графическая форма предоставления информации

Графическая форма предоставления информации

Виды информации. Представление информации.

По способу восприятия информации человеком можно выделить визуальную (зрительную), аудиальную (звуковую), обонятельную (запахи) вкусовую, тактильную (осязательную), вестибулярную и мышечную информацию (рис.3).

Визуальную информацию люди воспринимают с помощью глаз. Человек может увидеть объект или явление, букву или цифру, картину или фильм, схему или карту, жест или танец. Аудиальную информацию люди воспринимают с помощью ушей. Человек может услышать произвольные звуки, шум, музыку, пение и речь. Обонятельную информацию, или запахи, человек воспринимает с помощью носа. Запах можно охарактеризовать как терпкий или пряный, приятный или неприятный, тяжелый или легкий. Вкусовую информацию человек воспринимает с помощью языка. Вкус может быть горький или сладкий, кислый или соленый. Тактильную информацию человек воспринимает кожей. Прикасаясь к предмету, можно определить его температуру (холодный или горячий) и вид поверхности (гладкая или шероховатая, мокрая или сухая). Вестибулярную информацию человек воспринимает с помощью вестибулярного аппарата, который отслеживает положение тела человека в трехмерном пространстве. Летя в самолете и не видя горизонта, человек может определить, куда и как он перемещается: вверх или вниз, вправо или влево, ускоренно или замедленно. Мышечную информацию люди воспринимают с помощью мышц. Закрыв глаза, человек не пронесет ложку с супом мимо своего рта, может дотронуться указательным пальцем до своего носа, сравнить массу гирь, одинаковых на ощупь.

Воспринимать информацию могут не только люди, но и животные, и растения. Однако в отличие от людей, восприятие информации животными и растениями имеет свои особенности. Например, слоны способны воспринимать звуки, которые не слышит человек, у собак лучше всего развито обоняние, у летучих мышей – слух, а растения могут получать информацию с помощью корней и листьев. Несмотря на эти особенности, в живой природе, так же как и в мире людей, информация играет важную роль в обеспечении жизненных процессов. Воспринимаемую с помощью органов чувств информацию человек стремится выразить так, чтобы она была понятна другим. Одну и ту же информацию, в зависимости от цели деятельности, можно выразить разными способами и представить в разной форме.

По форме представления принято выделять числовую, текстовую, графическую, звуковую и комбинированную информацию (рис. 4).

Рис. 4. Виды информации по форме представления

Например, если человек хочет выучить слова песни наизусть, то, скорее всего, он запишет стихи с помощью букв. В этом случае информация будет представлена в текстовой форме. Запомнить мелодию песни позволит прослушивание этой песни в исполнении певца или музыканта. В этом случае информация будет представлена в звуковой форме. Образ, навеянный стихами или мелодией, можно изобразить в графической форме с помощью рисунка.

Для того чтобы выяснить количество поклонников исполнителя песни, необходимо их подсчитать и результат представить в числовой форме. Каждая из этих форм представления информации имеет свои особенности. Графическая информация наиболее доступна, так как срезу передает визуальный образ.

Для представления информации человек использует различные знаки. Один и тот же знак может иметь разный смысл. Если человек наделил знак смыслом, то этот знак называют символом

Например, нарисованный овал может означать или букву «О», или цифру ноль, или химический элемент кислород, или геометрическую фигуру. В нашем примере нарисованный овал – это знак. Буква, цифра и обозначение химического элемента являются символами.

Для того чтобы понимать смысл информации, представленной с помощью символов, человеку необходимо знать не только символы, но и правила составления сообщений из этих символов. Говоря другими словами, человеку необходимо знать язык. Язык может быть разговорным, языком рисунков, мимики и жестов, языком науки и искусства.

Выделяют естественные (разговорные) и искусственные языки (рис. 5).

Естественные языки исторически сложились в процессе развития человеческой цивилизации. К естественным языкам относятся русский, английский, китайский и многие другие языки. В мире насчитывается более 10 тыс. разных языков, диалектов и наречий.

