨勢.
三、管理課程中如何進行滲透管理科學方法的教學
管理科學及方法相關課程在長期的教和學中存在諸如忽略管理特色,教、學、用脫節,教材不適,與現實聯系不緊密等問題,導致了管理科學及方法作為獨立課程設置后,教學效果不佳,學生沒有提問、學習并解決問題的熱情和能力,學生不知道如何運用管理科學的方法解決管理中的實際問題等一系列教學效果低下等問題。那么,如何才能夠既讓同學們學習了管理科學及方法,又讓同學們了解其在管理中的運用及效用,并且讓同學們有積極性有熱情去進一步探索管理科學方法在實際管理世界中解決管理問題的方法途徑與模式呢?在任何一門管理課程中,如管理學原理,基礎,市場營銷學,人力資源管理,企業戰略管理,組織行為學,物流管理,供應鏈管理,生產運作管理,財務管理等管理分支課程中,都可以關聯、穿插、滲透相關的管理科學方法進行結合實際管理問題的教學頗為一種更好的管理科學及方法的教學方法及模式。
關鍵詞:信息;信息科學;信息哲學
中圖分類號:N031 文獻標識碼:A 文章編號:16738268(2012)01005806
太陽在照耀,鳥兒在歌唱,書本在招手,電報嘀嗒響……這一切都是不同種類和形式的信息。信息概念的含義極為廣泛和深刻,可以從不同的角度和層次對之進行探討:可作通信技術上的考察;可作經濟學、社會學、語言學方面的考察;可作神經學、心理學、遺傳學方面的考察;可作系統科學和哲學方面的考察。
自從維納的控制論及申農的信息論發表以來,信息的概念已具有全新的含義,它既不同于日常生活中所理解的“消息”、“報道”、“音信”等意義,也不同于實用科學從語法、語義、語用或信源、信道和信宿角度給出的信息定義。那么,什么是信息?它的本質是什么?哲學上如何解釋?人們從不同領域、不同角度給出的信息定義和概念論述不下百種,但仍然存在很大差異甚至相互矛盾,并且不斷還有人提出新的觀點和看法,長期爭論本身也說明信息概念的深刻性和復雜性。因此,在中國科學院編寫的《21世紀100個交叉科學難題》一書中,已把“信息是什么”列為這100個難題之一。
分析已有的眾多解釋,起碼可以區分出三個不同層次的對信息概念的規定:一是人們日常經驗理解的層次;二是實用信息科學的層次;三是哲學的層次。
一、日常經驗理解的信息概念
在人們的日常生活中,在一般的資料文件中,信息指的就是具有新內容、新知識的消息、新聞、情報、資料、數據、圖像、密碼以及語言、文字等所揭示或反映著的內容。如果將上述定義中的“消息”作廣義化的理解,將所有其他形式的信息載體都看作是“消息”,那么,上述定義的真實含義便是:信息乃是消息中的新內容。顯然,這一理解是在消息能否給接收者帶來新內容的意義上被規定的。這種對信息概念的日常經驗性的理解,顯然具有相對性和功能性。此類規定并不能作為信息是什么的本質性解釋。
據《辭源》解釋,信息就是“消息”。早在唐代李中的《碧云集?暮春懷故人》一詩中,就有“夢斷美人沉信息,目穿長路倚樓臺”的句子,距今已有千余年的歷史。如果把西漢揚雄《太玄經》中的“陽氣極于上,陰信萌乎下”中的“信”也作為信息理解,它的歷史還要古老得多。 “信息”這個古老的字眼頻繁地出現在我們的報刊、文件、廣播、電視之中,信息時代、信息社會、信息經濟、信息資源、信息技術以及冠以各個專門名詞的信息(如商品信息、市場信息、人才信息、科研信息等等)成了熱門話題。在信息論看來,信息現象充滿天地之間,我們面臨的是一個以聲音、形態、色彩、氣息、電波、光線、元素等構成的大千信息世界;在自然世界與人類社會、無機物與有機物、生命現象與非生命現象中間,都存在著信息的發射、傳播與接收的過程。人類早已發現,蜜蜂會用不同舞姿向同伴們表示蜜源的方位,螞蟻發現了需要用集體力量搬運的食物,會用觸角相互傳遞這一信息,而“鸚其鳴矣,求其友聲”證明鳥族是可以用鳥語呼朋引類的,等等。即便是一塊不聲不響的巖石,也向人們傳遞著豐富的史前時期地球物理信息。
我國古代相傳有兩句詩說道:“花如解語應多事,石不能言最可人。” 但從現在看來,石頭和花卉雖沒有聲音的語言,卻有它們自己的一套結構組織來表達它們的本質。自然科學家的任務就在于了解這種本質,使石頭和花卉能說出宇宙的秘密。而且到現在,自然科學家已經成功地做出了不少工作。以石頭而論,譬如化學家以同位素的方法,使巖石能表白自己的年齡;地球物理學家以地震波的方法,使巖石能表白自己離開地球表面的深度;地質學家和古生物學家以地層學的方法,初步地摸清了地球表面即地殼里三四十億年以來的石頭歷史。何況花卉是有生命的東西,它的語言更生動、更活潑……像賈思勰在《齊民要術》里所指出的那樣,杏花開了,好像它傳語農民趕快耕土;桃花開了,好像它暗示農民趕快種谷子。春末夏初布谷鳥來了,我們農民知道它講的是什么話:“阿公阿婆,割麥播禾。”從這一角度看來,花香鳥語同是大自然的語言,重要的是我們要能體會這種暗示,明白這種傳語,來理解大自然、改造大自然。
