Информация и информационные процессы

ИНФОРМАЦИЯ

Информация и информационные процессы

Что такое информация?

Общепринятого определения информации не существует.

Слово «информация» происходит от латинского слова informatio n , что в переводе означает сведения, разъяснение, ознакомление .

В наиболее общем случае под «информацией» понимаются сведения (данные), которые воспринимаются живым существом или устройством и сообщаются (получаются, передаются, преобразуются, сжимаются, разжимаются, теряются, находятся, регистрируются) с помощью знаков.

«Информация» в других науках…

• Информация в физике рассматривается как антиэнтропия, которая является мерой упорядоченности и сложности системы.
• В биологии , которая изучает живую природу, понятие «информация» связывается с целесообразным поведением живых организмов. Такое поведение строится на основе получения и использования организмом информации об окружающей среде.
• В кибернетике (науке об управлении) понятие «информация» связано с процессами управления в сложных системах (живых организмах или технических устройствах).Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации.

Социально значимые свойства информации

Человек - существо социальное, для общения с другими людьми он должен обмениваться с ними информацией. Участники дискуссии должны владеть тем языком, на котором ведется общение, тогда информация будет понятной всем участникам обмена информацией.

Информация должна быть полезной , тогда дискуссия приобретает практическую ценность.

СМИ (газеты, радио, телевидение…) доводят информацию до каждого члена общества. Такая информация должна быть достоверной и актуальной .

Для того чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире, информация должна быть полной и точной.

Социально значимые свойства информации

Люди, обмениваясь между собой информацией, постоянно должны задавать себе вопросы: понятна, актуальна и полезна ли она для окружающих, достоверны ли полученные сведения.

Это позволит лучше понять друг друга, найти правильное решение в любой ситуации. В повседневной жизни от свойств информации часто зависят жизнь и здоровье людей, экономическое развитие общества.

Источники информации

В наши дни человечество накопило огромное количество информации!

Подсчитано, что общая сумма человеческих знаний до недавнего времени удваивалась каждые 50 лет.

Сейчас объем информации удваивается через каждые два года.

От умения человека правильно воспринимать и обрабатывать информацию зависит во многом его способность к познанию окружающего мира.

Восприятие информации

Мир вокруг нас полон всевозможных образов, звуков, запахов, и всю эту информацию доносят до сознания человека его органы чувств : зрение, слух, обоняние, вкус и осязание .

С их помощью человек формирует свое первое представление о любом предмете, живом существе, произведении искусства, явлении и пр.

• Глазами люди воспринимают зрительную информацию;
• Органы слуха доставляют информацию в виде звуков;
• Органы обоняния позволяют ощущать запахи;
• Органы вкуса несут информацию о вкусе еды;
• Органы осязания позволяют получить тактильную информацию .

Виды информации, которые человек получает с помощью органов чувств, называют органолептической информацией.

Практически 90% информации человек получает при помощи органов зрения, примерно 9% — посредством органов слуха и только 1% — при помощи остальных органов чувств.

Представление информации

Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той или иной форме .

Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник — в картине.

Человек выражает свои мысли в виде предложений , составленных из слов. Слова , в свою очередь, состоят из букв . Это — алфавитное представление информации .

Форма представления одной и той же информации может быть различной. Это зависит от цели, которую вы перед собой поставили.

Язык как знаковая система

Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков.

В основе языка лежит алфавит , то есть набор символов (знаков) , которые человек различает по их начертанию.

Язык – это определенная система символов и правил представления информации.

В основе русского языка лежит кириллица, содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует алфавит из десятков тысяч знаков (иероглифов).

Последовательности символов алфавита в соответствии с правилами грамматики образуют основные объекты языка — слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называются синтаксисом.

Язык как знаковая система

Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки ( системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др. ). Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличии строгих правил грамматики и синтаксиса .

Некоторые языки используют в качестве знаков не буквы и цифры, а другие символы, например химические формулы, ноты, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире (код азбуки Морзе) и др.

Знаки могут иметь различную физическую природу. Например, для представления информации с использованием языка в письменной форме используются знаки, которые являются изображениями на бумаге или других носителях, в устной речи в качестве знаков языка используются различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).

-

+

АБВГД

A

Язык как знаковая система

Язык – это определенная система символов и правил представления информации.

Естественные языки – это исторически сложившиеся языки национальной речи (русский, английский, китайский и др.) .