Искусственные языки специально созданы для профессионального применения в какой-либо области человеческой деятельности. Некоторые искусственные языки складывались в течение длительного исторического периода, например язык математических обозначений. С этой точки зрения они мало отличаются от естественных языков. Примерами искусственных языков являются эсперанто, языки программирования, язык математики, язык химии, язык логики, язык флажков на флоте, язык дорожных знаков.

Некоторые естественные языки имеют искусственно созданные алфавиты. Так, например, авторами русского языка являются Кирилл и Мефодий.

Представление информации с помощью определенного языка всегда связано с алфавитом. Алфавит содержит конечный набор символов, из которых можно составить как угодно много слов. Все символы в алфавите упорядочены.

Количество символов в алфавите называют мощность алфавита.

Представленную информацию можно преобразовать из одной последовательности знаков в другую, не задумываясь о смысле сообщения. Такой процесс преобразования сообщения называется кодированием. Обратный процессом кодированию является процесс декодирования. Для того чтобы выполнить кодирование или декодирование, необходимо знать правила перевода одних знаков в другие знаки. Говоря другими словами, надо знать код или шифр.

По мере развития средств появились различные способы кодирования информации. Например, кодирование с помощью азбуки (кода) Морзе (длительный сигнал – тире, короткий сигнал – точка, нет сигнала – пауза), с помощью двоичного кода (нет сигнала – 0, есть сигнал – 1). Кодирование используется для представления информации в такой форме, которая будет наиболее удобна для работы человека или технического устройства. Например, человеку удобно и привычно работать с десятичными числами, а компьютер настроен на работу с двоичными числами. Поэтому десятичное число, введенное с помощью клавиатуры компьютера, кодируется в двоичное число. При выводе числа на экран монитора происходит декодирование из двоичного числа в десятичное число. Кодирование информации необходимо не только для ее рационального представления, но и для ее эффективной защиты. Не случайно другим примером кода является пин-код сотового телефона или банковской карточки, а также код, используемый в качестве ключа от цифрового замка дорожной сумки.

Источник

Графическая форма предоставления информации

Электронные облака

Лекции

Рабочие материалы

Тесты по темам

Template tips

Задачи

Логика вычислительной техники и программирования

Лекция «Аналоговый и дискретный способы представления изображений и звука»

Аналоговое и дискретное предоставление графической информации

Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Звук в памяти компьютера

Основные понятия: аудиоадаптер, частота дискретизации, разрядность регистра, звуковой файл.

Аудиоадаптер (звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в реги стр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.

Разрядность регистра – число бит в регистре аудиоадаптера. Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Если разрядность равна 8(16), то при измерении входного сигнала может быть получено 2 8 =256 (2 16 =65536) различных значений. Очевидно, 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.

Звуковой файл – файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме. Как правило, информация в звуковых файлах подвергается сжатию.

Примеры решенных задач.

Пример №1.
Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.

Решение.
Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудиофайла (монофоническое звучание): (частота дискретизации в Гц)*(время записи в секундах)*(разрешение в битах)/8.

Таким образом файл вычисляется так: 22050*10*8/8 = 220500 байт.

Задания для самостоятельной работы

№1. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

№2. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?

№3. Объем свободной памяти на диске – 5,25 Мб, разрядность звучания платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?

№4. Одна минута цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы – 8. С какой частотой дискретизации записан звук?

№5. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимает на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации – 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера? №6. Объем свободой памяти на диске – 0,01 Гб, разрядность звуковой платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?

Представление графической информации.

Растровое представление.

Основные понятия: Компьютерная графика, пиксель, растр, разрешающая способность экрана, видеоинформация, видеопамять, графический файл, битовая глубина, страница видеопамяти, код цвета пикселя, графический примитив, система графических координат.

Компьютерная графика – раздел информатики, предметом которого является работа на компьютере с графическими изображениями (рисунками, чертежами, фотографиями, видеокадрами и пр.).

