МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ф-т информационных технологий Измерение

Скачать презентацию МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ф-т информационных технологий Измерение

Измерение информации.pptx

Количество слайдов: 49

МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ф-т информационных технологий Измерение информации Преподаватель: Думин Павел Николаевич dumin. pn@gmail. com

Содержание: • Информация - ? – – – Виды информации Структура информатики Место информатики в системе наук Задачи информатики Общая характеристика информационных процессов Свойства информации • Носители информации • Передача информации • Системы счисления – Перевод между различными системами счисления • Подходы к измерению информации – Содержательный подход – Алфавитный подход

Что такое информация? – Данные (сведения) о некотором процессе, объекте или явлении – Информация — сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления – «Информация — это обозначение содержания, полученное нами из внешнего мира в процессе приспосабливания к нему нас и наших чувств» Норнберт Винер

Информатика • Теоретическая информатика – часть информатики, занимающаяся изучением структуры и общих свойств информации и информационных процессов, разработкой общих принципов построения информационной техники и технологии. • Средства информатизации (технические и программные) – раздел, занимающийся изучением общих принципов построения вычислительных устройств и систем обработки и передачи данных, а также вопросов, связанных с разработкой систем программного обеспечения. • Информационные системы и технологии – раздел информатики, связанный с решением вопросов анализа потоков информации, их оптимизации, структурирования в различных сложных системах, с разработкой принципов реализации в данных системах информационных процессов.

Структура информатики Теоретическая информация Теория алгоритмов, теория информации, теория кодирования, математическая логика, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и др. Средства информатизации Средства обработки, передачи, хранения и предоставления информации Системное программное обеспечение, инструментарий технологии программирования, пакеты прикладных программ Информационные системы и технологии Ввода/вывода, сбора, хранения, передачи и обрабоки данных, подготовки различных документов, программирования, проектирования, моделирования, оубчения, диагностики, управления объектами, процессами, системами.

Структура информатики • с философией и психологией – через учение об информации и теорию познания; • с математикой – через теорию математического моделирования, дискретную математику, математическую логику и теорию алгоритмов; • с лингвистикой – через учение о формальных языках и о знаковых системах; • с кибернетикой – через теорию информации и теорию управления; • с физикой и химией, электроникой и радиотехникой – через «материальную» часть компьютера и информационных систем.

Задачи информатики • исследует информационные процессы в социальных системах; • разрабатывает информационную технику и создает новейшие технологии преобразования информации на основе результатов, полученных в ходе исследования информационных процессов; • решает научные и инженерные проблемы создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой деятельности.

Общая характеристика информационных процессов • Информация не является ни материей, ни энергией. В отличие от них, она может возникать и исчезать. • Информация – наиболее важный ресурс современного производства: он снижает потребность в земле, труде, капитале, уменьшает расход сырья и энергии, вызывает к жизни новые производства, является товаром, причем продавец информации не теряет ее после продажи, может накапливаться. • Понятие «информация» обычно предполагает наличие двух объектов – «источника» информации и «приемника» (потребителя, адресата) информации.

Общая характеристика информационных процессов • Информация передается от источника к приемнику в материально-энергетической форме в виде сигналов (например, электрических, световых, звуковых и т. д. ), распространяющихся в определенной среде. – Сигнал (от лат. signum – знак) – физический процесс (явление), несущий сообщение (информацию) о событии или состоянии объекта наблюдения. • Понятие информации можно рассматривать с двух позиций: в широком смысле слова – это окружающий нас мир, обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами; в узком смысле слова информация – это любые сведения, которые можно сохранить, преобразовать и передать.

Общая характеристика информационных процесов • Информация – специфический атрибут реального мира, представляющий собой его объективное отражение в виде совокупности сигналов и проявляющийся при взаимодействии с «приемником» информации, позволяющим выделять, регистрировать эти сигналы из окружающего мира и по тому или иному критерию их идентифицировать. • Из этого определения следует, что: – информация объективна, так как это свойство материи – отражение; – информация проявляется в виде сигналов и лишь при взаимодействии объектов; – одна и та же информация различными получателями может быть интерпретирована по-разному в зависимости от «настройки» «приемника» .

