01什么叫“变成数据”?
前面我们已经学过: 数字、文字、图片、声音、视频,都可以被电脑保存和处理。
它们看起来完全不同, 但进入电脑以后,都需要按照某种规则转换成可以记录的数值和 Bit。
现实世界的信息
文字、声音、图像、温度、位置……
测量 / 编码 / 采样
按照约定把信息转换成数值
010101...
数字数据
可以保存、传输和计算
02数字和文字怎样变成数据?
数字本身就适合用数值表示。 非负整数可以直接写成二进制;负数、小数则有各自的表示规则。
文字则需要先给字符分配编号,再按照编码方式保存。
数字
13 → 00001101
按整数类型和位宽解释
文字
中 → U+4E2D → E4 B8 AD
Unicode 码点再经过 UTF-8 编码
03图片、声音和视频怎样变成数据?
图片、声音和视频并不是直接“翻译成 0 和 1”, 而是先把它们拆成适合测量和描述的信息。
图片
常见位图会记录像素位置和颜色
例如 RGB 数值声音
通过采样和量化记录声音随时间的变化
例如 PCM 采样值视频
记录随时间变化的画面,并通常带有音频
再通过视频编码进行压缩04温度、位置和运动也能变成数据吗?
可以。 现实世界里很多物理量都可以通过传感器测量, 再转换成数字。
温度
26.3 °C温度传感器测量
位置
经纬度可以由卫星定位等系统计算得到
运动
加速度 / 角速度由加速度计、陀螺仪等测量
光线
亮度数值由光传感器感知
所以手机为什么能知道横竖屏、亮度、位置和运动状态? 是因为它里面有不同传感器,把物理世界的信息变成了数据。
05数据就是现实本身吗?
不是。 这是这一篇最重要的知识之一。
数据只是对现实世界某些信息的表示(Representation)。 它会选择我们想记录的部分,而且通常有精度和范围限制。
真实的一棵树
有颜色、形状、气味、温度、重量、触感……
电脑里的数据
也许只保存照片、位置和高度等部分信息
06为什么同一串数据必须按规则解释?
因为 Bit 本身只有 0 和 1, 它们并不会自动告诉电脑“我代表什么”。
01000001
当作整数
65按 ASCII
A当作原始 Bit
01000001所以每一份数据通常都需要上下文: 它是什么类型、采用什么编码、单位是什么、格式是什么。
07数据为什么这么有用?
一旦信息被转换成数字数据, 电脑就可以对它执行很多统一的操作。
保存
存进 SSD、硬盘、存储卡
传输
通过网络发送到另一台设备
复制
可以快速复制相同的数据
分析
程序可以搜索、比较和计算
压缩
利用规律减少存储和传输量
加密
按照密码学规则保护数据
你已经知道了什么
- “变成数据”就是把我们关心的信息按照规则表示成计算机可以记录和处理的数值。
- 数字、文字、图片、声音和视频都可以使用不同的方法编码成数据。
- 温度、位置、运动、光线等物理量也可以通过传感器测量并转换成数字数据。
- 数据不是现实世界本身,而是对现实中某些信息的表示。
- 数字化过程中通常会有范围、精度、采样率、位深等限制,因此不会自动保留现实中的全部信息。
- 同一串 Bit 可以有不同含义,必须结合数据类型、编码、格式和单位来解释。
- 数据一旦数字化,就可以方便地保存、复制、传输、分析、压缩和加密。
- “万物皆可数据化”更准确的理解是:很多可以被观察、测量或描述的信息,都可以选择合适的方法转化成数据。