Пиксель – наименьший элемент изображения на экране (точка на экране).

Растр – прямоугольная сетка пикселей на экране.

Разрешающая способность экрана – размер сетки растра, задаваемого в виде произведения M*N, где M – число точек по горизонтали, N – число точек по вертикали (число строк).

Видеоинформация – информация об изображении, воспроизводимом на экране компьютера, хранящаяся в компьютерной памяти.

Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения в изображение на экране.

Графический файл – файл, хранящий информацию о графическом изображении.

Число цветов, воспроизводимых на экране дисплея (K), и число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (N), связаны формулой: K=2 N

Величину N называют битовой глубиной.

Страница – раздел видеопамяти, вмещающий информацию об одном образе экрана (одной «картинке» на экране). В видеопамяти могут размещаться одновременно несколько страниц.

Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего и зеленого. Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами. Цветные дисплеи, использующие такой принцип, называются RGB (Red-Green-Blue)-мониторами.

Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета.
Если все три составляющие имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (2 3 ). Следующая таблица показывает кодировку 8-цветной палитры с помощью трехразрядного двоичного кода. В ней наличие базового цвета обозначено единицей, а отсутствие нулем.

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно. Например, если в 8-цветной палитре код 100 обозначает красный цвет, то в 16-цветной палитре: 0100 – красный, 1100 – ярко-красный цвет; 0110 – коричневый, 1110 – ярко-коричневый (желтый).

Большое количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причем интенсивность может иметь более двух уровней, если для кодирования каждого из базовых цветов выделять более одного бита.

При использовании битовой глубины 8 бит/пиксель количество цветов: 2 8 =256. Биты такого кода распределены следующим образом: КККЗЗСС.

Это значит, что под красную и зеленую компоненты выделяется по 3 бита, под синюю – 2 бита. Следовательно, красная и зеленая компоненты имеют по 2 3 =8 уровней яркости, а синяя – 4 уровня.

Векторное представление.

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. Графическая информация – это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y – сверху вниз.

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность – координатами центра и радиусом; многогранник – координатами его углов, закрашенная область – граничной линией и цветом закраски и пр.

Нарисовать линию от текущей позиции в позицию (X1, Y1).

Нарисовать линию с координатами начала X1, Y1 и координатами конца X2, Y2. Текущая позиция не устанавливается.

Нарисовать окружность: X, Y – координаты центра, R – длина радиуса в шагах растровой сетки.

Эллипс X1, Y1, X2, Y2

Нарисовать эллипс, ограниченный прямоугольником; (X1, Y1) – координаты левого верхнего, а (X2, Y2) – правого нижнего угла этого прямоугольника.

Прямоугольник X1, Y1, X2, Y2

Нарисовать прямоугольник; (X1, Y1) – координаты левого верхнего угла, а (X2, Y2) – правого нижнего угла этого прямоугольника.

Цвет рисования ЦВЕТ

Установить текущий цвет рисования.

Цвет закраски ЦВЕТ

Установить текущий цвет закраски.

Закрасить X, Y, ЦВЕТ ГРАНИЦЫ

Закрасить произвольную замкнутую фигуру; X, Y – координаты любой точки внутри замкнутой фигуры, ЦВЕТ ГРАНИЦЫ – цвет граничной линии.

Примеры решенных задач.

Пример №1.
Для формирования цвета используются 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего. Какое количество цветов может быть отображено на экране в этом случае?

Пример №2.
На экране с разрешающей способностью 640*200 высвечиваются только двухцветные изображения. Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения?

Решение.
Так как битовая глубина двухцветного изображения равна 1, а видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения, то объем видеопамяти равен: 640*200*1=128000 бит =16000 байт.

Пример №3.
Какой объем видеопамяти необходимы для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея – 800*600 пикселей?

Решение.
Для хранения одной страницы необходимо

800*600*24 = 11 520 000 бит = 1 440 000 байт. Для 4 соответственно 1 440 000 * 4 = 5 760 000 байт.

