Муромский институт (филиал) Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации
Муромский институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(МИ (филиал) ВлГУ)
Кафедра ФПМ
«УТВЕРЖДАЮ»
Заместитель директора по УР
__________________Д.Е. Андрианов
«________»_____________ 2015 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Теория информации
Направление подготовки
10.03.01 Информационная безопасность
Профиль подготовки
"Математические и программные средства
защиты информации"
Квалификация (степень)выпускника
бакалавр
Форма обучения
очная
Семестр
Трудоемкость,
час. /зач.
ед.
3
Итого
72 / 2
72 / 2
Лекции,
час.
Практич.
занятия,
час.
Лаборат.
работы,
час.
СРС,
час.
16
16
16
16
16
16
24
24
Муром 2015 г.
Форма
промежуточного
контроля
(экзамен, зачет,
зачет с оценкой)
Зач.
1. Цель освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины (модуля) Теория информации являются:
изучение основных понятий и методов теории информации и кодирования,
используемых при описании, проектировании и эксплуатации информационных систем.
Задачи дисциплины:
- изучение основных характеристик информации;
- изучение основных принципов кодирования информации;
- изучение современных методов передачи и обработки информации.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВО (Цикл Б2 (Б2.Б.6))
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных в рамках изучения
дисциплины «Информатика», «Компьютерный практикум» и другие. На курсе «Теория
информации» базируется изучение следующих дисциплин: «Управление информационная
безопасностью», «Информационные процессы и системы» «Компьютерный практикум» и
другие.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины (модуля)
ОК-8 способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке
цели и выбору путей ее достижения, владеть культурой мышления;
ПК-1
общепрофессиональными:способностью
использовать
основные
естественнонаучные законы, применять математический аппарат в профессиональной
деятельности, выявлять сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной
деятельности;
ПК-2 способностью понимать сущность и значение информации в развитии
современного общества, применять достижения информатики и вычислительной техники,
перерабатывать большие объемы информации проводить целенаправленный поиск в
различных источниках информации по профилю деятельности, в том числе в глобальных
компьютерных системах;
ПК-19 экспериментально-исследовательская деятельность:способностью составить
обзор по вопросам обеспечения информационной безопасности по профилю своей
деятельности;
ПК-20 способностью применять методы анализа изучаемых явлений, процессов и
проектных решений;
ПК-23 способностью принимать участие в проведении экспериментальноисследовательских работ системы защиты информации с учетом требований по обеспечению
информационной безопасности;
ПК-24 способностью осуществлять подбор, изучение и обобщение научнотехнической литературы, нормативных и методических материалов по вопросам
обеспечения информационной безопасности.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие
результаты образования:
1) Знать: основные понятия и методы математической логики и теории алгоритмов,
теории информации и кодирования (ОК-8; ПК-1, ПК-2, ПК-19, ПК-20, ПК-23, ПК-24).
2) Уметь: использовать программные и аппаратные средства персонального компьютера
(ОК-8; ПК-1, ПК-2, ПК-19, ПК-20, ПК-23, ПК-24).
3) Владеть: методами количественного анализа процессов обработки, поиска и передачи
информации (ОК-8; ПК-1, ПК-2, ПК-19, ПК-20, ПК-23, ПК-24).
4. Структура и содержание дисциплины (модуля)
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц, 72 часов.
4.1. Форма обучения: очная
Уровень базового образования: среднее общее.
Срок обучения 4г.
4.1.1. Структура дисциплины
Теоретические
основы
информации
Теория
2 кодирования
информации
Всего за семестр
Итого
3
1-9
8
8
8
КП / КР
СРС
Контрольные работы
Лабораторные работы
Практические занятия
Семинары
Лекции
№
п\п
Неделя семестра
Раздел (тема)
дисциплины
Семестр
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость
(в часах)
Объем
учебной
работы
с
применением
инт.
