信息的本质和传输规律的毕业论文.docx

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信息的本质和传输规律的毕业论文

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1绪论

1.1信息论概述

信息论（InformationTheory）是关于信息的本质和传输规律的科学的理论，是研究信息的计量、发送、传递、交换、接收和储存的一门新兴学科。

人类需要随时获取、传递、加工、利用信息，否则就不能生存。

人们获得信息的方式有两种；一种是直接的，即通过自己的感觉器官，耳闻、目睹、鼻嗅、口尝、体触等直接了解外界情况；一种是间接的，即通过语言、文字、信号等等传递消息而获得信息。

通讯是人与人之间交流信息的手段，语言是人类通讯的最简单要素的基础。

人类早期只是用语言和手势直接进行通讯，交流信息。

“仓颉造字”则使信息传递摆脱了直接形式，同时扩大了信息的储存形式，可算是一次信息技术的革命。

印刷术的发明，扩大了信息的传播围和容量，也是一次重大的信息技术变革。

但真正的信息革命则是电报、、电视等现代通讯技术的创造与发明，它们大大加快了信息的传播速度，增大了信息传播的容量。

正是现代通讯技术的发展导致了关于现代通讯技术的理论—信息论的诞生[1]。

信息论的创始人研究所的数学家，他为解决通讯技术中的信息编码问题，突破老框框，把发射信息和接收信息作为一个整体的通讯过程来研究，提出发通讯系统的一般模型；同时建立了信息量的统计公式，奠定了信息论的理论基础。

1948年发表的《通讯的数学理论》一文，成为信息论诞生的标志。

创立信息论，是在前人研究的基础上完成的。

1922年提出边带理论，指明信号在调制（编码）与传送过程中与频谱宽度的关系。

1922年发表《信息传输》的文章，首先提出消息是代码、符号而不是信息容本身，使信息与消息区分开来，并提出用消息可能数目的对数来度量消息中所含有的信息量，为信息论的创立提供了思路。

美国统计学家从古典统计理论角度研究了信息理论，苏联数学家也对信息论作过研究。

控制论创始人建立了维纳滤波理论和信号预测理论，也提出了信息量的统计数学公式，甚至有人认为也是信息论创始人之一。

在信息论的发展中，还有许多科学家对它做出了卓越的贡献。

法国物理学家1956年发表《科学与信息论》专著，从热力学和生命等许多方面探讨信息论，把热力学熵与信息熵直接联系起来，使热力学中争论了一个世纪之久的“麦克斯韦尔妖”的佯谬问题得到了满意的解释。

英国神经生理学家1964年发表的《系统与信息》等文章，还把信息论推广应用于生物学和神经生理学领域，也成为信息论的重要著作。

这些科学家们的研究，以及后来从经济、管理和社会的各个部门对信息论的研究，使信息论远远地超越了通讯的围。

因此，信息论可以分成两种：

狭义信息论与广义信息论。

狭义信息论是关于通讯技术的理论，它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。

广义信息论，则超出了通讯技术的围来研究信息问题，它以各种系统、各门科学中的信息为对象，广泛地研究信息的本质和特点，以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律[2]。

显然，广义信息论包括了狭义信息论的容，但其研究围却比通讯领域广泛得多，是狭义信息论在各个领域的应用和推广，因此，它的规律也更一般化，适用于各个领域，所以它是一门横断学科。

