Информатика. Информация и данные роль и место информатики в системе научного знания

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

Лекция №1

ИНФОРМАТИКА. ИНФОРМАЦИЯ И ДАННЫЕ

Роль и место информатики в системе научного знания

Современная научно-техническая революция привела к гигантскому возрастанию экономического и социального значения новой деятельности человека — информационной. Это развитие обусловливает эффективное функционирование всех отраслей народного хозяйства, науки и культуры.

По данным ЮНЕСКО, более половины занятого населения всех развитых стран участвуют в процессе производства и распространения информации, происходит процесс перераспределения трудовых ресурсов из сферы материального производства в информационную сферу. Например, в информационной сфере США уже сейчас работает более 60 % занятого населения страны. Это свидетельствует о начале перехода развитых стран к качественно новому этапу технического развития. Индустрия информатики играет для промышленности этих стран огромную роль, сопоставимую с той, которую играла тяжелая промышленность на этапе индустриализации. Информационные ресурсы становятся основным национальным богатством, а экономическую мощь страны определяет эффективность их эксплуатации. Все это привело к росту роли науки информатики.

^ Информатика — наука, изучающая свойства информации, а также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств.

В информатике выделяют три основных направления:

теоретическое (теория информации, теория алгоритмов)

практическое (программирование и использование прикладных программ);

техническое (проектирование, разработка и использование технических средств обработки информации).

^ Информация и данные

Мы живем в мире. Все что нас окружает, и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Все объекты постоянно движутся и взаимодействую друг с другом (абсолютного покоя нет). При этом происходит обмен энергией между объектами и переход ее из одной формы в другую.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов. Эти сигналы можно наблюдать, измерять, фиксировать иными способами - при этом возникают и регистрируются иные сигналы, т.е. образуются данные.

Данные несут в себе информацию о событиях произошедших в реальном мире. однако, данные не тождественны информации. Чтобы данные стали понятны, их необходимо с помощью какого-то метода преобразовать в известные нам понятия. Например, передача на английском языке останется для вас данными, если вы не понимаете язык. И данные превратятся в информацию, если вам станет что-то понятно (это зависит от уровня ваших знаний. Чем лучше знаете язык, тем больше информации вы получите.).

Термин информация происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение.

Термин информация имеет несколько определений.

Определение 1

Информация — это общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

В приведенном определении выделены четыре вида информации:

социальная (человек—человек);
техническая (человек—автомат, автомат—автомат);
биологическая (в животном и растительном мире);
генетическая (передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму).

Определение 2

Информация - сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

^ Основные свойства информации

(ее качественные признаки):

1. Адекватность информации - это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению и т.п.

В реальной жизни вряд ли возможна ситуация, когда вы сможете рассчитывать на полную адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решений человеком.

Пример

Вы успешно закончили школу и хотите продолжить образование по экономическому направлению. Поговорив с друзьями, вы узнаете, что подобную подготовку можно получить в разных вузах. В результате таких бесед вы получаете весьма разноречивые сведения, которые не позволяют вам принять решение в пользу того или иного варианта, т.е. полученная информация неадекватна реальному состоянию дел. Для того чтобы получить более достоверные сведения, вы покупаете справочник для поступающих в вузы, из которого получаете исчерпывающую информацию. В этом случае можно говорить, что информация, полученная вами из справочника, адекватно отражает направления обучения в вузах и помогает вам определиться в окончательном выборе.

Возможность и эффективность использования информации обусловливаются такими основными ее потребительскими показателями качества, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность, устойчивость.

Объективность

Информация не зависит от чьего-либо мнения, суждения.

Например, сообщение «На улице тепло» — субъективная информация, а сообщение «На улице 22° С» — объективная.

Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Но, отражаясь в сознании конкретного человека, она перестает быть объективной, так как преобразуется (в большей или меньшей степени) в зависимости от опыта, мнения, суждения и других качеств конкретного субъекта.

Достоверность.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.

Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Основные механизмы получения недостоверной информации:

преднамеренное искажение (дезинформация);

искажение в результате помех («испорченный телефон»);
преувеличение или преуменьшение реального факта (слухи, рыбацкие и охотничьи истории и т.д.).

Например, историческая или социально-политическая информация подвержена всем трем способам получения и передачи недостоверной информации.

