Лекция 1 - Информатика+Информация+Энтропия.ppt
- Количество слайдов: 43
Понятие и методы теории информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации 1. Предмет информатики и кибернетики. 2. Понятие информации, свойства информации. Энтропия и информация. 3. Количественное определение информации. 4. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления © А. Б. Архипова, 2011 информации.
Самостоятельная работа 1. Классификация информации 2. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации. К сдаче 1 ЛР: -теория (лекция 1) -практика(Лабораторное занятие) © А. Б. Архипова, 2011
1. 1 Предмет информатики и кибернетики.
Информатика и кибернетика o Кибернетика – это наука, использующая общие закономерности в строении сложных систем управления и процессов управления. Но рберт Ви нер - выдающийся математик и философ, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта. 1948 - "Кибернетика или управление и связь в животном и машине". 4
Система управления канал связи Субъект Объект обратная связь Рис. 1 - Взаимодействие субъекта и объекта управления. 5
Информатика как предмет 1980 г. Информатика направление – как отдельное Информатика - комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки и создания автоматизированных (основанных на ЭВМ) систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики. 6
Информатика как предмет Информатика включает: - проектирование систем управления, ЭВМ; - управление производственными и социальными процессами с помощью ЭВМ; - закономерности развития технических средств в системах управления; - закономерности процессов обработки информации; - алгоритмическую и программную реализацию систем обработки данных. - информационную технологию построения вычислительных систем; - технологию организации связи человека и ЭВМ; - создание сетей ЭВМ; - технологию создания ПО систем обработки данных, новые подходы к созданию языков программирования и ОС. 7
1. 2 Понятие информации. Энтропия и информация.
Понятие информации o Определение 1 - по Н. Виннеру. Информация –это информация, а не материя и энергия Источник информации – материальный объект! Передача – в материальной среде Но материальна ли информация Это лишь содержание сигнала! o Определение 2 - по ОРММ Информация –это сообщение, уменьшающее неопределенность той области, к которой она относится ! Чем > информации об объекте управления, тем определеннее воздействие объекта на субъект! 9
Виды информации o Символ (знак, жест) o Текст (состоит из символов, важен их порядок) КОТ ТОК o Числовая информация o Графическая информация (рисунки, картины, чертежи, фото, схемы, карты) o Звук o Тактильная информация (осязание) o Вкус o Запах 10
Свойства информации Информация должна быть n объективной (не зависящей от чьего-либо мнения) «На улице тепло» , «На улице 28°С» . n понятной n полезной n достоверной (правильной) дезинформация, помехи, слухи, байки n актуальной – должна быть важна в данный момент (погода, землетрясение) устаревшая, ненужная n полной (достаточной для принятия правильного решения) «Концерт будет вечером» , история 11
Энтропия и информация Энтропия ~ хаос (меньше информации) Клод Ше ннон (1916 - 2001)- выдающийся американский инженер и математик. Основатель теории информации. 1948 – “Математическая теория связи". Определение 1. Энтропия - мера недостающей информации о системе. Определение 2. Энтропия - мера беспорядка, хаотичности. А Информация направлена на 12 устранение беспорядка!