Формальные языки – это искусственные языки для профессионального применения (язык математики, язык химических формул, нотная запись, язык программирования) .

Алфавит языка – множество используемых символов.

Синтаксис – правила записи языковых конструкций (текста на языке).

Семантика – смысловая сторона языковых конструкций.

Вопросы и задания

• Из каких источников вы получаете информацию?
• Какие свойства информации вы знаете?
• Какие формы представления информации вы знаете?
• Представьте информацию о погоде в различной форме.
• Какое различие между естественными и формальными языками?

Основные информационные процессы

Информация и информационные процессы

Что такое информационные процессы?

Информационные процессы - процессы сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распространения информации.

Слово процесс обозначает некоторое событие , происходящее во времени: учебный процесс, процесс роста, процесс горения... Всякий процесс связан с какими-то действиями, выполняемыми человеком, силами природы, техническими устройствами, а также вследствие их взаимодействия.

У каждого процесса есть объект воздействия: ученик, растение, горючее... Очевидно, что в информационных процессах объектом воздействия является информация .

Что такое информационные технологии?

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology , IT ) — широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных вычислительной техникой.

Обычно под информационными технологиями понимают компьютерные технологии. В частности, ИТ имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации.

Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.

Основные информационные процессы

• Сбор информации.
• Обработка информации.
• Передача информации.
• Хранение информации.
• Поиск информации.
• Защита информации.

Сбор информации

Органы чувств — наш главный инструмент познания мира — не самые совершенные приспособления. Не всегда они точны и не всякую информацию способны воспринять.

Если бы не было специальных приборов, то вряд ли человечеству удалось бы проникнуть в тайны живой клетки или отправить к Марсу и Венере космические зонды.

Поэтому для получения недоступной обычными органами чувств информации широко используются специальные технические устройства.

Сбор информации

Одно из древнейших сооружений, используемое для получения астрономической информации, находится в Англии недалеко от города Солсбери. Это Стоунхендж — «висячие камни».

Он был построен примерно во II веке до н. э. Стоунхендж состоит из поставленных вертикально каменных столбов, расположенных концентрическими кольцами. На вертикальных камнях лежат горизонтальные перекладины, своего рода арки.

1963 году с помощью новейших методов исследования было уставлено, что каменные арки дают направления на крайние положения Солнца и Луны, а 56 белых лунок помогают предсказать время Солнечного и Лунного затмений.

Обработка информации

Приобретая жизненный опыт, наблюдая мир вокруг себя, иначе говоря — накапливая все больше и больше информации, человек учится делать выводы. В древности люди говорили, что человек познает с помощью органов чувств и осмысливает познанное разумом.

Обработка информации

• Неосознанная обработка информации человеком

Один раз дотронувшись до горячего чайника или утюга мы запоминаем это на всю жизнь. Прикоснувшись к горячей поверхности, мы получили информацию при помощи органов осязания. Нервная система передала ее в мозг, где на основе имеющегося опыта был сделан вывод об опасности. Сигнал от мозга был послан в мышцы рук, которые мгновенно сократились.

• Осознанная обработка информации человеком

На уроках школьник изучает правила и законы (приобретает определенные знания и навыки). Когда учитель предлагает очередную задачу (входная информация), ученик обдумывает последовательность решения, вспоминая, какие из изученных правил ему необходимо применить. Наконец, он находит ответ. Эта новая информация, созданная учеником в результате обработки входной информации, называется выходной.

Обработка информации

• Входная информация – это информация, которую получает человек или устройства.
• Выходная информация – это информация, которая получается после обработки человеком или устройством.

Выходная информация всегда является результатом мыслительной деятельности человека по обработке входной информации. Можно сказать, что человек постоянно занимается обработкой входной информации, преобразуя ее в выходную.

Передача информации

Развитие человека не было бы возможно без обмена информацией.

С давних времен люди из поколения в поколение передавали свои знания, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию, обменивались сведениями.

Передача информации

В Петербурге в начале XIX века была весьма развита пожарная служба. В нескольких частях города были построены высокие каланчи, с которых обозревались окрестности. Если случался пожар, то на башне днем поднимался разноцветный флаг (с той или иной геометрической фигурой), а ночью зажигалось несколько фонарей, число и расположение которых означало часть города, где произошел пожар, а также степень его сложности.

