第12章 信息系统
12.1 信息管理
- 信息系统：帮助我们组织和分析数据的软件。
三种最流行的一般应用信息系统是电子表格、
数据库管理系统 和 电子商务 。
- 电子表格：基于可扩展的公式，进行基本数据分析的方便的工具，这些公式定义了数据之间的关系。
- 数据库管理系统：面向管理大量常常被搜索的数据，并将其组织成相应的小节。
12.2 电子制表软件
- 电子制表软件：允许用户用单元格组织和分析数据的程序。
- 单元格：电子数据表种用于存放数据或公式的元素。
12.2.1 电子数据表公式
- 电子数据表函数：电子制表软件提供的可用于公式的计算函数。
- 范围：用端点指定的一组连续单元格。
12.2.2 循环引用
- 循环引用：在计算结果时要错误地彼此依赖的一组公式。
12.2.3 电子数据表分析
- 模拟假设分析：修改电子数据表中表示假设的值，以观察假设的变化对相关的数据有什么影响。
12.3 数据库管理系统
- 数据库：结构化的数据集合。
- 数据库管理系统：由物理数据库、数据库引擎和数据库模式构成的软件和数据的组合。
物理数据库——存放数据的文件的集合。
数据库引擎——支持对数据库内容的访问和修改的软件。
数据库模式——存储在数据库中的数据的逻辑结构的规约。
- 查询：从数据库检索数据的请求。
- 模式：数据库中的数据的逻辑结构的规约。
12.3.1 关系模型
- 关系模型：用表组织数据和数据之间的关系的数据库模型。
- 表：数据库记录的集合。
- 记录(或对象、实体)：构成一个数据库实体的相关的域的集合。
- 域(或属性)：数据库记录中的一个值。
- 键：在表的所有记录中唯一标识一个数据库记录的一个或多个域。
12.3.2 关系
关系数据库管理系统的真正强大之处在于能创建把各个表从概念上联系起来的表。
12.3.3 结构化查询语言
- 结构化查询语言(Structured Query Language,SQL)：用于管理和查询数据的综合性关系数据库语言。
查询
select语句是查询的主要工具。基本的select语句包括一个select从句、一个from从句和一个where从句：
select attribute-list from table-list where condition
select从句决定了返回哪些属性。from从句决定了使用哪个表进行查询。where从句限制了返回的数据。如果不需要特殊的限制，可以省略where从句。
修改数据库的内容
- insert语句可以给表添加一条新纪录。每个insert语句都指定了新纪录的属性值。
- update语句可以改变表中的一条或多条记录的值。
- delete语句可以删除表中与指定的条件匹配的所有记录。
12.3.4 数据库设计
- 实体关系(ER)建模：设计关系数据库的常用方法。
- ER图：ER模型的图形化表示。
- 基数约束：在ER图中，一次可以存在于实体间的关系数量。
一般基数关系有三种：一对一、一对多、多对多。
12.4 电子商务
- 电子商务：使用万维网买卖物品及服务的过程。
电子商务成功的因素：
网络技术的发展和背后的驱动力。
电子购物车。
消费者对网店卖家如何售卖的理解的演变。
电子商务最大的挑战之一：
需要确保在固有的财产交易过程中的安全性。
第13章 人工智能
13.1 思维机
- 人工智能：研究对人类思想建模和应用人类智能的计算机系统的学科。
13.1.1 图灵测试
- 图灵测试：一种行为方法，用于判断一个计算机系统是否是智能的。
- 弱等价性：两个系统基于其结果的等价性
- 强等价性：两个系统基于其结果和实现这种结果的处理方法的等价性。
- Loebner奖：正式的图灵测试，每年举行一次。
- 聊天机器人：用于执行人机对话的程序。
13.1.2 AI问题的各个方面
AI问题：
- 知识表示——用于表示知识以便计算机系统能够用来解决智能问题的技术。
- 专家系统——嵌入人类专家知识的计算机系统。
- 神经网络——模拟人脑处理的计算机系统。