我國著名科學家竺可禎從物候科學的角度對自然世界的信息現象,作了非常生動的令人信服的科學說明。他認為,月、露、風、云、花、鳥都是大自然的一種語言,我們可以從中了解大自然的本質,即自然規律。他還以人的胚胎為例,說明“有機體的細胞是能存貯無數代個體的經驗或信息,而分別加以廢置、應用或進化的”。“生物細胞的直徑一般不超過幾十個微米,而生物界億萬年的進化所形成的關于遺傳信息的編碼、存儲和傳遞的機制即存在于其中。”[1]
社會科學家和自然科學家都普遍認為,“信息”已經遠遠大于“消息”的外延,成了一個跨學科、跨領域,統攝性極強、包羅范圍極廣的概念。它可以表現為消息、情報、通知、書信、編碼、指令、資料、數據、程序等具體的信息形式,但任何一種具體的信息形式以及這些形式的簡單總和,都不足以說明信息的本質。
二、實用信息科學中的信息概念
在一般的實用信息科學中,關于信息的定義是五花八門的。雖然目前的各種定義還并未得到統一和普遍公認,但是有兩種說法是最具影響力的,其他一些定義或多或少都可以由這兩種說法通過演繹而獲得。
(一)信息是消除了的不確定性
這是根據通訊信息論的創立者申農的理論對信息所作的一個規定。其含義是說,通訊前,消息接收者對發送消息的內容存有不確定性的了解,收到消息后,消息接收者原有的不確定性就會部分或全部消除了。所以,信息就是消除了的不確定性。在這里,消除了的不確定性是一個相對意外程度的量,所以有人也說“信息是兩次不定性之差”[2]。
信息,當初僅僅是一種通訊系統的模型,隨著科學技術的發展以及人對客觀事物認識的深化,就逐漸發展成為一種科學思維模式,主體與客體之間、主體內部結構各部分之間,都存在“信源――信道――信宿”的過程,它揭示了一系列互相關聯和相互轉變的運動形態。而信息理論,正是分析與研究這種互相關聯和相互轉變的運動形態的科學。當人們越來越自覺地運用信息觀點和方法去認識從自然世界到人類社會的各種規律性時,原來僅僅用于通訊系統的“消息即信息”的傳統看法就被突破了,通訊系統的這只小水盆,再也容納不下信息這頭龐然大物的鯨魚。正是在這種情況下,人們需要重新認識信息概念,以便對它作出新的評價,于是信息的定義問題就被提出來了。
信息問題與通訊系統有內在聯系,但已經不是純粹的通訊系統范疇的問題。在研究信息問題時,我們一方面應借鑒通訊應用理論,另一方面又不應局限于通訊應用理論,而要使我們的視野更加廣闊些,不然就會削足適履。信息是與“信源――信道――信宿”這一系統過程形影相隨的,脫離了這一系統過程,或者只從這一完整過程的某一局部(或信源,或信道,或信宿)去研究信息,都不可能認識信息的本質屬性。縱然對某一局部的研究很深刻,仍然會使人有不得要領之感。
從上面的討論中可以清晰地看到,“信息是消除了的不確定性”這一定義,實際上是從信息對信宿的作用的角度對信息所作的一種相對性的量上的功能性定義。
(二)信息即負熵
控制論的創始人維納曾集中對信息的負熵含義進行了闡釋[3]。在物理學中(與熱力學第二定律相關)熵值是標志系統的不確定性程度或混亂度的概念。不確定性的消除就意味著熵值的減少,所以,信息就可以被稱為負熵。由此又派生出了“信息是系統組織程度(或有序性、秩序性)的標志”[4]等說法。
“信息是負熵”,能作為信息的定義嗎?眾所周知,負熵是熵的對偶范疇。而熵這個概念最早是由克勞修斯在對熱力學第二定律作定量分析時提出的,他認為在孤立系統中發生的實際過程總使該系統的熵增加,或自然過程朝著熵增加的方向變化。后來,波爾茲曼對熵首先提出了微觀解釋。科學家們認為,在由大量粒子(原子、分子)所構成的系統中,熵就代表這些粒子之間無規則排列的程度,或者說代表這個系統“亂”的程度。系統越“亂”熵就越大,系統越有秩序熵就越小。普里戈金說:“所謂熵,就是對‘分子無序’的度量。由此,熵增加的定律就是逐步無序的定律。”[5]美國著名的科普作家阿西莫夫說:“我們可以把熵看作是衡量宇宙中存在的無序程度的一個量。”[6]和熵相對的是負熵。明確提出負熵這個概念的是薛定諤。但是在他之前,波爾茲曼在對熵作微觀解釋時,已經包含有負熵的思想。負熵的含義和熵相反,就是說明系統的有序、組織、進化的程度。那么,負熵和信息又是什么關系?能否說信息就等于負熵?
