Теоретическая информатика Глава Теоретические основы информатики
Скачать 0.61 Mb.
|
Контрольные вопросы1. Что такое информационная революция? 2. Назовите процессы, приводящие к созданию информационного общества. 3. Что принято понимать под “информационным обществом”? 4. Каковы основные социальные последствия информатизации общества? 5. Какими нормативными актами регулируются отношения в сфере информатики? 6. В чем состоит авторское право на программные средства и базы данных? 7. В чем состоит имущественное право на программные средства и базы данных? 8. Как осуществляется защита авторских и имущественных прав? 9. Охарактеризуйте виды компьютерных преступлений. 10. Расскажите об этике программистов и этических аспектах Internet. Проблемные вопросы . 1. Почему компьютеризация, хотя и является важным шагом к информационному обществу, но еще не делает его таковым? 2. Какие этические проблемы существуют, по Вашему мнению, в современной информатике? 3. В чем заключается правовое регулирование на информационном рынке? 4. В чем отличие процессов компьютеризации и информатизации? 5. Чем определяется информационный потенциал общества? Темы для рефератов. 1. Компьютер как историогенный фактор. 2. Компьютерная революция: социальные перспективы и последствия. 3. Путь к компьютерному обществу. 4. Информатика в деятельности юриста. 5. Общие приемы правового регулирования информационных отношений. 6. Правонарушения в сфере информационных технологий. 7. Правила этикета при работе с компьютерной сетью. 8. Защита информации в Internet. 9. Информационная основа управления экономикой. 10. Информационный бизнес. Литература.
Семинар 3. Информация, ее виды и свойства Темы семинарских занятий: 3.1. Различные уровни представлений об информации. 3.2. Непрерывная и дискретная информация. 3.1. Различные уровни представлений об информации Ранее мы неоднократно употребляли термин “информация”, никак его при этом не раскрывая. Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для изучаемой нами информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Однако, если задаться целью формально определить понятие “информация”, то сделать это будет чрезвычайно сложно. Аналогичными “неопределяемыми” понятиями, например, в математике является “точка” или “прямая”. Так, можно сделать некоторые утверждения, связанные с этими математическими понятиями, но сами они не могут быть определены с помощью более элементарных понятий. В простейшем бытовом понимании с термином “информация” обычно ассоциируются некоторые сведения, данные, знания и т.п. Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений являются музыкальное произведение; телепередача; команды регулировщика на перекрестке; текст, распечатанный на принтере; данные, полученные в результате работы составленной вами программы и т.д. При этом предполагается, что имеются “источник информации” и “получатель информации”. Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-нибудь среды, являющейся в таком случае “каналом связи” (рис. 3). Так, при передаче речевого сообщения в качестве такого канала связи можно рассматривать воздух, в котором распространяются звуковые волны, а в случае передачи письменного сообщения (например, текста, распечатанного на принтере) каналом сообщения можно считать лист бумаги, на котором напечатан текст. Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор ее свойств: важность, достоверность, своевременность, доступность и т.д. В этом смысле одно и то же сообщение, передаваемое от источника к получателю, может передавать информацию в разной степени. Так, например, вы хотите сообщить о неисправности компьютера. Для инженера из группы технического обслуживания сообщение “компьютер сломался” явно содержит больше информации, чем для вахтера. Но, в свою очередь, для инженера сообщение “не включается дисплей” содержит информации больше, чем первое, поскольку в большей степени снимает неопределенность, связанную с причиной неисправности компьютера. Как видно, одно и то же сообщение для различных пользователей несет различную информацию. Использование терминов “больше информации” или “меньше информации” подразумевает некую возможность ее измерения (или хотя бы количественного соотнесения). При субъективном восприятии измерение информации возможно лишь в виде установления некоторой порядковой шкалы для оценки “больше” — “меньше”, да и то субъективной, поскольку на свете немало людей, для которых, например, оба сообщения, использованных выше в качестве примера, вообще не несут никакой информации. Такое становится невозможным при введении объективных характеристик, из которых для информации важнейшей является количество. Однако, при объективном измерении количества информации следует заведомо отрешиться от восприятия ее с точки зрения субъективных свойств, примеры которых перечислены выше. Более того, не исключено, что не всякая информация будет иметь объективно измеряемое количество — все зависит от того, как будут введены единицы измерения. Не исключено и то, что при разных способах введения единиц измерения информация, содержащаяся в двух допускающих измерение сообщениях, будет по разному соотноситься. 3.2. Непрерывная и дискретная информация Чтобы сообщение было передано от источника к получателю необходима некоторая материальная субстанция — носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, назовем сигналом. В общем случае сигнал — это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики (например, при передаче электрических сигналов может изменятся напряжение и сила тока). Та из характеристик, которая используется для представления сообщений, называется параметром сигнала. В случае когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы) сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов — дискретным сообщением. Информация, передаваемая источником в этом случае, также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала — непрерывная функция от времени), то соответствующая информация называется непрерывной. Пример дискретного сообщения — процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, т.е. дискретной последовательностью отдельных значков (букв). Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника — человеческого уха.
