Концепция информации

Министерство образования и науки РФ

Академия гуманитарных наук и образования (Омское отделение)

Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омская гуманитарная академия»

Информатики, математики и естественнонаучных дисциплин

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

За 1 курс, 1 семестр

ТЕМА: Концепция информации

Форма контроля: ЭКЗАМЕН

зачет/экзамен

                                                                              Выполнила:

                                                                              Студентка 1 курса

                                                                              Специальности: Педагогическое 

                                                                              образование (дошкольное)

                                                                              Форма обучения: заочная

                                                                              Скрипник Татьяна Валерьевна

                                                                                        Фамилия И.О.

    Проверил(а):

                                                                                __________________________

                                                                                         Должность, Фамилия И.О.

   Оценка:____________________

   “____”______________2013 г.

Омск - Павлоградка  2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                                                                                                     3

1. История                                                                                                   4

2. Теория                                                                                                     5

3. Кибернетика и информатика                                                                11

4. ЭВМ                                                                                                        13

5. Интернет                                                                                                 15

6. Проблемы                                                                                               16

Заключение                                                                                                 18

Список литературы                                                                                    22    

ВВЕДЕНИЕ

Информация в переводе с латинского языка означает: разъяснение, изложение чего-либо или сведения о чём-либо. Информация – сведения об окружающем нас мире, о протекающих в нем процессах, которые воспринимают живые организмы, управляющие машины и другие информационные системы.

Понятие «обработка информации», появилось совсем недавно, хотя люди занимались этим ещё в древние времена. Накопление человечеством опыта и знаний при освоении природы переплелось с освоением информации. Именно этот процесс и привёл к образованию инфосферы. Теорию информации вызвали к жизни потребности практики. Ее возникновение связывают с создателем математической теории информации, американским инженером и математиком – Клодом Шенноном. В 1938 г. он защитил докторскую диссертацию, в которой разработал принципы логического устройства компьютера, соединив «булеву алгебру» с работой электрических схем. Его диссертация «Математическая теория связи», изданная в 1946 г. стала поворотным пунктом в истории развития современной информатики и вычислительной техники. В ней была представлена унифицированная теория передачи и обработки информации. Информация в этом контексте включала все виды сообщений, в том числе те, которые передаются по нервным волокнам в живых организмах. Шеннон предложил измерять информацию в математическом смысле, сводя ее к выбору между двумя значениями, или двоичными разрядами, – «да» или «нет», заложив, таким образом, фундамент современной теории связи, которая в настоящее время играет важную роль во многих областях.

Основы теории информации на современном этапе опираются на результаты деятельности многих учёных.

ИСТОРИЯ

Сначала из поколения в поколение информация передавалась устно. Это были сведения о профессиональных навыках, например о приёмах охоты, обработки охотничьих трофеев, способах земледелия и др. Но затем информацию стали фиксировать в виде графических образов окружающего мира. Первые наскальные рисунки, изображающие животных, растения, людей, появились примерно 20–30 тыс. лет назад. По этой информации учёные-историки узнают о жизни наших доисторических предков.

Поиск более совершенных способов фиксирования информации привёл к появлению письменности. Первоначально люди записывали расчёты с покупателями, а затем написали и первое слово. Письменность – важный шаг человечества в области хранения и передачи информации. Из глубины времён до нас дошли различные средства для письма: в Индии – пальмовые листья, в Вавилоне – глиняные плитки, на Руси пользовались берестой. Далее, на высшем этапе своего развития, у человечества возникла необходимость автоматизировать процесс распространения информации. Первым революционным явлением в этой сфере стало изобретение печатного станка, благодаря которому появилась книга и, таким образом стало возможно массовое тиражирование знаний, зафиксированных на материальном носителе.

Параллельно формировался и другой вид информационной деятельности. Отдельные государства, стремясь к расширению своих территорий, проводили агрессивную политику по отношению к своим соседям. Подготовка и ведение боевых действий требовали информации о военном потенциале противника, остро стоял вопрос о защите информации от утечки в посторонние руки. Стали развиваться методы кодирования, разрабатываться способы быстрой и безопасной пересылки информации.

Объем информации, которой обменивалось общество, увеличивался. Для сбора, переработки и распространения информации создавались издательства, типографии – родилась информационная промышленность. Газеты, журналы и другие издания, выпускающиеся большими тиражами, кроме полезной информации обрушивали на человека огромное количество зачастую и ненужных, бесполезных сведений. Для них придумали специальный термин «информационный шум».

