Лекционный курс по основам информатики, страница 3

Для представления графической информации в двоичной форме используется так называемый поточечный способ. На первом этапе вертикальными и горизонтальными линиями делят изображение. Чем больше при этом получилось квадратов, тем точнее будет передана информация о картинке. Как известно из физики, любой цвет может быть представлен в виде суммы различной яркости зеленого, синего, красного цветов. Поэтому информация о каждой клетки будет иметь довольно сложный вид.

Перед тем как кодировать любую информацию нужно договориться о том, какие используются коды, в каком порядке они записываются, хранятся и передаются. Это называется языком представления информации.

Информация описывается многоразрядными последовательностями двоичных чисел. Поэтому для удобства эти последовательности объединяются в группы по 8 бит. Такая группа именуется байтом, например, число 11010011 - эта информация величиной один байт.

На практике довольно часто случается, что код, удобный и экономный, может исказить сообщение из-за помех, которые всегда, к сожалению, 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, как их называют, шумы, обрушиваются на информацию. Поэтому для повышения надежности в передаче и обработке информации приходится вводить лишние символы - своеобразную защиту от искажений. Они - 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. Как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину! Сколько в нем информационных излишеств для краткого и всем понятного сообщения « Я вас люблю»! И как информационно точны рисованные обозначения, понятные всем и каждому, кто входит сегодня в метро, где вместо слов и фраз объявлений висят лаконичные символьные знаки, указывающие: «Вход», «Выход».

В этой связи полезно вспомнить анекдот, рассказанный в свое время знаменитым американским ученым Бенджаменом Франклином, о шляпочнике, пригласившем своих друзей для обсуждения проекта вывески. Предполагалось нарисовать на вывеске шляпу и написать: «Джон Томпсон, шляпочник, делает и продает шляпы за наличные деньги». Один из друзей заметил, что слова «за наличные деньги» являются излишними - такое напоминание будет оскорбительным для покупателя. Другой нашел также лишним слово «продает», так как само собой понятно, что шляпочник продает шляпы, а не раздает их даром. Третьему показалось, что слова «шляпочник» и «делает шляпы» представляют собой ненужную тавтологию, и последние слова были выкинуты. Четвертый предложил выкинуть и слово «шляпочник» - нарисованная шляпа ясно говорит, кто такой Джон Томпсон. Наконец, пятый уверял, что для покупателя совершенно безразлично, будет ли шляпочник называться Джоном Томпсоном или иначе, и предложил обойтись без этого указания. Таким образом, в конце концов на вывеске не осталось ничего, кроме шляпы.

Конечно, если бы люди пользовались только такого рода кодами, без избыточности в сообщениях, то все «информационные формы» - книги, доклады, статьи - были бы предельно краткими. Но проиграли бы в доходчивости и красоте.

2.4. Участники процесса передачи информации

Всякое событие, всякое явление служит источником информации. Всякое событие, всякое явление может быть выражено по-разному, разным способом, разным алфавитом. Чтобы информацию более точно и экономно передать по каналам связи, ее надо соответственно закодировать.

Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов - носителей информации. Они-то и идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид. С этой целью сигналы пробегают декодирующее устройство, приобретая форму, удобную для абонента. Система связи сработала, цель достигнута. Когда говорят о каналах связи, о системах связи, чаще всего для примера берут телеграф. Но каналы связи - понятие очень широкое, включающее множество всяких систем, самых разных.

При телефонной передаче источник сообщения - говорящий. Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - это микрофон. Канал, по которому передается информация - телефонный провод. Та часть трубки, которую мы подносим к уху, исполняет роль декодирующего устройства. Здесь электрические сигналы снова преобразуются в звуки. И наконец, информация поступает в «принимающее устройство» - ухо человека на другом конце провода. А вот канал связи совершенно другой природы - живой нерв. Здесь все сообщения передаются нервным импульсом. Но в технических каналах связи направление передачи информации может меняться, а по нервной системе передача идет в одном направлении.

В вычислительной машине отдельные системы вычислительной машины передают одна другой информацию с помощью сигналов. Вычислительная машина - автоматическое устройство для обработки информации, как станок - устройство для обработки металла. Машина не создает из «ничего» информацию, она преобразует только то, что в нее введено.

В кибернетическом смысле информация - это отражение одного объекта в другом, используемое для формирования управленческих воздействий. Использование информации в управлении и самоуправлении опирается на наличие связи между объектами системы, источниками информации и ее получателями. При этом сила и целенаправленность влияния информации на получателя зависит от степени соответствия характеристик информации - синтаксических, семантических, прагматических - возможностям и потребностям получателя. Структура сообщений, их смысл и практическая ценность всегда ориентированны на определенного получателя.

