Понятие информации. Единица измерения информации. Измерение количества информации

Понятие информации. Единица
измерения информации.
Измерение количества информации
Informatio (лат. яз.) разъяснение, изложение
Вся история человечества - это история
накопления знаний об окружающем мире
и о самом человеке и передача этих
знаний следующим поколениям.
Информация - это сведения об
окружающем мире и процессах, в нем
происходящих, получаемые человеком
из различных источников.
К основным понятиям информатики
относятся информация, структура,
модель, алгоритм.
• Вещество, энергия, информация –
фундаментальные сущности всех
явлений нашего мира.
в быту (житейский
аспект) - сведения об
окружающем мире и
протекающих в нем
процессах,
воспринимаемые
человеком или
специальными
устройствами
в теории информации
понимают сведения,
которые снимают
полностью или уменьшают
существующую до их
получения
неопределенность. По
определению К. Шеннона,
информация – это снятая
неопределенность
в технике понимают
сообщения,
передаваемые в
форме знаков или
сигналов
в семантической
теории (смысл
сообщения)
понимают сведения,
обладающие
новизной
Понятие информации
в кибернетике (теории
управления), по
определению Н. Виннера,
это часть знаний, которая
используется для
ориентирования, активного
действия, управления, т. е.
в целях сохранения,
совершенствования,
развития системы
в
документалистике
понимают все то,
что так или иначе
зафиксировано в
знаковой форме в
виде документов
Информация
Человек и
информация
Восприятие
информации
человеком
Язык и
информация
Измерение
информации
Технические
системы
передачи
информации
Метод
двоичного
поиска
Содержательный
подход
Вычисление
кол-ва
информации
Таблица
решений
уравнения
2i=N
Алфавитный
подход
Вероятность
и информация
Единицы
измерения
Виды информации
• Информацию можно классифицировать
по-разному:
–
–
–
–
–
полезная, бесполезная
полная, неполная
истинная, ложная
аналоговая, цифровая
графическая, звуковая, текстовая
Понятие информации
Информация - это сведения о ком-то или о
чем-то, передаваемые в форме знаков
или сигналов.
С точки зрения технических
автоматических устройств, информация это произвольная последовательность
символов, каждый новый символ
увеличивает количество информации.
Информация – это отраженное
многообразие
• Мир вокруг нас изменчив, и замечаем
его именно в процессе изменения, т. е.
информация возникает тогда, когда
нарушается однообразие и это
нарушение каким-то образом
проявляет себя, отражается.
Носитель информации
•
•
•
•
Материальные предметы
Волны различной природы
Состояния вещества
Машинные носители
Классификация видов
информации
• по способу восприятия информации
• по форме представления информации
• по общественному значению информации
–
–
–
–
–
личная,
общественная
обыденная
эстетическая
специальная
Основные свойства
информации
•
•
•
•
•
•
Объективность
Достоверность
Полнота
Актуальность
Полезность
Понятность
Объективность информации
Информация – это отражение внешнего
мира, а он существует независимо от
нашего сознания и желания. Поэтому в
качестве свойства информации можно
выделить ее объективность.
Информация объективна, если она не
зависит от чьего либо мнения,
суждения.
Достоверность информации
Информация достоверна, если она отражает
истинное положение дел.
Объективная информация всегда
достоверна, но достоверная
информация может быть как
объективной, так и субъективной.
Недостоверной информация
может быть по следующим
причинам:
• Преднамеренное искажение
(дезинформация);
• Искажение в результате воздействия
помех (“испорченный телефон”);
• Когда значение реального факта
преуменьшается или преувеличивается
(слухи, рыбацкие истории).
Полнота информации
Информацию можно назвать полной, если
ее достаточно для понимания и
принятия решения.
Актуальность
(своевременность) информации
– важность, существенность для настоящего
времени. Только вовремя полученная
информация может принести необходимую
пользу.
Неактуальной информация может быть по двум
причинам: она может быть устаревшей
(прошлогодняя газета) либо незначимой,
ненужной (например, сообщение о том, что в
Италии снижены цены на 5%).
