Лекция №4-5 Измерение информации Пример
| Вид материала | Лекция |
- «измерение», 44.31kb.
- Тема классификационный анализ лекция, 63.18kb.
- Измерение информации. Количество информации. Единицы измерения информации, 328.73kb.
- Дискретных Марковских Цепей) в анализе данных. Пример применения. (лекция, 7.29kb.
- Муниципальное образовательное учреждение Пошатовская средняя общеобразовательная школа, 201.78kb.
- Карпов Дмитрий Анатольевич лекция, 472.96kb.
- Vi. Измерение вредных производственных факторов рабочих мест, 43.78kb.
- Учебный план курсовой подготовки по пользователю, 46.52kb.
- Методические указания к лабораторной работе, 454.05kb.
- Текст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет, 1185.25kb.
Рис. Схема информационного процесса передачи информации
Обмен информацией — это передача информации между двумя или несколькими объектами, при котором каждый объект и получает, и выдаёт информацию.
Информацию передают друг другу не только люди, но и животные и растения.
В процессе передачи информация может теряться и искажаться.
Наука, разрабатывающая способы защиты информации, называется криптологией.
Для автоматизированной передачи информации, размещённой в памяти компьютеров, их объединяют в локальные и глобальные сети.
Интересный факт
В истории кибернетики имя К. Шеннона занимает одно из самых значительных мест. Он создал теорию передачи и кодирования информации в каналах связи и заложил основы теории информации. Ему удалось доказать замечательный факт: он установил точную связь между способом кодирования сообщений, скоростью их передачи по каналам связи и вероятностью искажения передаваемой информации. Но, пожалуй, самым важным результатом в этой области явилось доказательство того, что при любых помехах и шумах можно обеспечить передачу информации без потерь.
Первая теорема Шеннона говорит о том, что для передачи любого сообщения с помощью канала без помех существует код минимальной длины, такой, что сообщение кодируется с минимальной избыточностью.
Вторая теорема Шеннона о кодировании при наличии шумов гласит, что всегда существует способ кодирования, при котором сообщения будут передаваться с какой угодно высокой достоверностью (со сколь угодно малой вероятностью ошибок), если только скорость передачи не превышает пропускной способности канала связи. Это было неожиданным открытием.
Большой вклад в разработку математических основ теории связи внесли советские ученые: А. Н. Колмогоров, А. Я. Хинчин, А. А. Харкевич, В. А. Котельников. Теория связи позволяет правильно спроектировать канал связи и выбрать оптимальный способ кодирования сигнала.
Обработка информации
Обработка (преобразование) информации — это процесс изменения формы представления информации или её содержания.
Как правило, обработка информации — это закономерный, целенаправленный, планомерный процесс. Всегда существует цель обработки.
Описание фильма №1
Время: около 3 мин.
Видеоряд: урок геометрии, на доске одна-две задачи, в которых даны треугольники, известны две стороны и угол между ними. Требуется определить все остальные параметры треугольника: третью сторону, углы, площадь, периметр.
Аудиоряд (голос диктора за кадром). Ситуации, связанные с обработкой информации можно разделить на два типа.
К первому типу обработки относятся ситуации, связанные с получением новой информации, нового содержания знания. К этому типу обработки относятся задачи, рассматриваемые в математике, физике, химии и так далее. Например, даны две стороны треугольника и угол между ними, требуется определить все остальные параметры треугольника: третью сторону, углы, площадь, периметр. Способ обработки, то есть алгоритм решения задачи, определяется математическими формулами, которые должен знать приступающий к решению задачи или, иначе говоря, исполнитель.
К первому же типу обработки информации относится решение различных задач путем применения логических рассуждений. Например {для каждого примера – характеризующий его видеоряд}:
- малыш, пробующий на зуб окружающие предметы;
- человек, анализируя сложившиеся обстоятельства, принимает решение о своих дальнейших действиях {видеоряд: водитель автомобиля на перекрестке};
- ученый разгадывает тайну древних рукописей;
- химик (или физик) в лаборатории ставящий опыт;
- следователь по некоторому набору улик находит преступника и т. д.