負熵是個量,而量不等于質。熵是一個量值,和熵相對的負熵同樣是個量值。負熵是一個數量概念,這在學術界是公認的。薛定諤說:“‘負熵’……本身是有序的一個量度。”[7]在信息論誕生以后,負熵是作為對信息的一種量度。維納曾經說過:“信息量……實質上就是負熵。”無論負熵是對有序的量度,還是對信息的量度,反正負熵是個量值。認為信息等于負熵,也就是把信息說成是一個量值。我們知道,任何事物都有質和量兩個方面,信息也不例外。在信息論中,研究信息的量確實是非常重要的,但是對信息量的研究不能代替對信息質的探討。量和質雖然有內在的聯系,但并不是互等的。認為信息等于負熵,就是把信息等同于一個量,抹煞了信息的質和量的差別,實際上是用信息的量代替了信息的質。信息的量相等,質不一定相同。信息總要有信息符作為載體才能傳達。我們以英文字母作為信息符,對A、E、T三個字母按不同順序排列,就得到EAT(吃)、TEA(茶)、ATE(吃過了)、ETA(希臘語的第七個字母H、g)、AET和TAE(均無意義)六種不同的排列。排序改變,信息的意義也變,也就是信息的質也變。A、E、T的不同排列,就有不同的質,而如果計算它們的信息量卻是相同的。相反,相同的信息,也可能有不同的信息量。同一個信息用不同的信息符來表示,如計算不同信息符的信息量,結果可能不同,所以,不能用信息的量代替信息的質,而信息的定義主要是從質上對信息加以規定,負熵沒有揭示信息的本質,因此不能作為信息的定義。
負熵是對有序的量度,負熵又是對信息的量度,按照A=B,B=C,則A=C的邏輯,信息量就等于有序量。如果把量字去掉,則信息等于有序。有序量則是信息的量,有序則是信息的質。許多人就是按照這個邏輯進行思維的,用有序來定義信息,說明信息的本質。信息等于有序嗎?為了回答這個問題,必須分析有序的含義。有序有兩種不同的含義:第一是泛指世界上萬事萬物的有序性;第二是特指信息載體的有序性。但無論指哪一種有序性,都不能作為信息的定義。
負熵是指事物的有序,而事物的有序不等于信息。有序是指事物的結構,結構是事物的重要特性,但結構沒有概括事物的全部特性。就熱力學系統來說,除了說明結構的有序和無序之外,還有溫度、體積和壓強等許多屬性。信息不僅要反映事物的有序,而且還要反映事物的其他屬性。把信息的內容局限于事物的有序性,這就難免以偏概全。
信息等于負熵的說法是把信息等于一個量值,這是不合適的。如果把信息等于負熵理解為事物的有序性,這只看到了信息的語義方面,而忽略了信息的語法方面。如果把信息等于負熵理解為信息載體的有序性,這只注意到了信息的語法方面,而忽視了信息的語義方面。這兩種觀點都是片面的。顯而易見,“信息等于負熵”不能作為信息的定義。
三、哲學中的信息概念
為克服實用信息論中對信息概念所作規定的狹隘性,許多科學家和哲學家又試圖從哲學角度對信息的本質加以概括,比較有代表性的觀點有以下幾種。
(一)屬性論:把信息簡單定義為事物的屬性或某種屬性 蘇聯烏爾蘇爾、塔拉先柯等學者認為,“信息是一切物質的屬性,承認信息的客觀性,是唯物主義的”[8]。我國著名的信息學專家鐘義信認為,“信息就是事物的存在方式或運動的狀態以及這種方式/狀態的直接或間接的表述”[9]。黎鳴先生指出,“信息是物質的普遍屬性,它表述它所屬的物質系統在同任何其它物質系統全面相互作用(或聯系)的過程中以質、能波動的形式所呈現的結構和歷史”[10]。王平認為,信息是物質的屬性的屬性[11]。應該說,鐘義信、黎鳴、王平等學者都看到了信息的與眾不同的獨立意義的方面,但是僅僅用“表述”這一概念還不能恰當地說明信息的物質本體上的客觀自在的本質的。信息固然是物質的屬性,也固然是物質的存在方式,但是僅僅把信息定義為此,是遠遠不能揭示信息的本質的。因為從唯物本體論出發,任何事物、現象都可以歸結為物質及其屬性。從這一點出發,人們有理由把信息與相互作用、運動、時間、空間等概念放到同一個并列的位置。但是,事實上,相互作用、運動、時間和空間這樣一些物質的屬性與物質的信息屬性有著質的不同,因此,它們都不能算作本質性的定義,尤其在哲學中,更不符合哲學定義高度抽象性、概括性的要求。