Полезность или бесполезность
(ценность) информации
Так как границы между этими понятиями
нет, то следует говорить о степени
полезности применительно к нуждам
конкретных людей.
Полезность информации оценивается по
тем задачам, которые мы можем
решить с ее помощью.
• Самая ценная для нас информация –
достаточно полезная, полная, объективная,
достоверная и новая. При этом примем во
внимание, что небольшой процент
бесполезной информации даже помогает,
позволяя отдохнуть на неинформативных
участках текста. А самая полная, самая
достоверная информация не может быть новой.
• С точки зрения техники свойство полезности
рассматривать бессмысленно, так как задачи
машине ставит человек.
Понятность
Информация понятна, если она выражена
на языке, доступном для получателя
. В следующих примерах
определите свойства
встречающейся информации:
• а) Идет вступительный экзамен по
математике. Вы попросили у соседа его
решение задачи. Шпаргалка содержала
полное и правильное решение, но ... на
японском языке.
• б) На следующий день вступительная
комиссия вывесила правильные решения
всех задач.
• в) Один персидский царь, собираясь завоевать
соседнее государство, обратился к оракулу с
вопросом: “Что произойдет, если я со своим
войском переправлюсь через пограничную
реку?” Оракул ответил: “Государь, ты
разрушишь великое царство”.
Удовлетворившись таким предсказанием,
завоеватель переправился со своим войском
через реку и был разгромлен войском
противной стороны. В гневе он обратился к
оракулу, обвиняя того в обмане. На что оракул
ответил: “Государь, а разве твое царство
было не велико?”
Укажите, в каком виде
представлена информация в
следующих примерах:
Вид информации
Пример
Задача по алгебре
Письмо
Картина
Опера
Радиопередача
Телевизионная передача
Аромат сирени
Вкус лимона
Желтый цвет
По способу
восприятия
По форме
представления
Носители
Информационные процессы
• Информация не существует сама по себе.
Она проявляется в информационных
процессах
• Информационный процесс – совокупность
последовательных действий (операций),
производимых над информацией (в виде
данных, сведений, фактов, идей, гипотез,
теорий и пр.) для получения какого-либо
результата (достижения цели).
Основные информационные
процессы
• Поиск
• Отбор
• Хранение
• Передача
• Кодирование
• Обработка
• Защита
Информационный кризис
это возрастающее противоречие между
объемами накапливаемой информации и
ограниченными возможностями ее
переработки отдельно взятой личностью.
Количество информации, циркулирующей
в обществе, удваивается примерно
каждые 8 – 12 лет.
• Сформировалась новая научная
дисциплина – информатика,
поставившая своей целью изучение
закономерностей информационных
процессов.
Хранение информации
• это способ распространения
информации в пространстве и
времени
Основные хранилища информации
Для
человека
Память
Для общества
Библиотеки,
видеотеки,
фонотеки, архивы,
патентные бюро,
музеи, картинные
галереи
Компьютерные
хранилища
Базы и банки
данных,
информационнопоисковые
системы,
электронные
энциклопедии,
медиатеки
Информационная система
• это хранилище информации,
снабженное процедурами ввода,
поиска и размещения и выдачи
информации. Наличие таких процедур –
главная особенность информационных
систем, отличающих их от простых
скоплений информационных материалов.
Как искать информацию
• Для ускорения процесса получения наиболее
полной информации по интересующему
вопросу стали составлять каталоги
(алфавитный, предметный и др.).
• создание специальных научных и
реферативных (обзорных) журналов.
Подлинный переворот в службе хранения,
отбора информации произвели
автоматизированные информационнопоисковые системы (ИПС).
Поиск информации
это извлечение хранимой информации.
Существуют ручной и
автоматизированный методы поиска
информации в хранилищах.
Передача информации
И царица над ребенком,
Как орлица над орленком;
Шлет с письмом она гонца,
Чтоб обрадовать отца.
А ткачиха с поварихой,
С сватьей бабой Бабарихой
Извести ее хотят,
Перенять гонца велят;
Сами шлют гонца другого
Вот с чем от слова до
слова...
…
Источник информации – царица.
Кодирование информации – написание
письма.