广义信息论，人们也称它为信息科学[3]。

1.2植物群落学

植物群落学（phytocoenology）是研究地球表面植物种类和植被分布的科学。

在古代就有记述，如中国的《诗经》、《禹贡》、《管子·地员篇》等，记述了中国南、北方植物的种类、分布及其与水分、土壤、气候的关系。

但作为一门科学出现于19世纪初，德国科学家亚历山大·冯·洪堡（AlexandervonHumboldt）在1807年指出植物型与环境间的关系，创建了植物地理学。

20世纪上半期即发展为如下一些分支：

①植物区系地理学。

包括植物种类地理学和历史植物地理学。

研究植物分类学单位（种、属、科）的分布、起源和变化历史，常用物种形成的速率、长距离散布和大陆漂移等来说明历史事实；②植物生态地理学。

研究植物分布的环境原因，在植物生态学的支持下得到发展。

趋向于大尺度和用历史因子来探讨植物分布问题；③植物群落地理学或植被地理学。

是植物群落生态学的一部分。

1.3生物信息论

生物信息论是生物数学中应用信息理论研究生命现象的分支领域。

信息论最初是从电子通信工程中发展起来，随着信息概念和理论的不断深化，当今的信息论早已超出了狭义的电信工程畴，而成为一门新兴的数学分支学科。

在自然科学与社会科学中都得到了广泛应用，日益显示其重要性。

当这门学科从非生命科学转向生命科学，又展现出前所未有的发展前景。

这是因为生命活动出现的信息要比非生命现象更丰富更复杂更重要。

生物信息与物质和能量一样成为构成生命活动的三大要素。

有关生物信息理论的研究成为生物学科的重要容。

庞大的生物世界，种类繁多，生物性状表现复杂，生物本身就是一个巨大的信息源。

当你环顾周围生命世界，形态各异的生物个体，显现的颜色，散发的气味，发出的声音，表现的动作等等，生命活动时时都在显示其信息的复杂性。

生物体新代谢，也在不断的产生各种信息，并且在信息的控制与调节下实现其正常的生理活动。

在动物世界，神经系统由信息的传递和控制主宰了整个个体的活动。

以至在高级的脊椎动物，围绕大脑为中心的神经系统成为生物传递加工和处理信息的专有器官。

神经系统信息的传递一直是生物学研究的重要课题，至于具有第二信号系统功能的人类大脑，思维作为信息处理最复杂的形式，当今仍被列为尚待彻底探索的奥秘。

遗传信息以DNA中核苷酸为代码的信息传递，其信息量以天文数字计算，比人类任何通讯传输都更庞大更复杂。

生物群落的结构也包含信息的发展演化。

当今生态环境学科中提出的生物多样性保护，按照信息论的观点去理解，其实质也是生物信息多样性的保护。

总之，无论是从微观到宏观，从个体到群体，从生理到生态，生命现象到处都向我们展示出生物信息具有丰富而广阔的研究前景[4]。

正是在这种思想的指导下，本文将信息论观点引入植物群落学。

希望其在植物群落的统计与分析过程中，发挥应有的作用。

2研究样地概况与实验方法

2.1样地概况

双峰山国家森林公园位于市东北部。

地理位置N31º10’～31º14’，E114º11’～114º12’。

海拔400～880ｍ，坡度25º～60º，属中亚热带地区，正处在我国东部季风区的中心。

年平均气温15～16ºＣ，无霜期225～250天。

年均降水量1000～1200ｍｍ，主要集中在4～9月，相对平均湿度70～79%。

土壤类型为山地黄棕壤，土种有沙土，沙泥土，渣子土，厚度为20～30cm，pH值5～6。

5，土壤质地疏松，有机质含量为10%～40%。

现有森林面积约为2833ha，是鄂东北面积最大的国家森林公园。

双峰山国家森林公园现有植被主要是1958年双峰山林场成立后所恢复建成的人工松杉林。

主要物种为马尾松（Pinusmassoniana）、杉木（Cunninghamialanceolata）和柳杉（Cryptomeriafortunei），此外还有部分经济茶园和竹林。

但一些阳生性树种如化香（Platycaryastrobilacea）、黄檀（Dalbergiahupeana）、油茶（Camelliaoleifera）等已在针叶林下出现[5]。