Полнота.

Информация является полной, если ее достаточно для принятия решения.

Например, историческая информация никогда не бывает полной и ее полнота уменьшается по мере удаленности от нас исторической эпохи.

Актуальность.

Актуальность информации — это ее важность, существенность для настоящего времени.

Своевременность информации играет важную роль в объективной оценке ситуации и в процессе принятия решения.

Причины неактуальности информации:

устаревание;
ненужность, бесполезность.

^ Полезность (ценность).

Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью. Оценка полезности или бесполезности информации — субъективна.

Понятность.

Информация понятна, если она выражена на языке, доступном для получателя.

^ Содержательность информации

отражает семантическую (смысловую емкость)

Ic – количество семантической (смысловой) информации

Sp – тезаурус пользователя.

Тезаурус – совокупность сведений, которыми располагает пользователь и ли система.

При Sp 0 пользователь не воспринимает, не понимает поступающую информацию;

Sp  пользователь все знает, и поступающая информация ему не нужна.

^ Способ передачи информации

Определение 3

Информация — это отражение внешнего мира с помощью знаков и сигналов.

Способ передачи информации — сигнал.

Сигнал — это физический процесс, имеющий информационное значение. Сигнал может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным (прерывистым).

^ Аналоговый сигнал— сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени (напряжение, ток, температура и т.д.). Используют в телефонной связи, радио, TV, кардиограмме и т.д.

^ Дискретный сигнал — сигнал, который может принимать лишь конечное число значений в конечное число моментов времени.

Любой передаваемый сигнал переносится либо веществом (текст, наскальный рисунок, гены и т.д.), либо энергией (звук, свет, радиоволны и т.д.). Таким образом, информация всегда связана с материальным носителем.

^ Носитель информации — материальная среда для записи и хранения информации.

Примеры носителей информации:

глиняные таблицы, дощечки, папирус, бумага, магнитные, лазерные диски — носители информации (ее «хранилища»), предназначенные для хранения, транспортировки и ограничивающие доступ к ней нежелательных лиц;

гены — носители информации о наследственности;

электромагнитные волны — телевидение (видеоинформация);

акустические волны (звуковая информация).

Информация различается:

По способу восприятия (у человека 5 органов чувств):

зрительная (текстовая, графическая);
слуховая (речь, музыка, звуковые сигналы);
вкусовая (горький, сладкий, кислый и т.д.);
тактильная (осязательная — информация о качестве предмета — гладкий, шершавый, и его состоянии — холодный, горячий и т.д.);
обонятельная (информация о запахах окружающего мира).

Человек получает информацию о внешнем мире с помощью своих органов чувств (анализаторов):

90 % — зрительная;
9 % — слуховая;
1 % — остальные органы чувств.

По форме представления информации:

текстовая;
числовая;
графическая;
музыкальная.

В чистом виде эти формы представления информации встречаются редко. Обычно мы имеем дело с их комбинацией. Яркий пример — мультимедийная (многосредовая) форма представления информации (графика, звук, текст, видеоизображение).

^ По общественному значению:

• личная (знания, опыт, интуиция, умения, эмоции и др.);

• общественная или массовая (общественно-политическая, обыденная, эстетическая и т.д.);

• специальная (научная, производственная, управленческая, техническая и т.д.).

^ Информация и управление.

Основной и постоянной функцией мозга и нервной системы человека или животного являются преобразование информации о состоянии окружающей среды и выбор наиболее целесообразного поведения. Процесс преобразования исходной информации в информацию, отражающую результат решения какой-либо задачи, — это и есть решение задачи, поставленной перед человеком в любом виде его деятельности.

Рассмотрим, как осуществляется процесс управления, например, велосипедом.

С помощью слуха и зрения человек получает информацию об окружающей среде (состояние дороги, дорожные знаки, сигналы светофора, наличие встречного транспорта, пешеходов и т. д.). Эта информация передается в мозг, где преобразуется в последовательность сигналов нервным окончаниям, управляющим движением ног и рук, которые воздействуют на руль и тормоза велосипеда, т.е. без информации, ее передачи, преобразования и использования управление невозможно. В основе любого процесса управления лежат информационные процессы.