Канал связи – гонец.
Помехи.
Как услышал царь-отец,
Что донес ему гонец...
Декодирование информации – чтение письма.
Приемник информации – царь Салтан.
Искажение информации.
• В процессе передачи информации
обязательно участвуют источник и
приемник информации: первый передает
информацию, второй ее получает.
Между ними действует канал передачи
информации – канал связи.
Схема передачи информации
по Клоду Шеннону
Шум
Это помехи, приводящие
к потере информации
Приемник
информации
Защита
от шума
Кодирование - преобразование
информации, идущей от
источника, в форму, пригодную
для ее передачи по каналу связи
Декодирующее
устройство
Кодирующее
устройство
Источник
информации
Канал
связи
• Канал связи – совокупность технических
устройств, обеспечивающих передачу
сигнала от источника к получателю.
• Кодирующее устройство – устройство,
предназначенное для преобразования
исходного сообщения источника информации
к виду, удобному для передачи.
• Декодирующее устройство – устройство для
преобразования кодированного сообщения в
исходное
• Существует наука, разрабатывающая способы
защиты информации, – криптология
Обработка информации
о, д, т, ч, п, ш, с, в, д, д, ...
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ...
Как обработана
информация?
• Такие системы, в которых наблюдателю
доступны лишь входные и выходные
величины, а структура и внутренние
процессы неизвестны, назовем черным
ящиком
• “черный ящик” – это система, об
устройстве и принципах деятельности
которой мы ничего не знаем
Примеры
Таблица
умножения
Входная
информация
Выходная
информация
Правило
Множители
Произведение
Правила
арифметики
Определение
времени полета
рейса “Москва –
Симферополь”
Время вылета из
Москвы и время
прилета в
Симферополь
Время в пути
Математическая
формула
Отгадывание
слова в игре
“Поле чудес”
Количество букв в Отгаданное слово Формально не
слове и тема
определено
Получение
секретных
сведений
Шифровка от
резидента
Дешифрованный
текст
Свое в каждом
конкретном случае
Постановка
диагноза болезни
Жалобы пациента
+ результаты
анализов
Диагноз
Знания + опыт
врача
Защита информации
• от сбоев оборудования;
• от случайной потери или изменения
информации, хранящейся в компьютере;
• от преднамеренного искажения
(компьютерные вирусы);
• от несанкционированного (нелегального)
доступа к информации: ее использования,
изменения, распространения.
Защитой информации
называется предотвращение:
• доступа к информации лицам, не
имеющим соответствующего разрешения
(несанкционированный, нелегальный
доступ);
• непредумышленного или недозволенного
использования, изменения или
разрушения информации
Использование информации.
Информационное общество
• Компьютерная грамотность - общие
знания, касающиеся информационной
техники и технологии
• Информационная культура отражает
взаимодействие отдельного индивида с
окружающими информационными
средами и информационным
пространством.
• Компонентами информационной культуры
специалиста являются знание им
особенностей (закономерностей)
документальных потоков в своей области
деятельности, возможностей различных систем
поиска информации; умение работать с
различными источниками и владение
основными способами переработки
информации и многое другое, поскольку
каждый специалист практически не только
потребитель информации, но и активный
участник информационного процесса в целом
– автор, редактор, референт, рецензент,
консультант.
Информационная культура
пользователя включает в себя:
1. понимание
закономерностей
информационных
процессов;
2. умение организовать поиск и отбор информации,
необходимой для решения умение оценивать
достоверность,
полноту,
объективность
поступающей информации, представлять ее в
различных видах, обрабатывать и т. д.;
3. знание основ компьютерной грамотности;
4. понимание
компьютерных
информационных
технологии как совокупности средств решения
проблем человека (а не самоцели), понимание их
возможностей и недостатков;
5. применение полученной информации при принятии
решений в практической деятельности.
Информация используется при
принятии решений
• Достоверность, полнота, объективность
полученной информации обеспечат вам
возможность принять правильное решение.
• Ваша способность ясно и доступно излагать
информацию пригодится в общении с
окружающими.
• Умение общаться, т.е. обмениваться
информацией, становится одним из главных
умений человека в современном мире.