五鹿山地处蒲县、隰县境，属吕梁山森林经营局克城和上庄林场管理辖。

位于东经111度9分－111度18分，北纬36度28分45秒－36度38分30秒。

该区主要保护世界稀有动物，国家一类保护动物褐马鸡。

同时保护以油松为主的次生林。

区划面积215250亩，其中核心区82500亩。

主峰五鹿山，海拔1946米。

这里年平均温度8摄氏度，最高25摄氏度，最低－6摄氏度，年均降雨600毫米，无霜期160天。

区有天然林40000多亩，人工林14000亩，主要树种为油松、桦木、栎类。

天然林主要分布于核心区，是褐马鸡栖息和活动的地域，是我省褐马鸡分布区的南界[6]。

棋盘山位于省市西郊，是围绕西湖山区的几个高地之一，地处北纬30°15′，东经120°10’。

地形以丘陵为主，高度在400ｍ以下，主要由石灰岩、页岩、砂岩及火山喷出岩等构成。

该山所处西湖区属亚热带季风气候区，夏日炎热多雨，冬季温暖湿润，年平均气温162℃，最热月7月平均气温286℃，最冷月1月平均气温37℃，大于10℃的年平均积温为5101.9℃，无霜期246d，生长期长达311d。

鸡公山地处大别山南端的浅山区，位于省市平桥区境，处在鄂豫两省交界处，地理坐标为114°01’—114°06’E、31°46’—31°52’N。

1982年经省人民政府批准为省鸡公山自然保护区，1988年经国务院批准为国家级自然保护区，保护区面积约3000hm2。

区气候为北亚热带向暖温带过度的季风气候和山地气候，具体表现特征为:

四季分明，光、热、水同期；春温变幅大，夏季雨水多，秋季温差小，冬冷雨雪少。

据市气象局资料显示，保护区年平均气温15.2℃，极端最高温为40.9℃，极端最低温-20.0℃，年均降水量1118.7mm年均日照时数2063.3h，无霜期220d。

鸡公山土壤分为4个大类:

黄棕壤、石质土、粗骨土与水稻土，其中黄棕壤面积约60%；石质土约33%；粗骨土约占6.9%；水稻土面积最少，仅占0.1%。

区植被属中国北亚热带东部偏湿性常绿落叶阔叶林地带性植被，主要组成树种以青冈栎、麻栎、马尾松为主，林木灌木层优势种则以山椒、盐肤木、枝子为主，草木层优势种则以求米草、大金鸡菊、羊子草为主[7]。

2.2实验方法

2.2.1样地植物调查

双峰山国家森林公园样地设置采用典型取样法，2005年8～11月调查。

沿海拔梯度设置样地，海拔高度为120～873m。

以胸径（DBH）≥2cm的树种为乔木，乔木层取样面积为10m×10m，调查记录乔木种名、高度、胸径、冠幅。

在10m×10m样方的对角线上设置2个5m×5m小样方，调查记录灌木种名、高度、盖度、株数；在四角及中心设置5个2m×2m小样方，调查记录草本种名、高度、盖度、株数。

调查海拔、坡度、坡位等生境因子。

共调查42个10m×10m、84个5m×5m和210个2m×2m的样方。

重要值（ImportanceValue，IV）计算时，乔木IV=相对多度+相对频度+相对显著度；灌木和草本IV=相对多度+相对频度+相对盖度。

群落划分运用SPSS软件对42个样方进行聚类，按优势种命名原则，确定群落的名称[8]。

不同群落乔木层5个主要种的重要值如表1所示。

棋盘山、五鹿山、鸡公山的植物调查数据来源于原作者科研项目。

表1　不同群落乔木层5个主要种的重要值

群落及组成

相对频度

相对多度

相对显著度

重要值

柳杉+杉木群落

柳杉

杉木

槲栎

泡桐

油茶

21.

21.

8.772

3.509

8.772

32.129

43.373

7.229

0.803

4.418

48.642

29.768

1.451

12.885

0.696

101.823

94.194

17.452

17.197

13.886

杉木群落

杉木

马尾松

柘木

油茶

化香

11.842

11.842

3.947

5.263

5.263

33.333

14.247

12.634

9.677

5.108

26.313

22.433

1.

1.172

5.736

71.488

48.522

17.768

16.113

16.107

马尾松群落

马尾松

扁柏

化香

柳杉

茅栗

21.649

8.247

9.278

3.

7.216

66.943

4.979

8.299

2.

2.213

50.597

8.068

3.693

11.617

5.511

.190