методов
(в час. /
%)
16
1
16/67
3
10-18
8
8
8
Форма
текущего
контроля
успеваемости (по
неделям
семестра),
форма
промежуточной
аттестации
(по
семестрам)
собеседование
8
собеседование
72
72
16
16
16
16
16
16
24
24
16/33
16/33
4.1.2. Содержание дисциплины
4.1.2.1. Перечень лекций
Семестр 3
Лекция 1. (интерактивная форма)
Основы теории информации.
Лекция 2. (интерактивная форма)
Количественная оценка информации.
Лекция 3. (пассивная форма)
Энтропия и свойства энтропии.
Лекция 4. (пассивная форма)
Избыточность сообщений.
Лекция 5. (пассивная форма)
Эффективное кодирование.
Лекция 6. (пассивная форма)
Кодирование информации для канала с помехами.
Лекция 7. (пассивная форма)
Понятие качества корректирующего кода.
Лекция 8. (пассивная форма)
Линейные коды.
4.1.2.2. Перечень практических занятий
Зач.
Методические
указания
для
практических
занятий
https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=23353
Семестр 3
Практическое занятие 1. (интерактивная форма)
Элементы теории вероятностей в задачах теории информации.
Практическое занятие 2. (интерактивная форма)
Элементы теории вероятностей в задачах теории информации.
Практическое занятие 3. (интерактивная форма)
Информационная мера Шеннона .
Практическое занятие 4. (интерактивная форма)
Условная энтропия и взаимная информация.
Практическое занятие 5. (пассивная форма)
Передача информации по каналу связи.
Практическое занятие 6. (пассивная форма)
Метод Шенно-Фано.
Практическое занятие 7. (пассивная форма)
Метод Хаффмана.
Практическое занятие 8. (пассивная форма)
Помехоустойчивое кодирование.
размещены
на
4.1.2.3. Перечень лабораторных работ
Методические указания к лабораторным работам размещены на ИОП МИВлГУ
https://www.mivlgu.ru/iop/mod/resource/view.php?id=31049
Семестр 3
Лабораторная 1. (интерактивная форма)
Информация в дискретных сообщениях.
Лабораторная 2. (пассивная форма)
Информация в непрерывных сообщениях.
Лабораторная 3. (пассивная форма)
Эффективное кодирование неравновероятных символов источника дискретных
сообщений.
Лабораторная 4. (пассивная форма)
Информационное моделирование источников сообщений.
4.1.2.4. Перечень вопросов для СРС
1. Квантовая мера количества информации.
2. Мера количества информации по Хартли.
3. Оценка количества информации при разновероятных состояниях элементов сообщений.
4. Функция плотности распределения вероятности состояний.
5. Непрерывные и дискретные распределения элементов сообщений.
6. Приведенная энтропия.
4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР
Не планируется.
4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых проектов (работ)
Не планируется.
5. Образовательные технологии
В процессе изучения дисциплины "Теория информации" применяется контактная
технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами
вопросов). При проведении практических и лабораторных работ применяется имитационный
или симуляционный подход, когда преподавателем разбирается на конкретном примере
проблемная ситуация, все шаги решения задачи студентам демонстрируются при помощи
мультимедийной техники. Затем студенты самостоятельно решают аналогичные задания.
Во время выполнения лабораторных работ формируются творческие коллективы из 2
студентов, решающих общую задачу заключающуюся в проведении расчетов, написании
программ.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах - 33%
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
6.1. Перечень компетенций
ОК-8 способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке
цели и выбору путей ее достижения, владеть культурой мышления;
ПК-1
общепрофессиональными:способностью
использовать
основные
естественнонаучные законы, применять математический аппарат в профессиональной
деятельности, выявлять сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной
деятельности;
ПК-2 способностью понимать сущность и значение информации в развитии
современного общества, применять достижения информатики и вычислительной техники,
перерабатывать большие объемы информации проводить целенаправленный поиск в
различных источниках информации по профилю деятельности, в том числе в глобальных
компьютерных системах;
ПК-19 экспериментально-исследовательская деятельность:способностью составить
обзор по вопросам обеспечения информационной безопасности по профилю своей
деятельности;
ПК-20 способностью применять методы анализа изучаемых явлений, процессов и
проектных решений;
ПК-23 способностью принимать участие в проведении экспериментальноисследовательских работ системы защиты информации с учетом требований по обеспечению
информационной безопасности;
ПК-24 способностью осуществлять подбор, изучение и обобщение научнотехнической литературы, нормативных и методических материалов по вопросам
обеспечения информационной безопасности.
