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第一章 数据与信息
【知识结构】
【知识点梳理】
1.1数据、信息与知识
一、感知数据
1.信息自古就有且无处不在。
2.数据与生活密切相关，人类生活离不开数据，大多数数据会随着时间的推移而变化。人们在利用数据的同时，自身的行为也在产生数据。
3.科学研究离不开数据，数据的客观性为科学研究提供了可靠的依据。各国都重视高精尖实验室的建设，也是为了获取相关数据。
二、数据的定义
1.数据是对客观事物的符号表示，如图形符号、数字、字母等。
2.在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号总称。其表现形式可以是文字、图形、图像、音频、视频等。
3.数字是最简单的一种数据。
4.单纯的数据没有意义，经过解释的数据才变得有意义。
5.数据的特征：普遍性、多样性和感知性。
6.数据的表现形式及处理技术
时间 数据形式 处理技术
古代 图案、数字、文字 结绳记事、文字、造纸术、印刷术
近代 图像、声音、视频 摄影技术、电话电报技术、广播电视技术
现代 多样化、大数据 计算机技术、通信技术、微电子技术 光电子技术、传感器技术
三、信息
1.信息的概念
香农（信息论的奠基者）：信息是用来消除随机不确定性的东西。
信息是数据、信号、消息中所包含的意义。
数据是信息的载体
2.信息的特征
（1）载体依附性：信息不能独立存在，必须依附于一定的载体；同一信息可以依附于不同的载体。
（2）时效性：信息往往反映的是事物某一特定时间内的状态，它会随着时间推移而变化。
（3）共享性：信息可以被共享、重复利用而不会发生损耗。
（4）可加工处理性：信息经过加工、处理、分析后可以被更好地使用。
（5）真伪性：在加工处理的过程中，容易产生虚假信息。
（6）价值性：显性价值和隐形价值，其价值对于不同的对象有所不同。
四、知识
1.知识是人类在社会实践中所获得的认识和经验的总和，也是人类在实践中认识客观世界的成果，它包括对事实、信息的描述以及在教育和实践中获得的技能。
2.知识是可以继承和传递的。
3.知识更接近行动，与决策相关。
4.不同的人所建构的知识不同。
五、智慧
智慧是一种更高层次的综合能力，主要表现为收集、加工、应用、传播知识的能力，以及对事物发展的前瞻性看法。
1.2数据采集与编码
一、数制
1.数据在计算机内部是以二进制方式进行存储和处理的。
2.常用的进制：二进制（B）、十进制（D）、十六进制（H）
3.进制转换
二、数据采集
早期一般通过观察、实验等人工方式得到数据；现在数据的获取方法已逐渐以机器获取为主，包括传感器、网络爬虫等。
1.传感器：由敏感元件和转换元件组成，随时获取来自自然信源的数据
2.网络爬虫：在短时间内获取大量网络数据。互联网成为数据采集的主要来源。用户可以通过应用程序接口API采集互联网上向公众开放的数据。
三、数字化
1.数字化：将模拟信号转换成数字信号的过程。
模拟信号：以连续变化的物理量存在，如声波、水银温度计呈现的温度值。
数字信号：在取值上是离散的、不连续的信号，如：计算机存储、处理的二进制数据。
2.数字化的理论依据：采样定理。即：在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。
3.模拟信号的数字化过程：采样、量化、编码。
四、字符编码
编码是信息从一种形式按照某种规则或格式，从一种形式转换为另一种形式的过程。解码是编码的逆过程。
常见的字符编码有：ASCII码、Unicode及各种汉字编码
1.ASCII码：美国信息交换标准代码，是一套基于拉丁字母的计算机编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。
基本的ASCII码有128个，用1个字节中的低7位编码，用8位存储。
十进制范围：0~127
二进制范围：00000000~01111111
十六进制范围：00~7F
2.汉字编码
外码（输入码）：音码、形码
交换码（区位码）：GB2312
机内码（处理码）：
字形码：点阵方式、矢量方式
3.计算机存储容量的单位
1B=8b、1KB=1024B、1MB=1024KB、1GB=1024MB、1TB=1024GB