Помимо печати появились и другие органы массовой информации – радио и телевидение. И общество привыкло к тому, что когда говорят об информации, то речь идёт о сведениях, полученных через радио, газеты и т.д. Затерялся основной смысл этого слова, утонул в потоке новостей, поступающих через средства массовой информации.

Революция XX века – Электронная Вычислительная Машина (ЭВМ), которая является носителем информации и средством доставки её потребителю. В совокупности с линиями связи, такими, как проводная, радио, космическая и оптическая, ЭВМ делает человеку доступной и мобильной любую часть гигантского объёма информации, которая без непосредственного воздействия на человека может влиять на работу производственного оборудования, например, на станки с программным управлением.

На заводах внедряются автоматизированные линии и целые автоматизированные производства. Благодаря техническим возможностям средств сообщения наша планета стала единой целостностью, полностью доступной человеку, стала «меньше».

В исторической науке периоды называются по тем новым материалам, из которых тогда делали инструменты и оружие – каменный, железный и бронзовый века. Период, в начале которого мы живем, называется – «информационный век». Человек сознаёт, что для успеха ему нужны не всякие связи, а информация полезная и своевременная.

ТЕОРИЯ

Информация – сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом. К XX веку мир был переполнен и гудел от передающейся информации, бегущей по кабелям и радиоканалам. Понятие «информация» становится общенаучным, включающим 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.

Благодаря развитию науки техники современный человек оказался в окружении огромного количества разнообразных управляемых систем, которые оказываются всё более сложными, а их функциональные возможности становятся более богатыми. Основной задачей теории информации становится изучение общих закономерностей процессов управления и самоуправления независимо от конкретного устройства тех или иных систем. Системный подход – направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем; ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта, на выявление многообразных типов связей в нем и сведение их в единую теоретическую картину. Принципы системного подхода нашли применение в биологии, экологии, психологии, кибернетике, экономике, управлении и др. Системный анализ – совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного и технического характера. Основная процедура – построение обобщенной модели, отображающей взаимосвязи реальной ситуации; техническая основа системного анализа – вычислительные машины и информационные системы.

Система может быть самой совершенной, но при создании передающих систем важно обратить внимание на то, какое количество информации пройдет через передающую систему. При подобных вычислениях поступают обычным путем: абстрагируются от смысла сообщения, как отрешаются от конкретности в привычных арифметических действиях (от сложения двух и трех яблок, переходят к сложению чисел вообще: 2+3).

Информация – произвольная последовательность символов, т.е. любое слово, каждый новый символ увеличивает количество информации. Для того чтобы измерить количество информации, нужен эталон. Прежде, чем выбрать слово в качестве эталона информации необходимо выбрать алфавит, из которого будет составлено это слово. Например, он может состоять из цифр 1 и 0 или понятий «да» и «нет». Эталоном считается слово, состоящее из одного символа такого алфавита. Количество информации, содержащееся в этом слове, принимают за единицу, названную битом. Записав слово двухсимвольным алфавитом, и имея эталон количества информации, можно подсчитать количество информации заключённое в этом слове.

Ученые заявили, что они «полностью игнорировали человеческую оценку информации». Последовательному ряду из 100 букв, например, приписывают определенное значение информации, не обращая внимания, имеет ли эта информация смысл и имеет ли смысл практическое применение. Количественный подход – наиболее разработанная ветвь теории информации. В соответствии с этим определением совокупность 100 букв – фраза из 100 букв из газеты, пьесы Шекспира или теоремы Эйнштейна – имеет в точности одинаковое количество информации. Такое определение количества информации является полезным и практичным. Оно в точности соответствует задаче инженера связи, который должен передать всю информацию, содержащуюся в поданной телеграмме, вне зависимости от ценности этой информации для адресата. Канал связи бездушен. Передающей системе важно одно: передать нужное количество информации за определенное время.

Оценка количества информации основывается на законах теории вероятностей, определяется через вероятности событий. Сообщение имеет ценность, несет информацию только тогда, когда мы узнаем из него об исходе события, имеющего случайный характер, когда оно в какой-то мере неожиданно. Сообщение об уже известном никакой информации не содержит. Т.е. если Вам кто-то позвонит по телефону и скажет: «Днем бывает светло, а ночью темно», то это сообщение Вас удивит лишь нелепостью высказывания очевидного, а не новостью, которую оно содержит. Иное дело, например, результат забега на скачках. Кто придет первым трудно предсказать. Чем больше интересующее нас событие имеет случайных исходов, тем ценнее сообщение об его результате, тем больше информации.