Общая хар-ка информационных процессов • • Совершенный приемник → больше информации. Информация имеет определенные функции. Основными из них являются: – познавательная – получение новой информации. Функция реализуется в основном через такие этапы обращения информации, как: • ее синтез (производство) • представление • хранение (передача во времени) • восприятие (потребление) – коммуникативная – функция общения людей, реализуемая через такие этапы обращения информации, как: • передача (в пространстве) • распределение – управленческая – формирование целесообразного поведения управляемой системы, получающей информацию. Эта функция информации неразрывно связана с познавательной и коммуникативной и реализуется через все основные этапы обращения, включая обработку.

Общая хар-ка информационных процессов • • Без информации не может существовать жизнь в любой форме и не могут функционировать любые информационные системы, созданные человеком. Без нее биологические и технические системы представляют груду химических элементов. В общем случае роль информации может ограничиваться эмоциональным воздействием на человека, однако наиболее часто она используется для выработки управляющих воздействий в автоматических (чисто технических) и автоматизированных (человеко-машинных) системах. В подобных системах можно выделить отдельные этапы (фазы) обращения информации, каждый из которых характеризуется определенными действиями. Последовательность действий, выполняемых с информацией, называют информационным процессом. Основными информационными процессами являются: – сбор (восприятие) информации; – подготовка (преобразование) информации; – передача информации; – обработка (преобразование) информации; – хранение информации; – отображение (воспроизведение) информации.

Виды информации • по способу восприятия: – – – Визуальная — воспринимаемая органами зрения. Аудиальная — воспринимаемая органами слуха. Тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами. Обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами. Вкусовая — воспринимаемая вкусовыми рецепторами. • по форме представления: – Текстовая — передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка. – Числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия. – Графическая — в виде изображений, предметов, графиков. – Звуковая — устная или в виде записи и передачи лексем языка аудиальным путём.

Виды информации • по назначению: – Массовая — содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума. – Специальная — содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация. – Секретная — передаваемая узкому кругу лиц и по закрытым (защищённым) каналам. – Личная (приватная) — набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

Виды информации • по значению: – Актуальная — информация, ценная в данный момент времени. – Достоверная — информация, полученная без искажений. – Понятная — информация, выраженная на языке, понятном тому, кому она предназначена. – Полная — информация, достаточная для принятия правильного решения или понимания. – Полезная — полезность информации определяется субъектом, получившим информацию в зависимости от объёма возможностей её использования. • по истинности: – истинная – ложная

Свойства информации • Актуальность информации – свойство информации сохранять ценность для потребителя в течение времени, т. е. не подвергаться «моральному» старению. • Полнота информации – свойство информации, характеризуемое мерой достаточности для решения определенных задач. Полнота информации означает, что она обеспечивает принятие правильного (оптимального) решения. Оценивается относительно вполне определенной задачи или группы задач. • Адекватность информации – свойство, заключающееся в соответствии содержательной информации состоянию объекта. Нарушение идентичности связано с техническим старением информации, при котором происходит расхождение реальных признаков объектов и тех же признаков, отображенных в информации.

Свойства информации • Сохранность информации – свойство информации, характеризуемое степенью готовности определенных информационных массивов к целевому применению и определяемое способностью контроля и защиты информации обеспечить постоянное наличие и своевременное предоставление информационного массива, необходимых для автоматизированного решения целевых и функциональных задач системы. • Достоверность информации – свойство информации, характеризуемое степенью соответствия реальных информационных единиц их истинному значению. Требуемый уровень достоверности информации достигается путем внедрения методов контроля и защиты информации на всех стадиях ее переработки, повышения надежности комплекса технических и программных средств информационной системы, а также административно-организационными мерами.

Основные информационные процессы Примеры: сбор метеорологических данных, запись кинофильма и т. д.

Носители информации Эволюция носителей информации

Передача информации Эволюция средств передачи информации

Системы счисления • • Двоичная Десятичная Восьмеричная Шестнадцатеричная

Десятичная система счисления В системе 10 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, однако информацию несет не только цифра, но и место, на котором цифра стоит (то есть ее позиция). В десятичной системе счисления особую роль играют число 10 и его степени: 10, 1000 и т. д.

