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这是一个关于计算机技术前沿课件PPT模板，主要介绍计算机硬件的发展、高性能计算、现代操作系统、计算机网络新技术、数据库技术的发展。知识框架第1章 概述第2章 计算机硬件的发展 第3章 高性能计算第4章 现代操作系统第5章 计算机网络新技术第6章 数据库技术的发展第7章 数据挖掘及其应用 知识概要计算机科学面临的问题计算机学科概述计算机学科的特点基本学科能力计算机学科发展和分支学科的划分计算机科学与其他学科之间的关系计算机科学发展的趋势六大科学理论的突破量子力学相对论宇宙大爆炸模型 DNA双螺旋结构板块构造理论计算机科学 21世纪计算机科学和信息技术发展的新取向更加重视技术的多样性、开放性和个性化更加重视计算机技术惠及大众更加重视生态和环境影响更加重视医学及与人类健康有关的科学技术将更加重视计算机科学的交叉研究更加重视与人文艺术的结合更加重视计算机科学与信息技术伦理道德方面的研究和对社会作用的法制化管理与监督计算机科学（Computer Science）计算机科学与技术学科，简称计算机科学 ACM/IEEE-CS 的专家们认为，目前已经无法继续用计算机学科来称谓它，而改称其为计算学科（Computing Discipline）计算机科学（Computer Science） Wikipedia：与计算相关的多种学科的集合，包括理论和实际两方面：涉及信息和计算的理论基础、语言理论、算法分析和开发、计算系统的实现、计算机图形学、数据库、数据通信等。美国的网络和信息技术研究与发展国家办公室：计算系统和计算的语义研究，欢迎点击下载计算机技术前沿课件PPT模板哦。

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知识框架第1章 概述第2章 计算机硬件的发展 第3章 高性能计算第4章 现代操作系统第5章 计算机网络新技术第6章 数据库技术的发展第7章 数据挖掘及其应用 知识概要计算机科学面临的问题计算机学科概述计算机学科的特点基本学科能力计算机学科发展和分支学科的划分计算机科学与其他学科之间的关系计算机科学发展的趋势六大科学理论的突破量子力学相对论宇宙大爆炸模型 DNA双螺旋结构板块构造理论计算机科学 21世纪计算机科学和信息技术发展的新取向更加重视技术的多样性、开放性和个性化更加重视计算机技术惠及大众更加重视生态和环境影响更加重视医学及与人类健康有关的科学技术将更加重视计算机科学的交叉研究更加重视与人文艺术的结合更加重视计算机科学与信息技术伦理道德方面的研究和对社会作用的法制化管理与监督计算机科学（Computer Science）计算机科学与技术学科，简称计算机科学 ACM/IEEE-CS 的专家们认为，目前已经无法继续用计算机学科来称谓它，而改称其为计算学科（Computing Discipline）计算机科学（Computer Science） Wikipedia：与计算相关的多种学科的集合，包括理论和实际两方面：涉及信息和计算的理论基础、语言理论、算法分析和开发、计算系统的实现、计算机图形学、数据库、数据通信等。美国的网络和信息技术研究与发展国家办公室：计算系统和计算的语义研究。美国计算机学会（ACM）：计算机和算法过程的研究，包括它们的原理、它们的硬件和软件设计、它们的应用以及它们对社会的影响。计算机科学怎样成为一种科学？ 1.1 计算机科学面临的问题计算机科学教育缺乏创新，计算机课程体系的陈旧针对学生特别是本科学生的培养上，充分强调以兴趣为主大学提供的是一种机会，让学生自己做真正喜欢的事情从狭义工具论到计算思维的转变计算机和信息科技的普及实际上是在全社会传播一种计算思维计算思维是一种普适的思维，是每个人的基本技能计算机科学人才的匮乏企业、政府等部门都需要计算机人才德智体合格，在团队精神、敬业态度、工作能力等方面都能胜任计算思维计算思维强调一切皆可计算，从物理世界到人类社会模拟，从人类社会再到智能活动，都可认为是计算的某种形式。计算思维是概念化思维，是人的思维，是数学和工程互补融合的思维，是面向所有人的思维。 1.2 计算机科学概述计算机学科的特点基本学科能力计算机学科发展和分支学科的划分计算机科学与其他学科之间的关系 1.2.1 计算机学科的特点根本问题 Nicklaus Wirth：在较高的认识层次上，硬件和软件是一样的。计算机学科的根本问题：什么能、且如何被有效地自动计算。基本特征计算机学科具有“理论、抽象、设计”三个学科形态 1.2.2 基本学科能力计算思维能力算法设计与分析能力程序设计与实现能力系统分析、开发与应用能力 1.2.3 计算机学科发展和分支学科的划分计算机科学（Computer Science）计算机工程（Computer Engineering）软件工程（Software Engineering）信息技术（Information Technology）信息系统（Information System） 1．计算机科学（Computer Science）计算机科学研究的范围很广，从理论和算法基础到机器人开发、计算机视觉、智能系统、生物信息等。主要包括：寻找求解计算问题的有效方法构建使用计算机的新方法软件的设计与实现 2．计算机工程（Computer Engineering）设计和构建计算机系统和基于计算机的系统，包括研究硬件、软件、通信以及它们之间的交互。学科内容集中在传统的电子工程、数学等相关领域的理论、原理和实践。强调的是硬件而不是软件，而且具有很强的工程特性。 3．软件工程（Software Engineering）软件工程的主要目标是开发系统模型和按时并在有限预算下生产高质量软件的可靠技术。软件工程寻找计算机科学中科学与工程原理的结合，探讨以工程的规范有效地开发和管理软件系统。 4．信息技术（Information Technology）信息技术主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。与信息系统学科的重点在于“信息”相对，信息技术学科的重点在于“技术”。 5．信息系统（Information System）信息系统学科可以理解为是基于技术的商务开发该学科强调信息技术中的“信息”，而将“技术”看成是产生、处理和分发所需的工具。他们面对的信息系统一般都是庞大和复杂的，既要懂技术，又要明白组织因素，知道如何有效地利用这类系统。 1.3 计算机科学发展的趋势 “高”：性能越来越高，速度越来越快提高器件速度并行处理 “广”：计算机的无处不在网络化与向各个领域的渗透普适计算（Pervasive Computing） “深”：信息的智能化发展 知识概要计算机发展的历史回顾我国计算机发展史新型计算机的发展 CPU和GPU的发展 1 计算机发展的历史回顾早期计算机：机械式计算工具、机电式计算机 1 计算机发展的历史回顾电子管、晶体管和集成电路 电子计算机的诞生 1 计算机发展的历史回顾现代计算机发展历程第一代电子管计算机（1945─1956）第二代晶体管计算机 (1956─1963) 第三代集成电路计算机 (1963─1971) 第四代大规模集成电路计算机 (1971至今) 2 我国计算机发展史第一代电子管计算机研制（1958─1964） 第二代晶体管计算机研制（1965─1972） 2 我国计算机发展史第三代中小规模集成电路计算机研制（1973─20世纪80年代初） 第四代超大规模集成电路计算机研制（80年代中期至今） 3 新型计算机的发展 DNA计算机 光计算机 4 CPU和GPU的发展 CPU的发展 Intel 4004和8080 Intel 8086、Intel 80286、Intel 80386、Intel 80486 Intel Pentium Intel Pentium MMX Intel Pentium Pro Intel Pentium II Intel Celeron（赛扬） Intel Pentium III Intel Pentium IV 双核处理器 4 CPU和GPU的发展多核计算的发展趋势多核技术的发展 ---多核上将集成更多结构简单、低功耗的核心。 ---异构多核是一个重要的方向。 ---多核上应用可重构技术 ---多核的功率和热管理 ---片上多核处理器时代的到来多核计算的发展 4 CPU和GPU的发展 GPU的发展 GPU简介 --- Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器” --- GPU是显示卡的“心脏”，也就相当于CPU在电脑中的作用 ---20 世纪60-70年代，受硬件条件的限制，图形显示器只是计算机输出的一种工具 ---20世纪80年代初期，出现GE（Geometry Engine）为标志的图形处理器 ---20世纪90年代，NVIDIA进入个人电脑3D市场 4 CPU和GPU的发展 GPU的发展 NVIDIA GPU的发展 GPU通用计算 4 CPU和GPU的发展 CPU和GPU的融合 ---Intel推出了在单芯片上集成X86 CPU和DirectX引擎的Fusion系列处理器，AMD称这种融合了传统CPU和GPU功能的处理器为APU ---AMD第一款Fusion APU系列处理器是Llano处理器 第3章 高性能计算高性能计算概述世界各地超级计算机中心的发展概况高性能计算机的发展高性能计算机关键技术与挑战推荐阅读 1 高性能计算概述 什么是高性能计算 -高性能计算（High Performance Computing）是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发并行软件，致力于研制高性能计算机（High Performance Computer） -高性能计算技术主要是指从体系结构、并行算法和软件开发等方面研究开发高性能计算系统的技术 1 高性能计算概述 发达国家在高性能计算方面的发展 --- “战略计算机计划” --- “高性能计算和通信（HPCC）” ---“先进模拟和计算（ASC）” 我国高性能计算的发展 “天河一号” 由国防科技大学于2009年10月研制推出，目在国家级超级计算天津中心投入运营，为天津市乃至环渤海地区的生物制药、新能源新材料、航空航天装备研制等新兴产业服务。 