Рис. 4. Процедура дискретизации непрерывного сообщения. Непрерывное сообщение может быть представлено некоторой непрерывной функцией, заданной на некотором интервале (рис. 4,а). Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется дискретизацией). Из бесконечного множества значений параметра сигнала выбирается их определенное число, которое приближенно может характеризовать остальные значения. Для этого область определения функции разбивается на отрезки равной длины и на каждом из этих отрезков значение функции принимается постоянным и равным, например, среднему значению на этом отрезке (рис. 4,б). Полученную функцию, называемую в математике ступенчатой, можно изобразить и иначе, например, с помощью соответствующих вертикальных линий (рис. 4,в). В итоге получим конечное множество чисел, определяемых, например, по середине или одной из границ таких отрезков. Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита. Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер — цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки. Существуют и другие вычислительные машины — аналоговые ЭВМ. Они используются обычно для решения задач специального характера и широкой публике практически не известны. Эти ЭВМ в принципе не нуждаются в дискретизации входной информации, так как ее внутреннее представление у них непрерывно. В этом случае все наоборот — если внешняя информация дискретна, то ее “перед употреблением” необходимо преобразовать ее в непрерывную. Контрольные вопросы 1. Какая форма представления информации — непрерывная или дискретная — приемлема для компьютеров и почему? 2. В чем состоит процедура дискретизации непрерывной информации? 3. Какие определения понятия “информация” вы знаете? 4. Назовите основные свойства информации. 5. Каким образом возникает, хранится, обрабатывается и передается информация? 6. Какая форма представления информации используется в информатике? 7. Какие виды информационных сигналов вы знаете? 8. В чем преимущества дискретного представления информации? 9. Может ли человек передать информацию машине? Каким образом? А наоборот? Проблемные вопросы. 1. Приведите примеры передачи, хранения и обработки информации в природе, технической и общественной деятельности человека. 2. Какие проблемы по хранению и обработке информации решают современные информационные технологии и какие создают? Темы для рефератов. 1. Проблема информации в современной науке. 2. Передача информации. 3. Дискретизация непрерывных сообщений. 4. Субъективные свойства информации. 5. Аналоговые ЭВМ. 6. Непрерывная и дискретная информация. Литература.
Семинар 4. Единицы количества информации: вероятностный и объемный подходы. Определить понятие “количество информации” довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два основных подхода. Исторически они возникли почти одновременно. В конце 40-х годов XX века один из основоположников кибернетики американский математик Клод Шеннон развил вероятностный подход к измерению количества информации, а работы по созданию ЭВМ привели к “объемному” подходу. Вероятностный подход Рассмотрим в качестве примера опыт, связанный с бросанием правильной игральной кости, имеющей N граней (наиболее распространенным является случай шестигранной кости: N = 6). Результаты данного опыта могут быть следующие: выпадение грани с одним из следующих знаков: 1, 2, . . . N. Введем в рассмотрение численную величину, измеряющую неопределенность — энтропию (обозначим ее H). Величины N и H связаны между собой некоторой функциональной зависимостью: H = f(N), (1.1) а сама функция f является возрастающей, неотрицательной и определенной (в рассматриваемом нами примере) для N = 1, 2, … 6. Рассмотрим процедуру бросания кости более подробно: 1) готовимся бросить кость; исход опыта неизвестен, т.