6.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций
Рейтинг-контроль успеваемости студентов
3 семестр
Количество баллов семестрового рейтинга
за
по результатам посещаемость,
за
Вид занятий и Количество Компе
прохождения прилежание,
выполнение
учебных поручений часов
-тенции
рубежных
учебных
контрольных персональную
заданий
мероприятий
активность
(бонусы)
Лекции
16
ОК-8; ПК1, ПК-2,
ПК-19, ПК20, ПК-23,
ПК-24
Лабораторные
работы
16
Практические
занятия
16
ОК-8; ПК1, ПК-2,
ПК-19, ПК20, ПК-23,
ПК-24
ОК-8; ПК1, ПК-2,
ПК-19, ПК20, ПК-23,
ПК-24
Семинары
Курсовое
проектирование
Рефераты
Графические работы
ТР, РГР, РПР
Доклады,
презентации, эссе
Рубежные
РРК № 1
контрольные
РРК № 2
мероприятия
РРК № 3
Всего
48
Самостоятельная
24
работа
Форма итогового
контроля
Всего
Зач.
30-60
20-40
50-100
ОК-8; ПК1, ПК-2,
ПК-19, ПК20, ПК-23,
ПК-24
72
6.3. Контрольные задания
Блок 1 (знать).
1) В доме 16 квартир, в каждой проживает в среднем по 2 человека. Какое минимальное
количество вопросов, требующих ответа "да" или "нет", необходимо, чтобы однозначно
найти одного жителя?
1. 5
2. 32
3. 7
2) Какое количество ошибок в кодовом слове может исправить код Хемминга (8, 15)?
1. 2
2. 7
3. 4
4. 1
3) Сколько двоичных разрядов понадобится, чтобы закодировать алфавит объемом в 33
знака?
1. 6
2. 7
3. 5
4) Бросаются одновременно две игральные кости. Определить количество информации,
содержащееся в сообщении о том, что произведение числа выпавших очков четно.
1. 1
2. -0.75*log20.75-0,25*log20.25
3. -0.75*log20.75
5) Часы остановились и показывают 15:23. Определить количество информации в
данном сообщении.
1. 0
2. 6
3. 4
6) В информационном канале используется алфавит с четырьмя различными
символами. Длительности всех символов одинаковы и равны t=1 мкс. Определить
пропускную способность канала при отсутствии шумов.
1. 4*10^6
2. 2*10^6
3. 10^6
7) Какое количество ошибок в кодовом слове может исправить код Хемминга (4, 7)?
1. 1
2. 2
3. 7
4. 4
8) Что такое "криптография"?
1. Кодирование информации с целью защиты от несанкционированного доступа
2. Кодирование информации с целью устранения помех
3. Кодирование информации с целью исправления ошибок
9) Бросаются одновременно две игральные кости. Определить количество информации,
содержащееся в сообщении о том, что сумма выпавших очков равна 6.
1. -6/36*log26/36
2. -5/36*log25/36
3. -5/36*log25/36-31/36*log231/36
10) Человек загадывает число в диапазоне от 0 до 15. Какое минимальное количество
вопросов, требующих ответа "да" или "нет", необходимо, чтобы отгадать это число?