曙光“星云” 曙光“星云（Nebulae）”高性能系统，是我国自主研发的首款实测性能超千万亿次超级高性能计算机，该系统于2011年底落户深圳，为我国华南、港澳乃至全国用户提供计算和信息服务。 2 世界各地超级计算中心的发展概况美国国家超级计算应用中心日本东京工业大学全球科学信息与计算中心 德国Jülich超级计算中心英国Edinburgh大学超级计算中心 上海超级计算中心中国科学院超级计算中心 3 高性能计算机的发展高性能计算机的发展过程 1976年、1982年，Cray Research Inc 分别推出Cray-1型的单向量计算机，其速度仅为133MFlops，以及行向量处理Cray X-MP机型，其速度为941MFlops，处理器数是4个。 1988年，John L. Gustafson（古斯塔夫森）在Communications of the ACM（《ACM通讯》）上发表了一个加速比公式：s = f + p ( 1 – f ) 1993年克雷公司推出的Cray T3D，其峰值速度达21.4GFlops 1997年，Intel公司推出世界上第一台万亿次（TeraFlops）机器──ASCI Red，其速度为1.068TFlops 2002年，日本NEC公司推出“地球模拟器” 2008年，在高效能理念的推动下，IBM公司研制了“走鹃”，其处理器数为122 400个，功耗为2.346MW，采用异构集群的系统结构，运行速度突破了Peta FLOPS大关，达到1.026PFlops。 千万亿（1015）次系统研发 1996年，每秒万亿次运算能力的超级计算机诞生，在计算机发展的历史上建立了新的里程碑超级计算需求根据用途大致可分为能力计算（Capability Computing）和容量计算（Capacity Computing）两类千万亿次超级计算机的主要应用领域包括生物医学、航空航天制造、气候和环境、核能、纳米技术、国防和国家安全艾级超级计算机的机遇与挑战 4 高性能计算机关键技术与挑战高性能计算机关键技术体系结构：商用混合式处理器 + 商用高性能互连网络相结合的结构（“走鹃”） 、通用CPU + 定制多套互连网络系统的结构（蓝色基因）、商用高性能处理器 + 定制高性能互连网络的结构 + 非一致性存储访问体系结构（CRAY XT3）等等。微处理器： Intel的Nehalem、AMD的皓龙（Opteron）；基于单指令多数据（SIMD）的分布存储多核结构，如IBM Cell；探索型多核结构，具体实例有斯坦福大学的流处理器（Stanford Imagine）和麻省理工学院的RAW芯片；光互连：具有高带宽、低损耗、无串扰和匹配及电磁兼容等特点软件技术：操作系统方面的热点技术包括虚拟机技术（VMWARE、VPC机等）、自治技术（Self-configuring、Self-healing、Self-optimizing和Self-protecting）等；更深的存储层次、多核/多线程微处理器编译技术、流处理技术等纳米技术：高密度、低功耗、适应量子效应 4 高性能计算机关键技术与挑战超级计算机系统的挑战体系结构的挑战大量应用对超级计算机的计算能力、数据访问能力、数据存储能力提出了更高性能的要求存储器墙（Memory wall）和编程墙（Programming wall）是超级计算中两个非常具有挑战性的问题系统规模和能耗的挑战:将规模和功耗纳入整体设计的考虑范围更快速的算法挑战:千万亿次计算系统需要并行度和并行效率更高的算法更高效能的挑战:更加关注于系统的平衡设计生态环境的挑战: 任何新的重大创新如何融入这样的生态环境，都需要技术、人才、资本的巨大支撑。 4 高性能计算机关键技术与挑战超级计算机发展的技术路线可重构计算结构系统的主要逻辑通过重构机制控制，在一定范围内调整变化，以提高不同应用程序核心算法的运行效率流式结构能够针对某些类型算法获得高计算/通信率，并且计算速度高、能耗低存储器内置处理器 PIM将算法逻辑单元与存储器相融合使逻辑存储器访问紧密耦合专用器件结构利用超高速硬件技术提供更高的逻辑密度，保证单元面积提供更高的性能和更低的计算能耗。混合异构结构利用现有的高性能计算机资源作为节点互连构成的集成计算机系统 第4章 现代操作系统 1 操作系统的历史 2 现代操作系统的发展现代操作系统的新特征：网络化和多媒体化现代操作系统发展的重要趋势：并发性（采用多线程）和可靠性（采用微内核结构减小规模） 桌面操作系统的特点： 桌面系统安全性受到高度重视，特别是通过与可信平台模块（Trusted Platform Module，TPM）等硬件安全技术的结合，使得桌面安全性和可信性得到改善。 2 现代操作系统的发展计算机系统组成：一个计算机系统通常由硬件、操作系统、应用软件和用户四个部分组成计算模式：多处理器计算基于互联网和Web的计算嵌入式计算虚拟化计算所谓虚拟化，是通过硬件和操作系统的中间层─虚拟机监控层实现计算资源的管理和再分配，使资源利用率实现最大化。 2 现代操作系统的关键技术微内核操作系统内核通常是操作系统中最核心的部分，管理着所有的系统资源，对于系统的设备拥有完全的访问权，通常运行于特权模式具有微内核结构的现代操作系统拥有以下优点：（1）可伸缩性好，能适应硬件更新和应用变化（2）可移植性好，所有与具体机器特征相关的代码，全部隔离在微内核中（3）实时性好，微内核可以更有效地支持实时处理（4）安全可靠性高，微内核将安全性作为系统内部特性进行设计，对外仅使用少量应用编程接口（5）支持分布式系统，支持多处理器的体系结构和高度并行的应用程序（6）真正面向对象的操作系统，能显著减小系统开销，提高系统的正确性、可靠性和易扩展性 2 现代操作系统的关键技术嵌入式操作系统嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积和功耗等综合性要求严格的专用计算机系统具有软件代码小、自动化程度高和响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系嵌入式操作系统是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面和标准化浏览器等。商用嵌入式系统和专用操作系统： WinCE、VxWorks Symbian OS、Android OS 2 现代操作系统的关键技术分布式操作系统网络操作系统：UNIX和Windows NT。具有网络功能，可以用来访问远程资源。特点：运行于其上的节点能独立地管理自己的进程资源用户能够可扩展操作系统可扩展操作系统所谓的可扩展操作系统，即利用微内核技术，使操作系统在保持核心功能的基础上能够灵活地结合各种服务及应用这种外延和扩展不仅体现在用户应用层，还体现在硬件层 2 现代操作系统的关键技术多处理机并行操作系统多处理机并行操作系统新特征：（1）并行性，即增强对程序并行执行的支持。（2）分布性，即支持对分布的任务、资源的管理与控制。（3）通信及其同步性，即在不同处理机上运行的不同进程之间实现同步和通信，以共享资源和相互合作，支持程序的并行执行，以改善系统的性能。（4）可重构性，为了提高系统的可靠性，当系统中某个处理机或存储模块等资源发生故障时，系统能够自动切除故障资源，换上备份资源，并对系统进行重构，以保证其能继续工作。并行操作系统版本：前SUN公司的Solaris、美国AT&T公司（AT&T）的UNIX SYSTEM V4.0 MP版本等等在提高系统性能方面，对称式多处理机（Symmetric Multi-Processor，SMP）结构计算机已经成为现代计算机技术发展的潮流和趋势， 2 现代操作系统的关键技术虚拟化操作系统进程级虚拟化，即不是用软件模拟，而是在操作系统之上添加一个很“薄”的虚拟化程序来实现虚拟化，在这个虚拟化程序之上再模拟操作系统系统级虚拟化，即操作系统几乎可以不变，只是每个操作系统调度的是自己的虚拟化硬件资源，这些虚拟硬件资源是由系统硬件和操作系统之间的虚拟监控层（虚拟化操作系统）创建和管理的未来操作系统的发展趋势（1）开源化（2）专用化（3）小型化或微型化（4）便携化。