4.声音编码
（1）音频数字化：模拟声音经过采样、量化和编码三个过程实现数字化，如：录音。
（2）采样频率：每秒的采样样本数，单位：赫兹（Hz）
（3）量化：将采样到的信号用数字表示出来，即将模拟信号的波形转换为数字。
（4）量化的过程：先将整个幅度划分成有限个小幅度的集合，把落入某个范围内的样值归为一类，并赋予相同的量化值。
（5）特点：采样频率越高，量化位数越大，声音就越真实、自然，保真度越高，但存储容量也就越大。
（6）常见的声音文件类型：wave、mp3、wma
（7）wave格式音频容量的计算公式：采样频率×量化位数×声道数×时长/8（单位：字节）
5.图像编码
（1）矢量图形与位图图像
矢量图形：
用点、直线或者多边形等基于数字方程的几何图元表示的图像
是用一组指令集合或数字公式来描述的
所需的存储空间较小，放大不会失真
位图图像：
以像素的形式存储，
图像质量与分辨率有关，
适合表现层次和色彩比较丰富的图像，
所需的存储空间较大，放大会失真。
（2）bmp格式图像容量计算公式：水平像素数×垂直像素数×颜色位深度/8（单位：字节）
6.视频编码
（1）视频：由静态的图像连续播放形成
PAL制式：每秒25帧
NTSC制式：每秒30帧
（2）常见的视频格式：avi、mp4、mpeg、wmv、mov
（3）avi未经压缩的视频文件存储容量计算公式：帧图像大小（字节）×帧频×时间（单位：字节）
1.3数据管理与大数据
一、数据管理
1.数据管理：利用计算机硬件和软件技术对数据进行有效收集、存储、处理和应用的过程，其目的在于充分、有效地发挥数据的作用。
2.在大数据出现之前，计算机数据的管理已经经历：人工管理、文件管理和数据库管理三个阶段。
3.计算机一般采用树形目录结构管理文件；
4.计算机中的文件根据编码规则，可分为多种文件格式，用以区分不同类型的存储数据，如文本、图像、音频等。
文本文件：txt、docx、wps、html、pdf
图像文件：bmp、jpg、gif、psd、png、tif
声音文件：wav、mp3、wma、mid
视频文件：avi、mpg、mp4、mov、wmv、mov、flv
5.数据库管理：现代社会数据管理的主要方式。
解决了数据冗余问题、维护和更新数据时需要大量人工干预的问题。
传统数据库基于结构化数据开发，有数据独立性、数据可共享等特点。
数据类型：结构化、非结构化、半结构化
二、数据安全
1.威胁数据安全地因素：硬盘驱动器损坏、操作失误、黑客入侵、感染计算机病毒、遭受自然灾害等。
2.保障数据安全地方法
保护存储数据的介质：磁盘列阵、数据备份、异地容灾
保护数据本身的安全：数据加密、数据校验等方法提高数据的保密性和完整性
数据加密：通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文，
解密：通过解密算法和解密秘钥将密文恢复为明文。
数据校验：为保证数据的完整性进行的一种验证操作，通常用一种指定的算法对原始数据计算出一个检验值，接收方按同样的算法计算出一个检验值，如果两次计算得到的校验值相同，则说明数据是完整的。常见的数据检验方法有：MD5、CRC、SHA-1等。
提高个人数据安全意识
三、大数据
1.大数据：信息量大、速度快、种类繁多的信息资产，需要特定的技术和分析方法将其转化为价值。
2.大数据特征：4V
数量体量大：收集和分析的数据量非常大。
速度快：数据产生的速度快和数据处理的速度快。
数据类型多：结构化、非结构化和半结构化数据共存；人工和机器产生
价值密度低：价值密度的高低与数据总量的大小成反比。
3.大数据思维
大数据要分析的是全体数据，而不是抽样数据；
对于数据不再追求精确性，而是能够接受数据的混杂性；
不一定强调对事物因果关系的探求，而是更加注重它们的相关性。
4.大数据对社会的影响
大数据让生活更便利；
大数据让决策更精准；
大数据带来新的就业需求；
大数据带来新的社会问题。
【典型例题】
1.下列有关数据、信息、知识的理解不正确的是（ ）
A.数据是对客观事物的符号表示，它有多种表现形式
B.信息具有载体依附性，我们在试卷上所看的文字就是信息
C.与物质、能源不同，信息不会因为被别人获取而发生损耗
D.知识是人类在社会实践中所获得的认识与经验的总和，它可以继承和传递
