2020-2021年第一学期 20202412姜和言 《网络空间安全》第七周学习总结

第十二章 信息系统

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：

• 电子表格
• 数据库管理系统
• 电子商务

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：电子数据表中用于存放数据或公式的元素。

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示的计算函数。
范围：用端点指定的一组连续单元格。
常见的电子数据表函数：

函数	计算
SUM(val1,val2,...)/SUM(range)	指定的一组值的和
COUNT(val1,val2...)/COUNT(range)	非空单元格的个数
MAX(val1,val2,...)/MAX(range)	指定的一组值中的最大值
SIN(angle)	指定角度的正弦值
PI()	Π的值
STDEV(val1,val2,...)/STDEV(range)	指定的采样值的标准差
TODAY	今天的日期
LEFT(text,num_chars)	指定文本的最左边的字符
IF(test,true_val,false_val)	如果test是true，则返回true_val，否则返回false_val
ISBLANK(value)	如果指定的值引用的是一个空单元格，则返回true

循环使用

循环使用：在计算结果时要错误的彼此依赖的一组公式。

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数据都有什么影响。

3.数据库管理系统

构成：

• 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

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。
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。

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。

关系

结构化查询语言

结构化查询语言：用于管理和查询数据的综合性关系数据库语言。

查询

例：
查询Moive表中所有rating为PG的电影名的列表
select Title from Moive where Rating = 'PG'
查询Customer表中所有客户的名字和地址
select Name，Address from Customer
查询Movie表中Genre属性包含单词action的记录的所有属性
select * from Moive where Genre like '%action%'

修改数据库的内容

在Customer表中插入一条指定了属性的新纪录
insert into Customer values (9876,'John Smith','602 Greenbriar Count','2938 3212 3402 0299')
把电影Unbreakable的Genre属性改为thriller drama
update Movie set Genre = 'thriller drama'where title = 'Unbreakable'

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。
一般的基数关系：

• 一对一
• 一对多
• 多对多

4.电子商务

电子商务：使用万维网买卖物品及服务的过程。

小结

• 信息系统是让用户组织和管理数据的应用软件。
• 电子制表软件是用单元格来组织数据和用于计算新值的公式的应用软件。
• 电子数据表具有多功能性和可扩展性。
• 数据库管理系统包括存储数据的物理文件、支持数据访问和修改的软件以及指定数据库的逻辑布局的数据库模式。
• 数据库元素之间的关系可以用新的表表示，这些表也有自己的属性。
• 结构化查询语言（SQL）是查询和操作关系数据库的语言。
• 数据库一定要仔细设计。
• 电子商务是通过互联网购买和销售服务的过程。

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

• 一种行为方法，用于系统判断一个计算机是否是智能的
• 弱等价性：两个系统基于结果的等价性
• 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
• 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

13.2 知识表示

• 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

13.2.1 语义网

• 语义网：表示对象之间关系的知识表示法

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
• 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

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
• 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阈值以实现想要的结果的过程

13.5 自然语言处理

• 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

• 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
• 录制语音

13.5.2 语音识别

• 声波纹：表示人声随着时间推移的频率变化的图

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

• 机器人可分为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
• 感知——规划——执行（SPA）范型：感知——世界建模——规划——控制——执行

13.6.2 包孕体系结构

• 赋予计算机一套简单的行为，可以并行运行
• 拓扑地图把空间看作一幅由弧连接的地点图，具有相近和顺序的概念，但没有距离的概念

Asimov的机器人学定律

• 机器人不可以伤害人类或对人类受伤害置之不理
• 机器人必须服从人类的命令
• 机器人必须保护自己的存在

13.6.3 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
• 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

第十四章 模拟、图形学、游戏和其他应用

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。

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。

模型

模型：真实系统的抽象，是系统中的对象和管理这些对象相互作用的规则的表示。

构造模型

两种不同的模拟类型：

• 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。因此,为系统建模而选择的特征或特性的行为必须是能够用数学表达的。例如,气象模
  型就属于这种类型。天气模型的特征包括风力、气温、湿度、云层、降水量等。可以用一组
  偏微分方程对这些成分随着时间而产生的相互作用建模,这组方程能估量出这些成分在三维空间中的变化率。
  由于连续模拟中的特征具有理论本质,所以工程师和经济学家们经常使用这种技术。在这些领域中,可用的特征和它们之间的相互作用已经为人熟知了。在后面的小节中,我们还会详细地介绍气象模拟。
• 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。也就是说,系统的特征或特性是对象。例如,如果要对一个制造厂建模,那么各种机器和要生产的产品就是实体。属性是一个特定实体的特征。识别号、购买日期和维修历史是某部机器的属性。事件是实体之间的相互作用。例如,把一台机器的输出发送给下一台机器作为输入就是一个事件。

2.特殊模型

排队系统

• 请稍后

• 一个示例

• 其它类型的队列

气象模型

• 天气预报

• 飓风跟踪

• 专用模型

计算生物学

计算生物学：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：对生物学系统进行生物建模。
• 计算基因组：对基因组序列进行解码。
• 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，这在试验中还尚未被实现。

其他模型

必要的计算能力

3.计算机图形学

光的工作原理

物体形状

光模拟

复杂对象的建模

让物体动起来

4.游戏

计算机游戏：计算机模拟的虚拟世界。

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。

创建虚拟世界

游戏引擎：创建计算机游戏的软件系统。
工具：

• 渲染图形的引擎
• 提供碰撞检测和动态仿真从而解决被模拟物体的力学特征问题的物理引擎
• 声音生成单元
• 独立于游戏驱动代码的脚本语言
• 人工智能算法（例如，寻径（path-finding）算法）
• 动画
• 场景图，一种利用图形场景来表示空间场景的通用数据结构

游戏的过程与开发

游戏的编程

小结

• 模拟是计算的一个主要领域，它涉及为复杂系统构建计算机模型，并为观察结果而用模型进行实验。
• 有两种主要的模拟类型，即连续模拟和离散事件模拟。
• 排队系统是一种离散事件模拟，其中等待时间是要分析的因素。
• 计算机图形学是结合了计算机、科学和绘画艺术的领域。
• 计算机游戏是一个玩家可以与系统以及玩家之间交互的虚拟世界。