Информация
Это некоторая последовательность
сведений, знаний, сообщений,
выражаемых с помощью некоторого
алфавита символов, жестов, звуков.
Информация - это содержание сообщения,
сообщение - форма проявления
информации.
Приведите примеры
форм проявления
информации.
Хранение информации
Память человека хранит определенный
Оперативную информацию
объем информации,
при этом она
человек может забыть.
является оперативной
(быстрой),
На внешних
носителях
информация храниться
внутренней.
надежнее.
Чтобы воспользоваться информацией из
внешнего источника, ее сначала надо
сделать оперативной (прочитать книгу),
а потом использовать ее по назначению.
Кодирование информации
• Информация передается в виде сигналов (звуковых,
оптических, электромагнитных)
• Информация хранится в виде кодов. Перед
сохранением она должна быть закодирована (буквы,
числа, знаки, изображения)
• Человек с помощью своих органов воспринимает
аналоговую информацию
• Устройства вычислительной техники работают с
цифровой информацией
• Перевод информации из аналоговой формы в
цифровую называется оцифровкой
• Цифровая информация хранится в виде числового
двоичного кода
Теория кодирования Клода
Шеннона
Одна из важнейших идей этой теории
состоит в том, что передаваемый по
линиям связи код должен быть
избыточным.
Теория кодирования позволяет получить
такой код, который будет оптимальным
и избыточность передаваемой
информации будет минимальновозможной, а достоверность принятой
информации - максимальной.
Единицы измерения
информации
Любые сообщения кодируются в ЭВМ в
цифровом виде, с помощью алфавита из
нулей и единиц, записываются и
реализуются в битах (байтах).
Единицы измерения информации
• Наименьшая единица представления информации –
бит (bit-binary digit)
• У бита всего два возможных значения: Нет/Да, 0/1.
• 1 бит – это такое количество информации, которое
позволяет нам выбрать правильный вариант из двух
возможных
• Средства вычислительной техники обрабатывают
информацию в виде байтов.
• Байт – это группа из 8 бит. Одним байтом можно
выразить 256 различных значений (от 0 до 255)
Производные единицы измерения
информации
• Приставка кило в информатике означает
не тысячу, а 210, т.е. 1024;
мега - 220, т.е. 1048576 (около миллиона);
гига - 230, т.е. 1073741824 (примерно миллиард)
• 1 килобайт(Кб)=1024 байта
• 1 мегабайт(Мб)=1024Кб=1048576байтов
• 1 Гигабайт(Гб)=1024Мб=1048576Кб=
=1073741824байтов
Виды знаний для человека
• Декларативные
(от слова
декларация, что
значит
утверждение,
сообщение)
«Я знаю, что…»
• Процедурные
знания
определяют
действия для
достижения
какой-либо цели.
«Я знаю, как…»
Содержательный подход
• Количество информации, заключенное в
сообщении, определяется объемом
знаний, который несет это сообщение
получающему его человеку.
ИНФОРМАТИВНОСТЬ
СООБЩЕНИЯ
НОВИЗНА
Сообщение информативно
для конкретного человека,
если пополняет его знания
ПОНЯТНОСТЬ
Информация превращается
в знания, если есть логическая
связь новых и старых знаний
Сообщение содержит информацию для человека,
если заключенные в нем сведения являются для этого
человека новыми и понятными
СООБЩЕНИЕ, УМЕНЬШАЮЩЕЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ
ЗНАНИЙ В 2 РАЗА, НЕСЕТ 1 БИТ ИНФОРМАЦИИ
Для определения количества
информации i, содержащейся в
сообщении о том, что произошло
одно из N равновероятных
событий, нужно решить
показательное уравнение:
i
2
=N
“Логарифм от N по основанию 2”
• Смысл очень простой: логарифм по
основанию 2 от N — это степень, в
которую нужно возвести 2, чтобы
получилось N.