е. имеется некоторая неопределенность. Обозначим ее H1; 2) кость брошена; информацию об исходе данного опыта получена. Обозначим количество этой информации через I; 3) обозначим неопределенность данного опыта после его осуществления через H2. За количество информации, которое получено в ходе осуществления опыта, примем разность неопределенностей, имевшихся “до” и “после” опыта: I = H1 – H2 . (1.2) Очевидно, что в случае, когда получен конкретный результат, имевшаяся неопределенность снята (H2=0), и, таким образом, количество полученной информации совпадает с первоначальной энтропией. Иначе говоря, неопределенность, заключенная в опыте, совпадает с информацией об исходе этого опыта. Заметим, что значение H2 могло быть и не равным нулю, например, в случае, когда в ходе опыта следующей выпала грань со значением большим “3”. Следующим важным моментом является определение вида функции f в формуле (1.1). Если варьировать число граней N и число бросаний кости (обозначим эту величину через M), то общее число исходов (векторов длины M, состоящих из знаков 1, 2, …, N) будет равно N в степени М: X = NМ . (1.3) Так, в случае двух бросаний кости с шестью гранями имеем: X = 62 = 36. Фактически каждый исход X есть некоторая пара (X1, X2), где X1 и X2 — соответственно исходы первого и второго бросаний (общее число таких пар — X). Ситуацию с бросанием M раз кости можно рассматривать как некую сложную систему, состоящую из независимых друг от друга подсистем — “однократных бросаний кости”. Энтропия такой системы в M раз больше, чем энтропия одной системы (так называемый “принцип аддитивности энтропии”): f(6М) = M * f(6). Данную формулу можно распространить и на случай любого N: f(NМ ) = M * f(N) (1.4) Прологарифмируем левую и правую часть формулы (1.3): ln X = M * ln N, M = ln X / ln M Подставляем полученное для M значение в формулу (1.4):  Обозначив через K положительную константу  , получим f(X ) = K*ln X или, с учетом (1.1), |
Похожие:
 | Учебное пособие по информатики и икт по Главе 1 «Основы социальной... Добро пожаловать на страницы электронного учебника! Я, Петрова Алина, студентка III курса специальности «Прикладная информатика»... | | Программа вступительных испытаний по направлению подготовки 09. 06.... Программа вступительных испытаний по направлению подготовки 09. 06. 01 Информатика и вычислительная техника (профиль «Теоретические... |
| Основы логики – 11 часов. Глава Технология использования и разработки... Данная рабочая программа курсов «История России» и «Всеобщая история» предназначена для учащихся 10 класса средней общеобразовательной... |  | Дисциплина математического и естественнонаучного цикла «Теоретические основы информатики» Направление подготовки 050100. 62 – «Педагогическое образование», профиль «Математика, информатика» |
| Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «теоретические основы информатики» Программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо по направлению подготовки 080700 «Бизнес-информатика» |
| Содержание Введение Раздел Теоретические основы налогообложения Глава... Общая методика исчисления налогов и сборов Глава Характеристика налогов России | | План введение Глава Научно-теоретические основы возрастных особенностей детского творчества Теоретические и методические вопросы организации творчества у школьников разных возрастов на уроках изобразительного искусства |
| 1 Теоретическая глава. Теоретические основы использования игровых технологий в учебном процессе «Использование игровых технологий в младшем школьном возрасте», заключается в том, что в наше время всё больше внимания в научной... | | Рабочая программа учебной дисциплины теоретические основы автоматизированного управления Для изучения дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» студентам необходимо обладать знаниями, умениями и... |
| И. В. Кузьмин «29» августа 2013 года «Информатика»: Учебник для 7 класса Угриновича Н. Д., 2007г. Материал учебника структурирован по трем главам, содержащим соответственно... | | Учебное пособие информатики и икт по главе 2 «информационные системы... Я, Смирнова Яна, студентка группы 3П специальности «Прикладная информатика» оаоуспо боровичского педагогического колледжа, создала... |
| Программа вступительных испытаний Тема Теоретические основы растениеводства Теоретическое обоснование диапазона оптимальной влагообеспеченности полевых культур. Биологические основы разработки системы удобрений.... | | 2009-2010 учебный год. Введение Стр. 1 Глава I теоретические основы... I I приёмы и методы развития экологического воспитания во внеурочное время |
| Разработка и исследование интегрированных алгоритмов размещения элементов... Специальности: 05. 13. 12 – Системы автоматизации проектирования, 05. 13. 17 – Теоретические основы информатики | | Вопросы к государственному экзамену по информатике Дискретная математика. Теория алгоритмов. Математическая логика. Численные методы. Теоретические основы информатики. Исследование... |