1. 1
2. 8
3. 4
11) Информация по форме передачи делится на следующие виды (укажите неверный
вариант)
1) визуальная
2) числовая
3) текстовая
4) графическая
Блок 2 (уметь).
1) Источник генерирует знак z1 с вероятностью p1 и z2 с вероятностью p2. Определить
среднее количество информации в сообщении из n символов данного алфавита, считая, что
связь между последовательными символами отсутствует.
1. -n*(p1*log2p1+p2*log2p2)
2. -n*p1*log2p1
3. -n*p2*log2p2
2) Студент с равной вероятностью может получить любую оценку на экзамене.
Определить количество информации, содержащееся в сообщении о том, что он сдал, но не
на 5.
1. 2
2. 1
3. 0.5
3) В доме 16 квартир, в каждой проживает ровно по 1 человеку. Какое минимальное
количество вопросов, требующих ответа "да" или "нет", необходимо, чтобы однозначно
найти одного жителя?
1. 16
2. 5
3. 4
4) Два стрелка, для которых вероятности попадания в мишень равны соответственно p1
и p2, производят по одному выстрелу. В результате оказалось, что мишень поражена. Какое
количество информации содержится в этом сообщении?
1. -(1-p)*log2(1-p)-p*log2p, где p=(1-p1)(1-p2)
2. -p1*log2p1
3. -p1*log2p1-p2*log2p2
5) Студент с равной вероятностью может получить лубую оценку на экзамене.
Определить количество информации, содержащееся в сообщении о том, что он сдал экзамен.
1. -0.25*log20.25-0.75*log20.75
2. -0.75*log20.75
3. 2
6) Известно, что жители некоторого города А всегда говорят правду, а жители соседнего
города Б всегда обманывают. Наблюдатель Н знает, что он находится в одном из этих двух
городов, но не знает, в каком именно. Какое наименьшее количество вопросов, требующих
ответа "да" или "нет" ему нужно, чтобы определить: а) в каком городе он находится; б) в
каком городе живет его собеседник (в каждом пункте можно с одинаковой вероятностью
встретить жителей обоих городов); в) то и другое вместе? (Все предположения
равновероятны.)
1. а:2, б:2,в:4
2. а:1, б:1,в:2
3. а:2, б:2,в:3
7) Загадана клетка на шахматной доске. Сколько вопросов, требующих ответа "да" или
"нет", необходимо, чтобы отгадать эту клетку?
1. 2
2. 6
3. 64
8) Источник генерирует знак z1 с вероятностью p1 и z2 с вероятностью p2. Какова
энтропия источника?
1. -p2*log2p2
2. -p1*log2p1-p2*log2p2
3. -p1*log2p1
9) Бросаются одновременно две игральные кости. Определить количество информации,
содержащееся в сообщении о том, что сумма выпавших очков не равна 6.
1. 31/36*log231/36
2. -31/36*log231/36-5/36*log25/36
3. -30/36*log230/36
10) Циклический код порождается многочленом g(x) = х3 + х + 1; закодируйте число
"10";
1. 1010001
2. 1001110
3. 1010100
4. 01011001
5. 0111000
11) Бросаются одновременно две игральные кости. Определить количество
информации, содержащееся в сообщении о том, что сумма выпавших очков не равна 6.
1. 3
2. 1
3. 2
12) Рассчитайте объём видеопамяти, необходимой для хранения графического
изображения, занимающего весь экран монитора с разрешением 1280 х 1024 и палитрой из
65 536 цветов.
а) 2560 битов
б) 2,5 Кб
в) 2,5 Мб
г) 256 Мб
Блок 3 (владеть).
1) Каких способов описания структурных кодовне несуществует?
1) поразрядные
2) табличные
3) цифровые
4) литерные
2. Каково назначение циклических кодов?
1) обнаружение и исправление ошибок
2) защита информации от несанкционированного доступа
3) защита информации от помех
4) повышение пропускной способности канала
3) Имеется n одинаковых монет, одна из которых легче. Сколько взвешиваний на
чашечных весах необходимо и достаточно, чтобы ее найти?
