Теория информации. 2

Курский Государственный  Медицинский Университет 

     Кафедра физики, информатики и математики  

Зав.кафедрой физики,

информатики и математики,

доцент  Снегирева Л.В. 
 
 
 
 
 

    Тема: Теория информации 
 
 

           Выполнила:

студентка лечебного факультета

  1 курса, 14 группы

     Захарова Алина Николаевна

                                          Проверила:

ассистент Катальникова Е.С.  
 
 
 
 
 

                                                Курск – 2009г. 

       Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает сведение, разъяснение, ознакомление. Понятие «информация» является базовым в курсе информатики, однако невозможно дать его определение через другие, более «простые» понятия.

     Понятие «информация» используется в различных  науках, при этом в каждой науке  понятие «информация»связано с различными системами понятий. Информация в биологии: Биология изучает живую природу и понятие «информация» связывается с целесообразным поведением живых организмов. В живых организмах информация передается и храниться с помощью объектов различной физической природы (состояние ДНК), которые рассматриваются как знаки биологических алфавитов. Генетическая информация передается по наследству и хранится во всех клетках живых организмов.

Филосовский подход: Информация – это взаимодействие, отражение, познание. Кибернетический подход: Информация – это характеристики управляющего сигнала, передаваемого по линии связи

Можно выделить следующие подходы к определению информации:

* традиционный (обыденный) - используется в информатике: Информация – это сведения, знания, сообщения о положении дел, которые человек воспринимает из окружающего мира с помощью органов чувств (зрения, слуха, вкуса, обоняния, осязания).

* вероятностный  - используется в теории об информации: Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределённости и неполноты знаний.

Классификация информации:

По способам восприятия - Визуальная, Аудиальная, Тактильная, Обонятельная, вкусовая;

По формам представления – Текстовая, Числовая, Графическая, Музыкальная, Комбинированная и т.д.

По общественному значению: Массовая - обыденная, общественно-политическая, эстетическая

Специальная - научная, техническая, управленческая, производственная

Личная – наши знания, умения, интуиция  

Основные свойства информации:

1. Объективность информации. Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания. Информация – это отражение внешнего объективного мира. Информация объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения, суждения. 
   Пример. Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22°С» – объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения. 
   Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как, преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта.
2. Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
• преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;
• искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.
3. Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению.
4. Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.
5. Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна.
6. Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью.

Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная. При этом следует  учитывать, что и необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. Социальная (общественная) информация обладает еще и дополнительными свойствами:

• имеет семантический (смысловой) характер, т. е. понятийный, так как именно в понятиях обобщаются наиболее существенные признаки предметов, процессов и явлений окружающего мира.
• имеет языковую природу (кроме некоторых видов эстетической информации, например изобразительного искусства). Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) языках, записано в виде математических формул и т. д.

С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и  кумулированием информации. (Кумуляция  – от лат. cumulatio – увеличение, скопление).

Старение  информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не само время, а появление  новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью  или частично более раннюю. Научно-техническая информация стареет быстрее, эстетическая (произведения искусства) – медленнее. 

Кроме этого информация обладает еще следующими свойствами:

1) Атрибутивные свойства (атрибут – неотъемлемая часть чего-либо). Важнейшими среди них являются:- дискретность (информация состоит из отдельных частей, знаков) и непрерывность (возможность накапливать информацию)

2) Динамические свойства связаны с изменением информации во времени:

- копирование  – размножение информации

- передача  от источника к потребителю

- перевод  с одного языка на другой 

- перенос  на другой носитель

- старение (физическое – носителя, моральное  – ценностное)

3) Практические свойства - информационный объем и плотность

Информация  храниться, передается и обрабатывается в символьной (знаковой) форме. Одна и та же информация может быть представлена в различной форме:1) Знаковой письменной, состоящей из различных знаков среди которых выделяют символьную в виде текста, чисел, спец. символов; графическую; табличную и тд.; 2) В виде жестов или сигналов; 3) В устной словесной форме (разговор)

Представление информации осуществляется с помощью  языков, как знаковых систем, которые  строятся на основе определенного алфавита и имеют правила для выполнения операций над знаками. 

