1.1 新興信息技術(shù)

計算機的計算性能分3個階段：①計算時代：上世紀60年代到上世紀末。②網(wǎng)絡(luò)時代：上世紀末到2015年。③云時代：指從近兩年國外Amazon開始到國內(nèi)阿里云等云平臺的興起。

2015年國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》提出到2025年，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化、協(xié)同化的“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本完成，“互聯(lián)網(wǎng)+”新經(jīng)濟形態(tài)初步形成，“互聯(lián)網(wǎng)+”成為經(jīng)濟社會創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力量。

1.1.1 云計算

云計算服務(wù)提供資源的3層次：

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS）：提供計算、存儲等基礎(chǔ)設(shè)施出租服務(wù)；

平臺即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS）：包括虛擬操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、Web應(yīng)用等平臺化服務(wù)；

軟件即服務(wù)(Software as a Service，SaaS）：提供應(yīng)用軟件、組件、工作流等虛擬化軟件服務(wù)。

架構(gòu)包括：資源池、云操作系統(tǒng)、云平臺接口。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)主要解決T2T、H2T、H2H之間的互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)兩項關(guān)鍵技術(shù)：傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)，其架構(gòu)分為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。

◆信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical Systems）是一個綜合計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實現(xiàn)計算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實時協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景（智能制造）。

信息物理系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，注重計算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)，主要用于一些智能系統(tǒng)上如設(shè)備互聯(lián)，物聯(lián)傳感，智能家居，機器人，智能導(dǎo)航等。

1.1.3 移動互聯(lián)

（1）移動互聯(lián)網(wǎng)特點：終端移動性、業(yè)務(wù)使用私密性、終端和網(wǎng)絡(luò)的局限性、業(yè)務(wù)與終端和網(wǎng)絡(luò)的強關(guān)聯(lián)性，此外還有時間碎片性、生活相關(guān)性、終端多樣性等特點，它不僅是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，而且是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。

（2）移動互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)：①架構(gòu)技術(shù)SOA：Service Oriented Architect，面向服務(wù)的架構(gòu)，不涉及底層編程接口和通訊模型，Web Service是目前實現(xiàn)SOA的主要技術(shù)。②頁面展示技術(shù)Web2.0：嚴格來說不是一種技術(shù)，而是互聯(lián)網(wǎng)思維模式。③HTML5：在原有HTML基礎(chǔ)上擴展了API最大優(yōu)勢可以在網(wǎng)頁上直接調(diào)試和修改。④Android：特點入門容易，因為Android的中間層多以 Java實現(xiàn)，指令相對減少、開發(fā)相對簡單，而且開發(fā)社群活躍，開發(fā)資源豐富。⑥I0S：一個非開源的操作系統(tǒng)，開發(fā)人員必須加入蘋果開發(fā)者計劃，需要付款以獲得蘋果的批準，開發(fā)語言是 Objective-C、C 和C++，開發(fā)難度大于Android。⑦Windows Phone：微軟一款手機操作系統(tǒng)，開發(fā)技術(shù) C、 C++、C#等。

（3）4G網(wǎng)絡(luò)理論下行速度能達到100Mb/s（相當于下載速度1.5-10Mb/s）；5G網(wǎng)絡(luò)的理論下行速度為10Gb/s（相當于下載速度1.25Gb/s）。

1.1.4 大數(shù)據(jù)

（1）大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)：①HDFS：能提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問，非常適合大規(guī)模數(shù)據(jù)集上的應(yīng)用。②HBase：不同于一般的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫。③MapReduce：一種編程模型，主要思想：概念“Map (映射)”和“Reduce(歸約)”。④Chukwa：用于監(jiān)控大型分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常包含4個層次：①數(shù)據(jù)源;②數(shù)據(jù)倉庫/數(shù)據(jù)集市;③OLAP服務(wù)器;④前端工具。

（3）大數(shù)據(jù)(Big Data) 5V：①Volume (數(shù)據(jù)量大);②Variety (數(shù)據(jù)類型多);Velocity (處理速度快);④Value(價值密度低);⑤Veracity (真實性高 )。

（4）大數(shù)據(jù)應(yīng)用5個環(huán)節(jié)：①數(shù)據(jù)準備；②存儲管理；③計算處理；④數(shù)據(jù)分析；⑤知識展現(xiàn)。

（5）數(shù)據(jù)挖掘。是指從大量的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程。數(shù)據(jù)挖掘通常與計算機科學(xué)有關(guān)，并通過統(tǒng)計、在線分析處理、情報檢索、機器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)（依靠過去的經(jīng)驗法則）和模式識別等諸多方法來實現(xiàn)上述目標。

數(shù)據(jù)挖掘主要任務(wù)：關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類、預(yù)測、時序模式和偏差分析等。

其中分類的主要方法：分類規(guī)則、判定數(shù)、數(shù)學(xué)公式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。預(yù)測方法：線性回歸、非線性回歸、最小二乘法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

數(shù)據(jù)挖掘過程模型步驟：定義問題，建立數(shù)據(jù)挖掘庫（數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)描述、選擇、數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和數(shù)據(jù)清理、合并與整合、構(gòu)建元數(shù)據(jù)、加載數(shù)據(jù)挖掘庫、維護數(shù)據(jù)挖掘庫），分析數(shù)據(jù)，準備數(shù)據(jù)（選擇變量、選擇記錄、創(chuàng)建新變量、轉(zhuǎn)換變量），建立模型，評價模型和實施。※