Видеоряд: урок иностранного языка, а затем информатики по теме «Кодирование информации».
Аудиоряд. Ко второму типу обработки относится обработка информации, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания. К этому типу обработки информации относится, например, перевод текста с одного языка на другой:
- с одного вербального языка на другой язык {видеоряд: перевод речи, например, с английского на русский};
- с вербального на специальный, язык морского семафора {видеоряд: офицер на капитанском мостике диктует что передавать, а матрос передает информацию на берег или другому кораблю};
- с любого визуального языка на вербальный {видеоряд: фрагмент экскурсии по музею искусств};
- с обонятельного, вкусового на аудиальный {видеоряд: в кадре композитор, нюхающий цветы и сочиняющий музыку, а затем симфонический зал, в котором звучит его музыка};
- с генетического языка на специальный, научный {видеоряд: ученый, изучающий под микроскопом молекулу и при этом делающий записи и трехмерную модель на компьютере};
- со специального, языка программирования на визуальный язык {видеоряд: программист создает сайт} и т. д.
Важным видом обработки для информатики является кодирование. Мы уже говорили о том, что кодирование – это преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи и обработки. В последнем примере Вы видели, что визуальная информация вначале кодируется для удобства передачи ее на расстояние, а затем на месте декодируется, то есть «распаковывается» в удобный для действующего лица формат представления.
Кроме того, кодирование использовалось еще задолго до изобретения компьютера, например, в телеграфе, радиосвязи, глиняных табличках, наскальных рисунках и так далее. Конец фильма.
Процессы изменения формы представления информации часто сводятся к процессам её кодирования и декодирования и проходят параллельно процессам сбора и передачи информации. Примеры изменения формы информации в результате обработки.
- Специальное оборудование на метеостанции преобразует сигналы, полученные от метеозондов, в графики.
- Данные анкет, полученные в результате психологических исследований, представляются в виде диаграмм.
- При сканировании рисунок преобразуется в последовательность двоичных цифр.
Примеры обработки информации:
| Пример обработки информации | Входная информация | Правило преобразования | Выходная информация |
| Таблица умножения | Множители | Правила арифметики | Произведение |
| Определение времени полёта рейса «Москва — Ялта» | Время вылета из Москвы и время прилёта в Ялту | Математическая формула | Время в пути |
| Отгадывание слова в игре «Поле чудес» | Количество букв в слове и тема | Формально не определено | Отгаданное слово |
| Получение секретных сведений | Шифровка от резидента | Своё в каждом конкретном случае | Дешифрованный текст |
| Постановка диагноза болезни | Жалобы пациента и результаты анализов | Знания и опыт врача | Диагноз |
Но всегда ли нам известно, как, по каким правилам входная информация преобразовывается в выходную?
Пример. Дети не знают, что внутри у заводной игрушки. Им известно одно: если завести игрушку, она поедет. Большинство телезрителей мало что знают об устройстве телевизора. Но когда на экране появляются помехи во время просмотра телепрограммы, оперирование ручками (кнопками) настройки часто позволяет получить четкое изображение. Выражаясь языком кибернетики, телезритель начинает манипулировать входами, надеясь получить на выходе устранение помех. Такую систему, в которой наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а её структура и внутренние процессы неизвестны, называют «чёрным ящиком».
Описание фильма №2
Время: около 3 мин.
Видеоряд: рассказывает и демонстрирует мужчина, одетый в форму МЧС, стоящий рядом с любым летательным аппаратом и держащим в руках черные ящики. Действие переносится в лабораторию, где черные ящики разбирают, склеивают пленку и расшифровывают записи.
Аудиоряд. Вероятно, Вам уже доводилось слышать, что в устройстве современных самолетов предусмотрены такие приборы, которые в простонародье прозвали «черными ящиками». Думаю, для чего они нужны, понятны всем – для регистрации различных параметров во время полета самолета, которые в случае катастрофы помогли бы определить ее причину. И в дальнейшем использовать эту информацию для предотвращения подобных случаев.