Язык – определенная знаковая система представления информации. Существуют:

Естественные языки – разговорные языки в устной и письменной форме. В некоторых случаях разговорную речь могут заменить язык мимики и жестов, язык специальных знаков (например, дорожных);

Формальные языки – специальные языки для различных областей человеческой деятельности, которые характеризуются жестко зафиксированным алфавитом, более строгими правилами грамматики и синтаксиса. Это язык музыки (ноты), язык математики (цифры, математические знаки), системы счисления, языки программирования и т.д.

В основе любого языка лежит алфавит – набор символов/знаков. Полное число символов алфавита принято называть мощностью алфавита.

Носители информации – среда или физическое тело для передачи, хранения и воспроизведения информации. (Это электрические, световые, тепловые, звуковые, радио сигналы, магнитные и лазерные диски, печатные издания, фотографии и тд.) 

Информационные процессы - это процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации (т.е. действия, выполняемые с информацией). Т.е. это процессы, в ходе которых изменяется содержание информации или форма её представления.

Для обеспечения информационного  процесса необходим источник информации, канал связи и потребитель  информации. Источник передает (отправляет) информацию, а приемник её получает (воспринимает). Передаваемая информация добивается от источника до приемника с помощью сигнала (кода). Изменение сигнала позволяет получить информацию

Измерение информации

В информатике  используются различные подходы к измерению информации:

Содержательный подход к измерению информации. Сообщение – информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику.  Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными  Информация - знания человека ? сообщение должно быть информативно. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0. (Пример: вузовский учебник по высшей математике содержит знания, но они не доступны 1-класснику)

Алфавитный подход к измерению информации не связывает кол-во информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он  удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=2⁸, то 1символ несет в тексте 8 бит информации.

Вероятностный подход к измерения информации. Все события происходят с различной вероятностью, но  зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил  Шеннон.

Количество информации  - это мера уменьшения неопределенности.

1 БИТ – такое кол-во информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза.  БИТ- это наименьшая единица измерения информации

Единицы измерения информации: 1байт = 8 бит

1Кб (килобайт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1Мб (мегабайт) = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб

1Гб (гигабайт) = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб 
 
 
 

Формула  Шеннона

Клод  Элвуд Шеннон (1916–2001), США  

I  - количество информации     

N – количество  возможных событий

p_i – вероятности отдельных событий  

Количество информации достигает max значения, если события равновероятны, поэтому количество информации можно расcчитать  по формуле   

Двоичное  кодирование информации

К достоинству двоичной системы счисления относится – простота совершаемых операций, возможность автоматической обработки информации с использованием двух состояний элементов ПК и операцию сдвиг

Код – система условных обозначений или сигналов.

Длина кода – количество знаков, используемых для представления кодируемой информации

Кодирование – это операция преобразования знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы.

Декодирование – расшифровка кодированных знаков, преобразование кода символа в его изображение

Двоичное кодирование – кодирование информации в виде 0 и 1

Машинный язык – логическая последовательность 0 и 1

1 бит – информация одной двоичной цифры (одного разряда)

количество информации в битах = количеству цифр двоичного кода

В теории кодирования и передачи информации под количеством информации понимают – количество кодируемых, передаваемых или хранимых символов сообщения

В теории кодирования БИТ – двоичный знак двоичного

Хранение  информации

Для хранения, накопления и передачи информации используются носители информации различной природы: молекулы ДНК - генетическая информация, бумага, магнитная лента, фото и кинопленки, микросхема памяти, магнитные и лазерные диски и тд.

Особенности накопителей на магнитных носителях: В процессе записи информации на магнитную головку дисковода поступают последовательные электрические импульсы, которые создают в магнитной головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются или не намагничиваются (логические 1 или 0) элементы поверхности носителя. При считывании намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульсы тока (индукция), последовательность которых передается в оперативную память ПК.