（5）网络化（6）安全化或可信化 3 Windows操作系统 Windows是微软公司在操作系统领域中的品牌和产品系列 2个分支：一个分支是基于MS-DOS的Windows开发平台，最后发展成为Windows 95/98/Me等一系列操作系统另一个分支则发展成以Windows NT为代表的操作系统系列，经历了Windows NT、Windows 2000、Windows XP/Server 2003，直到Windows Vista/Server 2008/Win7 第二个分支是按照20世纪80年代后期的硬件水平进行全新设计的操作系统，包含了现代操作系统的各个要素，也奠定了Windows作为现代操作系统典范的基础 Windows NT 3.1～3.51版本采用了Windows 3.1操作系统的窗口界面风格，并且保持了对MS-DOS和Windows 3.1应用程序的兼容性。 3 Windows操作系统 Windows NT 4.0是一个相对比较成熟和稳定的网络服务器操作系统，并且内置了微软（IIS 6作为基本的Web服务器软件 Windows 2000在安全性方面也有显著提高。它充分发挥了NT内核中安全框架的作用，为企业网络环境提供全方位的安全服务 Windows Server 2003在稳定性、安全性和易管理方面都超过了其前身Windows 2000服务器版本，是微软公司在服务器操作系统领域发展的一个重要里程碑，并且也是微软在倡导可信计算（Trustworthy Computing）以后发布的第一个操作系统 Windows Vista于2007年1月发布，全面更新用户界面风格，集成和增强桌面搜索能力，更加关注安全性 3 Windows操作系统 Windows Vista和Server 2008改进了Windows NT文件系统NTFS（New Technology File System），采用了更新的SMB协议，数据传输效率更高 Windows 7于2009年10月22日正式发布 3 Windows操作系统 Windows Mobile的介绍 Windows Mobile是微软为智能移动终端设备使用的操作系统，是基于一系列智能设备的操作系统（例如Pocket PC，Pocket PC Phone和Smartphone） Bill Gates 4 UNIX类操作系统的发展 UNIX系统简介 1971年，UNIX诞生于美国AT&T公司的贝尔实验室支持多用户和多任务，网络和数据库功能强，可靠性高，伸缩性突出，并支持多种处理器架构 UNIX、Linux和Windows成为三大类主流操作系统商业版UNIX：基于美国AT&T公司贝尔实验室的UNIX逐步演化发展而来的各UNIX版本类UNIX：与UNIX有渊源，不能佩戴UNIX标志的系统（比如BSD）；技术属性上与UNIX类似或有关的系统 4 UNIX类操作系统的发展 UNIX家族的演化 UNIX初始研发阶段：20世纪70年代 1969年，Thompson和Ritchie共同动手设计了一套包含文件系统、命令解释器以及一些实用程序的支持多任务的操作系统，UNIX第一版（UNIX V1）正式诞生 1972年，UNIX发布了第二版，添加了管道功能- UNIX标志特征之一。在开发UNIX V2的时候，Ritchie给B语言加上了数据类型和结构的支持，推出了C语言。 1979年，UNIX V发布 1975年，UNIX V6到达Berkley 1983年，4.2 BSD发布 4 UNIX类操作系统的发展 UNIX家族的演化 UNIX商业推广阶段 1980年，美国AT&T公司发布了UNIX的可分发二进制版许可证，启动了将UNIX商业化的计划 1982年，美国AT&T公司发布了UNIX System III的第一个版本 1992年，前SUN公司基于美国AT&T公司UNIX SVR 4.2开发了Solaris 2.0 1983年， SCO公司发布SCO XENIX System V 4 UNIX类操作系统的发展类UNIX系统的发展 1984年，Richard M. Stallman（理查德·斯托曼）发起了一项国际性的源代码开放的GNU计划，制定了一项GNU通用公共许可证 1993年，Linux发布标志性的1.0版本 1995年，Bob Young（鲍勃·扬）创办了Red Hat（红帽）公司，出售Red Hat Linux 4 UNIX类操作系统的发展类UNIX系统的发展 1998年2月，以Eric Raymond（雷蒙德）创办了开放源代码促进会（Open Source Initiative）目前，Linux可以支持x86、SPARC、MIPS、Alpha、PowerPC、ARM及IA64等多种平台，可以运行在个人计算机、PC服务器、UNIX服务器、中型机和大型计算机上各大主流硬件厂商包括IBM、Intel、HP、Oracle和Dell等公司都已成为Linux的支持者。 4 UNIX类操作系统的发展 UNIX系统的展望 UNIX从初期发展时的开放源代码到商业推广期的封闭源代码，再到后面以前Sun公司的OpenSolaris为代表的开放源代码，一直在开源与不开源的交织中前行，并由此带来技术与商业的相互促进开源文化：在将软件销售分为许可证销售和订阅这两种主要模式的过程中，人们越来越认识到开源与商业并非完全对立。虽然今天仍存在自由软件与开源软件的争论、自由软件与商业利益的冲突以及Hurd计划与Linux内核的微妙关系，但随着Linux产业的快速发展，相信终有一天，Linux会接过传统UNIX的接力棒，延续UNIX带来的技术、文化和精神。 1 计算机网络的发展最成功的计算机网络——互联网的诞生 967年10月，Joseph Licklider为主的研究小组提出 “ARPANET”（阿帕网）的计划，发明了一种叫做“分组交换（包交换）”的技术 1981年，传输控制规范最终确定和发布，并得到采用 1982年，在美国以外的ARPANET连接都被转变使用新的TCP/IP协议，互联网诞生了 计算机网络的历史第一代计算机网络（早期的计算机网络） ：20世纪50年代中后期以单个计算机为中心的远程联机系统典型应用：美国航空公司与IBM在20世纪50年代初开始联合研究，20世纪60年代投入使用的飞机订票系统SABRE-I，它由一台计算机和全美范围内2 000个终端组成 计算机网络的历史第二代计算机网络（现代计算机网络的发展）：20世纪60年代后期以远程大规模互联为主要特点，以通信子网为中心，同时由“能够相互共享资源为目的，互连起来的具有独立功能的计算机的集合体”组成现代意义上的计算机网络是1969年美国国防部高级研究计划局（DARPA）建成的ARPAnet实验网开始的两个主机间通信是对传送信息内容的理解、信息的表示形式，以及各种情况下的应答信号必须遵守一个共同的约定，这就是“协议” 在ARPA网中，将协议按功能分成了若干层次。如何分层，以及各层中具体采用的协议总和，成为网络体系结构最成功的网络体系结构实例是OSI参考模型和TCP/IP体系结构 计算机网络的历史第三代计算机网络（计算机网络标准化阶段）：20世纪70年代至80年代中期开放系统互联参考模型OSI/RM标志着新一代计算机网络的诞生 OSI/RM参考模型把网络划分为七个层次，计算机之间只能在对应层之间进行通信，这是公认的新一代计算机网络体系结构的基础，为普及局域网奠定了基础 计算机网络的历史第四代计算机网络（微机局域网的发展时期，互联网出现）：20世纪90年代后此时，计算机网络定义为“将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统” 1972年，Xerox公司发明了Ethernet（以太网） 1980年2月IEEE组织了802委员会，开始制定局域网标准。 1992年，Internet学会成立 计算机网络的历史下一代计算机网络（Next Generation Network，NGN）普遍认为是因特网、移动通信网络、固定电话通信网络的融合、IP网络和光网络的融合是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络构架是业务驱动、业务与呼叫控制分离、呼叫与承载分离的网络 中国的网络发展史第一阶段为1987至1993年，也是研究试验阶段第二阶段为1994年至1996年，同样是起步阶段第三阶段从1997年至今，是Internet在我国发展最为快速的阶段 1 计算机网络的发展拓展性受到限制安全性问题日益突出日益增长的速度需求，使用与部署还不够方便提高移动性面临挑战 2 下一代互联网（Next Generation Internet）下一代互联网的特征重要的科学和技术问题包括：扩展性、安全性、高性能、实时性、移动性和可管理性等。未来互联网设计（FIND）全球网络创新环境（GENI）基于IPv4和IPv6技术逐步演进 IPv6（Internet Protocol Version 6），它是IETF（Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议IPv6介绍更大、更快、更安全可信、更及时、更方便、更可管理、更有效 2 下一代互联网（Next Generation Internet）下一代互联网的国内外研究进展美国最近提出的GENI发展计划，实际上是在思考10年来发展互联网遇到的问题，准备掀起新一轮发展互联网的高潮 CERNET2是中国下一代互联网示范工程核心网的重要组成部分，建成以后，将是世界上规模最大的纯Ipv6国家主干网 3 对等计算的研究对等计算概述对等计算的核心思想是所有参与系统的节点（指互联网上的某个计算机）处于完全对等的地位，没有客户机和服务器之分对等网络服务取代了文件传输（FTP）以及超文本传输（HTTP）结构化覆盖网（Structured Overlay Network，SON）及分布式哈希表（Distributed Hash Table，DHT）理论上实现对等计算的计算模式，必须完成：资源放置、资源定位、资源获取 3 对等计算的研究对等网络服务的底层架构层次对等的无结构系统 利用构造几何造型和哈希函数的方法来建立的底层架构 3 对等计算的研究对等网络服务的应用情况文件共享服务 文件共享是对等网络中最基本的一项服务，每个节点都把各自拥有的文件共享出来，从而使这些文件能够在对等网络上获得访问传输服务 一类是点对点的直接传输，比如节点之间文件的上传下载 另一类则是流媒体服务，比如视频点播等搜索服务：定位、检索 3 对等计算的研究国内研究系统介绍 Maze文件共享系统 Maze是北京大学网络实验室开发的中心控制与对等连接相融合的对等计算文件共享系统，结构上类似于Napster，对等计算搜索策略类似于Gnutella Granary广域存储服务系统 Granary是清华大学自主开发的对等计算存储服务系统。