(二)反映論:把信息定義為事物某種具體屬性的反映或表征 劉長林把“信息定義為反映出來的屬性,要全面地認識信息,必須超出間接方法的限制,同時采取直接的研究方法”[12]。劉伸認為,“信息其本質仍然是物質的一種屬性,是反映的一個方面”[13]。肖洪均把“信息僅僅看作與有機體相聯系的現象”[14]。他們根據實用信息論往往僅涉及社會、人、生物等領域的情況,認為反映概念大于信息概念。反映只是信息過程的某種抽象描述,任何反映都必須有它的內容,這個內容就是信息,只要有反映就必然有信息。按照列寧的說法,反映不僅在有機界存在,與之相對應,信息也不僅僅與有機界相聯系,客觀世界中存在著的歷史“痕跡”就是無機界信息活動的最好見證。另外,在受體(信宿)未接受(反映)信息之前,信息就客觀存在了。所以,信息只可能大于反映,而絕不可能小于反映。對于信息來說,直接性的意義只能從信源自身的質的考察中才能得到,雖然我們必須堅持信息自身的存在方式必然是反映著的。
(三)中介論:信息作為物質與意識的“中介”而存在 有些學者認為信息既非物質又非精神,是獨立存在的第三態,是物質與意識的中介。維納說:“信息就是信息,不是物質也不是能量。”貢泰爾在《機器的意識?控制論的形而上學》一書中提出,“在物質和意識之外,應設定第三種根本的東西,即信息。這第三種根本的東西既不可完全還原為單純的客觀事物,也不可完全還原為單純的主觀事物”[15]。他認為,現實世界存充著獨立的三種根本的東西,即物質、意識、信息。克勞斯認為,“決沒有三種獨立不依的實在因素,也從來沒有兩種獨立不依的實在因素”,并認為信息是由物質成分與意識成分完全按照特殊方式融合起來的特殊新質”[16]。沈致遠認為,“信息并不等同于物質或能量,是一個獨立概念,反映的是物質系統的某種可能狀態。信息起了客觀與主觀、物質與精神之間的媒介作用”[17]。鐘煥懈說:“信息是主觀與客觀的媒介。”[18]
應該說,物質世界的唯一特性是客觀實在性,它存在于人們的意識之外,在自然界、生物界(人類除外)或機器中所進行變換的信息、作為主體與客體媒介的信息,雖然是一種系統相互聯系的特殊形式,是一種相互聯系的有目的或無目的的反映現象,具有物質和意識相互滲透的“中介”特點,但“中介”僅僅是信息所起的某種作用,并不是全部作用,也不是對信息是什么的界定。信息到底是怎樣的一種存在,它與物質和精神之間的關系怎樣?我們從上述學者的這些定義中并不能清晰地判明。
(四)物質自身顯示的間接存在論
更多的關于信息本質問題的哲學解釋還只是停留在與已有的實用信息科學的解釋或哲學的已有范疇間的簡單比附上。如:把信息解釋為“變易度”、“差異量”等等,這是與實用信息論中對信息進行統計度量的方式特征的簡單比附;而把信息解釋為“時空序列”、“狀態”、“組織性”、“有序性”等等,則是把信息與其載體物的分布特性相比附。又如,把信息解釋為:“信息是物質的普遍屬性”;“信息是物質的存在方式”;“信息是精神實體的特征”;“信息是既非物質也非精神的第三態”;“信息是物質成分和精神成分的特殊融合物”;“信息是運動的外化”;“信息屬于物質的相互作用范疇”;等等,則是把信息與已有的傳統哲學概念的界說進行簡單的比附。在信息本質問題的討論中,無論是采取與實用信息科學解釋的簡單比附,還是采取與傳統哲學范疇含義上的簡單比附的做法都是沒有出路的。