1. log2(n-1)
2. log2n/log23
3. log2n
4) Два стрелка, для которых вероятности попадания в мишень равны соответственно p1
и p2, производят по одному выстрелу. В результате оказалось, что мишень не была поражена.
Какое количество информации содержится в этом сообщении?
1. -p*log2p -(1-p)*log2(1-p), где p=(1-p1)(1-p2)
2. -p2*log2p2-p1*log2p1
3. p2*log2p2
5) Какое количество ошибок в кодовом слове может исправить код Хемминга (4, 7)?
1. 2
2. 4
3. 1
4. 7
6) В доме 16 квартир, в каждой проживает в среднем по 2 человека. Какое минимальное
количество вопросов, требующих ответа "да" или "нет", необходимо, чтобы однозначно
найти одного жителя?
1. 5
2. 7
3. 32
7) Студент с равной вероятностью может получить любую оценку на экзамене.
Определить количество информации, содержащееся в сообщении о том, что он сдал на 4.
1. 0.5
2. 1
3. 2
8) Каково минимальное среднее число символов на знак , достигаемое при
эффективном кодировании?
1. не больше энтропии знака
2. равно энтропии знака
3. 1
4. не меньше энтропии знака
9) Студент сдает зачет. Он может сдать зачет и не сдать с равной вероятностью.
Определить количество информации, содержащееся в сообщении о том, что он сдал зачет.
1. 0.5
2. 1
3. 2
10) Студент сдает зачет. Вероятность сдать p1, не сдать - p2. Определить количество
информации, содержащееся в сообщении о том, что он не сдал зачет.
1. -p2*log2p2
2. -p1*log2p1
3. -p2*log2p2-p1*log2p1
11) Циклический код порождается многочленом g(x) = х3 + х + 1; найдите и исправьте
ошибку в принятом слове 0111000; Какое число было закодировано?
1. 6
2. 2
3. 7
4. 15
5. 10
2) Что такое эффективное кодирование?
1. Кодирование, уменьшающее избыточность
2. Кодирование с целью уменьшения количества знаков, входящих в алфавит
3. Кодирование с целью сокрытия информации
13) Студент сдает зачет. Вероятность сдать p1, не сдать - p2. Определить количество
информации, содержащееся в сообщении о том, что он сдал зачет.
1. -p2*log2p2
2. -p1*log2p1
3. -p1*log2p1-p2*log2p2
14) Бросаются одновременно две игральные кости. Определить количество
информации, содержащееся в сообщении о том, что произведение числа выпавших очков
нечетно.
1. -0.25*log20.25
2. 1
3. -0.25*log20.25-0.75*log20.75
15) Циклический код порождается многочленом g(x) = х3 + х + 1; закодируйте число
"7"
1. 0110001
2. 1110001
3. 0101001
4. 0111000
16) Человек загадывает число в диапазоне от 0 до 15. Известно, что загадывающий
точно через раз дает то верный, то неверный ответ. Какое минимальное количество вопросов,
требующих ответа "да" или "нет", необходимо, чтобы отгадать это число?
1. 8
2. 5
3. 4
6.4. Методические материалы для проведения промежуточной
аттестации обучающихся
На основе типовых заданий из раздела 6.3. программным комплексом
информационно-образовательного портала МИ ВлГУ формируются в автоматическом
режиме тестовые задания для студентов: три вопроса из блока 1, три вопроса из блока 2 и
четыре вопроса из блока 3. Программный комплекс формирует индивидуальные задания для
каждого зарегистрированного в системе студента и устанавливает время прохождения
тестирования. Результатом тестирования является процент правильных ответов, с учетом
индивидуального семестрового рейтинга студента формируется экзаменационная оценка.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля) Теория информации
7.1 Основная учебно-методическая литература по дисциплине
1. Белов, В.М. Теория информации.Курс лекций. Учебное пособие для вузов / В.М. Белов,
С.Н. Новиков, О.И. Солонская. - М.: Горячая линия-Телеком, 2012. - 143 с. http://ibooks.ru/reading.php?productid=333361
2. Кудряшов, Б.Д. Теория информации. Учебник для вузов / Б.Д. Кудряшов. - СПб.: Питер,
2009. - 320 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=21527
3. Чечёта, С.И. Введение в дискретную теория информации и кодирования / С.И. Чечёта М.: МЦНМО, 2011. - 224 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=29379
7.2 Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине
1. Акулиничев, Ю.П. Теория и техника передачи информации / Ю.П. Акулиничев, А.С.
