Определение и измерение информации

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу “Информатика”

 

Москва, 2004

	Введение. 3 Лекция 1. 4 Информация и информационные технологии. Основные понятия. 4 Лекция 2.. 9 Арифметические основы компьютеров.. 9 Лекция 3. 17 Технические средства информационных технологий. 17 Лекция 4. 29 Программное обеспечение. 29 Лекция 5. 38 Лекция 6. 47 Язык программирования Microsoft Qbasic. 47 Лекция 7. 56 Управление ходом выполнения программы.. 56 Лекция 8. 63 Алгоритмы решения математических задач. 63 Лекция 9. 70 Описание и обработка массивов. 70 Лекция 10. 77 Описание и обработка матриц. 77 Лекция 11. 80 Алгоритмы компьютерной графики. 80 Лекция 13. 96 Работа с файлами. 96 Лекция 14. 103 Приемы модульного программирования. 103 Лекция 15. 111 Разработка сложных программ.. 111 Лекция 16. 116 Компьютерные сети. Архитектура построения. 116 Лекция 17. 123 Основные компоненты компьютерных сетей. 123 Литература. 127 Словарь понятий. 128

Введение

 

 

Конспект лекций по курсу «Информатика» включает разделы, рекомендованные в типовой программе изучения курса для высших учебных заведений. Эти разделы охватывают такие вопросы как технологии, вопросы представления данных в компьютере, представление звуковой, графической информации в цифровом виде. В курсе лекций рассмотрены и такие разделы как системы счисления, технические средства обработки информации, устройств персонального компьютера, программное обеспечения ЭВМ, операционные системы. Значительное место уделено вопросам алгоритмизации и программированию, видам вычислительных процессов, основам программированию на QBASIC, основным операторам и функциям языка.

Конспект лекций по курсу «Информатика» включает материал по 17 лекциям. В первую часть конспекта вошли 8 лекций. Оставшиеся лекции входят во вторую часть конспекта, где изложены остальные разделы курса.

Предлагаемый конспект лекций может быть полезным не только для студентов ИОАИТ, но также и для студентов других институтов МГУПП, для студентов вечерних и заочных отделений.

Лекция 1.

Информация и информационные технологии. Основные понятия.

Предмет информатики

Информатика – наука об информации и информационных технологиях.

В системе наук информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научных знаний. Такое положение обусловлено тем, что информатика, являясь фундаментальной естественной наукой, в то же время имеет многие признаки технической и даже гуманитарной наук.

Информатика является фундаментальной наукой, поскольку законы, определяющие свойства информации и протекание информационных процессов, являются базовыми для всех наук.

Информатика является естественной наукой, поскольку изучает информационные процессы, протекающие в природе – в физических, биологических, общественных средах.

Информатика имеет также много признаков технической науки, так как, например, изучает аппаратные средства сбора, хранения, передачи и обработки информации.

Информатика – молодая наука, находящаяся в стадии формирования границ своей сферы интересов.

Информатика имеет как теоретическую, так и прикладную части.

Теоретическая информатика состоит из таких математизированных дисциплин как математическая логика, дискретная математика, теория информации, теория алгоритмов, теория автоматов, теория формальных языков и грамматик и т.п.

Прикладная информатика состоит из системы технико-технологических знаний, благодаря развитию которых мы наблюдаем бурное развитие информационных технологий.

Информационная технология – это совокупность способов и программно-технических средств, применяемых для выполнения информационных процессов.

Информационный процесс – последовательность операций по поиску, сбору, хранению, обработке и передаче информации.

В развитых странах большинство видов человеческой деятельности, представляет собой выполнение тех или иных информационных процессов: научные исследования, обучение, создание произведений искусства, финансовая деятельность, торговля, управление производством, добычей сырья, работой транспорта, разработка военные операции, диагностика в медицине и т.д. Появление программно-технических средств выполнения информационных процессов и массовое внедрение современных информационных технологий оказало и оказывает сейчас радикальное влияние не только на производственную деятельность человека, но и на общественную среду и все сферы жизни человека.