西安交通大學鄔教授曾在《哲學信息論要略》一文中就信息的本質進行過專門的討論,從哲學的角度,給信息下了一個本質性的科學的精確的定義:信息是標志間接存在的哲學范疇,它是物質(直接存在)存在方式和狀態的自身顯示[19]。應該說,信息的這個定義基本上克服了以上諸多信息的哲學定義所存有的局限性。
第一,這條定義沒有在實用信息科學的已有解釋或哲學的已有范疇間進行簡單比附,而是直接從信息自身存在的方式上把信息規定為“間接存在的標志”,這就不僅擺脫了實用信息定義的種種束縛,而且也跳出了以往哲學概念的重圍。
第二,間接存在是和直接存在相對的概念,直接存在指的是物質,間接存在指的是信息,這兩個概念揭示了信息與物質在存在方式上的本質區別,而世界上所有的事物和現象都可以歸入這兩類存在的范圍。這樣意味著除了客觀實在的物質世界之外的一切存在都應當歸于信息世界。這一信息定義不僅抓住了信息的最為本質的方面,而且也無疑已經將信息的范圍擴展到了不能再擴展的極為廣泛的領域。
第三,此定義的前后兩個分句的表述,都堅持了運用本體描述的直接性方法,堅持了信息本質的唯物論立場。這兩個分句實質上是同一個意思。“顯示”著的東西必然是“間接存在”的,而“間接存在”的東西又必然是“顯示”著的。但是兩句話比較起來,前一句話不能不更為抽象,而后一句話則可看成是前一句話內容的具體化。所以,此定義的兩個分句都可以分別拿來作為信息的本質規定。
四、結 論
綜上所述,人們大量使用、社會廣為流行的“信息”原來還是一個說不太明白的概念。概念的產生,本來就是對感覺、知覺、印象這類直觀認識形式的抽象,它反映了事物的本質屬性,是一種理性認識形態,但現在卻需要回過頭來對這種抽象的理性認識形態進行再研究。面對這個為人們大量使用、社會廣為流行的概念,理論工作者們幾乎同時提出了一個相同的問題:“信息究竟是什么?”并且從各個不同的角度對信息提出了各種不同的定義,試圖探索一個能說明信息本質屬性而又為多數人接受的定義。
無論是人們日常經驗理解的信息概念,還是實用信息科學的信息概念,都是對信息進行的具有相對性、功能性和量化性規定特征,都無法科學地給出信息的概念,都不能揭示出信息所具有的普遍性品格的本質和意義。因此,只能從哲學的角度定義信息,目前,科學準確的信息概念是鄔教授的“物質自身顯示的間接存在論”。正是鄔首次將信息概念作為哲學的最基本范疇之一引入哲學,把信息作為一種普遍化的存在形式、認識方式、價值尺度、進化原則來予以探討,全面系統地建立了包括信息本體論、信息認識論、信息生產論、信息社會論、信息價值論、信息方法論、信息進化論諸多領域的系統化的信息哲學理論體系[20]。他所創立的信息哲學提出了一種關于物質與信息雙重存在和雙重演化的理論,使信息哲學真正成為一種區別于其他哲學的元哲學或最高哲學,從根本上改變了哲學基本問題的具體表述方式,實現了人類哲學的第一次根本轉向,導致了人類哲學的全方位的根本性變革。
參考文獻:
[1] 竺可禎.物候學[M].北京:科學出版社,1973:8384.
[2] 申農.通信的數學理論[M].上海:上海科學技術編譯館,1965:134.
[3] 維納.控制論[M].北京:商務印書館,1963.
[4] 維納.人有人的用處:控制論與社會[M].陳步,譯.北京:商務印書館,1978:133136.
[5] 伊雅?普里戈金.生命的熱力學[J].摘譯,1974(2):2543.
[6] 阿酉莫夫.你知道嗎?――現代科學中的一百個問題[J].科學普及,1980(4):145148.
[7] 埃爾溫?薛定諤.生命是什么?[M]上海:上海人民出版社,1973:81.
[8] 烏爾蘇爾,塔拉先柯.關于控制論中“信息”概念的定義[J].自然辯證法研究通訊,1963(2):3546.
[9] 鐘義信.信息科學[J].自然雜志,1979(3):155.