2.关于数据.信息和信息系统，下列描述不正确的是（ ）
A.数据的表现形式可以是图形符号、数字、字母等
B.信息系统是指由软件、硬件设施、通信网络、数据和用户构成的人机交互系统
C.信息系统对信息的输入、处理、输出和存储等活动，本质上是对数据的输入、处理、输出和存储
D.数据经过加工处理之后，才能成为信息，所以在信息系统中信息不需要数字化转变成数据就能被存储和传输
3.以下不属于数字化信息的是（ ）
A.扫描仪扫描的图片 B.胶卷冲印的照片
C.文字处理软件输入的文字 D.数码相机拍摄的照片
4.关于模拟信号的采样量化原理，下列说法不正确的是（ ）
A.对于同一模拟信号，量化越精细，与实际数据越接近
B.将模拟信号转换成数字信号一般需要经过采样、量化与编码
C.传感器对环境中的物理量、化学量和生物量等进行感知与测量,并转换成电信号
D.模拟信号以离散的、不连续的物理量存在
5.将十六进制数2FH的2倍转化成二进制数，结果是( )
A.1011110B B.1100000B
C.1000000B D.1011100B
6.将十六进制数AD转换成8位二进制数，再将该8位二进制数从左向右按两位一组依次分为4组，每组中的两位相互交换，得到新的8位二进制数，则新的8位二进制数对应的十六进制数是( )
A.DO B.5E C. A9 D.65
7.已知一张BMP图片的分辨率为1024X768像素,其中某个像素点颜色(白色)表达为RGB(255,255,255),则该图片文件的容量约为（ ）
A.288Kb B.288KB C. 2. 25KB D. 2.25MB
8.未经压缩的BMP图像文件a. bmp和b.bmp，其参数分别为160万像素、256色和40万像素、16色，则图像文件a.bmp与b.bmp的存储容量之比约（ ）
A.4:1 B.8:1 C. 16:1 D.32:1
9.关于数据加密与安全，下列描述正确的是（ ）
A.数据校验是对数据的完整性的验证，是提高数据安全性的手段之一
B.采用数字签名是保护数据的保密性
C.对数据进行磁盘阵列、数据备份主要是为了数据的共享
D.对于某个系统内的共享数据来说，对用户下载该数据进行登录身份验证可有可无
10.下列有关数据管理与安全的说法中,不正确的是（ ）
A.为防止系统停止工作时造成数据丢失，可通过容灾系统来解决
B.借助云计算与大数据等技术，能提高数据管理水平
C.数据安全就是保障数据不被损坏
D.数据的完整性可采用MD5校验方法来验证
11.大数据的特征可以被总结为4V特征，以下不属于大数据的4V特征的是（ ）
A.种类多(Variety) B.体量大(Volume)
C.风险大( Venture) D.速度快( Velocity)
12.下列关于大数据的说法,正确的是（ ）
A.大数据具有数据体量大、处理速度快、价值密度高等特征
B.大数据要分析全体数据
C.数据校验可以提高数据的保密性
D.基于大数据技术，个别数据不准确会影响数据分析
13.下列有关信息的说法，不正确的是（ ）
A.计算机对各类信息进行加工处理，本质上都是通过计算完成的
B.数据的定期备份可以提高信息的安全性
C.数字、英文字母、图像、音频等在计算机内部都采用二进制代码表示
D.计算机不仅能处理数字化信息，也能处理非数字化信息
14.关于数据管理和安全，下列说法中不正确的是（ ）
A.计算机数据管理已经经历了人工管理、文件管理和网络管理三个阶段
B.磁盘阵列是为了保护数据安全采取的主动防护手段
C.数据加密、数据校验提高了数据的保密性和完整性
D.保护数据安全首先需要保护存储介质的安全
15.一个时长为1分钟,采样频率为44. 1kHZ,量化位数为8位,双声道未经压缩的Wave格式文件,则其存储容量约为( )
A. 2.52MB B.20. 19MB C. 5.05MB D.40. 37MB
16.下列关于大数据的说法,正确的是（ ）
A.当数据量很大时，可以抽取部分数据作为大数据的数据源
B.对于大数据，不是不再追求精确性，而是能够接受数据的混杂性
C.大数据产生的速度快，处理速度可以慢一些
D.大数据让我们的生活更便利，百利而无一害

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