存储服务的提供者在互联网中部署一定数量的存储服务器，为用户提供数据存储服务，确保数据的可靠性、可用性、安全性和访问效率；存储服务的使用者按照所存储数据的容量和质量付费 AnySee视频组播系统 AnySee 是华中科技大学自主设计研发的视频直播系统。它采用一对多的服务模式，支持部分NAT 和防火墙的穿越，提高了视频直播系统的可扩展性。 3 对等计算的研究对等网络面临的问题信息或者服务的真实性和可靠性使用P2P文件共享系统传播蠕虫和木马 P2P文件共享系统中虚假文件 P2P文件共享系统中的搜索毒害，即某些恶意用户通过在索引中插入大量的虚假记录来降低系统的可用性隐私问题、版权问题、系统安全问题 4 无线局域网前沿技术无线局域网的基本概念无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 1990年，Alcatel-Lucent（朗讯）科技在美国最先推出早期的计算机无线网络系统──WLAN，用以解决工厂、矿山的布线和随时移动的问题 1997年6月，颁布了IEEE 802.11无线网络标准无线局域网不仅可以通过接入点（Access Point，AP）为其他节点提供网络接入服务，而且各个节点之间也可以很好地互相通讯无线局域网技术主要包括：蓝牙（Bluetooth）、智能家居无线射频（HomeRF）、高性能无线局域网（HiperLAN）和IEEE 802.11系列 4 无线局域网前沿技术常见的无线局域网传输技术红外线（Infrared）红外线是一种电磁波。在笔记本电脑、投影仪和一些手持设备中，红外线也都是基本的无线通信手段不会产生干扰，不容易被窃听，主要用于设备间的点对点短距离通信蓝牙（Bluetooth）蓝牙是一种使用2.45GHz的无线频带（ISM频带）的通用无线接口技术，主要为不同设备间提供双向短程通信 HiperLAN HiperLAN作为“宽带无线接入网”计划的组成部分，由欧洲电信标准化协会（ETSI）的宽带无线电接入网络（Broadband Radio Access Networks，BRAN）制订，在欧洲得到了广泛支持和应用 4 无线局域网前沿技术无线局域网的未来发展服务质量（QoS）通常QoS描述的是一个定性的和量化的业务特征，如吞吐率、服务间隔、包的大小、延迟、抖动、带宽和优先级等有线网络下的传输机制对无线网络来说并不适合，没有QoS保障机制是阻碍IEEE 802.11无线局域网大范围普及的主要因素之一无线网状网无线网状网（Wireless Mesh Network，WMN）是一种通过无线链路以多跳方式连接的自组网络，具有自组织、自配置、高容量、大覆盖和可扩展等特点安全无线局域网是利用网络技术和无线通信技术在一定局部范围内建立的网络，以无线多址信道作为传输媒介，提供有线局域网（Local Area Network，LAN）的功能无线局域网安全问题就成为了当前无线网络产业发展的最大问题 4 无线局域网前沿技术 IEEE 802.11系列标准 IEEE 802.11无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑 4 无线局域网前沿技术无线局域网的安全 WEP协议 WEP协议是IEEE 802.11b协议中最基本的无线安全加密措施，主要提供接入控制、提供认证功能、提供对数据进行加密 WPA协议 WPA解决了WEP中共享密钥上的漏洞问题，此添加了用户级的认证措施，解决了系统的升级问题 IEEE 802.11i安全标准 WLAN的安全标准802.11i包括Wi-Fi保护存取（WPA）和健壮安全网络（Robust Secure Network，RSN） WAPI协议优点：基于公钥证书的终端设备和接入点之间的双向身份认证、动态的会话密钥协商、基于高强度加密算法的数据加密、灵活的集中式或分布集中式证书管理和无会话密钥在信道中传输 Scientific innovation has been called on to spur economic recovery; science and technology are essential to improving public health and welfare and to inform sustainability; and the scientific community has been criticized for not being sufficiently accountable and transparent. Data collection， creation， and access are central to all of these issues. ——Science， 11 February， 2011 知识概要数据库的发展史 --数据管理的诞生 --关系数据库的由来 --结构化查询语言 --面向对象数据库 --数据管理的变革 --数据挖掘和商务智能数据管理新技术 --未来全球和个人信息的管理 --数据是未来计算的核心知识概要 万维网数据库技术 --数据库和万维网信息检索的融合 --XML数据的管理 数据空间：数据管理新概念 --数据空间系统及其特征 --数据空间面临的挑战小结三位图灵奖得主三位图灵奖得主C.W. Bachman（左）--关系数据库之父 E.F. Codd（中）--关系模型研究功臣 J. Gray（右）--开创性的数据库研究数据库类型网状数据库（Network database）层次数据库（Hierarchical database）关系数据库（Relational database） 关系模型 1970年，IBM的研究员E.F. Codd博士提出了关系模型的概念结构化查询语言 1974年，IBM的Ray Boyce和Don Chamberlin将Codd关系数据库的12条准则的数学定义以简单的关键字语法表现出来，里程碑式地提出了SQL（Structured Query Language）语言。 1976年IBM的Codd发表了一篇里程碑的论文“R系统：数据库关系理论”，Oracle的创始人Larry Ellison在此基础上他们就开发了Oracle 1.0。 图为Larry Ellison 数据管理的变革决策支持系统（左）和数据仓库（右 ） 20世纪60年代后期，决策支持系统（Decision Support System，DSS），其目的是让管理者在决策过程中更有效地利用数据信息。 1988年，IBM公司的研究员Barry Devlin和Paul Murphy创造性的提出了一个新的术语──数据仓库（Data Warehouse） 数据挖掘和商务智能数据挖掘是指通过分析大量的数据来揭示数据之间隐藏的关系、模式和趋势，从而为决策者提供新的知识。。商务智能（Business Intelligent，BI）指的是一系列以数据为支持、辅助商业决策的技术和方法。现代数据管理及特点第一个特点：海量第二个特点：共享第三个特点：多样化万维网数据库技术从万维网数据的存在形态上来讲，万维网数据分为三种类型：静态的HTML数据；通过开放查询接口获取的动态HTML数据；已经成为互联网环境中信息的表示和交换标准的XML数据。 XML（eXtensive Markup Language）数据 目前已经成为互联网环境中的数据表示和交换的标准。相对于静态的HTML网页，XML数据中结构信息更加丰富，能够允许用户表达更加准确的查询需求。数据库和万维网信息检索的融合 随着半结构化数据XML作为网上数据表示和交换标准的流行，以及结构化数据（例如关系数据）所得到的广泛的应用与普及，人们期盼着也能像使用搜索引擎那样用关键字来检索这些半结构化数据和结构化数据。 XML数据的管理 XML查询处理由于XML是半结构化的，因此XML上的查询包含两个方面，分别是结构上的查询和内容上的查询。数据的XML发布研究关系数据和XML数据之间的转换方法，以及如何实现各类异构关系数据源基于XML的发布，已成为当前国际数据管理领域重要的研究方向。数据空间：数据管理新概念 数据空间中包含一个组织或个人的一切数据。它的数据可能来自多个不同但又相互关联的数据源，具有各不相同的格式数据空间技术通过建立有效的集成机制、完善的扩展机制以及合理的数据模型来实现对多种数据类型的统一管理数据空间系统及其特征 对于任意一组数据，只要本质上反应的是同一个实体，它们就属于同一数据空间。 