Сообщение о событии, у которого только два одинаково возможных исхода, содержит одну единицу информации, называемую битом. Выбор единицы связан с наиболее распространенным двоичным способом кодирования при передаче и обработке. Количество информации зависит от вероятностей исходов события. Сумма вероятностей всех исходов равна единице: какой-нибудь из всех возможных исходов обязательно наступит.

Событие может иметь и неравновероятные исходы. Так, при футбольном матче между сильной и слабой командами вероятность победы сильной команды велика – например, 4/5. Вероятность ничьей намного меньше, например 3/20. Вероятность же поражения совсем мала. Выходит, что количество информации – это мера уменьшения неопределенности некоторой ситуации. Различные количества информации передаются по каналам связи, и количество проходящей через канал информации не может быть больше его пропускной способности, которую определяют по тому, какое количество информации проходит здесь за единицу времени.

Всякое событие, всякое явление служит источником информации, а так же может быть выражено по-разному, разным способом, разным алфавитом.  Чтобы информацию более точно и экономно передать по каналам связи, ее надо соответственно закодировать. Информацию «просеивают» самым тщательным образом. В телеграфе часто встречающиеся буквы, сочетания букв, даже целые фразы изображают более коротким набором нулей и единиц, а те, что встречаются реже, – более длинным. В случае, когда уменьшают длину кодового слова для часто встречающихся символов и увеличивают для редко встречающихся, говорят об эффективном кодировании информации. Но на практике довольно часто случается, что код, возникший в результате самого тщательного «просеивания», код удобный и экономный, может исказить сообщение из-за помех, которые бывают в каналах связи: искажения звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передаче в телеграфе. Эти помехи, или «шумы», обрушиваются на информацию. А от этого бывают самые невероятные и неприятные неожиданности. Поэтому для повышения надежности в передаче и обработке информации приходится вводить лишние символы – своеобразную защиту от искажений. Эти лишние символы не несут действительного содержания в сообщении, они избыточны. С точки зрения теории информации все то, что делает язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным, – избыточность.

Большая часть компетентных личностей придерживаются взгляда, что существует как бы два сорта информации:

1) Информация техническая, которая  передаётся по линиям связи  и отображается на экранах, приёмных  устройствах. Количество такой информации может быть точно вычислено, и процессы, происходящие с такой информацией, подчиняются физическим законам.

2) Информация семантическая, то  есть смысловая. Это та информация, которая содержится, к примеру, в  литературном произведении. Для такой информации предлагаются различные количественные оценки и даже строятся математические теории. Но общее мнение сводится к тому, что оценки здесь условны и приблизительны.

Приверженцы другого взгляда на информацию считают, что это физическая величина, такая же, как, например, энергия или скорость. Определённым образом и в определённых условиях информация равным образом описывает как процессы, происходящие в естественных физических системах, так и процессы в системах, искусственно созданных.

При наличии этих двух противоположных мнений существует и третье, примиряющее. Сторонники третьего подхода считают, что информация едина, и кроме количества информации, следует измерять ещё и её ценность. А вот с ценностью информации происходит то же самое, что и с понятием семантической информации. С одной стороны, казалось бы, её можно вычислить, а с другой стороны, все эти вычисления справедливы лишь в ограниченном числе случаев. Кто может точно вычислить, к примеру, ценность крупного научного открытия? Количество информации в двух сообщениях может быть совершенно одинаковым, а смысл совершенно разным. Два слова, например «Мир» и «Рим», содержат одинаковое количество информации, состоят из одних и тех же букв, но смысл слов различен. В повседневной жизни мы, как правило, оцениваем полученные сведения со смысловой стороны: новые сведения воспринимаем не как определенное количество информации, а как новое содержание. Вычислить смысл информации, подсчитать его в сообщении пробует делать семантическая теория информации.

Еще одно направление (прагматическое) в этой науке. К примеру, пассажиры едут в автобусе, водитель объявляет остановку. Кое-кто выходит, остальные не обращают внимания на переданную водителем информацию. По той причине, что информация здесь имеет разную ценность для получателей, т.е. пассажиров. Вышли те, кому информация была ценна. Ценность можно определить как свойство информации, влияющей на поведение ее получателя.

Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов-носителей информации, они идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид. С этой целью сигналы пробегают декодирующее устройство, приобретая форму, удобную для абонента.