На пленку «черного ящика» записывается вся информация, поступающая со всевозможных датчиков, разговор экипажа во время полета, переговоры экипажа с авиадиспетчерами на земле. При этом в записях «черного ящика» нет ни слова о том, как устроены двигатели или система питания, какими принципами пользуются для передачи и приема информации и так далее.
Иначе говоря, в «черном ящике» сохраняется только входная и выходная информация, по которой специалисты, в случае необходимости, могут описать все события, происходившие во время полета с отдельными узлами и устройствами самолета, а также переговоры экипажа {видеоряд: демонстрация полета из кабины экипажа}.
Можно уверенно утверждать, что для большинства людей не представляет интереса, как устроен самолет, но в результате какой причины произошла катастрофа, будет интересовать многих: и пассажиров, и экипаж, и их родственников, и специалистов-техников, и конструкторов, и производителей и еще много-много кого.
Точно также мало кого в настоящее время интересует, например, принцип передачи и приема информации по сотовому телефону, по телевизору, по радио, в Интернете {видеоряд: демонстрация разговора по сотовому телефону, просмотр телепередачи, прослушивание радио, Интернет-сеанс; в следующем предложении также необходима демонстрация «перечислизмов»}. Также мало кого интересует как, например, устроена ракета или автомобиль, компьютер или кофеварка и так далее, и тому подобное.
То есть в современном мире фактически для большинства пользователей бытовой техникой устройство этой техники мало интересует. А что же тогда интересует, спросите Вы? Интересует то, как надо пользоваться прибором для того, чтобы получить какую-либо услугу. В этом случае входной информацией будут правила пользования техническим средством, а сама услуга будет выходной информацией. При этом устройство технического средства для действующего лица будет представлять что-то наподобие «черного ящика», представляющего интерес только для специалистов, но не для большинства пользователей.
Таким образом, схему преобразования информации можно представить следующим образом {видеоряд: схема с задержкой на экране около 0,5 мин.}.
Аудиоряд во время демонстрации схемы на экране. Для исследователя познаваемый объект первоначально выступает как «черный ящик». Конец фильма.
Входная информация
Выходная информация
«Черный ящик»
Доступно наблюдателю
Рис. Схема преобразования информации по принципу «черного ящика»
Не будет преувеличением сказать, что любая вещь, любой предмет, любое явление — любой познаваемый объект — всегда первоначально выступает для наблюдателя как «чёрный ящик».
Пример. Перед инженером стоит неисправный компьютер, находящийся на гарантийном обслуживании. Разбирать его нельзя, но инженер должен решить, отправить аппарат для ремонта или заменить новым.
В практической деятельности врач сталкивается с внешними проявлениями болезни, но истинное состояние организма больного ему неизвестно. Перед врачом задача «чёрного ящика».
Обработка информации по принципу «чёрного ящика» — процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым происходит преобразование, его не интересуют, и они не принимаются во внимание.
Очень часто в жизни нам приходится находить (угадывать, вычислять) правило, по которому происходит обработка информации. Многие игры основаны на этом принципе.
Пример. Каждый следующий элемент получен по некоторому правилу. Угадайте это правило:
а) победа, обеда, беда, еда, ...;
б) о, д, т, ч, п, ш, с, в, д, д, ...;
в) 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ...
Ответы:
а) отбрасывание первой буквы слова;
б) начальные буквы числительных «один», «два», «три» и т. д.;
в) каждый элемент, начиная с третьего, равен сумме двух предыдущих.
Описание фильма №3
Время: около 3 мин.
В
Методы хранения информации
идеоряд:
Ручные
Автоматизированные
Автоматические
Аудиоряд. Мы с Вами уже вели разговор о ручных, автоматизированных и автоматических методах хранения информации. Для того чтобы построить автоматизированные, а тем более автоматические устройства хранения, необходимо построить устройство автоматизированной или автоматической обработки информации. Основанием для построения таких устройств являются строго формализованные правила и алгоритм их реализации.
Алгоритмы Вы, вероятно, изучали в 7 классе. Кратко только напомню, что это совокупность действий, правил по решению задачи.
Формализация информации подразумевает, во-первых, отделение имени объекта от самого объекта, а во-вторых, обработку информации без ее осмысления.
