Использованы
материалы: Н.Д. Угринович. Информатика и
ИКТ. Учебник для 10 класса. Базовый уровень
Человек и информация
Человек и
информация. Человек существует в «море»
информации, он постоянно получает информацию
из окружающего мира с помощью органов
чувств, хранит ее в своей памяти,
анализирует с помощью мышления и
обменивается информацией с другими людьми.
Человек не может жить вне общества. В
процессе общения с другими людьми он
передает и получает информацию в форме
сообщений. Сначала использовался язык
жестов, а затем появилась устная речь. В
настоящее время обмен сообщениями между
людьми производится с помощью сотен
естественных языков (русского, английского и
пр.).
Для того чтобы человек мог правильно
ориентироваться в окружающем мире,
информация должна быть полной и точной.
Задача получения полной и точной информации
о природе, обществе и технике стоит перед
наукой. Процесс систематического научного
познания окружающего мира, в котором
информация рассматривается как знания,
начался с середины XV века после изобретения
книгопечатания.
Информационные процессы в технике
Функционирование систем управления
техническими устройствами связано с
процессами приема, хранения, обработки и
передачи информации. Системы управления
встроены практически во всю современную
бытовую технику, станки с числовым
программным управлением, транспортные
средства и т. д.
Системы управления могут обеспечивать
функционирование технической системы по
заданной программе. Например, системы
программного управления обеспечивают выбор
режимов стирки в стиральной машине, записи в
видеомагнитофоне, обработки детали на станке
с программным управлением.
В некоторых случаях главную роль в процессе
управления выполняет человек, в других
управление осуществляет встроенный в
техническое устройство микропроцессор или
подключенный компьютер.
В современном информационном обществе
главным ресурсом является информация,
использование которой базируется на
информационных и коммуникационных
технологиях. Информационные и
коммуникационные технологии являются
совокупностью методов, устройств и
производственных процессов, используемых
обществом для сбора, хранения, обработки и
распространения информации.
Количество информации как мера
уменьшения неопределенности
Для человека информация — это его знания.
Получение новой информации приводит к расширению
знаний. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению
неопределенности нашего знания, то можно говорить, что
такое сообщение содержит информацию.
Сообщение информативно (т.е. содержит
ненулевую
информацию),
если оно
пополняет знания
человека.
Например,
прогноз погоды
на завтра —
информативное
сообщение, а
сообщение о
вчерашней погоде
неинформативно,
т.к. нам это уже
известно.
Информативность одного и того же сообщения может быть
разной для разных людей. Например: «2x2=4» информативно для
первоклассника, изучающего таблицу умножения, и
неинформативно для старшеклассника.
Количество информации - мера
уменьшения неопределенности знания при
получении информационных сообщений.
Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения
являются для него новыми и понятными.
Для количественного
выражения количества информации
необходимо ввести единицу измерения:
Бит - количество информации, которое
содержится в информационном сообщении,
уменьшающем неопределенность знания в
два раза.
Например, сообщение о получении зачета несет
1 бит информации (одно
из двух возможных сообщений "зачет" или
"незачет").
Количество информации, содержащееся в
сообщении о том, что произошло одно из N
равновероятных событий, определяется из
решения уравнения Формулы Хартли:
N = 2i
где N -
количество возможных информационных
сообщений,
I - количество информации,
которое несет одно полученное сообщение.
Например, сообщение об отметке за экзамен (из 4
возможных вариантов - "5", "4", "3" или
"2") уменьшает неопределенность в 4
раза, поэтому узнав о полученной
отметке, мы получили 2 бита информации.
Т.о., чем более неопределенна
первоначальная ситуация, тем больше
информации мы получим при получении
информационного сообщения.
Единицы
измерения информации
8 бит = 1 байт
1 Кбайт (Килобайт) = 1024 байт = 210 байт
1 Мбайт (Мегабайт) = 1024 Кбайт = 210
Кбайт
1 Гбайт
(Гигабайт) = 1024 Мбайт
= 210
Мбайт
1 Тбайт (Терабайт) = 1024 Гбайт
= 210
Гбайт
Задания:
1.
В барабане для розыгрыша лотереи
находится 32 шара. Сколько информации
содержит сообщение о первом выпавшем номере
(например, выпал номер 15)?
Решение: т.к. вытаскивание любого из шаров
равновероятно, то количество информации
вычисляется по формуле 2i=N, где i –
количество информации, а N – количество
шаров. Тогда 2i=32, отсюда I = 5 бит.
2.
Сообщение о том в каком ряду
и на каком месте находится зритель в театре,
если всего 8 рядов по 16 мест, несет 7 бит
информации.
Решение: 8*16=128 мест
в театре; N=2i;
128=27, i = 7 бит).