Каналы связи – понятие широкое, включающее множество самых разных систем: при телефонной передаче источник сообщения – говорящий; кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, – это микрофон; канал, по которому передается информация – телефонный провод; часть трубки, которую мы подносим к уху, выполняет роль декодирующего устройства; и наконец, информация поступает в «принимающее устройство» – ухо человека на другом конце провода. Существует канал связи совершенно другой природы – живой нерв. Здесь все сообщения передаются нервным импульсом. В технических каналах связи направление передачи информации может меняться, а по нервной системе передача идет в одном направлении. Еще один пример – вычислительная машина, здесь те же характерные черты. Отдельные системы вычислительной машины передают одна другой информацию с помощью сигналов; вычислительная машина – автоматическое устройство для обработки информации. Машина не создает из «ничего» информацию, она преобразует только ту, которая в неё введена.

КИБЕРНЕТИКА И ИНФОРМАТИКА

Кибернетика (от греч. kybernetike – искусство управления) – наука об управлении, связи и переработке информации. Основной объект исследования – кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем – автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Современная кибернетика состоит из ряда разделов, представляющих собой самостоятельные научные направления. Теоретическое ядро кибернетики составляют теория информации, теория алгоритмов, теория автоматов, исследование операций, теория оптимального управления, теория распознавания образов. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики – ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки связано с созданием в 40-х гг. этих машин, а развитие кибернетики с прогрессом электронной вычислительной техники.

В «Кратком философском словаре» можно прочитать: «Кибернетика – реакционная лженаука, возникшая в США после Второй мировой войны и получившая широкое распространение в капиталистических странах; форма современного механицизма

Процессы восприятия информации, ее хранения и передачи Винер обобщенно назвал «связью» (communication), а переработку воспринятой информации в сигналы, направляющие деятельность механизмов, машин, организмов и их объединений (в том числе человеческих коллективов) – управлением (control). В его книге речь шла об общих принципах, лежащих в основе связи и управления – используемых как самой природой, так и устройствах и социальных системах придуманных людьми. Науку о связи и управлении Винер назвал кибернетикой от древнегреческого слова «кибернетис», сначала обозначавшего рулевого, кормчего, а затем получившее более широкий смысл управляющего, правителя.

В качестве центрального понятия винеровской кибернетики выступала информация – последовательность сигналов, поступающих от передатчика к приемнику, накапливающихся в запоминающем устройстве (органе), обрабатываемых и выдаваемых в виде конечного результата. Наиболее сильное впечатление на широкую публику произвели описанные Винером фантастические возможности быстродействующих электронно-счетных машин, аналогии их работы с функционированием человеческого мозга, захватывающие перспективы сложных автоматических устройств и роботов.

В наши дни термин «кибернетика» несколько утратил свое научное значение: в США его почти вытеснил термин «компьютерная наука» («computer science»), а в России «информатика». В ходу он только у писателей-фантастов с их «киберами», а также у журналистов с их недоступным пониманию специалистов «киберпространством».

Бурное развитие науки и промышленности в XX в., неудержимый рост объёмов поступающей информации привели к тому, что человек оказался не в состоянии воспринимать и перерабатывать всё ему предназначенное. Возникла необходимость классифицировать поступления по темам, организовывать их хранение, доступ к ним, понять закономерности движения информации в различных изданиях и т.д. Исследования, позволяющие разрешить возникшие проблемы, стали называть информатикой. Информатика наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах ее поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека.

На начальном этапе своего развития информатика предполагалась как база библиотечного дела, и многие годы являлась теорией и практикой его совершенствования. Тогда информатика занимала промежуточное место между изучаемыми объектами природы и знаниями о них. Человек, изучая объекты окружающего мира, получает информацию, которую фиксирует на каких-то носителях (литература, магнитные кассеты и др.).

Информатика – это не только изучение, где и в каких журналах появляются статьи по данной теме, или как расставить книги, или каталожные карточки; это круг вопросов, который связан с разработкой эффективных методов сбора, хранения, обработки и преобразования имеющейся информации в знания, т.е. с обеспечение связей цепочки "Информация-Знания".

До 50-х годов нашего столетия не существовало почти ничего общего в методах сбора и обработки информации у медиков, физиков, психологов и т.д. Примеров отдельных связей было много, но не было общего стержня, вокруг которого объединились бы все науки. Информатика не включает в себя ни химию, ни физику, ни медицину и т.д., хотя с каждой из этих наук имеет тесные связи. Она существует для помощи другим наукам и совместно с математикой снабжает их методами исследований и обработки информации.