其特点如下：数据多样性数据源不确定性数据共存独立性持续演化性数据空间面临的挑战 数据模型一个好的模型需要考虑很多问题，包括模型能够以统一的方式描述数据源中所有的数据，需要建立一种能够有效描述所有复杂多样的联系的模型，数据模型要能够支持一套强大高效的查询机制，以及模型必须具有良好的可扩展性。查询处理由于数据空间中数据的多样性，并要对取到查询结果进行排序，还要包含这些结果的数据源信息，往往用户的查询很可能是一个渐进的探索式的过程。数据扩展数据的范围从局部扩展到全局，而所有局部数据不可能都符合全局标准，所以产生了数据扩展的需要推荐阅读 C. J. Date. An Introduction to Database Systems (Eighth Edition). Addison Wesley， 2003. Jennifer Widom， Jeffrey D. Ullman， Hector Garcia-Molina. Database Systems: The Complete Book (Second Edition). Prentice Hall， 2008. 王海勋. ACM SIGMOD数据管理国际会议.中国计算机学会通讯， 2011， 7(9): 62-64. Clifford Lynch. How do your data grow? Nature， 2008， September， 455， 28~29. Dealing with Data. Science， 2011， February， 331. http://www.sciencemag.org Tong hey etc. The Fourth Paradigm: Data-Intensive Scientific Discovery. Redmond， Washington. “生命的本质在于创新”。当人反省内在生命的时候，就会发现它是动态的、展开的、希望创新的，再由此推展到整个宇宙。整个宇宙就是一个“生命冲力”，通过某种很大的力量在运转，且不断地自我呈现。而人是惟一能知道这个力量并与之呼应的，因为人的内心能够有这种生命冲力的体会，希望能够把它们对照起来。（柏格森，Henri Bergson，1859-1941） 知识概要数据挖掘技术的由来数据挖掘的定义数据挖掘的研究内容数据挖掘的应用小结数据挖掘技术的由来 典型的数据挖掘系统数据挖掘的发展历程数据挖掘的定义数据挖掘与其他分析方法的区别数据挖掘的研究内容数据挖掘领域十大经典算法数据挖掘的流程数据挖掘的研究热点 1．商业应用 2．网站的数据挖掘 3．Web挖掘和文本挖掘 4．医学研究 5．生物信息或基因的数据挖掘 数据挖掘的应用 在商业、竞技、经济等系统中的应用 知识概要人工智能概述人工智能的研究分支机器数学知识工程和专家系统智能器官和模式识别机器学习自然语言处理人工智能前沿的探索人工智能的诞生五位达特茅斯会议的主要参与人员在人工智能60周年纪念会上合影（从左到右依次为More、McCarthy、Minsky、Selfridge和Solomonoff） 人工智能的研究分支 机器数学 智能器官和模式识别自然语言处理第五代计算机大脑复制游戏智能 推荐阅读 Saygin， A.P.， Cicekli， I. and Akman， V. Turing Test: 50 Years Later'， Minds and Machines. 2000， 10(4): 463-518. Fei-Yue Wang. AI's Hall of Fame. Intelligent Systems， 2011， 26(4): 5-15. 冯·诺伊曼著. 计算机与人脑. 北京大学出版社， 2010. Stuart J. Russell， Peter Norvig. Artificial Intelligence: A Modern Approach (3rd Edition) (影印版). 清华大学出版社， 2011. George F. Luger. Artificial Intelligence: Structures and Strategies for Complex Problem Solving (6th Edition) (影印版). 机械工业出版社， 2009. “乾以易和，坤以间能。易则易知，简则易从。易知则有亲，易从则有功。有亲则可久，有功则可大。可久则贤人之德，可大则贤人之业。易简而天下之理得矣！” “一阴一阳之谓道。” —《易传·系辞上》 知识概要互联网搜索引擎互联网搜索引擎的发展现状互联网搜索引擎的体系结构搜索引擎面临的挑战 Web的发展搜索需求的发展网络的发展来自非技术方面的挑战知识概要(续) 搜索引擎应对方略多元化搜索质量提高搜索能力加强其他搜索引擎相关研究组国外搜索引擎研究组国内搜索引擎研究组互联网信息海洋互联网上的信息浩瀚万千，而且毫无秩序，所有的信息像汪洋上的一个个小岛，网页链接是这些小岛之间纵横交错的桥梁，而搜索引擎则为用户绘制一幅一目了然的信息地图，供用户随时查阅。搜索引擎技术值得中国人骄傲的是，中国在搜索引擎技术上处于世界领先地位。全世界只有四个国家拥有搜索引擎关键技术，另三个国家是美国、俄罗斯和韩国。 根据中科院《搜索引擎经济拉动作用研究》的调研报告显示，搜索引擎已超过汽车、金融和房地产，成为对实体经济最强有力的拉动者。 互联网搜索引擎的发展现状搜索引擎已逐渐成为网民使用最多的互联网服务，取代门户网站成为真正意义上的互联网入口。 互联网搜索引擎的发展现状搜索引擎伴随着互联网的发展而发展. 互联网搜索引擎的发展现状第一代搜索引擎出现于1994年前后，以Infoseek、Alta Vista和Yahoo! 为代表. 研究表明，1999年8月全球11个主要的搜索引擎中，每个搜索引擎仅能搜索到互联网上全部页面的16%，甚至更低。上世纪末、本世纪初，第二代搜索引擎出现在互联网上. 使用一种叫做“超链分析”的技术。这个技术的发明人是百度创始人李彦宏。本质上是一种“投票”机制，一个链接可以看作一个网页对另一个网页的投票，票数决定排序。随后，Google借鉴了“超链分析”技术并发明了PageRank，其核心思想是根据页面链接关系，计算页面本身的重要性。第三代搜索引擎技术近年来得到蓬勃发展，以开放平台为载体，以语义搜索、推荐搜索、社区搜索为基本特征. 互联网搜索引擎的体系结构从用户在搜索框输入查询，到得到搜索引擎的返回结果，所需时间在亚秒以内，其背后过程和结构却很复杂。一个互联网搜索引擎系统主要由网页抓取、网页内容分析和索引、连接结构分析、检索服务四个子系统组成。 互联网搜索引擎的体系结构搜索引擎所采用的核心技术涉及计算机科学技术的许多前沿领域，如信息检索、高性能分布式网络计算、数据挖掘、自然语言处理、机器学习、超大规模数据分布式存储和处理、用户行为分析以及人机界面技术。近年来，热门研究课题包括：网页抓取、内容索引、查询检索、超链分析、相关性评估、作弊网页识别、网页文本挖掘、信息检索中的语言模型、命名实体识别和基于社区的搜索引擎等。互联网搜索引擎的工作原理搜集信息整理信息接受查询 互联网搜索引擎的工作原理搜集信息 搜索引擎利用称为网络蜘蛛的自动搜索机器人程序来连上每一个网页上的超链接。理论上，若网页上有适当的超链接，机器人便可以遍历绝大部分网页。 整理信息 搜索引擎整理信息的过程称为“建立索引”。搜索引擎不仅要保存搜集起来的信息，还要将它们按照一定的规则进行编排。 接受查询 搜索引擎每时每刻都要接到来自大量用户的几乎是同时发出的查询，它按照每个用户的要求检查自己的索引，在极短时间内找到用户需要的资料，并返回给用户。 搜索引擎面临的挑战一个实用搜索引擎的服务质量和技术，可以从“准、全、新、快”四个方面来衡量 准:搜索结果应该与用户查询词高度相关，具有较高的点击率 全:搜索结果应该尽可能是整个互联网中最相关的结果 新:搜索引擎索引库要尽可能地反映当前互联网的现状 快:搜索引擎应该在亚秒时间内返回搜索结果 Web信息发展的挑战 信息仍在大量增加 信息更新加快 信息表现形式多种多样 SEO正在蓬勃发展 搜索需求发展的挑战更准、更全、更新、更快 使用更加方便和容易 搜索个性化 网络发展的挑战 网络终端形式更加丰富 网络速度的提高 无线网络的发展 非技术方面的挑战 知识产权问题 所在国法律 网络诚信问题 搜索引擎应对方略 多元化 通用系统：其定位是一个好的推荐系统 专业系统：要求非常精准，有专业特色 搜索质量提高 过滤垃圾页面 提高查询准确度 搜索引擎应对方略搜索能力加强 对多媒体搜索的支持 对Deep Web的搜索 Archive Search 搜索引擎速度的提高其他 搜索个性化 桌面搜索 移动搜索 搜索引擎相关研究组 国外搜索引擎研究组 Google Microsoft Yahoo! Stanford大学（Standford InfoLab，http://infolab.stanford.edu/） Carriage Mellon大学（CMU LTI，http://www.lti.cs.cmu.edu/） MIT（麻省理工学院）（Massachusetts CIIR，http://ciir.cs.umass.edu/） 搜索引擎相关研究组国内搜索引擎研究组 科研机构 清华大学智能技术与系统国家重点实验室（http://www.csai.tsinghua.edu.cn/）北京大学计算语言学研究所（http://icl.pku.edu.cn/）北大天网组（http://sewm.pku.edu.cn/）哈尔滨工业大学信息检索组（http://ir.hit.edu.cn/）复旦大学信息检索和自然语言处理组中科院大规模内容计算组 百度公司 知识概要集体智慧导言什么是集体智慧集体智慧与Web 2.0 集体智慧在Web领域的应用集体智慧与机器学习搜索排名搜索引擎与信息检索基于内容的度量方法基于链接的度量方法知识概要(续) 推荐系统推荐系统的诞生和现状推荐系统的经典案例──Netflix 设计推荐系统的基本方法集体智慧中的常用算法贝叶斯分类器决策树分类器神经网络 k-最近邻优化技术集体智慧导言人们使用集体智慧（Collective Intelligence）这一术语已经有十多年之久，随着新型通信技术的出现，尤其是进入Web时代以后，这一术语也变得日趋的流行和重要。