Для того чтобы хранить информацию на диске  он должен быть отформатирован. Форматирование дисков - процесс создания физической и логической структуры диска.

Виды  форматирования:

Полное – вся информация на диске уничтожается. Происходит физическое форматирование (проверка качества поверхности и разметка на дорожки и сектора) и логическое (создание каталога и таблицы размещения файлов)

Быстрое – происходит лишь очистка каталога и таблицы размещения файлов.  

Гибкий магнитный диск

Физическая  структура – диск разбивается на концентрические дорожки, которые делятся на сектора, а магнитная головка дисковода ставит метки дорожек и секторов.

Логическая  структура гибких дисков (дискетки) – совокупность пронумерованных секторов (от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки)

Min размер файла = одному сектору. Запись файлов идет в произвольные сектора и может быть на различных дорожках. Каталог (база данных) диска содержится имя файла, его объем, дата и время создания. Таблица FAT (File Allocation Table)содержит полную информацию о секторах, которые занимают файлы. Количество ячеек FAT = количеству секторов дискетки, значения ячеек – адреса секторов файлов.

Заполнение  секторов: 1–загрузочная запись ОС; 2-33 -каталог и таблицы FAT;  начиная с 34 – файлы.

Дискетка 3,5: информационная емкость сектора 512 байт

2 стороны  по 80 дорожек на одной стороне

18 секторов  на дорожке (всего секторов 18*80*2=2880)

Информационная  емкость не форматир.дискетки – 1,44Мбайта,

отформатированной – 1,39Мбайт

(т.к.  для записи доступно 2880-33=2847 секторов)   

Жесткий магнитный диск

Логическая  структура жестких  дисков: Кластер – min адресуемый элемент диска. Размер кластера зависит от типа используемой таблицы FAT и емкости диска. Таблица FAT16 может адресовать 2¹⁶=65536 кластеров. Файл всегда занимает целое число кластеров.

Для дисков большой емкости размер кластера оказывается слишком большим. Проблему потери свободного дискового пространства частично решает использование таблицы FAT32, где объем кластера=8-ми секторам, или 4Кбайта для диска любого объема. Таким образом, увеличивается число адресуемых кластеров. Преобразование в FAT32 можно осуществить программой «Преобразование» входящей с состав Windows.

Скорость  обмена данными между жестким  диском и ОП достигает 100 Мбайт/сек. Для увеличения скорости работы и  предотвращения преждевременного старения носителя рекомендуется делать дефрагментацию – перезапись файлов в последовательно идущие кластеры (выделить диск – КМ-Свойства – Сервис).  

Накопители на оптических носителях

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного на дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Т.к. поверхность имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч меняет свою интенсивность (логические 1 или 0). При записи применяют различные технологии – от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска мощным лазером.

Типы лазерных дисков: CD- Compact Disk, DVD- Digital Video Disk (ROM- Read Only Memory)

CD-R и  DVD-R  - запись может быть сделана 1 раз

CD-RW и  DVD-RW – перезаписываемые (запись  много раз). Для записи и перезаписи  нужны специальные дисководы  CD-RW и DVD-RW, которые меняют отражающую  способность поверхности диска  в процессе записи мощным лазером.   

В целях сохранения информации и работоспособности:

Дискетки необходимо оберегать от воздействия сильных магнитных полей и нагревания (т. к. может быть размагничивание)

Жесткие диски необходимо оберегать от ударов при установке и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы

Лазерные диски от механических повреждений (царапин) и от загрязнения 

 
Основные понятия данных, информации, знаний. 
К базовым понятиям, которые используются в экономической информатике, относятся: данные, информация и знания. Эти понятия часто используются как синонимы, однако между этими понятиями существуют принципиальные различия.  
 
Термин данные происходит от слова data - факт, а информация (informatio) означает разъяснение, изложение, т.е. сведения или сообщение. 
 
Данные - это совокупность сведений, зафиксированных на определенном носителе в форме, пригодной для постоянного хранения, передачи и обработки. Преобразование и обработка данных позволяет получить информацию. 
 