В процессе управления происходит взаимодействие двух систем — управляющей и управляемой. Если они соединены двумя каналами: первый — от управляющей системы к управляемой, второй — от управляемой системы к управляющей, то такую систему называют замкнутой, или системой с обратной связью.

По каналу прямой связи передаются сигналы управления, которые вырабатывает управляющая система. Управляемая система выполняет свои функции, подчиняясь этим командам, и в свою очередь передает информацию о своем состоянии по каналам обратной связи управляющей системе. В управляющем органе эта информация используется для соответствующей корректировки сигналов управления.

Очень наглядно процесс управления с обратной связью иллюстрирует следующий пример: поддержание постоянно заданной температуры нагрева электрической печи. Без применения автоматических средств человек должен выполнять три задачи: 1) следить за показаниями термометра, 2) сравнивать их с заданной температурой и 3) если данные различаются, то изменить силу тока и температуру электрической печи, передвигая ползунок реостата.

Автоматическая система, решающая эту задачу, сводится к такой схеме:

Измерительный орган (в нашем случае — датчик) измеряет регулируемую величину (температуру) и преобразует ее в величину, более удобную для использования в управляющем органе. Управляющий орган сравнивает эту информацию с заданным значением и при наличии расхождения передает соответствующую команду на исполнительный орган, который и изменяет значение регулируемой величины (температуры). Такие устройства используются как исполнительные органы, как двигатели и электромагниты.

Замкнутая система (система с обратной связью) представляет собой типичный пример систем автоматического регулирования.

^ Информационные процессы.

В течение всей жизни человек постоянно воспринимает информацию: он видит, слышит, обладает органами чувств, он может получить информацию и от собственных внутренних органов, например, почувствовав голод. Точно так же информацию могут воспринимать и животные, и насекомые, и специальные технические средства, такие как роботы и автоматы. Они могут получать, хранить, передавать и перерабатывать информацию. Все эти действия называются информационными процессами. К ним относятся следующие процессы.

^ 1. Хранение информации.

Чтобы полученную информацию можно было использовать, причем многократно, ее необходимо уметь сохранять.

Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации (зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображения животных и эпизодов охоты на стенах пещер, и т.д.).

Следующий этап в развитии способов хранения информации — возникновение письменности (документированная информация — рукописи, книги). Появились специальные информационно-накопительные центры — древние библиотеки и архивы. Постепенно письменные документы стали играть большую роль — использоваться в качестве орудия управления (указы, приказы, законы).

Следующий информационный скачок — открытие книгопечатания. С его изобретением наибольший объем информации стал храниться в виде печатных изданий, находящихся в определенных местах (библиотеки, архивы).

^ Хранение информации — это способ распространения информации в пространстве и времени.

Процесс хранения информации имеет большое значение в жизни человека и подвергается постоянному совершенствованию. Если объем информации возрастает настолько, что ее становится невозможно удерживать в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода хранилищ информации: записных книжек, указателей и т.д.

Различная информация требует разного времени хранения:

проездной билет — одна поездка;
программа телевидения — одна неделя:
школьный дневник — учебный год:
диплом вуза — до конца жизни:
исторические документы — несколько столетий, и т.д.

Для того чтобы можно было в нужный момент воспользоваться необходимой информацией, нужно иметь возможность быстрого доступа к ней.

ЭВМ — универсальное устройство для компактного хранения информации с возможностью быстрого (оперативного) доступа к ней.

Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга — библиотека, картина — музей, фотография — альбом, и т.д.). Хранение больших объемов информации оправдано только при условии, если известен способ оперативного доступа к ней, а получаемые сведения представлены в доступной форме.

^ Информационная система — это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации.

Это важнейшие признаки и отличия информационных систем от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный.

Поиск информации — это извлечение необходимой информации из хранилища.

Существуют ручной и автоматизированный методы такого поиска. Для ускорения процесса получения полной информации по интересующему вопросу:

составляются каталоги (алфавитный, предметный и др.);
выпускаются специальные научные и реферативные (обзорные) журналы;
создаются автоматизированные информационно-поисковые системы (ИПС).

^ 2. Передача информации.

В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации. Между ними действует канал передачи информации — канал связи.

^ Канал связи — совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.

Устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи, называется кодирующим.

Устройство, служащее для преобразования кодированного сообщения в исходное, называется декодирующим.

Информацию могут передавать друг другу не только люди, но и животные и растения.