Обмен информацией совершается не вообще между любыми объектами, а только между теми из них, которые представляют собой систему, обладающую каким-то минимум организованности. В целом возникновение и развитие теории информации, а также кибернетики и информатики, явилось научным подтверждение теории отражения и способствовало ее дальнейшему развитию.

К а н а л с в я з и

2.5. Ценность информации

Информация - это сведения, снимающие неопределенность об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования. Сведения – это знания, выраженные в сигналах, сообщениях, известиях, уведомлениях и т.д.

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.

Пассажиры едут в автобусе. Водитель объявляет остановку. Кое-кто выходит, остальные не обращают внимания на слова водителя - переданную им информацию. Почему? Потому что информация здесь имеет разную ценность для получателей, в роли которых в этом примере выступают пассажиры. Вышел тот, для кого информация была ценна.

Ценность информации можно определить как свойство информации, влияющее на поведение ее получателя. Ценность можно измерить величиной тех потерь, которые эта информация предотвращает, или соотношением затрат на добывание этой информации и прибыли, полученной от ее использования.

2.6. Формы представления информации

Особенность информации в том, что, будучи материальным явлением, она не является ни материей, ни энергией. В кибернетическом смысле информация - это отражение одного объекта в другом, используемое для формирования управленческих воздействий. Структура сообщений, их смысл и практическая ценность всегда ориентированны на определенного получателя.

Информация передается в двух формах:

дискретная форма представления информации - это последовательность символов, характеризующая прерывистую, изменяющуюся величину (количество дорожно-транспортных происшествий, количество тяжких преступлений и т.п.);

аналоговая или непрерывная форма представления информации - это величина, характеризующая процесс, не имеющий перерывов или промежутков (температура тела человека, скорость автомобиля на определенном участке пути и т.п.).

2.7. Размерность информационных множеств

Все виды информации можно разделить по размерности информационных множеств.

Назовем информацией

''0''-го порядка (нуль–мерной информацией) такую, которая соответствует мощности точки;

''1''-го порядка (одномерная информация) – линии;

''2''-го (двумерная информация) – поверхности;

''3''-го порядка – объема;

''n''-го порядка – n-мерного пространства.

Таким образом, структуру информации можно изменять, переходя от одного вида информации к другому. Все виды информации можно интерпретировать геометрическими образами, что бывает удобно на практике.

2.8. Параметрическая информация

В научной практике широкое распространение имеет параметрическая информация, которую можно свести к четырем основным видам: 1-событие, 2-величина, 3-функция, 4-комплекс.

1. П ервичным и неделимым элементом информации является элементарное событие (двоичное): - да - нет - выбор из утверждения или отрицания. Двоичность события позволяет представлять его условно в геометрической символике точкой и пробелом, в арифметической – единицей и нулем, в сигнальной – импульсом и паузой.

Событие является категорией нулевой меры, т.е. не имеет геометрических измерений. Поэтому оно и представлено точкой.

3. Функция x(t) есть соотношение между величиной и времен, пространством или другой величиной. В этом смысле функцию можно трактовать как двумерное поле событий.

Время Т само по себе не содержит информации, Множество событий во времени можно упорядочить относительно координат N и Т в виде функции N(Т).

4. Полный комплекс информации есть соответствие между величиной, с одной стороны и временем и пространством с другой. Таким образом, полный комплекс информации есть трехмерное поле событий

Параметрическая информация сообщает о различных величинах, оцениваемых по индивидуальным шкалам или приведенных к одной общей шкале. Эти физические величины называются параметрами.

Информация об одной скалярной величине одномерна.

Информация о функциональной зависимости между 2-мя величинами, например, Х₂ = f (X₁), занимает 2 измерения в координатах Х₁ и Х₂. Более сложные соотношения между многими величинами представляются n-мерными категориями или образами. Информация об изменении параметров во времени занимает от 2 до n измерений в зависимости от количества отдельных параметров.

Геометрические пространства (линия, плоскость, объем) представляют собой информационные категории только в тех случаях, когда они определяют местоположение событий. Координата N представляет событие на линии; N₁ и N₂ – координаты плоскости; N₁, N₂, N₃ характеризуют объем.

Параметрические пространства могут содержать информацию о распределении некоторых параметров по линии, плоскости или объему.

2.9. Элементы теории информации

Слово «информация» латинское. За долгую жизнь его значение претерпевало эволюции, то расширяя, то предельно сужая свои границы. Вначале под словом «информация» подразумевали: «представление», «понятие», затем - «сведения», «передача сообщений». Теперь под словом «информация» понимается «мера определенности в сообщении ».

Существование множества определений информации обусловленно сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию сущности этого понятия. В качестве справки выделим три наиболее распространенные концепции информации, каждая из которых по-своему объясняет ее сущность.