Энтропия и информация Формула вычисления информации (энтропии) по К. Шеннону: Т. е. если произошло событие i, мы получаем информацию – вероятность выбора i-ого варианта (i=1, …, N) I - информация, H - энтропия При , Количество информации принятого сообщения: I=H-H 1 Степень информированности пользователя: 13 I=(H(max)-H 1)/H(max)
Пример Задача. На факультете учатся 100 студентов, из них 20 на ИБ, 30 на ИВТ, а остальные – на ПИЭ. Сколько информации несет сообщение о том, что студент учится на ИБ (ИВТ, ПИЭ)? Формула: Решение: ИБ бита ИВТ ПИЭ бит 14
1. 3 Количественное определение информации, содержащейся в сообщении
Комбинаторный подход Формула Хартли (1928) H(I ) – количество информации в битах N выбора – число состояний системы или количество вариантов Пример: В аэропорту стоит 6 самолетов, из них один летит в Москву. Сколько информации в сообщении «В Москву летит второй самолет» ? бит 16
Пример Задача. Определить объем информации в сообщении ПРИВЕТВАСЯ для кодирования которого используется русский алфавит (только заглавные буквы). Решение: n считаем все символы (здесь 10 символов) n мощность алфавита – 32 символа (32=25) n 1 символ несет 5 бит информации Ответ: 10· 5 бит = 50 бит
Два подхода: сравнение Задача. Отличник Вася Пупкин получил такие оценки по истории за I четверть: 4 5 5 3 5 Сколько информации получили в этом сообщении родители? Комбинаторный подход: n возможны 4 разные оценки: 2, 3, 4 и 5 n каждая оценка несет 2 бита информации (все одинаково!) Ответ: 5· 2 бит = 10 бит ! Содержание информации не учитывается! 18
Два подхода: сравнение Вероятностный подход: n задаем вероятности получения всех оценок ? Что еще нужно для решения? n информация при получении 5, 4 и 3: бит бит Ответ: информации в сообщении 4 5 5 3 5 бит ? Могло быть > 10 бит? < 10 бит 19
Единицы измерения 1 бит (binary digit, двоичная цифра) – это количество информации, которое можно поместить в элементарные ячейкиразряды ЭВМ. 1 или 0 20
Единицы измерения 1 байт (bytе) = 8 бит 1 Кб (килобайт) = 1024 байта 1 Мб (мегабайт) = 1024 Кб 1 Гб (гигабайт) = 1024 Мб 1 Тб (терабайт) = 1024 Гб 1 Пб (петабайт) = 1024 Тб 210 21
1. 4 Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации.
Информационные услуги • связь, Интернет • рекламные агентства • подбор персонала (кадровые агентства) • обучение • консалтинг (услуги по оптимизации бизнеса) • поиск и подбор информации • создание программного обеспечения • создание Web-сайтов 23
Информационные технологии Технология – способ сделать «продукт» из исходных материалов (с гарантированным результатом!). Новые (компьютерные) ИТ – технологии, связанные с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, защиты, обработки и передачи информации. 24
Информационные технологии • подготовка документов • поиск информации • телекоммуникации (сети, Интернет, электронная почта) • автоматизированные системы управления (АСУ) • системы автоматизированного проектирования (САПР) • геоинформационные системы (на основе карт, снимков со спутника) • обучение § электронные учебники § компьютерные тренажеры § дистанционное обучение (через Интернет) 25
Информационные технологии • автоматизированные системы управления (АСУ) сервер, база данных Ресторан+ администратор рабочие места официантов, барменов, кассиров менеджер производство (кухня) 26
Информационные технологии датчики • автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) локальная сеть блок сбора информации GSM модем блок управления блок сбора информации блок управления рабочее место оператора GSM модем 27
Информационные технологии • системы автоматизированного проектирования (САПР) 28
Информационные технологии объекты дороги рельеф местность ра ст р сл ов ои ые ве кт о сл рн ои ые • геоинформационные системы (привязка объектов к местности) реальный мир 29
Информационные технологии • дистанционное обучение § самостоятельная работа § письменные задания § выездные школы, работа с тьютором (наставником) § консультации по Интернету, видеоконференции серверы базы данных тьютор www. intuit. ru Интернет 30
