РАЗДЕЛ 1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ. 1 Информация
 Скачать 210.98 Kb.
|
|
Предисловие. Информацию можно определить как совокупность сведений, уменьшающих степень неопределенности знаний о конкретных событиях, процессах, явлениях и т. д. При изучении информации учитываются закономерности ее создания, преобразования и использования в различных сферах человеческой деятельности. Поэтому информация как продукт производства и применения отличается, прежде всего, предметным содержанием. Она очень разнообразна и подразделяется по виду обслуживаемой ею человеческой деятельности: научная, техническая, производственная, управленческая, экономическая, социальная, правовая и т.п. Каждый из видов информации имеет свои технологии обработки, смысловую ценность, формы представления и отображения на физическом носителе, требования к точности, достоверности, оперативности отображения фактов, явлений, процессов. Особое место занимает экономическая информация. Это информация является: самой распространенной – с информацией такого рода имеет дело каждое предприятие; очень объемной; имеющей большое влияние на результаты работы предприятий и поэтому требующей адекватной обработки. При изучении данной дисциплины Вы должны овладеть методами и средствами обработки экономической информации, научиться использовать различные информационные системы Основы Теории Информации Тема 1.1. Информация Из истории теории информации Теория информации – базовая наука для информатики, ее создателем является Ральф Хартли, который в 1927 г. определил меру количества информации. В 1948 г. Клод Шеннон предложил абстрактную схему связи, состоящую из пяти элементов: источник информации, передатчик, линия связи, приёмник, адресат, представил формулу вычисления количества информации, сформулировал теоремы о пропускной способности, помехоустойчивости, кодировании. Больцман ввел понятие энтропии, которая характеризует меру беспорядка, хаоса системы. Энтропия максимальна при равновероятном распределении параметров движения молекул. Л. Бриллюэн охарактеризовал информацию как отрицательную энтропию, негэнтропию, меру упорядоченности материальных систем. В 1948 Н.Винер, основоположник науки кибернетики, в своей книге «Кибернетика» сформулировал тезис: «Информация – это информация, а не материя (вещество) и не энергия», поэтому машины могут правильно работать в том случае, если получают от человека необходимую им информацию и в самой точной форме. В середине 50-х годов 20-го века У.Эшби выдвинул концепцию необходимого разнообразия, согласно которой разнообразие управляющей системы должно быть не меньше разнообразия управляемого объекта. В 1965 А.Н.Колмогоров предложил алгоритмический подход к измерению количества информации - минимальная длина программы в количестве команд, позволяющей преобразовать один объект (множество) в другой (множество). Прирост количества информации, содержащейся в результатах расчёта, по сравнению с исходными данными можно измерить. В 1968 году А.Д. Урсул указал на качественные характеристики информации, выделил прагматический аспект, характеризующий ценность информации для получателя. Тема 1.1.1 Основные понятия информации Норберт Винер: «Информация – это информация, не вещество и не энергия, и этого достаточно!» Федеральный закон № 149 от 27 июля 2006 «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» в статье 2 указывает, что информация - это сведения (сообщения, данные), независимо от формы их представления. Википедия дает следующее определение: информация (от лат. informatio - осведомление, разъяснение, изложение) - сведения (сообщения, данные), независимо от формы их представления, понятие, имеющее множество значений, в зависимости от контекста. ГОСТ 7.0-99 определяет информацию как сведения, воспринимаемые человеком и (или) специальными устройствами как отражение фактов материального или духовного мира в процессе коммуникации. Всероссийский институт научной и технической информации РАН (ВИНИТИ РАН), занятый изучением проблем информации,дает определение: "информация - объективное содержание связи между взаимодействующими материальными объектами, проявляющееся в изменении состояний этих объектов, часть знаний, которая используется для управления, обеспечивающая устранение неопределенности в системе, мера разнообразия в объектах и процессах и т. д.". Таким образом, информация - достаточно многообразное и неоднозначно трактуемое понятие в современной науке. Информация характеризует многообразие состояний объектов материального мира, передается от источника к приемнику, при этой передаче источник не теряет исходную информацию (!), что говорит в пользу ее нематериальности. Но информация материализуется на носителе информации, используя определенную систему нотации (кодирования). Принято классифицировать информацию в соответствии с целями исследования или использования информации. Наиболее распространены следующие признаки классификации информации: форма представления сигнала - дискретная, аналоговая; метод кодирования - символьное (алфавитно-цифровое), графическое, звуковое, цветовое, запахи, световое