Информация

Определение и измерение информации

Информация –сведения о лицах, предметах, фактах, явлениях и процессах, независимо от формы их представления, причем такие сведения, которые уменьшают степень имеющейся неопределенности или неполноты знаний.

Таким образом, информация - это сведения, расширяющие и углубляющие наши знания.

Формулировка информации как сведений, которые уменьшают неопределенность или неполноту знаний имеет мировоззренческое значение. Однако возникает проблема субъективности измерения информации, т.к. ее величина как бы связана с неким субъектом, у которого надо измерять снижение неопределенности сведений и пополнение знаний.

Эта проблема в точных науках снимается конкретизацией исходной постановки задачи. Например, в теории информации для решения задач анализа пропускной способности канала, разработки способов повышения скорости и помехоустойчивости сообщений в 1946 г. американским ученым К.Шенноном было предложено в качестве меры информации о событии Х, имеющего вероятность Р, принять величину Н(X):

Н(X) = log_a(1/P) = - log_a P(X) 1.1

Величина Н(X) получила название энтропии события Х.

Основание логарифма ‘а’ может быть любым. Чаще всего принимают а = 2. Тогда количество информации выражают в двоичных единицах - битах. А при а = е или а = 10 эти единицы, например, носят название соответственно нит и дит.

Пример. Отгадывание числа из возможного их М количества.

Так как в этом случае Р=1/М, то по формуле (1.1) для отгадывания достаточно задать только

Н = log₂M

вопросов. И, наоборот, с помощью Н вопросов можно отгадать число из возможных их М значений, где М определяется по формуле:

М = е^Н 1.2

Например, чтобы отгадать загаданное положительное число, не превышающее 128, достаточно задать 7 вопросов.

Энтропия как мера информации имеет недостатки. Например, она не характеризует и не измеряет «смысл» принимаемых сигналов. Эту меру иногда называют синтаксической мерой информации.

Имеются и другие подходы к измерению информации.

Свойства информации

К базовым свойствам информации относятся

- запоминаемость,

- передаваемость,

- преобразуемость (способность менять форму своего существования).

Реализуются эти свойства посредством материального носителя – чаще всего бумажного или магнитного носителя, электрического или электромагнитного сигнала, - на котором тем или иным способом записываются признаки, которые носят название - данные.

В качестве прагматических свойств информации можно отметить следующие. Она:

- имеет ценность, определяемую ее полезностью для владельца,

- имеет стоимость, определяемую затратами на ее получение,

- может быть предметом собственности,

- может быть предметом защиты от доступа к ней посторонних лиц.

Информация и данные

Данные- это записанные на материальном носителе признаки, обеспечивающие возможность хранения и передачи информации.

Данные не всегда соответствуют конкретным или действительным фактам. Они могут также описывать абстракции, идеи, а не реальную действительность.

Чаще всего данные описываются на естественном языке и фиксируются на бумаге. При этом данные и их интерпре­тация (семантика) фиксируются совместно, так как естественный язык достаточно гибок для представления того и другого. Приме­ром может служить утверждение «его рост 173 см». Здесь «173» — данное, а его семантика (смысловое содержание) — «рост в сантиметрах».

В определенных случаях данные и интерпретация разделены. Например, в таблице, которая представляет собой расписание авиарейсов, интерпретация данных приводится отдельно, в шапке таблицы.

Применение компьютеров для ведения и обработки данных приводит к еще большему разделению данных и интерпретации. Компьютеры имеют дело главным образом с даннымикак тако­выми. Большая часть интерпретирующей информации в компьютере в явной форме вообще не фиксируется.

Интерпретация данных часто закла­дывается в компьютерные программы, использующие данные. Однако в ряде случаев, например, когда одни и те же данные могут использовать различные программы, возникает необходимость составлять и хранить вместе с данными описание их смысла (семантики).