Пример №4.
Битовая глубин равна 24. Сколько различных оттенков серого цвета может быть отображено на экране?
Замечание: Оттенок серого цвета получается при равных значениях уровней яркости всех трех составляющих. Если все три составляющие имеют максимальный уровень яркости, то получается белый цвет; отсутствие всех трех составляющих представляет черный цвет.

Решение.
Так как для получения серых оттенков составляющие RGB одинаковы, то глубина равна 24/3=8. Получаем количество цветов 2 8 =256.

Пример №5.
Дана растровая сетка 10*10. Описать буку «К» последовательностью векторных команд.

Задачи для самостоятельной работы.

№1. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640*350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?

№2. Объем видеопамяти равен 1 Мб. Разрешающая способность дисплея – 800*600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?

№3. Битовая глубина равна 24. Опишите несколько вариантов двоичного представления светло-серых и темно-серых оттенков.

№4. На экране компьютера необходимо получить 1024 оттенка серого цвета. Какой должна быть битовая глубина?

№5. Для изображения десятичных цифр в стандарте почтового индекса (как пишут на конвертах) получить векторное и растровое представление. Размер растровой сетки выбрать самостоятельно.

№6. Воспроизвести на бумаге рисунки, используя векторные команды. Разрешающая способность 64*48.

А)
Цвет рисования Красный
Цвет закраски Желтый
Окружность 16, 10, 2
Закрасить 16, 10, Красный
Установить 16, 12
Линия к 16, 23
Линия к 19, 29
Линия к 21, 29
Линия 16, 23, 13, 29
Линия 13, 29, 11, 29
Линия 16, 16, 11, 12
Линия 16, 16, 21, 12

Б)
Цвет рисования Красный
Цвет закраски Красный
Окружность 20, 10, 5
Окружность 20, 10, 10
Закрасить 25, 15, Красный
Окружность 20, 30, 5
Окружность 20, 30, 10
Закрасить 28, 32, Красный

Источник

ТЕМА 1.2. ИНФОРМАЦИЯ. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ

Оглавление

1.2.1. Понятие информации и данных

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие “данные”. Покажем в чем их отличие.

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если их используют для уменьшения неопределенности (получения сведений) о каком-либо объекте, данные превращаются в информацию. Данные существуют объективно и не зависят от человека и объема его знаний. Одни и те же данные для одного человека могут превратиться в информацию, т.к. они способствовали уменьшению неопределенности знаний человека, а для другого человека так и останутся данными.

Напишите на листе 10 номеров телефонов в виде последовательности 10-ти чисел и покажите их вашему сокурснику. Он воспримет эти цифры как данные, т.к. они не предоставляют ему никаких сведений.

Затем напротив каждого номера укажите название фирмы и род деятельности. Непонятные ранее цифры для вашего сокурсника обретут определенность и превратятся из данных в информацию, которую он в дальнейшем мог бы использовать.

Данные можно разделить на факты, правила и текущие сведения. Факты отвечают на вопрос «я знаю, что…». Примеры фактов:

Правила отвечают на вопрос «я знаю, как…». Примеры правил:

Факты и правила представляют достаточно данные длительного использования. Они достаточно статичны, т.е. не изменчивы во времени.

При работе с информацией всегда имеется ее источник и потребитель (получатель). Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю называются информационными коммуникациями.

1.2.2. Формы адекватности информации

Для потребителя информации очень важной характеристикой является ее адекватность.

В реальной жизни вряд ли возможна ситуация, когда вы сможете ориентироваться на полную адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решений потребителем.

Пример 2

Вы успешно окончили школу и хотите продолжить образование по экономическому направлению. Поговорив с друзьями, вы узнаете, что подобную подготовку можно получить в разных вузах. В результате таких бесед вы получаете весьма разноречивые сведения, которые не позволяют вам принять решение в пользу того или иного варианта, т.е. полученная информация неадекватна реальному состоянию дел.