Информация - это результат преобразования и анализа данных. Отличие информации от данных состоит в том, что данные - это фиксированные сведения о событиях и явлениях, которые хранятся на определенных носителях, а информация появляется в результате обработки данных при решении конкретных задач. Например, в базах данных хранятся различные данные, а по определенному запросу система управления базой данных выдает требуемую информацию. 
 
Существуют и другие определения информации, например, информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. 
 
Знания – это зафиксированная и проверенная практикой обработанная информация, которая использовалась и может многократно использоваться для принятия решений. 
 
Знания – это вид информации, которая хранится в базе знаний и отображает знания специалиста в конкретной предметной области. Знания – это интеллектуальный капитал. 
 
Принятие решений – это выбор наилучшего в некотором смысле варианта решения из множества допустимых на основании имеющейся информации. 
Взаимосвязь данных, информации и знаний в процессе принятия решений представлена на рисунке.

Классификация знаний

Знания  делятся на:

Формализованные:

справочные  руководства,

энциклопедии,

знания  в корпоративных информационных системах

Персональные:

навыки, связанные с ремеслом,

спортивные  навыки,

способы мышления, анализа,

способы выполнения работ

Формализованные знания обычно уже размещены на материальных носителях - книги, брошюры, сайты интернет, файлы данных, КИС (ERP). Эти способы организации знаний очень хороши и проверены временем. Мы вряд ли сможем их существенно улучшить, чтобы это отразилось на производительности или других экономических показателях вашей организации.

Формальные  знания могут быть в виде документов (стандартов, нормативов), регламентирующих принятие решений или  учебников, инструкций с описанием решения задач. Неформальные знания – это знания и опыт специалистов в определенной предметной области.

Персональные  знания, напротив, обычно содержатся только в умах их носителей. Для того, чтобы  сделать их достоянием организации, необходимо, чтобы знания активно  передавались между сотрудниками. Для  этого издавна существует наставничество, системы внутреннего корпоративного обучения.

Необходимо  отметить, что универсальных определений  этих понятий (данных, информации, знаний) нет, они трактуются по-разному. Принятия решений осуществляются на основе полученной информации и имеющихся знаний. 
 
Принятие решений – это выбор наилучшего в некотором смысле варианта решения из множества допустимых на основании имеющейся информации. 
Взаимосвязь данных, информации и знаний в процессе принятия решений представлена на рисунке.

Для решения поставленной задачи фиксированные  данные обрабатываются на основании  имеющихся знаний, далее полученная информация анализируется с помощью  имеющихся знаний. На основании анализа, предлагаются все допустимые решения, а в результате выбора принимается одно наилучшее в некотором смысле решение. Результаты решения пополняют знания.

В зависимости от сферы использования  информация может быть различной: научной, технической, управляющей, экономической и т.д. Для экономической информатики интерес представляет экономическая информация.

Таким образом, понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиография 

1. Аветисян  Р.Д., Аветисян Д.В. Теоретические основы информатики. — М.: РГГУ, 1997.
2. Агеев В.М. Теория информации и кодирования: дискретизация и кодирование измерительной информации. — М.: МАИ, 1977.
3. Айламазян А.К., Стась Е.В. Информатика и теория развития. — М.: Наука, 1989.
4. Антонов А.В. Информация: восприятие и понимание. — Киев: Наукова думка, 1988..
5. Дубровский Д.И. Информация, сознание, мозг. — М.: Высшая школа, 1980.
6. Ефимов А.Н. Информация: ценность, старение, рассеяние. — М.: Знание, 1978.
7. Заличев Н.Н. Энтропия информации и сущность жизни. — М.: Радиоэлектроника, 1995.
8. С.В. Симонович. СПб, Питер. 2005.
9. Колмогоров А.Н. Теория информации и теория алгоритмов. — М.: Наука, 1987.
10. Шеннон К. Работы по теории информации. — М.: Изд-во иностр. лит., 1966.
11. http://inf.1september.ru и др.