В процессе передачи информация может теряться и изменяться: искажение звука телефоном, атмосферные помехи на радио, искажение изображения в телевидении, ошибки при передаче по телеграфу, и т.д. Эти помехи (шумы) искажают информацию.

Наука, разрабатывающая способы защиты информации, называется криптология.

Схема передачи информации может быть представлена в следующем виде:

Каналы передачи сообщений характеризуются пропускной способностью и помехозащищенностью. Каналы передачи данных разделяются на:

симплексные (с передачей информации только в одну сторону);
полудуплексные (с передачей информации по двум направлениям попеременно);
дуплексные (с передачей информации по двум направлениям).

По каналу может передаваться одновременно несколько сообщений. Для их выделения существуют специальные фильтры, например, по частоте, как это делается в радиоканалах.

Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых по нему в отсутствие помех, и зависит от его физических свойств.

^ 3. Обработка информации.

Обработка информации — преобразование информации из одного вида в другой.

Примеры обработки информации:

Примеры	Входная информация	Выходная информация	^ Правило преобразования
Получение секретных сведений	Зашифрованное сообщение	Дешифрованный текст	Шифр
Таблица умножения	Множители	Произведения	Правила умножения
Определение продолжительности полета самолета	Время вылета и время прибытия самолета	Время в пути	Математическая формула
Отгадывание слова в игре «Поле чудес»	Количество букв в слове и область знаний	Отгаданное слово	Формально не определено
Установление диагноза больного	Жалобы пациента, результаты обследования	Диагноз	Строго формально не определено (знания, интуиция и опыт врача)

Системы, в которых наблюдателю доступны лишь входные и выходные данные, а структура и внутренние процессы неизвестны, называют «черным ящиком». Любой познаваемый объект, явление первоначально выступает как «черный ящик».

«Черный ящик» — это система, об устройстве и принципах действия которой мы ничего не знаем. Возможность автоматизированной обработки информации основана на том, что сам процесс обработки не требует его осмысления, т.е. происходит по принципу «черного ящика», когда важна лишь исходная (входная) и выходная информация.

Таким образом, обработка информации может производиться двумя способами:

по строгим формальным правилам;

по принципу «черного ящика».

^

Основные структуры данных

Работа с большими объемами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, т.е. образуют заданную структуру.

^ Существует три основных типа структур данных:

линейная;

иерархическая;

табличная (фасетная).

Линейные структуры (списки данных, векторы данных)

Линейные структуры данных (списки) — это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента однозначно определяется его номером.

Проставляя номера на отдельных страницах рассыпанной книги, мы создаем структуру списка. Мы называем номера уникальными потому, что в одной книге не могут быть зарегистрированы две страницы с одним и тем же номером.

Списки, состоящие из элементов равной длины, называют векторами данных.

^ Табличные структуры (таблицы данных, матрицы данных)

- это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент.

Планета	Расстояние до Солнца, а.е.	^ Относительная масса
Меркурий	0,39	0,056
Венера	0,67	0,88

Многомерные таблицы.

Выше мы рассмотрели пример таблицы, имеющей два измерения (строка и столбец), но в жизни нередко приходится иметь дело с таблицами, у которых количество измерений больше. Вот пример таблицы, с помощью которой может быть организован учет учащихся.

Номер факультета: 3

Номер курса (на факультете): 2

Номер специальности (на курсе): 2

Номер группы в потоке одной специальности: 1

Номер учащегося в группе: 19

Размерность такой таблицы равна пяти, и для однозначного отыскания данных об учащемся в подобной структуре надо знать все пять параметров (координат).

^ Иерархические структуры данных

В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу.

Примеры:

1. Так, например, книги разбивают на части, разделы, главы, параграфы и т. п. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня: разделы состоят из глав, главы из параграфов и т. д.

2. Вот, например, как выглядит путь доступа к команде, запускающей программу Калькулятор: Пуск > Программы > Стандартные > Калькулятор.

3. СГУПС  Факультеты  Группы  Студенты (развернуть в графическом виде)

Файловая система компьютера имеет иерархическую структуру.

Blog

Информатика. Информация и данные роль и место информатики в системе научного знания

Содержание

ИНФОРМАТИКА. ИНФОРМАЦИЯ И ДАННЫЕ

Основные структуры данных