Для того чтобы получить более достоверные сведения, вы покупаете справочник для поступающих в вузы, из которого получаете исчерпывающую информацию. В этом случае можно говорить, что информация, полученная вами из справочника, адекватно отражает направления обучения в вузах и помогает вам определиться в окончательном выборе.

Адекватность информации может выражаться в трех формах: семантической, синтаксической, прагматической.

Синтаксическая адекватность

Синтаксическая адекватность отображает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.п. Информацию, рассматриваемую только с синтаксических позиций, обычно называют данными, т.к. при этом не имеет значения смысловая сторона. Эта форма способствует восприятию внешних структурных характеристик, т.е. синтаксической стороны информации.

Семантическая (смысловая) адекватность

Семантическая адекватность определяет степень соответствия образа объекта и самого объекта. Семантический аспект имеет в виду учет смыслового содержания информации. На этом уровне анализируются те сведения, которые отражает информация, рассматриваются смысловые связи. В информатике устанавливаются смысловые связи между кодами представления информации. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.

Прагматическая (потребительская) адекватность

Прагматическая адекватность отражает отношение информации и ее потребителя, соответствие информации цели управления, которое на ее основе реализуется. Проявляются прагматические свойства информации только при наличии единства информации (объекта), пользователя и цели управления. Прагматический аспект рассмотрения связан с ценностью, полезностью использования информации для выработки потребителем решения для достижения своей цели. С этой точки зрения анализируются потребительские свойства информации. Эта форма адекватности непосредственно связана с практическим использованием информации, с соответствием ее целевой функции деятельности системы.

1.2.3. Измерение информации

Для измерения информации вводятся два параметра:

Эти параметры имеют разные выражения и интерпретацию в зависимости от рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации и объема данных (рис. 1).

Рис. 1. Меры информации

Синтаксические меры информации

Синтаксические меры количества информации имеют дело с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.

Объем данных в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес, и соответственно меняется единица измерения данных:

Сообщение в двоичной системе в виде восьмиразрядного двоичного кода 10111011 имеет объем данных Сообщение в десятичной системе в виде шестиразрядного числа 275903имеетобъемданных

Определение количества информации I на синтаксическом уровне невозможно без рассмотрения понятия неопределенности состояния системы (энтропии системы). Действительно, получение информации о какой-либо системе всегда связано с изменением степени неосведомленности получателя о состоянии этой системы. Рассмотрим это понятие.

Пусть до получения информации потребитель имеет некоторые предварительные (априорные) сведения о системе a. Мерой его неосведомленности о системе является функция Н(a), которая в тоже время служит и мерой неопределенности состояния системы. Эта мера получила название энтропия. Если потребитель имеет полную информацию о системе, то энтропия равна 0. Если потребитель имеет полную неопределенность о какой-то системе, то энтропия является положительным числом. По мере получения новой информации энтропия уменьшается.

После получения некоторого сообщения b получатель приобрел некоторую дополнительную информацию , уменьшившую его априорную неосведомленность так, что апостериорная (после получения сообщения b) неопределенность состояния системы стала .

Тогда количество информации о системе, полученное в сообщении b , определится как , т. е. количество информации измеряется изменением (уменьшением) неопределенности состояния системы.

Если конечная неопределенность обратится в нуль, то первоначальное неполное знание заменится полным знанием и количество информации . Иными словами, энтропия системы Н(a) может рассматриваться как мера недостающей информации.

Энтропия системы Н(a) , имеющая N возможных состояний, согласно формуле Шеннона, равна

(1)

где — вероятность того, что система находится в i -м состоянии.

Для случая, когда все состояния системы равновероятны, т.е. их вероятности равны , ее энтропия определяется соотношением

(2)

Энтропия системы в двоичной системе счисления измеряется в битах. Исходя из формулы (2) можно сказать, что в системе в равновероятными состояниями 1 бит равен количеству информации, которая уменьшает неопределенность знаний в два раза.