Информационная культура человека – это умение использовать современные технические средства и информационные технологии для получения, обработки и передачи информации: • формулировать свою потребность в информации; • находить нужную информацию, используя различные источники; • отбирать и анализировать информацию; • обрабатывать информацию и создавать новую информацию; • использовать компьютерную технику. 31
Информационные процессы o Получение (через органы чувств) o Хранение n мозг, бумага, камень, береста, … n память ПК, дискеты, винчестеры, CD, DVD o Обработка n создание новой информации n кодирование – изменение формы, запись в некоторой знаковой системе (в виде кода) n поиск n сортировка – расстановка элементов списка в заданном порядке o Передача источник информации помехи канал связи приемник информации 32
ИНФОРМАЦИЯ Задачи © К. Ю. Поляков, 2006 -2008
Перевод в другие единицы 25 Кб = =25· 1024 байт =25· 1024· 8 бит =25: 1024 Мб =25: 1024=25: 10242 Гб =25: 1024: 1024= 25: 10243 Тб умножение крупные единицы деление мелкие единицы 34
Перевод в другие единицы Сравните (поставьте знак <, > или =): 3 байта = 24 бита 1000 байт < 1 Кб 220 байт 0, 25 Кб < 1 Мб 1500 Кб < = 8192 бита 1 Кб 35
Задачи: текст Сколько места в памяти надо выделить для хранение предложения Привет, Вася! n считаем все символы, включая знаки препинания и пробелы (здесь 13 символов) n если нет дополнительной информации, то считаем, что 1 символ занимает 1 байт n в кодировке UNICODE 1 символ занимает 2 байта Ответ: 13 байт или 104 бита (в UNICODE: 26 байт или 208 бит) 36
Задачи: текст Сколько места надо выделить для хранения 10 страниц книги, если на каждой странице помещаются 32 строки по 64 символа в каждой? Решение: n на 1 странице 32· 64=2048 символов n на 10 страницах 10· 2048=20480 символов n каждый символ занимает 1 байт Ответ: n 20480 байт или … n 20480· 8 бит или … n 20480: 1024 Кб = 20 Кб 37
Задачи: рисунок Сколько места в памяти надо выделить для хранения 16 -цветного рисунка размером 32 на 64 пикселя? Решение: n общее число пикселей: 32· 64=2048 n при использовании 16 цветов на 1 пиксель отводится 4 бита (выбор 1 из 16 вариантов) Ответ: n 2048· 4 бита = 8192 бита или … n 2048· 4: 8 байта = 1024 байта или … n 1024: 1024 Кб = 1 Кб 38
Задачи: рисунок Для хранения растрового рисунка размером 32 на 64 пикселя выделили 2 Кб памяти. Каково максимально возможное количество цветов в палитре? Решение: n общее число пикселей: 32· 64=25 · 26=211 n память 2 Кб =2 · 210 байта = 211 байта= 214 бита n на 1 пиксель приходится 214: 211 = 23 = 8 бит n 8 бит выбор 1 из 256 вариантов Ответ: не более 256 цветов 39
Задачи: кодирование Сколько бит нужно выделить для хранения текста МУНСА УРЕ КАМУКА при использовании алфавита племени МУМУКА: буквы МУКАЕНРС и пробел? Решение: n в алфавите 9 символов (8 букв и пробел) n 23 < 9 < 24, поэтому на 1 символ нужно выделить 4 бита n в тексте 16 символов (считая пробелы) Ответ: 4· 16 бит = 64 бита = 8 байт ? Если в алфавите 25 символов? 40
Задачи: кодирование Объем сообщения, содержащего 1024 символов, составил 1/512 часть мегабайта. Какова мощность алфавита, с помощью которого записано сообщение? Решение: n объем сообщения в битах: 1024· 8 бит / 512 = 210· 23 / 29 = 214 бит (= 16348 бит) n на 1 символ приходится 214 / 1024 = 214 / 210 = 24 = 16 бит n мощность алфавита 216 = 65536 символов Ответ: 65536 символов (кодировка UNICODE) 41
Задачи: обмен информацией Скорость передачи данных через ADSLсоединение равна 256000 бит/c. Передача файла через это соединение заняла 2 минуты. Определите размер файла в килобайтах. Решение: n время передачи: 2· 60 сек=120 сек n передано информации 256 · 1000· 120 бит 8· 23· 125 · 22· 30 бит= 213· 125· 30 = 2 Кб 213 Ответ: объем файла 3750 Кб 42
Конец 43
Лекция 1 - Информатика+Информация+Энтропия.ppt