什么是集体智慧纵观当今的Web领域，当我们讨论集体智慧这一概念的应用时，通常是指把一部分人的行为、偏好或思想数据搜集起来并加以分析，从而寻找新的发现。在维基百科（Wikipedia）上，集体智慧被定义成为是一种共享的或者群体的智能，它是从许多个体的合作与竞争中涌现出来的。 什么是集体智慧对于集体智慧的研究，实际上可以被认为是一个属于生物学、社会学、商业、计算机科学、大众传媒和大众行为的多学科课题，其研究的领域从夸克到细菌、植物、动物，直至人类社会各个层次中出现的群体行为。集体智慧与Web 2.0 Web 2.0是由计算机领域著名的出版公司O’Reilly的首席执行官Tim O’Reilly在2003年提出的一个概念。 Web 2.0指的是基于Web的下一代社区和托管服务，比如社会化网络、维基百科、大众分类等等，它能够帮助互联网用户更好的协作和分享。 集体智慧与Web 2.0 Web 2.0预示着技术人员与最终用户使用互联网平台方式的变化 大量的互联网用户需要更好用、更个性化、更多样的内容、服务和应用，这就是互联网发展的推动力 围绕着如何利用这样大规模的用户群体自己来创造、贡献和共享价值，人们又开始思考和探索如何激活网络效应，利用大规模群体智慧的参与架构与社会计算模式 在这一过程中，集体智慧的相关理论与技术扮演了十分重要的角色 集体智慧在Web领域的应用维基百科 Google搜索引擎 其他应用 集体智慧与机器学习 集体智慧的相关理论与技术涉及到了大量的机器学习理论 将一组数据传递给算法，并由算法推断出与这些数据的属性相关的信息借助这些信息，算法就能够预测出未来有可能会出现的其他数据 搜索引擎与信息检索搜索引擎技术是集体智慧在Web领域里的一个重要应用，主要包含搜集文档 、建立索引 、结果排序等 全文搜索算法是最重要的集体智慧算法之一，事实证明，人们在这一领域里所产生的新想法已经创造出了大量的财富 信息检索是研究对大规模信息进行快速、准确而全面地获取、组织、挖掘和提供访问的一门学科，其目标是要从大规模文档集合中返回满足用户需求的文档子集 信息检索涉及自然语言处理、机器学习、数据挖掘、并行分布式处理等多个领域的相关理论和技术 基于内容的度量方法 单词频度 文档位置 单词距离 基于链接的度量方法 到目前为止，我们对评价度量的讨论都是基于网页内容本身对搜索结果加以改善，我们可以考查外界就该网页所提供的信息——尤其是谁链向了该网页 基于网页链接的度量方法，最为简单的做法，是针对每个网页统计其链接的数目，并将链接总数作为针对该网页的度量 基于链接的度量方法中最著名的算法是PageRank算法 基于链接的度量方法通过一个具体的例子来看一看PageRank的计算方法 图中，网页B、C和D均指向A，它们的PageRank值已经计算得出。B还指向另外三个网页，而C则指向其他三个网页，D只指向A。为了得到A的PageRank值，我们将指向A的每个网页的PageRank值除以这些网页中的链接总数，然后乘以阻尼因子0.85，再加上一个0.15的最小值 PR(A) = 0.15 + 0.85 * ( PR(B)/links(B) + PR(C)/links(C) + PR(D)/links(D) ) = 0.15 + 0.85 * (0.5/4 + 0.7/5 + 0.2/1) = 0.54525 推荐系统 全球的网络化、信息化进程深刻地改变了人类的生存方式，Internet 技术的应用给人们生活和工作的各个层面带来了深刻的影响 网络上的“信息过载”和“信息迷航”问题日益严重 解决这些问题的关键在于将Internet 从被动接受浏览者的请求转化为主动感知浏览者的信息需求 推荐系统推荐系统中的推荐技术主要分为三类 基于内容的推荐技术 协作型过滤推荐技术 混合推荐技术 几乎所有的大型电子商务系统，如Amazon.com、eBay、China-pub等，都不同程度地使用了各种形式的推荐系统各类图书馆的联机数据检索、网络信息检索、社交网络、在线信息共享社区等各种信息服务都开始应用相关的推荐算法 推荐系统协作型过滤通常的做法是对一大群人进行搜索，并从中找出与当前人品味相近的一小群人 算法会对这些人所偏爱的其他内容进行考查，并将它们组合起来构造出一个经过排名的推荐列表 推荐系统的经典案例──Netflix Netflix是美国最著名的流媒体影视播放服务商，它为全球上千万顾客提供DVD电影租赁服务和影视剧在线观看服务 Netflix拥有一个自行研发的推荐系统──Cinemath 设计推荐系统的基本方法 建立模型 寻找相近用户 欧几里德距离（Euclidean distance）评价 皮尔逊（Pearson）相关度评价 其他相关度评价方法 为用户寻找最佳匹配 为用户推荐商品 集体智慧中的常用算法 贝叶斯分类器 决策树分类器 神经网络 k-最近邻 优化技术 贝叶斯分类器 贝叶斯分类器常用于文档处理，比如垃圾邮件过滤，基于关键字的文档分类等 贝叶斯分类器需要利用样本数据进行训练 ，每个样本包含了一个特征列表和对应的分类 以文档分类为例，所谓的特征也就是文档中出现的单词 一篇包含单词“java”的文档究竟是关于编程语言的，还是关于咖啡的。那么“编程语言”和“咖啡”就是两个分类 优缺点 朴素贝叶斯分类器与其他方法相比最大的优势在于，它在接受大数据量训练和查询时所具备的高速度 尤其当训练量逐渐递增时更是如此——在不借助任何旧的训练数据的前提下，每一组新的训练数据都有可能引起概率的变化 朴素贝叶斯分类器的最大缺陷是它无法处理组合特征的情况 “在线”和“药店” VS “在线药店” 决策树分类器 利用决策树进行分类非常简单，只要从树的根结点开始，对每个结点的判断条件进行检查 ，如果结点的判断条件满足，就走某个分支，否则，就走另一个分支 优缺点 决策树最为显著的优点在于，利用它来解释一个受训模型是非常容易的，而且算法将最为重要的判断因素都很好地安排在了靠近树的根部位置 与贝叶斯分类器相比，其主要优点是它能够很容易地处理变量之间的相互影响，却不支持增量式的训练 结点的数量非常庞大时，导致分类效率的降低 神经网络 神经网络是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型 优缺点 神经网络的主要优点是它能够处理复杂的非线性问题，并且能发现不同输入间的依赖关系 允许增量式训练 神经网络的主要缺点在于它是一种黑盒方法 k-最近邻 利用k-最近邻算法可以进行数值预测，比如针对一组给定的样本来构造价格预测模型 工作原理是接受一个用以进行数值预测的数据项，然后将其与一组已经赋过值的数据项进行比较，从中找出与待预测数据项最为接近的若干项，并对其求均值以得到最终的预测结果 优缺点 能够利用复杂函数进行数值预测简单易懂 k-最近邻主要的缺点在于，要求所有的训练数据都必须缺一不可 优化技术 优化不是要处理数据集，而是要尝试找到能够使成本函数的输出结果达到最小化的值 优化的关键是设计成本函数 成本函数接受一个经推测得到的题解，并返回一个数值结果，该值越大就表示题解的表现越差，该值越小就表示题解的表现越好 优化算法利用该函数对各种题解进行检验，并从中找出最优解 考虑包含一个变量的函数，可定义为：y = 1/x * sin(x) 因为该函数仅有一个变量，所以从图中我们很容易就可以找到函数的最低点 当面对一个带有多个变量的复杂函数时，寄希望于将其简单绘制出来以寻找最低点这样的做法是行不通的 模拟退火 模拟退火，是受物理学领域中合金冷却的启发而提出的，它以一个随机推测的题解开始，然后以此为基准，随机选择一个方向，并就近找到另一个近似解，判断其成本值 遗传算法 遗传算法是受进化理论启发而提出的它以一组被称为种群的随机题解开始种群中表现最为优异的成员──即成本最低者──会被选中并通过变异或特征组合（即交叉或配对）的方式加以修改 我们会得到一个新的种群，称之为下一代。