[10] 黎鳴.試論唯物辯證法的擬化形式[J].中國社會科學,1981(3);論信息[J].中國社會科學,1984(4).
[11] 王平.信息概念初探[C]//自然辯證法論文集.北京:人民出版社,1983:5668.
[12] 劉長林.論信息的哲學本性[J].中國社會科學,1985(2):3645.
[13] 劉伸.信息與情報[J].情報科學,1980(4):35.
[14] 肖洪均.信息的本質和認識論[J].哲學研究,1981(8):8996.
[15] 貢泰爾.機器的意識?控制論和形而上學[M].上海:上海人民出版社,1957:3846.
[16] 克勞斯.從哲學看控制論[M].梁志學,譯.北京:中國社會科學出版社,1981:6268.
[17] 沈致遠.什么叫信息科學[J].人民教育,1980(11):5456.
[18] 鐘煥懈.信息與反映[J].哲學研究,1980(12):59.
關鍵詞 信息處理;N元模型;語音識別;句法分析
一、中文信息處理的特點
1.漢字的特殊性
我們都知道,英語在計算機信息處理方面的優勢就是其字母數量有限,因而可以很容易的進行輸入輸出以及信息的加工和處理,而中文的漢字則數量龐大,且字形相對復雜,這就給漢字的編碼帶來了不小的困擾。因此我們根據漢字信息處理過程中的不同要求對漢字進行了不同形式的編碼,總結來說有以下幾種方案,即漢字輸入編碼,漢字標準編碼,漢字內碼和漢字形碼。
2.書面漢語的特殊性
漢語的另一個特征是在書面表達中,詞語和記號之間沒有明顯的分隔標記,這就使自動分詞在書面漢語分析中成立一個難題。分詞需要將連續的字按照一定的規范進行有序的組合,比較英文我們會發現,英文單詞之間都是用空格來做分隔符,而中文則是習慣通過字、整句以及段落進行簡單的劃分,而這其中的一個難點就是對詞語的劃分,我們都知道,英語中也有短語劃分的問題,但是由于中文的詞語遠比英語的數量和范圍要龐大,因而處理起來更為困難。
3.漢語語音的特殊性
在語音方面,漢語的特征是音節結構相對簡單,音節劃分界限比較清晰,但是聲調和變調是中文與英文的顯著區別,因而在語音識別和語音合成方面來講這是一個劣勢,但是總體上來說漢語語音的處理比之其他方面來說還是相對容易的。
4.漢語語法的特殊性
在語法方面,漢語詞匯的句法功能相對來說難以判斷,這與英語語言上的多變形態有著截然不同的表現。漢語主要依靠詞序和虛詞來表達不同的含義,因此如果不能很好的掌握句法,就特別容易產生歧義,因此漢語語句自動分析這一重要技術是一項難以攻克的技術。
二、中文信息處理的若干技術
1.N元模型
設wi是文本中的任意一個詞,如果已知它在該文本中的前兩個詞wi-2w-1,便可以用條件概率P(wi|wi-2w-1)來預測wi出現的概率。這就 是統計語言模型的概念。一般來說,如果用變量W代表文本中一個任意的詞序列,它由順序排列的n個詞組成,即W=w1w2。。。wn,則統計語言模型就是該 詞序列W在文本中出現的概率P(W)。利用概率的乘積公式,P(W)可展開為:P(W)=P(w1)P(w2|w1)P(w3|w1 w2)。。。 P(wn|w1 w2。。。wn-1)不難看出,為了預測詞w n的出現概率,必須知道它前面所有詞的出現概率。從計算上來看,這種方法太復雜了。如果任 意一個詞wi的出現概率只同它前面的兩個詞有關,問題就可以得到極大的簡化。這時的語言模型叫做三元模型(tri- gram):P(W)≈P(w1)P(w2|w1)∏i(i=3,。。。,nP(wi|wi-2w-1) 轉貼于 中國論文下載中
符號∏i i=3,…,n P(…)表示概率的連乘。一般來說,N元模型就是假設當前詞的出現概率只同它前面的N-1個詞有關。重要的是這些概率參數都是可以通過大規模語料庫來計算的。比如三元概率有P(wi|wi-2wi-1)≈count(wi-2wi-1wi)/count(wi-2wi-1)式中count(…)表示一個特定詞序列在整個語料庫中出現的累計次數。
2.語音識別
語音識別的最終目標是使人類與計算機之間實現真正意義上的自由交流,使機器聽懂人類的語言,并及時的做出準確的反饋。語音識別技術包括了信號處理、模式 識別、概率論和信息論、發聲機原理和聽覺原理、人工智能等主要內容。語音識別技術主要包括特征提取技術、模式匹配準則和模型訓練技術3個方面,另外還涉及 到語音識別單元的選取,在這個問題上我們通常采用的是以音節為識別單元。另外,在特征參數的提取技術方面,由于語音符號中含有大量的信息,它們通常被稱為 聲學特征。特征參數是決定語音識別質量的關鍵技術,因此我們應該極可能的采集所要傳播語言的語義信息,剔除掉說話人的個人信息干擾,這樣才能保證特征參數 的有效性和準確性。