Система, которая описывает процесс бросания монеты, имеет два равновероятных состояния. Если вам нужно угадать, какая сторона выпала сверху, то вы сначала имеете полную неопределенность о состоянии системы. Что бы получить информацию о состоянии системы, вы задаете вопрос: «Это орел?». Этим вопросом вы пытаетесь отбросить половину неизвестных состояний, т.е. уменьшить неопределенность в 2 раза. Какой бы ответ ни последовал «Да» или «Нет», вы получите полную ясность о состоянии системы. Таким образом, ответ на вопрос содержит 1 бит информации. Поскольку после 1-го вопроса наступила полня ясность, то энтропия системы равна 1. Этот же ответ дает формула (2), т.к. log 2 2=1.

Игра «Отгадай число». Вам надо угадать задуманное число от 1 до 100. В начале отгадывания вы имеете полную неопределенность о состоянии системы. При отгадывании надо задавать вопросы не хаотично, а так, чтобы ответ уменьшал неопреденность знаний в 2 раза, получая таким образом примерно 1 бит информации после каждого вопроса. Например, сначала надо задать вопрос: «Число больше 50?». «Правильный» подход к отгадыванию дает возможность угадать число за 6-7 вопросов. Если применить формулу (2), то получится, что энтропия системы равна log 2 100=6,64.

Алфавит племени «тумбо-юмбо» содержит 32 различных символа. Какова энтропия системы? Другими словами надо определить, какое количество информации несет в себе каждый символ.
Если считать, что каждый символ встречается в словах с равной вероятностью, то энтропия log 2 32=5.

Наиболее часто используются двоичные и десятичные логарифмы. Единицами измерения в этих случаях будут соответственно бит и дит.

Коэффициент (степень) информативности (лаконичность) сообщения определяется отношением количества информации к объему данных, т.е.

причем .

Чем больше коэффициент информативности Y, тем меньше объем работы по преобразованию информации (данных) в системе. Поэтому стремятся к повышению информативности, для чего разрабатываются специальные методы оптимального кодирования информации.

Семантическая мера информации

Для измерения смыслового содержания информации, т.е. ее количества на семантическом уровне наибольшее признание получила тезаурусная мера, предложенная Ю.И.Шнейдером. Он связывает семантические свойства информации прежде всего со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Для этого используется понятие «тезаурус пользователя«.

В зависимости от соотношений между смысловым содержанием информации S и тезаурусом пользователя Sp изменяется количество семантической информации , воспринимаемой пользователем и включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус. Характер такой зависимости показан на рис. 2. Рассмотрим два предельных случая, когда количество семантической информации равно 0:

Максимальное количество семантической информации потребитель приобретает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом, когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения.

Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, является величиной относительной. Одно и то же сообщение может иметь смысловое содержание для компетентного пользователя и быть бессмысленным (семантический шум) для пользователя некомпетентного.

о.

Рис. 2. Зависимость количества семантической информации, воспринимаемой потребителем, от его тезауруса

При оценке семантического (содержательного) аспекта информации надо стремиться к согласованию величин S и Sp.

Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности С , который определяется как отношение количества семантической информации к ее объему

Прагматическая мера информации

Прагматическая мера информации служит для определения ее полезности (ценности) для достижения пользователем поставленной цели. Эта мера также величина относительная, обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе. Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах (или близких к ним), в которых измеряется целевая функция.

В экономической системе прагматические свойства (ценность) информации можно определить приростом экономического эффекта функционирования, достигнутым благодаря использованию этой информации для управления системой :

,

где — ценность информационного сообщения для системы управления ;

— априорный ожидаемый экономический эффект функционирования системы управления ;

— ожидаемый эффект функционирования системы при условии, что для управления будет использована информация, содержащаяся в сообщении .

Для сопоставления введенные меры информации представим в табл. 1.

Таблица 1. Единицы измерения информации и примеры

Меры информации

Единицы измерения

Примеры
(для компьютерной области)

а)степень уменьшения неопределенности

б)единицы представления информации

а) вероятность события

б) бит, байт, Кбайт и т.д.

б) экономические показатели

а)пакет прикладных программ, персональный компьютер, компьютерные сети и т.д.