Пожарная каланча в Костроме

Передача информации

В 1792 году во Франции Клод Шапп создал систему передачи визуальной информации , которая получила название « Оптический телеграф ».

В простейшем виде это была цепь типовых строений, с расположенными на кровле шестами с подвижными поперечинами, которая создавалась в пределах видимости одно от другого. Шесты с подвижными поперечинами — семафоры — управлялись при помощи тросов специальными операторами изнутри строений.

Шапп создал специальную таблицу кодов, где каждой букве алфавита соответствовала определенная фигура, образуемая Семафором, в зависимости от положений поперечных брусьев относительно опорного шеста. Система Шаппа позволяла передавать сообщения на скорости два слова в минуту и быстро распространилась в Европе.

В Швеции цепь станций оптического телеграфа действовала до 1880 года.

Оптический телеграф Шаппа в Литермонте (Германия)

Передача информации

Передача информации от источника к получателю

В любом процессе передачи или обмене информацией существует ее источник и получатель , а сама информация передается по каналу связи с помощью сигналов : механических, тепловых, электрических и др.

В обычной жизни для человека любой звук, свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку.

Передача информации

Схема передачи информации

• Кодирующее устройство необходимо для преобразования информации в форму, удобную для передачи.
• Декодирующее устройство преобразует информацию в форму, понятную получателю.

В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться. Это происходит из-за различных помех, как на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации.

Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука — криптография .

Хранение информации

Человеческий разум является совершенным инструментом познания окружающего мира. А память человека – великолепным устройством для хранения информации .

Однако для долговременного хранения информации, ее накопления и передачи из поколения в поколение необходимо иметь возможность ее хранить не только в памяти человека. Для этого используются внешние носители информации : узелки на веревках, зарубки на палках, берестяные грамоты, письма на папирусе, бумаге.

Наконец, был изобретен типографский станок, и появились книги. Поиск надежных и доступных способов хранения информации идет и по сей день.

Хранение информации

Носитель информации – материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации.

Материальная природа носителей информации может быть различной: молекулы ДНК, которые хранят генетическую информацию; бумага, на которой хранятся тексты и изображения; магнитная лента, на которой хранится звуковая информация; фото- и кинопленки, на которых хранится графическая информация; микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски, на которых хранятся программы и данные в компьютере, и так далее.

Поиск информации

Просто сохранить информацию недостаточно. Нужно уметь ее пользоваться. А для того чтобы воспользоваться нужной информацией в нужный момент необходимо уметь ее быстро найти.

Поиск информации — это извлечение хранимой информации.

Существуют ручной и автоматизированный методы поиска информации в хранилищах.

Поиск информации

Методы поиска информации:

• непосредственное наблюдение;
• общение со специалистами по интересующему вас вопросу;
• чтение соответствующей литературы;
• просмотр теле-, видеопрограмм;
• прослушивание радиопередач и аудиокассет;
• работа в библиотеках, архивах;
• запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных…

Для того чтобы собрать наиболее полную информацию и повысить вероятность принятия правильного решения, необходимо использовать разнообразные методы поиска информации.

В процессе поиска информации вам встретится как самая полезная, так и бесполезная, как достоверная, так и ложная, объективная и субъективная информация, но чтобы не утонуть в море информации, учитесь отбирать только полезную для решения стоящей перед вами задачи. Не уподобляйте свою голову мусорному ящику, куда сваливают все без разбора.

Защита информации

В жизни человека информация играет очень важную роль. От нее зависит принятие решений, влияющих на развитие общества.

Для предотвращения потери информации разрабатываются различные механизмы ее защиты, которые используются на всех этапах работы с ней.

Для защиты информации используют различные способы защиты:

• контроль доступа;
• разграничение доступа;
• дублирование каналов связи;
• криптографическое преобразование информации с помощью шифров.

Вопросы и задания

• Что помогает людям получать информацию?
• Придумайте способ передачи информации.
• Почему важно защищать информацию?
• Какие способы защиты вы знаете?
• Придумайте шифр и зашифруйте фразу «Я учу информатику».

Задание:

Угадайте правило обработки данных исполнителем.

Вход x 1

2

Вход x2

5

1

Выход Y

7

3.5

3

9

10

4

6

1

6

6

9

5.5

6

38

7

20

19

8

5

29

2

99

10.5

52

Y=(X1+X2)/2

Вход x

Выход y

1

мама

Не понимаю

2

крокодил

кукареку

3

4

Ау

ыыы

2

клмн

3

абвгде

0

2

Y = число гласных букв

Измерение информации: содержательный подход

Информация и информационные процессы

Как измерить информацию?