3.句法分析
句法分析是以漢語的語法特征為分析方法,對句子、段落中的短語結構樹進行各個句子成分 關系的分析,分析的主要內容包括:句子中所有的單句,每個單句在句法中的作用是什么,在單句以上更大的語法結構是什么,句子中的短語或詞組類型是什么,在 句子中起了什么作用,最后,所有這些成分是如何有機組合或附著在整個句子中的,這些就是句法結構分析的主要內容,這叫做線圖分析法。值得說明的是,英語語言結構中主語必須置于謂語之前,否則所表達的意思就完全變化了,當然,在一些特定情況下,如倒裝句結構中這種情況還是普遍存在的。這一點是與漢語有著顯著的區別的。
三、結語
中文信息處理技術有著重要的意義,它是語言學與信息技術的有機融合,旨在對中文的音、形、義等輸入計算機,進而進行必要的信息加工與處理,在這一過程中涉及到了計算機科學、信息學、聲學等大量學科的交叉知識。具體來說,語言信息處理是將自然語 言的各個部分,包括詞語、句子、段落以至篇章進行文本、聲音和圖像各種方式的信息化加工,然后對這些信息進行輸入輸出、壓縮、存儲以及檢索等等各項處理。 我們都知道,自然語言是我們日常最重要的交流溝通工具,是人類進行思維活動、文化傳播的有效載體,因此語言信息處理這種技術有著重要的意義,本文專門分析 了利用計算機處理中文信息,即漢語信息處理技術,希望本文能夠對同行們有所啟示,還望能夠多多交流學習,更好的完善這項技術。
參考文獻:
關鍵詞 電力線通信;數據壓縮;LZW
中圖分類號TN913 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2011)57-0192-02
電力線載波通信是利用已有的電力線路進行數據傳輸的一種通信方式,無需專門架設通信基礎設施并且具有相當廣泛的網絡分布,具有投資小、設備簡單、通信可靠性高等優點。然而,由于電力線載波通信存在著一些技術難題,如傳輸信道間歇噪聲大、阻抗隨負載變化大、信號衰減大等問題,我們將數據壓縮技術引入電力線載波通信,在數據傳輸前進行壓縮,這樣就可以盡可能在有限的帶寬內傳輸盡可能多的數據。
1 數據壓縮原理
數據壓縮是指在不丟失信息的前提下,縮減數據量以減少存儲空間,提高其傳輸、存儲和處理效率的一種技術方法。或按照一定的算法對數據進行重新組織,減少數據的冗余和存儲的空間。壓縮的理論基礎是信息論[1]。從信息的角度來看,壓縮就是去除掉信息中的冗余,即去除掉確定的或可推知的信息,而保留不確定的信息,也就是用一種更接近信息本質的描述來代替原有的冗余的描述,這個本質的東西就是信息量。
關于數據壓縮有很多算法,針對不同特點的數據選擇不同的壓縮算法從而達到最優的壓縮效果。LZW繼承了LZ77和LZ78壓縮效果好、速度快的優點,且算法描述易于接受。該算法能在不了解數據統計特性前提下,使壓縮比接近已知統計特性時所能達到的壓縮比,且易于實現,是目前最常用的算法。
1.1 LZW算法基本原理
LZW壓縮算法是一種新穎的壓縮方法,Lemple-Ziv-Welch 三人共同創造,用他們的名字命名。它采用了一種先進的串表壓縮,將每個第一次出現的串放在一個串表中,用一個數字來表示串,壓縮文件只存貯數字,則不存貯串,從而使圖像文件的壓縮效率得到較大的提高。奇妙的是,不管是在壓縮還是在解壓縮的過程中都能正確的建立這個串表,壓縮或解壓縮完成后,這個串表又被丟棄[2]。
LZW算法中,首先建立一個字符串表,把每一個第一次出現的字符串放入串表中,并用一個數字來表示,這個數字與此字符串在串表中的位置有關,并將這個數字存入壓縮文件中,如果這個字符串再次出現時,即可用表示它的數字來代替,并將這個數字存入文件中。壓縮完成后將串表丟棄。如"print" 字符串,如果在壓縮時用266表示,只要再次出現,均用266表示,并將"print"字符串存入串表中,在圖像解碼時遇到數字266,即可從串表中查出266所代表的字符串"print",在解壓縮時,串表可以根據壓縮數據重新生成。
LZW算法流程:
1)初始化:將所有的單字符串放入串表;2)讀第一個輸入字符給前綴串ω;3)Step: 讀下一個輸入字符K。
if 沒有這樣的K(輸入已窮盡):
碼字(ω) 輸出;結束。
If ωK 已存在于串表中:
ω:=ωK;repeat Step;
else ωK不在于串表中:
碼字(ω) 輸出;
ωK加進串表;
ω:=K;repeat Step.