б)рентабельность, производительность, коэффициент амортизации и т.д.

Емкость памяти, производительность компьютера, скорость передачи данных и т.д.

Время обработки информации и принятия решений

1.2.4. Свойства информации

Возможность и эффективность использования информации обуславливаются такими основными ее свойствами, как: репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность, устойчивость.
Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования с целью адекватного отражения свойств объекта.

Важнейшее значение здесь имеют:

Нарушение репрезентативности информации приводит нередко к существенным ее погрешностям.

Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, т. е. . С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационной системы, так как для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных.

Наряду с коэффициентом содержательности C, отражающим семантический аспект, можно использовать и коэффициент информативности, характеризующийся отношением количества синтаксической информации (по Шеннону) к объему данных .

Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состав (набор показателей). Понятие полноты информации связано с ее смысловым содержанием (семантикой) и прагматикой. Как неполная, т.е. недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информация снижают эффективность принимаемых пользователем решений.

Доступность информации восприятию пользователя обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, в информационной системе информация преобразовывается к доступной и удобной для восприятия пользователя форме. Это достигается, в частности, и путем согласования ее семантической формы с тезаурусом пользователя.

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного с временем решения поставленной задачи.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п. Для информации, отображаемой цифровым кодом, известны четыре классификационных понятия точности:

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т.е. вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации, как и репрезентативность, обусловлены выбранной методикой ее отбора и формирования.

В заключение следует отметить, что такие параметры качества информации, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, устойчивость целиком определяются на методическом уровне разработки информационных систем. Параметры актуальности, своевременности, точности и достоверности обусловливаются в большей степени также на методическом уровне, однако, на их величину существенно влияет и характер функционирования системы, в первую очередь, ее надежность. При этом параметры актуальности и точности жестко связаны, соответственно, с параметрами своевременности и достоверности.

1.2.5. Общая характеристика информационных процессов

В природе и в обществе постоянно происходит взаимодействие объектов, связанные с изменением информации. Изменение информации происходит в результате разнообразных воздействий. Совокупность действий с информацией называют информационным процессом. Информационная деятельность состоит из разнообразных действий, которые выполняются с информацией. Среди них можно выделить действия, связанные с поиском, приемом, обработкой, передачей, хранением и защитой информации.

Процесс сбора включает в себя:

Для того, чтобы данные были измерены и зарегистрированы, необходимо наличие аппаратных средств, преобразующих сигналы в форму, воспринимаемую системой получателя (совместимую). Например, для регистрации температуры больного или влажности почвы для последующей их обработки нужны специальные датчики. Для записи этих данных на носитель или их передачи также нужны аппаратные средства.

Хранение информации необходимо для того, чтобы можно было многократно воспользоваться одними и теми же данными. Для обеспечения хранения информации необходимы апапратные средства записи данных на материальный носитель и чтения с носителя.

Процесс обмена информацией подразумевает наличие источника и потребителя (приемника) информации. Процесс выхода информации от источника называется передачей, а процесс получения информации потребителей называется приемом. Таким образом, процесс обмена подразумевает наличие двух взаимосвязанных процессов передачи-приема.

Процессы передачи и приема могут быть односторонними, двусторонними, а также поочередно двусторонними.

Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями.

Рис. 3. Информационный процесс обмена информацией

Среда, по которой передается сообщение, и способ передачи называется каналом связи между источником и потребителем.

Кодирующее устройство преобразует сообщение из вида, понятного источнику, в сигналы физической среды, по которой передается сообщение. Декодирующее устройство выполняет обратную операцию и преобразует сигналы среды к виду, понятному потребителю.

Материальными носителями передаваемых сообщений могут быть природные химические соединения (ощущаемые на запах и на вкус), механические колебания воздуха или мембраны телефона (при передаче звука), колебания электрического тока в проводах (телеграф, телефон), электромагнитные волны оптического диапазона (воспринимаемые человеческим глазом), электромагнитные волны радиодиапазона (для передачи звука и телеизображения).