{Видеоряд: схема на экране в течение озвучивания следующего абзаца}.
Первое положение формализации можно проиллюстрировать таким примером. Если, например, написать слово «корова», то это вовсе не одно и то же, что и известное всем животное. Можно стереть у этого слова букву «а», и это не будет означать, что самой корове отрезали, например, хвост.
{Видеоряд: схема на экране в течение озвучивания следующего текста}.
Второе положение о формализации информации говорит о том, что обработка информации производится без ее осмысления.
Проиллюстрировать это можно на примере работы процессора компьютера. Для процессора все равно, с какой информацией работать: визуальной или аудиальной. Для него главное, чтобы эта информация была представлена в кодах. То есть закодированная информация для него будет входной. Процессор по заданному алгоритму ее обрабатывает и выдает для какого-либо устройства опять же в кодах, а внешнее устройство преобразует эту информацию в визуальную или аудиальную.
Поэтому в рамках данной схемы процесс обработки чаще всего сводится к следующим процедурам:
- вычислению процессором значений выходных параметров как некоторой функции входных;
- накоплению информации, то есть изменению состояния памяти под воздействием входной информации;
- реализации причинной связи между входом и выходом процессора;
- взаимодействию процессора со средой, реакции на изменение обстановки;
- управление поведением всей системы в целом.
Примерами автоматизированной обработки информации являются:
- обработка запросов к базам данных;
- перекодирование информации;
- численные расчеты по формулам;
- аранжировка музыкальных произведений;
- синтез новых звуков;
- монтаж анимационных роликов и многое другое.
А какие примеры автоматической обработки информации Вы бы могли назвать? Конец фильма.
Но чаще всего без знания правила преобразования невозможно достичь цели, ради которой информация и обрабатывается. Если эти правила строго формализованы и имеется алгоритм их реализации, то можно построить устройство для автоматизированной обработки информации. Таким устройством в вычислительной технике является процессор.
Возможность автоматизированной обработки информации основывается на том, что преобразование информации по формальным правилам не подразумевает её осмысления.
К автоматизированной обработке информации в вычислительной технике относятся: обработка запросов к базам данных, перекодирование данных, численные расчеты по формулам, аранжировка музыкальных произведений, синтез новых звуков, монтаж анимационных роликов и многое другое.
Устройство обработки информации всегда находится в некоторой внешней среде (обстановке), являющейся источником входной информации и потребителем выходной информации. Непосредственная переработка входной информации в выходную осуществляется процессором. При этом предполагается, что процессор располагает памятью.
Обработка информации в общем случае приводит и к изменению состояния самого процессора.
Процесс обработки информации в рамках данной схемы чаще всего сводится к следующим процедурам:
- вычислению процессором значений выходных параметров как некоторой функции входных;
- накоплению информации, то есть изменению состояния памяти под воздействием входной информации;
- реализации причинной связи между входом и выходом процессора;
- взаимодействию процессора со средой, реакции на изменение обстановки;
- управлению поведением всей системы в целом.
Обработка информации — это процесс, происходящий во времени.
В ряде случаев он должен подчиняться заданному темпу поступления входной информации и допустимому пределу задержки при выработке выходной информации. В этом случае говорят об обработке информации в реальном масштабе времени. Примером является управление работой машин и устройств, в том числе компьютера.
В других случаях время рассматривается как дискретная цепочка мгновенно происходящих событий. При этом важна лишь их последовательность, а не величина разделяющих события временных промежутков. Такой подход применяется обычно при обработке информации в моделировании.
Описание фильма №4
Время: около 1 мин.
Когда говорят об автоматической обработки информации, то нередко под этим подразумевают обработку в реальном времени. Это такой режим обработки, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов. Система реального времени должна обеспечивать достаточную скорость реакции на внешние прерывания и параллельную работу процессов, обслуживающих разные внешние устройства. Иными словами это немедленная обработка поступающей информации.