- 自然语言处理——处理人类用来交流的语言的难题。
- 机器人学——关于机器人的研究。
13.2 知识表示
13.2.1 语义网
- 语义网：表示对象之间关系的知识表示法。
表示语义网的是有向图。图中的节点表示对象，节点之间的箭头表示关系。箭头上的标签说明了关系的类型。
语义网是表示大量信息的强有力而通用的方式。难点在于建立正确的关系模型并用精确完整的数据填充整个网络。
13.2.2 检索树
- 检索树：表示对抗性情况(如博弈)中的所有选择的结构。
- 深度优先法：优先沿着树的路径向下检索，而不是优先横向检索每层的检索法。
- 广度优先法：优先横向检索树的每层，而不是优先向下检索特定路径的检索法。
13.3 专家系统
- 基于知识的系统：使用特定信息集合的软件。
- 专家系统：基于人类专家的知识的软件系统。
专家系统的规则集合又叫作它的知识库。
- 基于规则的系统：基于一套if-then规则的软件系统。
- 推理机：处理规则以得出结论的软件。
专家系统的优点：
首先，它是面向目标的：它的重点不是抽象信息或理论信息，而是如何解决特定的问题。
其次，它非常有效：它将记录之前的反应，不会问无关的问题。
最后，即使你不知道某些问题的答案，一个真正的专家系统也会通过精心构造的规则集合提供有用的指示。
13.4 神经网络
- 人工神经网络：尝试模拟人体神经网络的计算机知识表示法。
13.4.1 生物神经网络
13.4.2 人工神经网络
- 有效权：人工神经元中输入值和相应的权的乘积之和。
- 训练：调整神经网络中的权和阙值以实现想要的结果的过程。
13.5 自然语言处理
人机语音交互过程中的三种基本处理类型：
-
语音识别：用计算机来识别人类所讲的话。
-
自然语言理解：用计算机对人类传达的信息做出合理的解释。
-
语音合成：用计算机制造出人类的语音。
-
自然语言：人们用于交流的语言，如英语。
13.5.1 语音合成
两种基本的解决方法——动态语音生成和录制语音。
- 音素：任何指定的语言中的基本声音单元的集合。
动态语音生成技术一般不能生成真实的人生=声，但它能发出每个单词的声音。录音回放功能提供的语音更真实；它使用的是真正的人声，不过它的词汇量仅限于预先录制好的单词，因此必须拥有存储所有所需单词的内存容量。通常在使用的单词量比较小时才使用录音回放功能。
13.5.2 语音识别
- 声波纹：表示人声随着时间推移的频率的变化的图。
13.5.3 自然语言理解
- 词法二义性：由于单词具有多种含义而造成的二义性。
- 句法二义性：由于句子的构造方式有多种而造成的二义性。
- 指代二义性：由于代词可以指代多个对象而造成的二义性。
13.6 机器人学
机器人学是研究机器人的科学。把机器人分为两大类——固定机器人和可移动机器人。
13.6.1 感知——规划——执行范型
可移动机器人学研究的是能相对于环境移动并具有一定自治能力的机器人。为可移动机器人的世界建模的原始方法利用了规划。规划系统是一种大型的软件系统，它能够根据给定的目标、起点和结局生成有限的动作集合(一套规划)， 如果(通常由人) 执行这套动作，将实现预期的结果。这种规划系统综合了大量的领域知识，可以解决一般的问题。 对于可移动机器人来说，领域知识来自机器人的传感器的输人。采用这种方法，机器人的世界被表示成复杂的语义网，机器人上的传感器用于捕捉数据，构建网络。
13.6.2 包孕体系结构
1986年，Brooks引人了包孕体系结构的概念，从而使机器人学中的范型发生了转变。新的范型不再一次模拟整 个机器人世界，而是赋予机器人一套简单的行为，每种行为与它所必需的一部分机器人世界关联在一起。 除非这些行为有冲突，否则它们可以并行运行，在有冲突的情况下，每种行为要达到的目标的顺序决定了下一.条要执行的是什么行为。这种体系结构的名字来源于行为的目标是可以排序的这一思想，或者说一种行为的目标包含在另一种行为的目标中。
13.6.3 物理部件