對數(shù)據(jù)量巨大的數(shù)據(jù)源，在數(shù)據(jù)挖掘之前可能會先進行數(shù)據(jù)歸約。

（6）數(shù)據(jù)歸約。是指在盡可能保持數(shù)據(jù)原貌的前提下，最大限度地精簡數(shù)據(jù)量（完成該任務(wù)的必要前提是理解挖掘任務(wù)和熟悉數(shù)據(jù)本身內(nèi)容）。數(shù)據(jù)歸約主要有兩個途徑：屬性選擇和數(shù)據(jù)采樣，分別針對原始數(shù)據(jù)集中的屬性和記錄。數(shù)據(jù)歸約技術(shù)可以用來得到數(shù)據(jù)集的歸約表示，它雖然小，但仍大致保持原數(shù)據(jù)的完整性。這樣，在歸約后的數(shù)據(jù)集上挖掘?qū)⒏行Вa(chǎn)生相同(或幾乎相同)的分析結(jié)果。（只所以要做數(shù)據(jù)歸約是因為：如果在數(shù)據(jù)倉庫選擇數(shù)據(jù)用于分析，由于數(shù)據(jù)集非常大，使得在海量數(shù)據(jù)上進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析扣挖掘?qū)⑿枰荛L時間，使得這種分析不現(xiàn)實或不可行）。

1.1.5 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈（Blockchain），是比特幣的一個重要概念，它本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，同時作為比特幣的底層技術(shù)，是一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊中包含了一批次比特幣網(wǎng)絡(luò)交易的信息，用于驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區(qū)塊。

區(qū)塊鏈：就一段段由哈希指針構(gòu)成的“區(qū)塊+鏈”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

區(qū)塊鏈主要特征：

（1）分布式數(shù)據(jù)存儲：即去中心化，區(qū)塊鏈技術(shù)不依賴第三方管理機構(gòu)或硬件設(shè)施，沒有中心管制，各個節(jié)點實現(xiàn)了信息的自我驗證、傳送和管理。

（2）共識機制（多方維護）：寫入數(shù)據(jù)不由單方控制，需要經(jīng)過多方驗證形成共識，才能寫入。

（3）非對稱加密：采用非對稱加密技術(shù)保證數(shù)據(jù)的安全性。

（4）智能合約：無需彼此信任、完全由代碼定義合約，由代碼執(zhí)行，人工無法干預(yù)。

其他特點：

（1開放性。區(qū)塊鏈技術(shù)是開源的，除了交易各方的私有信息被加密外，區(qū)域鏈的數(shù)據(jù)對所有人開放，任何人都可以通過公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和開發(fā)相關(guān)應(yīng)用，因此整個信息系統(tǒng)高度透明。

（2）獨立性。基于協(xié)調(diào)一致的規(guī)范和協(xié)議，整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)不依賴第三方，所有節(jié)點能夠在系統(tǒng)內(nèi)自動安全驗證、交換數(shù)據(jù)，不需要人為干預(yù)。

（3）安全性。只要不能掌控全部數(shù)據(jù)節(jié)點的51%，就無法肆意操控修改網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這使區(qū)塊鏈本身變得相關(guān)安全，避免了主觀人為的修改。數(shù)據(jù)具有不可篡改、不可偽造、一致存儲的特點

（4）匿名性。除非有法規(guī)規(guī)范要求，各區(qū)塊節(jié)點的身份信息不需要公開或驗證，信息傳遞可以匿名進行。

1.1.6 人工智能

AI的本質(zhì)就是智能化技術(shù)，它集感知、推理、學(xué)習(xí)和行動于一體，利用計算機視覺、語音識別、深度學(xué)習(xí)等方式，試圖汲取豐富的信息，像人一樣思考，做出決策。

人工智能分為：機器學(xué)習(xí)、非機器學(xué)習(xí)。

機器學(xué)習(xí)：是一種通過利用數(shù)據(jù)、訓(xùn)練出模型，然后使用模型預(yù)測的一種方法。比如多層次的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（包括：輸入層神經(jīng)元、中間層/隱藏層神經(jīng)元、輸出層神經(jīng)元）。

非機器學(xué)習(xí)典型的例子就是“專家系統(tǒng)”（基于規(guī)則的系統(tǒng)， 見1.2.7(2)）

應(yīng)用場景：專家系統(tǒng)（例子：無人駕駛、天氣預(yù)報、城市系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)挖掘、計算機視覺、自然語言處理、生物特征識別、搜索引擎、醫(yī)學(xué)診斷、檢測信用卡詐騙、證券市場分析、DNA序列測序、語音或手寫識別、戰(zhàn)略游戲、藝術(shù)創(chuàng)作、機器人、自動化機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)。

1.1.7 虛擬現(xiàn)實

利用計算機生成的三維虛擬環(huán)境。其特點包括：沉浸、互動、聯(lián)想。

組成：計算機、輸入輸出設(shè)備、相關(guān)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫

應(yīng)用：模擬訓(xùn)練、虛擬實景游覽

1.1.8 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生（Digital Twin）：是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。

簡單地說，Digital Twin就是將現(xiàn)實世界的物理體、系統(tǒng)及其流程等復(fù)制到賽博空間，形成一個“克隆體”，兩者最終構(gòu)成一個“數(shù)字雙胞胎”。

Digital Twin是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)；是一個物理產(chǎn)品的數(shù)字化表達，以便于我們能夠在這個數(shù)字化產(chǎn)品上看到實際物理產(chǎn)品可能發(fā)生的情況，與此相關(guān)的技術(shù)包括增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實。

1.1.9 智慧城市模型和體系。

（1）功能層：（5層）物聯(lián)感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、計算與存儲層、數(shù)據(jù)及服務(wù)支撐層、智慧應(yīng)用層。

（2）支撐體系：（3個）標準規(guī)范體系、安全保障體系、建設(shè)和運營管理體系。