Количество информации в сообщении об
одном из N равновероятных событий:
i
N
i
N
i
N
i
1
0,00000
17
4,08746
33
5,04439
49
5,61471
2
1,00000
18
4,16993
34
5,08746
50
5,64386
3
1,58496
19
4,24793
35
5,12928
51
5,67243
4
2,00000
20
4,32193
36
5,16993
52
5,70044
5
2,32193
21
4,39232
37
5,20945
53
5,72792
6
2,58496
22
4,45943
38
5,24793
54
5,75489
7
2,80735
23
4,52356
39
5,28540
55
5,78136
8
3,00000
24
4,58496
40
5,32193
56
5,80735
9
3,16993
25
4,64386
41
5,35755
57
5,83289
10
3,32193
26
4,70044
42
5,39232
58
5,85798
11
3,45943
27
4,75489
43
5,42626
59
5,88264
12
3,58496
28
4.80735
44
5,45943
60
5.90689
13
3,70044
29
4,85798
45
5,49185
61
5,93074
14
3,80735
30
4,90689
46
5,52356
62
5,95420
15
3,90689
31
4,95420
47
5,55459
63
5,97728
16
4,00000
32
5,00000
48
5,58496
64
6,00000
N
В барабане для розыгрыша лотереи
находится 32 шара. Сколько
информации содержит сообщение о
первом выпавшем номере (например,
выпал номер 15)?
Поскольку вытаскивание любого из 32
шаров равновероятно, то количество
информации об одном выпавшем номере
находится из уравнения:
2i = 32.
Но 32 = 25. Следовательно, i = 5 бит.
Очевидно, ответ не зависит от того,
какой именно выпал номер.
Алфавитный подход
МОЩНОСТЬ АЛФАВИТА (N)– количество символов в
алфавите (его размер)
2i = N, если считать,
что все символы
появляются в тексте
с одинаковой частотой
i - количество информации в
одном символе
I =К* i, количество информации
в символьном сообщении, где
К – кол-во символов
Если N=256=28, то вес одного символа
8 бит-1 байт
• С точки зрения информации как
новизны мы не можем оценить
количество информации,
содержащейся в научном открытии,
новом музыкальном стиле, новой
теории общественного развития.
Объективность оценки количества
информации
• Алфавитный подход к измерению
информации позволяет определить
количество информации, заключенной
тексте. Алфавитный подход является
объективным, т.е. он не зависит от
субъекта (человека), воспринимающего
текст.
Книга, набранная с помощью компьютера,
содержит 150 страниц; на каждой
странице — 40 строк, b в каждой строке —
60 символов. Каков объем информации в
книге?
Мощность компьютерного алфавита равна 256.
Один символ несет 1 байт информации.
Значит, страница содержит 40 х 60 = 2400 байт
информации. Объем всей информации в книге
(в разных единицах):
2400 х 150 == 360 000 байт. 360000/1024 =
351,5625 Кбайт. 351,5625/1024 = 0,34332275
Мбайт.
Подсчитайте объем информации,
содержащейся в романе А. Дюма "Три
мушкетера", и определите, сколько
близких по объему произведений можно
разместить на одном лазерном диске? (590
стр., 48 строк на одной странице, 53
символа в строке) ПОЧЕМУ?
590*48*53=1500960(символов).
1500960байт= 1466Кбайт= 1,4Мбайт.
На одном лазерном диске емкостью 600
Мбайт можно разместить около 428
произведений, близких по объему к
роману А. Дюма "Три мушкетера".
Юстасу необходимо передать
следующее сообщение:
Дорогой Алекс! От всей души поздравляю с
успешной сдачей экзамена по информатике.
Желаю дальнейших успехов. Ваш Юстас.
Пеленгатор определяет место передачи, если она
длится не менее 3 минут. С какой скоростью
(бит/с) Юстас должен передавать
радиограмму?
Решение:
В тексте радиограммы содержится 118 символов,
каждый символ несет 1 байт информации.
Следовательно, должно быть передано 118
байт информации.
1 байт = 8 бит.
118 байт =118*8 бит = 944 бита.
Время передачи должно быть меньше 180 с, что
требует скорости передачи радиограммы
944/180 = 5,2 должна быть более 5 бит/с
Ответ: Юстас должен передавать радиограмму
со скоростью более чем 5 бит/с.