我们已经讨论过使机器人展示出类似于人类行为的各种--方法，但是却忽略了机器人的物理部件。机器人是由传感器、执行器和计算部件(一个微处理器)构成的。传感器负责收集周围的数据，执行器负责移动机器人，计算部件负责给执行器发送指令。传感器是一种转换器，可以把物理现象转换成微处理器能够处理的电信号。有些传感器可以指示有光、无光或光的强度。近红外线接近探测器、运动探测器和爆炸探测器都可以用作传感器。此外，照相机和麦克风也可以用作传感器。机器人移动所需的三种最常用的系统是轮子、履带和机械腿。
第14章 模拟、图形学、游戏和其他应用
14.1 什么是模拟
- 模拟：设计复杂系统的模型并为观察结果而对该模型进行实验。
14.1.1 复杂系统
最适合模拟的系统是动态的、交互式的和复杂的系统，即，这些系统应该是难于理解和分析的。
14.1.2 构造模型
构造模型的关键是确定一个足以描述被调查的行为的特征或特征的小集合。
连续模拟
连续模拟把时间看作是连续的，用一组反映特征集合中的关系的微分方程表示时间的变化。
离散事件模拟
离散事件模拟由实体、属性和事件构成。实体表示真实系统中必须明确定义的对象。即，系统的特征或特性是对象。属性是一个特定实体的特征。事件是实体之间的相互作用。流经系统的对象通常被表示为实体。
构造一个好模型的关键是选择实体以表示系统，并正确地决定定义事件结果的规则。Pareto定律认为，在每个实体集合中，都有一些必需的实体 和许多微不足道的实体。由于抽象模型是用计算机程序实现的，所以可以应用面向对象的设计来解决建模问题。模型中的实体即对象类。实体的属性即类的属性。事件就是实体的责任。定义实体相互作用的规则由类的协作表示。
14.2 特殊模型
14.2.1 排队系统
排队系统是一种离散事件模型。它使用随机数表示事件的到达和持续。排队系统由服务器和等待服务的对象队列构成。
请稍候
等待是个严重的问题。排队系统的目的是尽可能地完全利用服务器，使等待时间处于合理的限度。要实现这一目标，通常需要在花费和客户满意度之间进行折中。
要构造一个排队模型，必须知道四点：
1.事件的数量以及它们如何影响系统，以确定实体相互作用的规则。
2.服务器的数量。
3.到达时间的分布情况，以确定是否把一个实体加人 系统。
4.预计的服务时间，以确定事件的持续时间。
模拟使用这些特征来预测平均等待时间。可以改变服务器的数量、到达时间的分布情况和服务时间，从而分析平均等待时间以确定什么是合理的折中。
其他类型的队列
前面的例子使用的队列是FIFO队列，即受到服务的实体是在队列中停留时间最久的实体。另一种队列是优先队列。在优先队列中，每个项目都有一个优先级。每次出列的项目都是优先级最高的项目。还有一种挂序事件的模式是采用了两个FIFO队列，一个用于较短的服务时间，一个用于较长的服务时间。
14.2.2 气象模型
一种连续模拟——预测天气。
天气预报
飓风跟踪
浮动模型
专用模型
14.2.3 计算生物学
计算生物学整合了许多其他领域的知识，包括:
- 计算生物学( computational biology): 一种通过计算机、应用数学以及统计学的知识解决生物学问题的交叉性学科。
- 生物信息学:一种将信息技术应用到分子生物学的学科，涉及对生物信息在计算机和网络中的查询、存储、操作、分析以及可视化。
- 计算生物建模:对生物学系统进行计算建模。
- 计算基因组:对基因组序列进行解密。
- 分子建模:对分子进行的建模。
- 蛋白质结构预测:尝试进行三维的蛋白质序列建模，这在实验中还尚未被实现。
14.2.4 其他模型
14.2.5 必要的计算能力
14.3 计算机图形学
14.3.1 光的工作原理
14.3.2 物体形状
14.3.3 光模拟
14.3.4 复杂对象的建模
14.3.5 让物体动起来
14.4 游戏
- 计算机游戏：计算机模拟的虚拟世界
14.4.1 游戏的历史
- 游戏玩法：玩家在游戏过程中交互与体验的类型。
14.4.2 创建虚拟世界
- 游戏引擎：创造计算机游戏的软件系统。