例子:
input:ababcbababaaaaaaa
ω:a->ab->ba->ab->4c->cb->ba->5b->8a->aa->aa->10a->aa->11a->a#->#
串表:1(a) 2(b) 3(c) 4(ab) 5(ba) 6(4c) 7(cb) 8(5b) 9(8a) 10(aa) 11(10a) 12(11a)
output:a b 4 c 5 8 a 10 11 a
1.2 電力線通信報文壓縮算法設計
將LZW壓縮算法應用在電力線通信中,數據采樣利用率提高了兩倍,使報文傳遞更可靠;通過控制信息位(bit)級檢錯、數據信息分組檢錯等手段,增強檢錯能力,降低誤同步概率;數據信息分組檢測糾錯,報文長度不再受鏈路層程序邏輯限制;糾錯方式不再是唯一的擴頻,支持不同長度的擴頻編碼,速率的提高可減少報文沖突幾率,有利于并行路由的順暢運行;報文壓縮后不僅可以提高傳輸速率,還可以提升數據傳輸成功機率[3]。
例如,報文原始數據為:255,24,54,255,24,255,255,24,5,123,45,255,24,5,24,54...如何對它進行壓縮,因為原始數據可以用8bit來表示,故清除標志Clear=255+1 =256,結束標志為End=256+1=257,目前標號集為0 1 2 3......255 CLEAR END
第一步,讀取第一個字符為255,在標記表里面查找,255已經存在,不做處理;
第二步,取第二個字符,此時前綴為A,形成當前的Entry為(255,24),在標記集合不存在,把它在標記集合中標記為258,然后輸出前綴A,保留后綴24,并作為下一次的前綴(后綴變前綴);
第三步,取第三個字符為54,當前Entry(24,54),記錄(24,54)為標號259,并輸出24,后綴變前綴;
第四步:取第四個字符255,Entry=(54,255),記錄(54,255)為標號260,輸出54,后綴變前綴。.......
一直處理到最后一個字符,用一個表記錄處理過程,CLEAR=256,END=257。
表1 LZW算法舉例
2 算法改進
2.1 改進思路
LZW方法簡單易行,但是存在諸多不足,例如,對不同大小的文件,均使用12位輸出代碼。在壓縮的開始階段文件較小時,字典中的短語比較少,使用位數更少的壓縮代碼顯然能減少壓縮文件的大小[4]。當“next code”的值在256到511之間時,9位輸出代碼就足以表示所有短語;另一個有待改進的方面是壓縮率的監測。在壓縮進程中,當字典空間被填滿、新的短語不能加入到字典中時,對隨后的字典中無定義的字符串就無法進行壓縮,壓縮率將下降。
2.2 改進方法
1)可變代碼長度
發現字典填滿時,立即將字典清空,以便后續字符串能建立短語。首先在字典中設置清除標志,當字典填滿后,在進行閾值判斷時,對每一個碼字(Code Word)的使用情況計數。當進行閾值判斷所得到的壓縮比小于指定的閾值時,發出清除標志,這時根據字典中每一個碼字使用的計數值大小進行排序,對字典進行相應的重構,然后刪除排序靠后的若干項。這種方法較簡單,也有效果[5]。
STEPl初始化,使開始詞典包含所有可能的根(Root),當前前綴P置空;
STEP2當碼字流有碼字要譯時,反復執行STEP3,STEP4,STEP5和STEP6;
STEP3讀入字符數據流中的下一個字符C;
STEP4如果字符串P+C在當前詞典中,
a P置P+C(用字符C擴展P);
b 把代表當前前綴P的碼字輸出到碼字流;
否則,
c 輸出表示P的碼字到編碼數據流;
d 把字符串P+C添加到詞典;
e P置C(此時P僅含一個字符C);
STEP5若字典未滿,則執行STEP3;
STEP6如果壓縮比小于指定闞值,則清除匹配率小的詞條,否則,返回STEPl;