Вопрос: « Как измерить информацию? » очень непростой.

Ответ на него зависит от того, что понимать под информацией. Но поскольку определять информацию можно по-разному, то и способы измерения тоже могут быть разными .

Содержательный подход к измерению информации

Для человека информация — это знания человека . Рассмотрим вопрос с этой точки зрения .

Получение новой информации приводит к расширению знаний. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию .

Отсюда следует вывод, что 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.

Нетрудно понять, что 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.

Информативность сообщения

Но для того чтобы сообщение было информативно оно должно еще быть понятно .

Быть понятным , значит быть логически связанным с предыдущими знаниями человека. Определение « значение определенного интеграла равно разности значений первообразной подынтегральной функции на верх нем и на нижнем пределах », скорее всего, не пополнит знания и старшеклассника, т.к. оно ему не понятно. Для того, чтобы понять данное определение, нужно закончить изучение элементарной математики и знать начала высшей.

Получение всяких знаний должно идти от простого к сложному. И тогда каждое новое сообщение будет в то же время понятным , а значит, будет нести информацию для человека.

Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными.

Единица измерения информации

Очевидно, различать лишь две ситуации: «нет информации» — «есть информация» для измерения информации недостаточно. Нужна единица измерения, тогда мы сможем определять, в каком сообщении информации больше, в каком — меньше.

Единица измерения информации была определена в науке, которая называется теорией информации. Эта единица носит название « бит ». Ее определение звучит так:

Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза, несет 1 бит информации.

Неопределенность знаний о некотором событии — это количество возможных результатов события.

Пример:

После сдачи зачета или выполнения контрольной работы студент мучается неопределенностью, он не знает, какую оценку получил.

«Зачет», «незачет»? «2», «3», «4» или «5» ?

Наконец, преподаватель объявляет результаты, и он получает одно из двух информационных сообщений: «зачет» или «незачет», а после контрольной работы одно из четырех информационных сообщений: «2», «3», «4» или «5».

Информационное сообщение об оценке за зачет приводит к уменьшению неопределенности знания в два раза , так как получено одно из двух возможных информационных сообщений. Информационное сообщение об оценке за контрольную работу приводит к уменьшению неопределенности знания в четыре раза , так как получено одно из четырех возможных информационных сообщений.

Пример:

На книжном стеллаже восемь полок. Книга может быть поставлена на любую из них. Сколько информации содержит сообщение о том, где находится книга?

Задаем вопросы:

- Книга лежит выше четвертой полки?

- Нет.

- Книга лежит ниже третьей полки?

- Да .

- Книга — на второй полке?

- Нет.

- Ну теперь все ясно! Книга лежит на первой полке!

Каждый ответ уменьшал неопределенность в два раза.

Всего было задано три вопроса. Значит набрано 3 бита информации. И если бы сразу было сказано, что книга лежит на первой полке, то этим сообщением были бы переданы те же 3 бита информации.

Формула вычисления количества информации

Если обозначить возможное количество событий, или, другими словами, неопределенность знаний N, а буквой I количество информации в сообщении о том, что произошло одно из N событий, то можно записать формулу:

2 I = N

Количество информации, содержащееся в сообщении о том, что произошло одно из N равновероятных событий, определяется из решения показательного уравнения: 2 I = N .

Задание 1:

Сколько информации содержит сообщение о том, что из колоды карт достали король пик?

Задание 1:

Сколько информации содержит сообщение о том, что из колоды карт достали король пик?

Решение:

В колоде 32 карты. В перемешенной колоде выпадение любой карты равновероятное событие.

N = 32. I - ?

2 I = N

2 I = 32

2 5 = 32

I = 5 бит

Задание 2:

Сколько информации содержит сообщение о выпадении грани с числом 3 на шестигранном игральном кубике ?

Задание 2:

Сколько информации содержит сообщение о выпадении грани с числом 3 на шестигранном игральном кубике?

Решение:

N = 6 . I - ?

2 I = N

2 I = 6

2 2

I = 2.58496 бит

Задание 3:

Сколько информации содержит сообщение о том, что на поле 4х4 клетки одна из клеток закрашена?

В книге 512 страниц. Сколько информации несет сообщение о том, что закладка лежит на какой-либо странице?