С рождением ЭВМ информатика сформировалась как наука. Сегодня она включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.

Электронно-вычислительные машины

Первые электронно-вычислительные машины создавались для проведения расчётов в ядерной физике, в летательной и ракетной технике. Последовавшее далее внедрение ЭВМ в область административного управления и экономики дало не только экономический эффект, но и привело к созданию и бурному росту новой отрасли – средств и методов электронной обработки информации.

Появились новые ЭВМ, новые методы и средства общения с ними. Возникла новая информационная промышленность, производящая неосязаемую и дорогостоящую продукцию. Информация стала товаром. ЭВМ, созданные первоначально для решения вычислительных задач, стали обрабатывать числовую, текстовую, графическую и другую информацию. Вычислительная техника эффективна в областях человеческой деятельности, где используются методы моделирования – точные количественные методы. Сюда относятся физика, механика и т.д. Описательные науки ещё совсем недавно считались недоступными для методов математического моделирования, а, следовательно, и для ЭВМ. В них шло накопление отдельных фактов, давалось качественное описание объектов и событий. Развитие электронно-вычислительной техники, средств и методов общения с ней, создание автоматизированных информационно-поисковых систем, методов распознавания образов привели к тому, что ЭВМ стали способны проводить описательный анализ изучаемых объектов. Появилось новое направление исследований – разработка машинного (искусственного) интеллекта. Описательные науки получили ЭВМ в качестве нового рабочего инструмента. Уже никого не удивило сообщение: «Учёные, обработав на компьютере портрет Леонардо да Винчи и изображение Моны Лизы на его картине, утверждают, что везде изображено одно и то же лицо».

В развитии ЭВМ можно выделить три этапа: вычислительный, общеинформационный и интеллектуальный. Наука и технологии находятся сейчас на пороге третьего этапа – развития машинного интеллекта. Машинный интеллект войдёт в жизнь в виде ЭВМ, выполняющих такие функции, которые раньше были привилегией работников умственного труда.

Современные ЭВМ не настолько совершенны, чтобы понимать программы, составленные на каком-то употребляемом человеком языке – русском, или польском, или японском. Поэтому команды, предназначенные машине, необходимо записывать в понятной форме. С этой целью применяют искусственные языки, называемые алгоритмическими или языками программирования. Алфавит, словарный запас и структура этих языков выбираются таким образом, чтобы они были одинаково удобны как человеку, работающему с программой, так и ЭВМ, которая должна легко расшифровывать и выполнять задаваемую программой последовательность команд. Язык программирования можно считать средством общения между человеком и машиной. К настоящему времени создано немало алгоритмических языков для описания задач различных классов. Универсальные языки объединяют в себе несколько задач. Одним из наиболее широко используемых языков программирования для персональных ЭВМ является язык «Паскаль». Существенно то, что языки программирования уже давно вышли за рамки академического и узкопрофессионального интереса и используются в большинстве университетов, институтов и других высших и средних учебных заведений как средство обучения студентов программированию.

ИНТЕРНЕТ

Новый этап информационной революции ознаменовался появлением в 1993 г. глобальных компьютерных сетей, которые увеличили мощность и возможности отдельных компьютеров. Важнейшим катализатором этого процесса стало мировое признание международной компьютерной сети Интернет. Преимущества Интернета практически во всем мире и в различных областях науки, культуры и образования привели к постепенному переходу от развития собственных корпоративных или ведомственных сетей к построению открытых стандартизованных систем и их интеграции в Интернет. Следствием появления Интернета стало снижение стоимости коммуникационных услуг – фактор, который ускорил развитие информационной сферы, усилил ее социальный аспект, что оказало решающее воздействие на информационную индустрию. Результаты исследования в США показали, что радио понадобилось 30 лет, чтобы достичь аудитории в 50 млн. человек, телевидению – 13 лет, а Интернету – 4 года. В 1996 г. в мире было около 80 тыс. ее пользователей. К 2009 г. число пользователей Интернета в мире стало более 1,3 млрд.

Другим параллельно развивающимся направлением в мире современных технологий стала мобильная связь. Общемировое производство мобильных телефонов, согласно данным Nikkei Market Access, в 2002 г. составило 386,4 млн. ед. И в последнее время информационно-коммуникационные технологии переживают процесс ускоренного развития, главным условием которого на сегодняшний день является возможность их универсального использования. Это требование нашло отражение в развитии мобильного Интернета, смартфонов.