Бернгард. - Томск: Эль Контент, 2012. - 210 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=28052
2. Федоров, С.В. Математические основы теории информации: учеб. пособие / С.В.
Федоров
–
Владимир:
Изд-во
ВлГУ,
2010.
−
72
с.
http://e.lib.vlsu.ru/bitstream/123456789/1891/3/00753.pdf
3. Панин, В.В. Основы теории информации: учебное пособие для вузов. - 3-е изд. испр. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - 438 с. - http://window.edu.ru/resource/618/64618
4. Кудряшов, Б.Д. Теория информации: Учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. 188 с. - http://window.edu.ru/resource/746/72746
5. Лебедько Е.Г. Математические основы передачи информации (части 3 и 4): Учебное
пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. - 120 с. - http://window.edu.ru/resource/358/66358
6. Фурсов В.А. Лекции по теории информации: Учебное пособие / Под редакцией Н.А.
Кузнецова. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2006. - 148 с. http://window.edu.ru/resource/553/72553
7. Журнал "Информационные технологии" - http://elibrary.ru/title_about.asp?id=8742
8.
Журнал
"Computational
and
Mathematical
Organization
Theory"
http://link.springer.com/journal/10588
7.3 Программное обеспечение
OpenOffice, Pascal, Matcad, Lazarus, StarUML, Project Professional 2013, Visio
Professional 2013, Visual Stydio Ultimate 2012.
7.4 Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
google.com
ibooks.ru
link.springer.com
diss.rsl.ru
e.lib.vlsu.ru
elib.mivlgu.local
elibrary.ru
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
для проведения лекций:
лекционная аудитория; мультимедийная техника: проектор SANYO PDG - DSU 20;
экран DRAPPER Apex STAR".
для проведения практических занятий:
компьютерный класс на 12 рабочих мест с доступом в интернет.
для проведения лабораторных работ:
Лаборатория информационной безопасности.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению
10.03.01 Информационная безопасность
и профилю подготовки "Математические и программные средства защиты информации"
Рабочую программу составил к.т.н., доцент Макаров М.В.
___________________
Рецензент (ы ) __________________________________________________________________
(место работы, занимаемая должность)
_____________________________________________________
___________________
(Ф.И.О.)
(Подпись)
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры
ФПМ
протокол № ________от _______201__ года.
Заведующий кафедрой ФПМ
_________________
Орлов А.А.
(Подпись)
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании учебно-методической комиссии
факультета ___________
протокол № ________от ________201__ года.
Председатель комиссии ___________
_________________
(Подпись)
____________________
(Ф.И.О.)
Программа переутверждена:
на_____________учебный год. Протокол заседания кафедры № ________от ______20__ года.
Заведующий кафедрой_________________ _________________
(Подпись)
____________________
(Ф.И.О.)
Программа переутверждена:
на_____________учебный год. Протокол заседания кафедры № ________от ______20__ года.
Заведующий кафедрой_________________ _________________
(Подпись)
____________________
(Ф.И.О.)
Программа переутверждена:
на_____________учебный год. Протокол заседания кафедры № ________от ______20__ года.
Заведующий кафедрой_________________ _________________
(Подпись)
____________________
(Ф.И.О.)