经过连续数代之后，题解最终将会得到相应的改善 知识概要认识云计算云计算的定义计算模式的演进过程云计算的推动力云计算与网格计算云计算的特征和分类云计算的公共特征云计算的分类知识概要(续) 云计算主要平台剖析 Amazon的EC2 Google的App Engine IBM的Blue Cloud 微软的Azure 我国云计算产业的发展云计算技术和科研应用云计算的重要技术及其进展云计算的科研应用认识云计算 “云计算”是近几年信息技术领域受关注较多的主题 Amazon在设计和规划自身电子商务系统IT架构的时候，不得不为了应付销售峰值去购买更多的IT设备 这些设备平时却处于空闲状态 认识云计算从2004年开始，Amazon陆续推出了多种云计算服务 云计算服务迈向实际应用的标志是Amazon 2006年推出的简单存储服务（S3）和弹性计算云（EC2）云计算的定义由于云计算是一个概念，而不是指某项具体的技术或标准，于是不同的人从不同的角度出发就会有不同的理解 业界关于云计算定义的争论也从未停止过 云计算的定义分析师和分析机构对云计算的理解 云计算是透过互联网从集中的服务器交付个人应用（E-mail、文档处理和演示文稿）和商业应用（销售管理、客户服务和财务管理） 云计算的定义不同IT厂商对云计算的的理解 IBM认为，云计算是一种计算风格，其基础是用公共或私有网络实现服务、软件及处理能力的交付 Google的CEO Eric Emerson Schmidt（施密特）博士认为，云计算把计算和数据分布在大量的分布式计算机上，这使计算力和存储获得了很强的可扩展能力，并方便了用户通过多种接入方式（例如计算机、手机等）方便地接入网络获得应用和服务微软认为，未来的计算模式是云端计算，而不是单纯的云计算。这里的端是指客户端，也就是说云计算一定要有客户端来配合 学术界对云计算的的理解 网格计算之父Ian Foster认为，云计算是一种大规模分布式计算的模式，其推动力来自规模化所带来的经济性 来自Berkeley大学的一篇技术报告则指出，云计算既是指透过互联网交付的应用，也是指在数据中心中提供这些服务的硬件和系统软件 学术界对云计算的的理解来自Wikipedia（维基百科）上的定义基本上涵盖了各个方面的看法：云计算是一种计算模式，在这种模式下，动态可扩展而且通常是虚拟化的资源通过互联网以服务的形式提供出来 IBM的朱近之在《智慧的云计算》一书中给出一个相对宽泛的定义 :云计算是一种计算模式：把IT资源、数据和应用作为服务通过网络提供给用户 计算模式的演进过程 云计算并不是突然出现的，而是以往技术和计算模式发展和演变的一种结果 计算模式的演进过程主机系统与集中计算 1964年，世界上第一台大型主机System/360诞生，由此引发了计算机和商业领域里的一场革命 大型主机的一个特点就是资源集中，计算、存储集中 效用计算 其目标是把服务器及存储系统打包给用户使用，按照用户实际使用的资源量对用户进行计费 计算模式的演进过程个人计算机与桌面计算 20世纪80年代，随着计算机技术的发展，计算机硬件的体积和成本都大幅度降低，使得个人拥有自己的计算机成为可能 个人计算机可以完成绝大部分的个人计算需求，也叫桌面计算 分布式计算分布式计算依赖于分布式系统 分布式系统由通过网络连接的多台计算机组成计算模式的演进过程网格计算网格计算出现于20世纪90年代。伴随着互联网而迅速发展起来的、专门针对复杂科学计算的新型计算模式 利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一台“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一堆网格” 计算模式的演进过程 SaaS SaaS全称为Software as a service，中文译为“软件即是服务” 用户不用再购买软件，而改为向提供商租用基于Web的软件 计算模式的演进过程云计算的出现 纵观计算模式的演变历史，基本上可以总结为：集中──分散──集中 云计算的推动力 网络带宽的提升 技术成熟度 移动互联网的发展 数据中心的演变 经济因素 云计算与网格计算 网格计算是学术界提出的，它实际上是一个研究的课题，并不是一个商业的概念 云计算从产生的那一天起就强调其商业模式，即按使用付费，这可以保证其投资能得到回报，可以作为一项业务，而不是一个科研项目来运作 云计算的公共特征 弹性伸缩 快速部署 资源抽象按用量收费 云计算的分类 根据云的部署模式和云的使用范围进行分类 公共云 私有云 混合云 云计算的分类针对云计算的服务层次和服务类型进行分类 基础架构即服务 平台即服务 软件即服务 云计算主要平台剖析 Amazon的EC2 开放的服务 灵活的工作方式 虚拟化实例 云计算主要平台剖析 Google的App Engine Google File System文件系统 MapReduce分布式编程环境 分布式大规模数据库管理系统BigTable 云计算主要平台剖析 IBM的Blue Cloud （蓝云）计算平台是一套软、硬件平台 可以自动管理和动态分配、部署、配置、重新配置以及回收资源，也可以自动安装软件和应用 可以向用户提供虚拟基础架构 云计算主要平台剖析微软的Azure 是一个运行在微软数据中心的云计算平台 包括一个云计算操作系统和一个为开发者提供的服务集合 用户已有的许多应用程序都可以相对平滑地迁移到该平台上运行 Windows Azure platform包括Windows Azure、SQL Azure和Windows Azure platform AppFabric 云计算主要平台剖析我国云计算产业的发展 可分为市场准备期，起飞期和成熟期三个阶段 云计算的重要技术及其进展 虚拟化技术 数据中心自动化 云计算数据库 云操作系统 云安全 云计算的科研应用 生命科学 海洋学和天文学 信息科技 航天 高能物理 科研领域 知识概要物联网的基本概念物联网概念的提出物联网的定义物联网的内涵物联网的基本属性和类型物联网的体系结构物联网系统的构成物联网硬件平台物联网软件平台知识概要(续) 物联网的关键技术节点感知技术节点组网及通信网络技术数据融合与智能处理技术物联网技术的应用和发展物联网应用的主要领域物联网技术的未来发展物联网的基本概念近几年来物联网技术受到了人们的广泛关注，“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮物联网概念最早出现于Bill Gates 1995年出版的《未来之路》（The Road Ahead）一书，该书提出了“物──物”相联的物联网雏形，当时受限于无线网络、硬件及传感器设备的发展，并未引起世人的重视物联网的定义当前，关于物联网（IOT）比较准确的定义是：物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络物联网的定义无线传感网泛在网络 物联网的内涵物联网产生的主要原因 经济危机催生新产业革命 传感网技术已成熟应用 网络接入和数据处理能力已基本适应多媒体信息传输处理的需求 技术层面的认识 物体通过智能感知装置，经过传输网络，到达指定数据处理中心，实现人与人、物与物、人与物之间信息交互与处理的智能化网络 从应用的角度理解每一个物品都可以寻址，每一个物品都可以控制，每一个物品都可以通信物联网与其他网络之间的关系 包容、交互作用关系 物联网的基本属性和类型全面感知 可靠传输 智能处理 自动控制 物联网的体系结构感知层传输层 支撑层 应用层 物联网系统的构成 物联网硬件平台 感知节点 末稍网络 核心承载网 信息服务系统硬件设施 物联网系统的构成物联网软件平台 数据感知系统软件 物联网中间件系统软件 网络操作系统 物联网信息管理系统 物联网的关键技术 节点感知技术 电子标签 新型传感器 智能化传感网节点技术 物联网的关键技术节点组网及通信网络技术 传感网技术 核心承载网通信技术 互联网技术 物联网的关键技术数据融合与智能处理技术 数据融合与处理 海量数据智能分析与控制 云计算技术 物联网技术的应用和发展 物联网应用的主要领域 物联网的应用领域非常广阔，从日常的家庭个人应用，到工业自动化应用，以至军事反恐、城建交通 目前，物联网已经在智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域初步得到实际应用物联网技术的应用和发展物联网技术的未来发展 人与人之间的通信 物与物互联通信 知识概要服务科学的兴起什么是服务服务科学及其必然性服务科学：今日经济的新领域服务管理与工程服务计算服务计算的发展背景服务计算的定义及其研究领域服务计算的主要研究内容及热点服务科学与服务计算的关系服务科学与服务计算的典型应用领域服务科学与服务计算给计算机科学带来的影响 服务科学的兴起国际上有一种观点甚至认为：目前全球经济正在经历着一场由计算机驱动的广泛和深刻的革命，而这场革命的指导原则就是：每个行业如果要生存的话，就必须变成一个服务行业，这足以引起我们对服务科学研究的重视。咖啡的故事服务科学的兴起苹果卖的是什么？苹果公司东山再起凭借iPod，现占有音乐播放器一多半的市场份额一个让大家轻松就得到好音乐的想法，让苹果转亏为盈那服务究竟是什么呢？