Двоичная система счисления • В этой системе всего две цифры – 0 и 1. Особую роль здесь играет число 2 и его степени: 2, 4, 8 и т. д. Самая правая цифра числа показывает число единиц, следующая цифра – число двоек, следующая – число четверок и т. д. Двоичная система счисления позволяет закодировать любое натуральное число – представить его в виде последовательности нулей и единиц. • В двоичном виде можно представлять не только числа, но и любую другую информацию: тексты, картинки, фильмы и аудиозаписи. Инженеров двоичное кодирование привлекает тем, что легко реализуется технически.

Восьмеричная система счисления • В этой системе счисления 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Цифра 1, указанная в самом младшем разряде, означает, как и в десятичном числе, просто единицу. Та же цифра 1 в следующем разряде означает 8, в следующем – 64 и т. д. Число 100 (восьмеричное) есть не что иное, как 64 (десятичное). Чтобы перевести в двоичную систему, например, число 611 (восьмеричное), надо заменить каждую цифру эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр). Легко догадаться, что для перевода многозначного двоичного числа в восьмеричную систему нужно разбить его на триады справа налево и заменить каждую триаду соответствующей восьмеричной цифрой.

Шестнадцатеричная система счисления • Запись числа в восьмеричной системе счисления достаточно компактна, но еще компактнее она получается в шестнадцатеричной системе. В качестве первых 10 из 16 шестнадцатеричных цифр взяты привычные цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, а вот в качестве остальных 6 цифр используют первые буквы латинского алфавита: A, B, C, D, E, F. Цифра 1, записанная в самом младшем разряде, означает просто единицу. Та же цифра 1 в следующем – 16 (десятичное), в следующем – 256 (десятичное) и т. д. Цифра F, указанная в самом младшем разряде, означает 15 (десятичное). • Перевод из шестнадцатеричной системы в двоичную и обратно производится аналогично тому, как это делается для восьмеричной системы.

Двоичная → десятичная Перевод из двоичной системы в десятичную: n (степень) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 n 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 Пример 1: перевести число 111010002 в десятичную систему счисления.

Десятичная → двоичная Для перевода десятичного числа в двоичную систему его необходимо последовательно делить на 2 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 1. Число в двоичной системе записывается как последовательность последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке. Пример 2: перевести число 22 из десятичной системы в двоичную.

Восьмеричная → десятичная Для перевода восьмеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 8, и вычислить по правилам десятичной арифметики: n (степень) 0 1 2 3 4 5 6 8 n 1 8 64 512 4096 32768 262144 Пример 3: Число 750138 перевести в десятичную систему счисления.

Десятичная → восьмеричная Для перевода десятичного числа в восьмеричную систему его необходимо последовательно делить на 8 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 7. Число в восьмеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке. Пример 4: число 57110 перевести в восьмеричную систему счисления. 57110 = 10738

Шестнадцатеричная → десятичная Для перевода шестнадцатеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 16, и вычислить по правилам десятичной арифметики: n (степень) 0 1 2 3 4 5 6 16 n 1 16 256 4096 65536 1048576 16777216 Пример 5: перевести число FDA 116 в десятичную систему счисления.

Десятичная → шестнадцатеричная Для перевода десятичного числа в шестнадцатеричную систему его необходимо последовательно делить на 16 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 15. Число в шестнадцатеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке. Пример 6: число 746710 перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

Двоичная → восьмеричная Чтобы перевести число из двоичной системы в восьмеричную, его нужно разбить на триады (тройки цифр), начиная с младшего разряда, в случае необходимости дополнив старшую триаду нулями, и каждую триаду заменить соответствующей восьмеричной цифрой. Пример 7: 10010112 = 001 0112 = 11310 Десят Двоичн Восьме Шестна ичная ая ричная дцатер ичная 1 001 1 1 2 010 2 2 3 011 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10

Двоичная → восьмеричная Чтобы перевести число из двоичной системы в шестнадцатеричную, его нужно разбить на тетрады (четверки цифр), начиная с младшего разряда, в случае необходимости дополнив старшую тетраду нулями, и каждую тетраду заменить соответствующей восьмеричной цифрой. Десят Двоичн Восьме Шестна ичная ая ричная дцатер ичная 1 001 1 1 2 010 2 2 3 011 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 10111000112 = 0010 1110 00112 = 2 E 316 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10 Пример 8: число 10111000112 перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