Например, компьютер, контролирующий работу атомной электростанции, в случае утечки радиации должен немедленно сообщить об этом. А компьютер, отслеживающий маршруты перемещения воздушных судов должен немедленно выдать предупреждающее сообщение авиадиспетчеру. Компьютер системы противовоздушной обороны, отслеживающий воздушные цели, в случае нарушения воздушного пространства государства, должен немедленно об этом оповестить дежурного и подготовить в рамках отведенных ему возможностей необходимые средства для уничтожения этой цели.
Как Вы понимаете, в некоторых случаях необходима параллельная обработка информации. Например, ведение авиадиспетчером нескольких самолетов одновременно, или ведение дежурным ПВО нескольких целей.
В более простых случаях речь ведут о последовательной обработки информации.
А знаете ли Вы, в каких случаях говорят о параллельной или последовательной обработки информации на уровне процессора? Конец фильма.
Наиболее простой формой обработки информации является последовательная обработка, производимая одним процессором, в котором в каждый момент времени происходит не более одного события. При наличии в системе нескольких процессоров, работающих одновременно, говорят о параллельной обработке информации.
Обработка информации является центральной процедурой в управлении любой системой. Трактовка управления системой как процесса обработки информации является одним из основных принципов кибернетики.
Знать
Обработка (преобразование) информации — это процесс изменения формы представления информации или её содержания.
Обработка информации всегда осуществляется с какой-либо целью.
Процессы изменения формы представления информации часто сводятся к процессам её кодирования и декодирования и проходят параллельно процессам сбора и передачи информации.
Процесс изменения содержания информации включает в себя такие процедуры, как численные расчёты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т. д.
Систему, в которой наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а её структура и внутренние процессы неизвестны, называют чёрным ящиком.
Обработка информации по принципу «чёрного ящика» — процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым происходит преобразование, его не интересуют и не принимаются во внимание.
Если правила преобразования информации строго формализованы и имеется алгоритм их реализации, то можно построить устройство для автоматизированной обработки информации.
Возможность автоматизированной обработки информации основывается на том, что преобразование информации по формальным правилам не подразумевает ее осмысления.
В вычислительной технике устройством автоматизированной обработки информации является процессор.
Обработка информации — это процесс, происходящий во времени.
Если он подчиняется заданному темпу поступления входной информации и допустимому пределу задержки при выработке выходной информации, то говорят об обработке информации в реальном масштабе времени.
Наиболее простой формой обработки информации является последовательная обработка, производимая одним процессором, в котором в каждый момент времени происходит не более одного события.
При наличии в системе нескольких процессоров, работающих одновременно, говорят о параллельной обработке информации.
Уметь
Определите правило, по которому составлена последовательность, и продолжите ее:
Вариант 1.
| Входная информация | Выходная информация |
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 3 | 3 |
| 4 | 10 |
| 5 | 11 |
| 6 | 12 |
| 7 | 13 |
| 8 | 20 |
Б)
| Входная информация | Выходная информация |
| 48 | 4+8=12 |
| 1991 | 1+9+9+1=20 |
| 183 | 1+8+3=12 |
| 25431 | 2+5+4+3+1=15 |
| 2009 | 2+0+0+9=11 |
В)
| Входная информация | Выходная информация |
| 1 | 1 |
| 7 | 1 |
| 10 | 2 |
| 187 | 3 |
| 1996 | 4 |
| 102009 | 6 |
Вариант 2.
А)
| Входная информация | Выходная информация |
| 1 | 0 |
| 2 | 0 |
| 3 | 0 |
| 10 | 9 |
| 20 | 18 |
| 1996 | 1995 |
| 2009 | 2007 |
Б)
| Входная информация | Выходная информация |
| Яблоко | 2 |
| Мир | 0 |
| Колобок | 3 |
| Норма | 1 |
| Обороноспособность | 7 |
| Алгоритм | 1 |
| Информатика | 1 |
В)
| Входная информация | Выходная информация |
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 3 | 10 |
| 4 | 11 |
| 5 | 12 |
| 6 | 20 |
Вариант 3.
А) а. в, е, и, н, у, ъ;
Б) 1, 3, 9, 81, 6561, 43046721, …;
В) 1, 11, 21, 1211, 111221, 312211, 13112221, 1113213211, 31131211131221, …