В организме человека и животных информация передается по нервной системе в виде слабых электрических токов или с помощью особых химических соединений (гормонов), переносимых кровью.

В вычислительной технике информационные процессы автоматизированы и используют аппаратные и программные методы, приводящие сигналы в совместимую форму.

На всех этапах обработки и передачи необходимо передающее и принимающее устройства, имеющие соответствующие совместимые аппаратные средства. Данные после получения могут быть зафиксированы на носителях информации для хранения до следующего процесса.

Следовательно, информационный процесс может состоять из серии преобразований данных и их сохранения в новой форме.
Информационные процессы в современном мире имеют тенденцию автоматизации на компьютере. Появляется все большее количество информационных систем, которые реализуют информационные процессы, и удовлетворяют запросы потребителей информации.

Хранение данных в компьютерных каталогах позволяет быстро копировать информацию, размещать на разных носителях, выдавать пользователям в разной форме. Претерпевают изменения и процессы передачи информации на большие расстояния. Человечество постепенно переходит на связь через глобальные сети.

Чтобы осуществить обработку, необходимы следующие условия:

Процесс обработки завершается получением новой информации (по форме, по содержанию, по смыслу), которую называют результирующей информацией.

Процесс обработки информации напоминает процесс материального производства. При производстве товаров необходимо сырье (исходные материалы), среда и инструменты производства (цех и станки), технология изготовления товара.
Все описанные выше отдельные стороны информационного процесса тесно взаимосвязаны.

Обработка предполагает преобразование данные в некоторой программной среде. Каждая программная среда обладает набором инструментов, с помощью которых можно опреровать данныи. Чтобы осуществить обработку надо знать технологию работы в среде, т.е. технологию работы с инструментами среды.

Чтобы обработка стала возможной надо данные ввести, т.е. передать от пользователя в компьютер. Для этого предназначены разнообразные устройства ввода.

Чтобы данные не пропали, и их можно было многократно использовать, осуществляется запись данных на разнообразные устройства хранения информациию.

Чтобы увидеть результаты обработки информации, ее надо вывести, т.е. передать из компьютера пользователю, с помощью разнообразных устройств вывода.

1.2.6. Кодирование числовой информации

Общие понятия

Система кодирования применяется для замены названия объекта на условное обозначение (код) с целью обеспечения удобной и более эффективной обработки информации.

Код строится на базе алфавита, состоящего из букв, цифр и других символов. Код характеризуется:

Процедура присвоения объекту кодового обозначения называется кодированием.

Представление о системах счисления

Числа могут быть представлены в различных системах счисления.

Система счисления – совокупность приемов и правил записи чисел с помощью набора определенных символов.

В позиционной системе счисления количественное значение каждой цифры числа зависит от того, в каком месте (позиции или разряде) записана та или иная цифра этого числа. Позиции числа нумеруют от 0 справа налево. Например, меняя позицию цифры 2 в десятичной системе счисления, можно записать разные по величине десятичные числа, например, 2 (цифра 2 стоит на 0-й позиции и означает две единицы); 20 (цифра 2 стоит на 1-й позиции и означает два десятка); 2000 (цифра 2 стоит на 3-й позиции и означает две тысячи); 0,02 и т.д. Перемещение положения цифры в соседний разряд увеличивает (уменьшает) ее значение в 10 раз.

В непозиционной системе счисления цифры не изменяют своего количественного значения при изменении их расположения (позиции) в числе. Примером непозиционной системы может служить римская система, в которой независимо от местоположения, одинаковый символ имеет неизменное значение (например, символ X в числе XVX означает десять, где бы он ни стоял).

Количество (p) различных символов, используемых для изображения числа в позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления. Значения цифр лежат в пределах от 0 до p-1.

Соответствие кодов десятичной, двоичной и шестнадцатеричной систем счисления представлено в таблице 2.

Таблица 2. Соответствие кодов десятичной, двоичной и шестнадцатеричной систем счисления

Источник