Восьмеричная → двоичная Для перевода восьмеричного числа в двоичное необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой. Десят Двоичн Восьме Шестна ичная ая ричная дцатер ичная 001 1 1 2 010 2 2 3 Пример 9: 5318 = 101 011 0012 1 011 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10

Шестнадцатеричная → двоичная Десят Двоичн Восьме Шестна ичная ая ричная дцатер ичная Для перевода шестнадцатеричного числа в двоичное необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной тетрадой. Пример 10: EE 816 = 1110 10002 1 001 1 1 2 010 2 2 3 011 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 16 10000 20 10

Тест

Содержательный подход: • Основной постулат: получение информации → сокращение неопределенности. • Возможная оценка на экзамене или зачете. • Информационное сообщение об оценке за зачет приводит к уменьшению неопределенности вашего знания в два раза, так как получено одно из двух возможных информационных сообщений. Информационное сообщение об оценке за контрольную работу приводит к уменьшению неопределенности вашего знания в четыре раза, так как получено одно из четырех возможных информационных сообщений. • Ясно, что чем более неопределенна первоначальная ситуация (чем большее количество информационных сообщений возможно), тем больше мы получим новой информации при получении информационного сообщения (тем в большее количество раз уменьшится неопределенность знания).

Содержательный подход: • Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений. • Рассмотренный выше подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет количественно измерять информацию. Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение: N = 2 i

Содержательный подход: • За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержится в информационном сообщении, уменьшающем неопределенность знания в два раза. Такая единица названа битом. – 1 байт = 8 битов = 23 битов. – 1 килобайт (Кбайт) = 210 байт = 1024 байт; – 1 мегабайт (Мбайт) = 210 Кбайт = 1024 Кбайт; – 1 гигабайт (Гбайт) = 210 Мбайт = 1024 Мбайт.

Содержательный подход: • Определение количества информационных сообщений: как узнать, сколько всего билетов на экзамене, если после того, как вытянули билет, получили сообщение равно 5 битам? N = 2 i Пояснение: количество билетов – неизвестное количество информационных сообщений N. Одно сообщение несет в себе 5 бит информации: I = 5

Содержательный подход: Определить, какое количество информации будет нести в себе Одно из возможных выпавших направлений на компасе. N = 2 i Решение: 8 = 2 i 8 = 2*2*2 … 8 = 2*2*2 = 23 Ответ: I = 3

Алфавитный подход • При алфавитном подходе к определению количества информации отвлекаются от содержания информации и рассматривают информационное сообщение как последовательность знаков определенной знаковой системы. • Информационная емкость знака. Представим себе, что необходимо передать информационное сообщение по каналу передачи информации от отправителя к получателю. Пусть сообщение кодируется с помощью знаковой системы, алфавит которой состоит из N знаков {1, . . . , N}. В простейшем случае, когда длина кода сообщения составляет один знак, отправитель может послать одно из N возможных сообщений "1", "2", . . . , "N", которое будет нести количество информации I.

Алфавитный подход N = 2 i В алфавитном подходе N – не количество информационных сообщений, а количество знаков в алфавите, из символов которого сообщение составлено. i - количество информации, которое несет каждый знак Задание: определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе.

Алфавитный подход N = 2 i В алфавитном подходе N – не количество информационных сообщений, а количество знаков в алфавите, из символов которого сообщение составлено. Задание: определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе: N = 2 => 2 = 2 i => i=1 бит.

Алфавитный подход • Определить, какое количество информации несет в себе буква русского алфавита (исключить «ё» ). N = 2 i

Алфавитный подход • Определить, какое количество информации несет в себе буква русского алфавита (исключить «ё» ). • Решение: количество букв алфавита равно 33 – 1 ( «ё» ) = 32. • N = 32 • I = 5 бит N = 2 i

Алфавитный подход Количество информации в сообщении: • Сообщение состоит из последовательности знаков, каждый из которых несет определенное количество информации. • Если знаки несут одинаковое количество информации, то количество информации ic в сообщении можно подсчитать, умножив количество информации iз, которое несет один знак, на длину кода (количество знаков в сообщении) К: ic = iз × K