3.
В школьной библиотеке 16 стеллажей с
книгами. На каждом стеллаже 8 полок.
Библиотекарь сообщил Пете, что нужная
ему книга находится на пятом стеллаже на
третьей сверху полке. Какое количество
информации библиотекарь передал Пете?
Решение: Поскольку книга
равновероятно может оказаться на любой
из полок, то количество информации
определяется по формуле: 2i=N,
где i – количество информации, N=16*8=128
– количество полок. Отсюда: 2i=128,
i=7 бит.
4.
В корзине лежат 32 клубка шерсти, из них 4
красных. Сколько бит информации несет
сообщение о том, что достали клубок красной
шерсти?
Решение:
– красные клубки шерсти составляют 1/8 от
всех, …
– поэтому сообщение о том, что первый
вынутый клубок шерсти – красный,
соответствует выбору одного из 8 вариантов
– выбор 1 из 8 вариантов – это информация в
3 бита (по таблице степеней двойки)
– правильный ответ – 2.
5.
В некоторой стране автомобильный
номер длиной 7 символов составляется из
заглавных букв (всего используется 26 букв)
и десятичных цифр в любом порядке. Каждый
символ кодируется одинаковым и минимально
возможным количеством бит, а каждый номер –
одинаковым и минимально возможным
количеством байт. Определите объем памяти,
необходимый для хранения 20 автомобильных
номеров.
Решение:
– всего используется 26 букв + 10 цифр = 36
символов;
– для кодирования 36 вариантов необходимо
использовать 6 бит (так
как 5 бит не хватит - они позволяют
кодировать только 32 варианта, - а шести уже
достаточно);
– таким образом, на каждый символ нужно 6
бит (минимально возможное количество бит);
– полный номер содержит 7 символов, каждый
по 6 бит, поэтому на номер требуется
42 бита;
– по условию каждый номер кодируется целым
числом байт (в каждом байте – 8 бит),
поэтому требуется 6 байт на номер (пяти
байтов не хватает, а шесть – минимально
возможное количество);
– на 20 номеров нужно выделить
120
байт.
6.
В велокроссе участвуют 119 спортсменов.
Специальное устройство регистрирует
прохождение каждым из участников
промежуточного финиша, записывая его номер с
использованием минимально возможного
количества бит, одинакового для каждого
спортсмена. Каков информационный объем
сообщения, записанного устройством, после
того как промежуточный финиш прошли 70
велосипедистов? (128=27,
7 бит для кодирования 1 номера, 7*70=490 бит
– для кодирования 70 номеров)
Алфавитный подход к измерению информации
При алфавитном подходе к определению количества информации отвлекаются от
содержания информации и рассматривают информационное сообщение как
последовательность знаков определенной знаковой системы.
Применение алфавитного подхода удобно прежде всего при использовании технических
средств работы с информацией. Алфавитный подход является
объективным способом измерения информации в отличие от субъективного
содержательного подхода.
Алфавит - все множество используемых
в языке символов.
Обычно под алфавитом понимают только
буквы, но поскольку в тексте могут
встречаться
знаки
препинания,
цифры, скобки,
то мы их тоже
включим в
алфавит. В
алфавит также
следует включить
и пробел, т.е.
пропуск между
словами.
Мощность алфавита (N) -
полное количество символов алфавита.
Мощность
русского
алфавита - 33
знака,
английского -
28, двоичного
кода - 2 ("0"
или "1"),
компьютерного
текста - 256.
Информационный вес символа алфавита
i и мощностьN
алфавита связаны между собой формулой
N = 2i.
Например в 32 - символьном алфавите каждый
знак несет 5 бит информации.
1 символ компьютерного текста (256 знаков:
русские, латинские буквы, строчные
заглавные, знаки препинания, специальные
знаки, пробел) равен 8 бит = 1 байту.
Информационный объем сообщения
(количество информации) представленного
символами какого-либо алфавита,
складывается из информационных весов
составляющих его символов.
Информационный объем
I
сообщения равен произведению количеству
K
символов в сообщении на информационный
вес i
символа алфавита
I = K * i
Примеры:
Найти объем сообщения, содержащего 200 знаков
16-символьного алфавита.
Дано:
Решение:
N = 16
N = 2i;
16=2i
K = 200
I = 4 бита
V = K * i; V=200*4=800 бит
= 100 байт
Найти:
V - ?
Ответ: 100 байт
Сообщение занимает 3 страницы по 25 строк. В каждой строке
записано по 60 символов. Сколько символов в использованном алфавите, если все
сообщение содержит 1125 байтов?
Количество информации - мера
уменьшения неопределенности знания при
получении информационных сообщений.