服务在字义上来说是履行某一项任务或是任职某种业务，在中文地区及法国等地，也将它当作为了公众做事，替他人劳动的涵义在西方，其泛指所有在买卖过程后不会有物品留下，提供其效用来满足客户的这类无形产业 服务科学及其必然性科学是研究如何运用科学的方法和原则，管理服务的组织过程和资源，以达到服务的效果和效率的学问需要技术的创新、产业的创新、社会和组织的创新，怎样能够在需求上有更多的创新，从而制造出更大的服务经济 服务科学及其必然性服务科学并不等同于现代服务行业的概念，而是更多以融合信息技术的形式出现 新的业务模式、流程、战略和劳动力的管理方式的发展本身即可被视为一系列服务 信息化是现代服务业的核心内容之一，可用于流程改造、提升管理水平 服务科学：今日经济的新领域农业和制造业曾经是现代世界经济的主要组成部分 众所周知，服务业已成为发达国家的经济活动核心和支柱 服务科学：今日经济的新领域服务科学是一个多学科的领域，可以将计算机科学、运筹学、产业工程、数学、管理学、决策学、社会科学和法律学等既定领域内的工作相融合，创建新的技能和市场，提供高价值的业务 服务科学的一个关键驱动力是科技，尤其是通信相关技术，提升了服务导向的商业运作 服务管理与工程 服务管理与工程是一种系统工程方法，它运用服务科学的相关理论和知识来描述、定义、设计、建立、实施、运行、维护和动态重构具有复杂的社会化与技术性特征的服务系统（Complex social-technological service system），并提供相关的支撑工具和平台/环境，以支持服务提供者将创新性服务思想高质量、高效率地转化为可执行服务系统，进而为供需双方创造服务价值 服务管理与工程采用面向服务的体系结构与实现技术的服务系统，迫切需求服务工程方法论，对其进行分析、设计、实施并优化 现代服务产业的快速发展催生了越来越多的服务系统，迫切需要一种服务工程方法论，从系统论的角度看待复杂服务系统，对业务进行创新，分析、设计、实施并优化服务系统 服务科学、管理与工程（SSME）的出现，要求从科学的视角来定义服务工程，从系统工程的角度引出了服务工程的理论框架 服务工程的基本研究内容及前沿热点 服务工程的基本过程为：针对服务企业的特定需求与使命设计相应的服务解决方案（业务方案）进而通过服务资产复用等手段，给出问题解决方案（实现方案）从而构造出最终的服务系统并加以实施运行 服务工程主要由以下部分构成 服务创新与服务价值工程；服务需求工程；服务领域知识工程；服务表示、建模与设计；服务分析、仿真与优化；服务资产管理与复用；服务系统开发与构造；服务系统运行基础设施；服务交付管理；服务质量控制；服务工程支撑环境；服务项目管理 服务工程主要研究热点问题 服务方法论 服务体系结构 服务创新与服务模式设计 服务表示与服务模型学 服务组合理论 服务价值与服务工程服务质量工程 服务工程支持工具 服务计算 服务计算（Service Computing）泛指以服务及其组合为基础构造应用这一新开发范型相关的方法、技术、规范、理论和支撑环境 服务计算的发展背景 不断变化的计算系统的需求和环境，要求复杂的分布式计算系统能够迅速适应变化，其体系结构、业务模式和实现技术等方面应随需演化与动态重组 Web Services和SOA应运而生，从技术上促进了服务计算的产生 随着现代服务业的发展，各类先进的IT技术被广泛应用于服务业务当中，借以提升服务效率、降低访问与获取服务的难度、提升客户满意度 以SaaS、EaaS为代表的新型软件化服务方式，从社会应用的角度促进了服务计算的发展 现代商务的动态性和复杂性要求持续优化的业务模式/流程以提供按需服务（On Demand），这从商务角度催生了服务计算的产生 服务计算的定义服务计算概念可理解如下 一种商务原则 一种IT技术 服务计算的研究领域该领域的研究人员通常具有软件理论和软件工程的背景，其研究领域主要由以下方面组成 服务工程方法（SOMA等）；服务业务建模技术；服务构件实现技术（Web Service、SCA和SDO等）；服务发现与组合技术（语义驱动、动态、自适应和QoS感知）；面向服务的动态可配置体系结构风格；服务关系与服务组合实现技术（BPEL等）；用于数据与流程集成的服务基础运行设施（ESB等）；各类支持服务实现与运行的协议（SOAP、UDDI、WSDL、WS系列协议等）；服务管理技术（服务监管、安全、隐私、信任、事务、协调、优化和保护等）；电信服务、网格计算、移动计算、云计算和SaaS等以IT为核心的服务形态。 服务计算的研究领域该领域的研究人员通常具有丰富的领域或行业经验，主要关注以下方面 面向服务的业务咨询、分析与优化；面向服务的业务模型化表示、分析与优化；面向服务的业务建模方法；从商务到模型的转换；业务过程集成、管理与优化；业务性能管理与优化；基于服务组合的业务实现。服务计算的主要研究内容经过十余年的发展与积累，服务计算的基础理论框架已经初步构建完成，该领域中的研究问题可划分为四大类服务系统 服务相关技术 服务咨询与发布 服务解决方案与管理 服务计算的研究热点 服务创新与“服务化” 服务计算系统体系结构 服务组合问题 服务语义学 服务资源虚拟化 服务中间件、企业服务总线和服务基础设施 服务运作机制问题 服务工程方法论 服务科学与服务计算的关系 二者的相同点在于 试图以“面向服务”的思路对现实世界的业务进行分析与刻画将其映射为IT技术支持下的可运行服务系统 在设计IT服务系统的实现技术时，二者的内容是相互重叠的 二者的不同点在于 前者侧重于从顶层的业务创新到底层的IT实现系统间的映射使用各类工程方法进行转换 在转换过程中加入服务质量、功能、信誉和价值等服务特性 最终实现一个充分满足顾客需求的服务系统 后者侧重于对业务系统、技术系统、运行时基础设施的构造、分析、管理、优化 强调各层面系统本身的描述、分析、实现、运行、优化技术 服务科学与服务计算的典型应用领域 基于服务计算平台的各类新型服务 SOA支持下的生产性服务 基于Web与虚拟化技术的消费性服务 多通道信息增值服务 基于Web和SaaS平台的咨询服务 服务科学与服务计算给计算机科学带来的影响 服务科学与服务计算拓展了计算机应用领域并促进了多学科交叉，是“新型信息科学与工程”的推动力 服务计算使软件体系结构发生了变革 服务计算进一步强调了计算系统的演化 服务科学将改变软件系统的设计与开发方法 为利用计算系统解决商务服务问题提供了理论方法 进一步丰富了新型计算机科学与技术学科的教学内容 知识概要智慧地球智慧地球的基本概念智慧地球的挑战智慧举措：智慧地球的涵义让我们的地球变得更加智慧智慧地球的应用实例智慧的电力智慧的医疗智慧的城市智慧的交通智慧的供应链智慧的银行智慧地球 2008年底，IBM向全球推出了“智慧的地球”这一愿景，其目标是让世界的运转更加智能化，让个人、企业、组织、政府、自然和社会之间的互动效率更高 智能技术正应用到生活的各个方面，如智慧的医疗、智慧的交通、智慧的电力、智慧的食品、智慧的货币、智慧的零售业、智慧的基础设施甚至智慧的城市，这使地球变得越来越智能化智慧地球 IBM所提出的“智慧的地球”的愿景中，勾勒出世界智慧运转之道的三个重要维度 更透彻地感应和度量世界的本质和变化 更加全面地互联互通 在此基础上所有的事物、流程、运行方式都更深入的智能化 智慧地球的挑战交通 智慧金融和保险系统能源 食品 气候 石油和天然气 医疗保健 智慧举措：智慧地球的涵义 智慧地球的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度 智慧方法具体来说是以下三个方面为特征 更透彻的感知 更广泛的互联互通 更深入的智能化 让我们的地球变得更加智慧 智慧的地球要让每个人、每个企业、每个组织和机构更好、更高效地沟通 智慧地球的应用实例智慧的电力 智慧的医疗 智慧的城市 智慧的交通 智慧的供应链 智慧的银行业 智慧的电力 自2001年以来，中国每年的能源消耗量一直以12%的平均速度增长，也就是说能源消耗量增长速率高于GDP增长速度 可以使客户能够更好地管理电力使用 保证更高的电力的可靠性和电力质量 智慧的电力可以应用到下面几个方面 ：减少停电现象 智能电表 智慧的电力智能电表是一个首创的解决方案，它根据一天中电量的变化产生基础价格，并将信息显示出来以供消费者查看价格透明使用户知道什么时候征收高峰电价，这样他们能够在了解所有情况后自行决定用电时间而且，该解决方案减少了用电高峰时间的电力需求，降低了整个系统的成本，最大化实现可再生资源的供电，并且授权客户管理其电力使用。 智慧的医疗 智慧的医疗能够促成一种可以共享资源、服务及经验的新服务模型，能够推动各医院之间的服务共享和灵活转账，能够形成一种新的管理系统，使开支和流程更加透明化 智慧的医疗的具体应用如下：整合的医疗平台 电子健康档案系统 智慧的医疗在加拿大，一家由政府出资成立的非盈利组织在推广电子健康档案（HER），其目标是到2010年为50%的加拿大人建立电子健康档案事实证明这些行动颇有成效它们通过分布式访问改进了护理服务，通过精确、快速、可靠的信息整合改善了医院内部转诊安排、采用有效的科学和业务导向规则来分析患者信息和病历，并可提供海量的标准化数据来为医疗研究提供便利 智慧的城市 城市管理低效和公共服务的落后是阻碍城市发展的两大系统挑战 智慧的城市的具体应用如下 ：突发事件管理 实时城市管理 整合的公共服务 智慧的交通 出行从来都不是一件容易的事智慧的交通的具体应用如下 ：智能交通运输 实时交通信息 一卡通：交通一体化 道路收费 智慧的供应链 法规、基础设施和运营等三大瓶颈是中国供应链低效的深层原因 要解决这些问题，必须通过新技术和新方法来应对这一挑战 智慧的供应链的具体应用如下 : 供应链网络优化 整个价值链的可追溯性——提供供应链可视性 智慧的供应链 Matiq率先使用可跟踪性解决方案 Matiq是挪威最大的肉产品和禽肉生产商及供应商的IT子公司 为实现这个目标Matiq利用可跟踪性技术来跟踪家禽和肉产品，从农场、供应链直至超市货架每个产品包装现在都附有RFID芯片，可以确保产品在供应链中处于最佳状态、提高产品质量控制和食品安全、利用标准化优势来获取信息，并确保产品严格遵守政府食品行业要求智慧的银行 智慧的银行的具体应用如下 : 银行风险管理 银行后台作业集中化ESG红软基地

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