Предмет и задачи информатики. Свойства информации. Кодирование и измерение информации (Лекция 1) презентация

СОДЕРЖАНИЕ
1. Предмет и задачи информатики
4. Кодирование и измерение информации
2. Определение информации
Выход
3. Свойства информации

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИНФОРМАТИКИ
Определение
Информатика – комплексная инженерная дисциплина для проектирования, создания и применения систем обработки информации в разных областях социальной практики.

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИНФОРМАТИКИ
Делится на две группы:
1) безмашинная (рутинная)
2) машинная (с использованием ЭВМ)
Объектом изучения является информация.

СУЩЕСТВУЕТ ТРИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
1. с содержательной точки зрения – сведения, уменьшающие неопределённость
2. с формальной точки зрения – это набор символов (сигналов)
3. с юридической точки зрения – сведения о людях, событиях, процессах или явлениях независимо от формы их представления

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Определение 3 взято из федерального закона № 149-ФЗ от 2008г. «Об информации, информатизации и защите информации», который изучается самостоятельно.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ОКОНЧАНИЕ)
Понятие информации появилось тогда, когда невозможно стало описать материальные объекты на языке материальных моделей.
Информатика, таким образом, изучает информационные модели объектов и информационные связи между объектами.

СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ
Объективность и субъективность (относительные понятия; чем большей обработке подвергается информация, тем более она субъективна, так как методы обработки считаются субъективными). Свойство учитывается в юриспруденции и в исторических науках

СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ

СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ (ОКОНЧАНИЕ)
4. Адекватность (степень соответствия реальному состоянию событий)
5. Доступность (мера возможности получения информации)
6. Актуальность (степень соответствия информации текущему моменту времени). Здесь перечислены лишь некоторые свойства.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Кодирование – это совокупность правил для обозначения элементов исходного множества набором условных символов.
Включает в себя:
1) алфавит (конечное множество символов, используемых для кодирования)
2) Количество символов алфавита (мощность)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Примеры.
1. Мощность русского алфавита составляет 56 символов. В алфавит входят:
- буквы от А до Я
- цифры от 0 до 9
- знаки препинания (. , ; : ! ? № «» … )
- служебные символы (%, ‘, знаки операций, скобки () и др.)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)
2. Особое место занимает двоичный алфавит, мощность его равна двум и в состав входит всего два знака: 0 и 1.
Определение. Величина, способная принимать только два значения 0 или 1, называется битом.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Бит является стандартной минимальной единицей количества информации и минимальной (не адресуемой) единицей памяти ЭВМ.
Неадресуемость означает, что к конкретному биту в памяти ЭВМ нельзя обратиться по номеру этого бита.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Подобным способом можно перевести число из арабской системы в любую другую с любым основанием.
Часто используются системы троичная (состоит из цифр 0, 1, 2 – основание 3), восьмеричная (состоит из цифр от 0 до 7 – основание 8) и шестнадцатеричная (состоит из цифр от 0 до 9 и букв A, B, C, D, E, F – основание 16).

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Таблица соответствия десятичных цифр 16-теричным:

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Способ перевода такой же – в «столбик», остатки (числа от 0 до 15) записываются справа.
2186:16|10 (А)
136:16|8
8
Записываем снизу вверх, начиная с частного: 88A

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Измерение информации осуществляется тремя методами по разным формулам:
1) объёмным
2) вероятностным
3) алгоритмическим, который не рассматриваем.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Метод 1. Для определения количества информации H (в битах) в объемном методе используется формула Хартли
N- число знаков (символов) в алфавите, которым закодировано сообщение
K – длина сообщения в символах

ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Рассмотрим сначала объем информации для числовых сообщений.
Число может быть представлено в разных системах счисления – двоичной, десятичной, четверичной, восьмеричной и т.д.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Т.е. количество информации, которое содержит одна цифра в арабской (десятичной) системе счисления составляет 3,32 бита.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Также за единицу измерения принимается количество информации, полученное в результате опыта, в котором возможны только два различных исхода, например, бросание монеты. Эта единица также называется бит и является вторым его определением.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Формула (1) считает информацию в битах. Но бит – маленькая величина (как копейка). Для измерения используются также байты (8 бит) и кратные им единицы.
1 байт = 8 бит
1 кбайт = 1024 байт
1 Мбайт = 1024 кбайт
1 Гбайт = 1024 Мбайт
1 Тбайт = 1024 Гбайт

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Метод 2. Для измерения количества информации существует вероятностный метод. Метод использует разную вероятность появления символов в одном и том же алфавите (русском, английском и др.). Вероятностью появления цифр и служебных символов в обычном (не научном) тексте пренебрегают, т.к. она мала.

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Так, в русском алфавите чаще всего встречаются буквы «о, п, а, е, н», у них самая большая вероятность появления в тексте.
Самая маленькая вероятность – у буквы «ъ».

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Пример 2. Найти количество информации в сообщении Пермь по методу 2.
Воспользуемся справкой вероятности появления букв и составим такую таблицу

ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

КОДИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Для измерения памяти ЭВМ (и для доступа к памяти) биты не используются, а используется т. н. машинное слово
1 слово = 2 байта
1 двойное слово = 4 байта
1 расширенное слово = 8 байт

Задача. Какое сообщение информативнее (содержит больше информации) – K1 длиной 600 символов, закодированное алфавитом мощностью 8 знаков, или K2 длиной 900 символов, закодированное алфавитом мощностью 4 знака?

Решение. Раз ничего не известно о вероятности появления символов ни в одном, ни в другом алфавите, значит, объём информации находим по методу Хартли (1).
Один символ алфавита мощностью 8 знаков по формуле Хартли содержит такое количество информации:

Один символ алфавита мощностью 4 знака содержит
Вывод: оба сообщения содержат одинаковое количество информации.