кодирование; представление при восприятии: визуальная, аудиальная, тактильная, органолептическая, электронная (средства вычислительной техники); процедура обработки: входная, промежуточная, выходная; собственник - персональная (личная), общедоступная, корпоративная; предметная область - социальная, экономическая, техническая, военная, политическая, научная, педагогическая, др. Тема 1.1.1.1 Понятие об экономической информации Под экономической информацией понимается информация, характеризующая производственные отношения в обществе. К ней относятся сведения: Экономического характера о процессах производства; О материальных ресурсах; О процессах управления; О финансовых процессах, которые циркулируют в экономической системе. Тема 1.1.1.2 Виды экономической информации Экономическую информацию принято подразделять по следующим основным признакам: функциям управления (использования); уровню управления (месту возникновения). По функциям управления экономическая информация разделяется на плановую, учетную, нормативную, отчетно-статистическую. Плановая информация включает в себя директивные значения планируемых и контролируемых показателей планирования на некоторый период в будущем (пятилетка, год, квартал, месяц, сутки). Например, выпуск продукции в натуральном и денежном выражении, планируемый спрос на продукцию и прибыль от ее реализации и т.д. Учетная информация отражает фактические знания запланированных показателей за определенный период времени. На основании этой информации может быть скорректирована плановая информация, проведен анализ деятельности организации, приняты решения по более эффективному управлению организацией. В качестве учетной информации выступает информация натурального (оперативного) учета, бухгалтерского учета, финансового учета. Например, учетной информацией является: количество деталей данного наименования, изготовленных рабочим за смену (оперативный учет), заработная плата за изготовленные детали (бухгалтерский учет), фактическая себестоимость изготовления деталей (бухгалтерский и финансовый учет). Нормативно-справочная информация содержит различные справочные и нормативные данные, связанные с производственными процессами и отношениями. Это самый объемный и разнообразный вид информации. Достаточно отметить, что в общем объеме циркулирующей в организации информации нормативно-справочная информация составляет 50-60 %. Примерами нормативно-справочной информации могут служить: технологические нормативы изготовления деталей, узлов, изделия в целом; стоимостные нормативы (расценки, тарифы, цены), справочные данные по поставщикам и потребителям продукции и т.д. Отчетно-статистическая информация отражает результаты фактической деятельности организации для вышестоящих органов управления, органов государственной статистики налоговой инспекции и т.д. Например, годовой бухгалтерский отчет о деятельности организации. Классификация экономической информации по уровням управления (месту возникновения) включает в себя входную и выходную информацию. Входная информация – это информация, поступающая в организацию (структурное подразделение) извне и используемая как первичная информации для реализации экономических и управленческих функций и задач управления. Выходная информация – это информация, поступающая из одной системы управления в другую. Одна и та же информация может являться входной для одного структурного подразделения и выходной для другого. При этом форма представления экономической информации может быть: Алфавитно-цифровой (текстовой) – в виде совокупностей алфавитных, цифровых и специальных символов; Графической – в виде графиков, схем, рисунков. Физическим носителем информации может быть: - бумага; - магнитные и оптические диски; - изображения на экране дисплея. Тема 1.1.2 Информация и ее свойства Тема 1.1.2.1 Свойства экономической информации Наиболее существенными свойствами экономической информации являются: смысловое содержание; многообразие форм представления данных; большой объем данных; дискретность значений и структурирование данных; требования к качеству информации и др. В свете идей семиотики (науке о знаках) понятие информации и ее свойств можно рассматривать в трех аспектах: синтаксическом; семантическом; прагматическом. Синтаксический аспект связан с рассмотрением формы и среды представления информации: документ, машинный носитель, память компьютера, а также с оценкой объемов обрабатываемой и хранимой информации, установлением правил преобразования и выбором формата данных и т.п. Информация на синтаксическом уровне традиционно называется данными. На семантическом уровне формируются структурные единицы информации – экономические показатели, проектируется структура базы данных (интегрированная совокупность взаимосвязанных данных), определяется содержание документов и схема документооборота. Семантический аспект требует понимания содержания информации. Прагматический аспект информации связан с оценкой качества и полезности информации для принятия управленческих решений. Качество информации рассматривается на уровне экономического показателя. Он является совокупностью следующих свойств: Репрезентативность информации – методическая правильность формирования экономической информации; выделение наиболее существенных признаков и связей объектов, событий, явлений; измерение, выбор правильных алгоритмов формирования расчетных показателей. Достоверность и полнота. Информация достоверна, если она не искажает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений. Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки. Содержательность информации – максимизация отношения количества полезных данных к их общему объему, т.е. максимизация меры устранения неопределенности. Ценность и актуальность. Ценность информации зависит от того, какие задачи решаются с ее помощью. Актуальную информацию важно иметь при работе в постоянно изменяющихся условиях. Если ценная и актуальная информация выражена непонятными словами, она может быть бесполезной. Информация становится ясной и понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация. Необходимость и достаточность (комплектность) информации для принятия управленческого решения. Доступность и своевременность получения информации. Точность информации на уровне отдельных экономических показателей. Тема 1.1.2.2 Информация в системе управления Информация в системе управления рассматривается как «ресурс управления», имеющий важное стратегическое значение. Информационные ресурсы в значительно степени являются взаимозаменяемыми по отношению к материальным, финансовым и трудовым ресурсам. Организационная форма информационных ресурсов, объем информации, ее качество влияют на эффективность управления. В настоящее время наиболее широко распространены формы организационных ресурсов в виде: коллекции документов, карточек ручного заполнения и поиска; предметных баз данных на машинных носителях; интегрированных баз данных коллективного пользования с применением компьютерных сетей, включая Internet; баз знаний, обеспечивающих получение новой информации на основе системы правил вывода. Для экономической информации характерны: большие объемы; многократное повторение циклов ее получения и преобразования в установленные временные периоды (месяц, квартал, год и т.д.); многообразие ее источников и потребителей; значительный удельный вес логических операций при ее обработке. Эти свойства экономической информации определяют научно-техническую необходимость и экономическую целесообразность использования средств вычислительной техники и прежде всего компьютеров при ее сборе, накоплении, передаче и обработке, что в свою очередь требует умения определять структуру и объемы перерабатываемой информации. Структура экономической информации достаточно сложна и может включать различные комбинации информационных совокупностей, обладающих определенным содержанием. Под информационной совокупностью понимается группа данных, характеризующих объект, процесс, операцию. По структурному составу информационные совокупности можно разделить на: реквизиты; показатели; документы. Элементарными неделимыми единицами экономической информации являются реквизиты, выражающие определенные свойства объекта. Реквизиты подразделяются на реквизиты-признаки и реквизиты-основания. Реквизиты-признаки характеризуют качественные свойства описываемого объекта (время и место действия, фамилия, имя, отчество исполнителя, наименование работы и т.д.). Реквизиты-основания дают количественную характеристику явлений, выраженную в определенных единицах измерения (сумма вклада в рублях, ставка налога в процентах и т.д.). Отдельно взятые реквизиты-признаки и реквизиты- основания экономического смысла не имеют, поэтому применяются только в сочетании друг с другом. Совокупность логически связанных реквизитов-признаков и реквизитов-оснований, имеющая экономический смысл, образует показатель. Тема 1.1.3 Виды информации Основные виды информации: Научная информация. Это логическая информация, адекватно отображающая объективные закономерности природы общества мышления. Научную информацию делят по областям получения или использования (техническая, биологическая, политическая и т.д.); по назначению (массовая и специальная); по видам носителя (на бумаге - документальная, на магнитной ленте, в памяти ЭВМ). Техническая информация. Она используется и возникает при решении новых задач (конструирование, технологические процессы и т.д.). Научно-техническая информация - объединение первых двух. Технологическая информация - она циркулирует в сфере материально - технического производства. Планово-экономическая информация содержит интегральные сведения о ходе производств, экономических показателях. Верхним уровнем информации являются знания. Знания возникают как итог теоретической и практической деятельности. Информация в виде знаний отличается высокой степенью структурированности. По мере развития общества информация как совокупность научно-технических знаний превращается в базу информационного обслуживания общества во всех видах его деятельности. Наряду с энергией, полезными ископаемыми и т.д. информация является ресурсом общества. По мере продвижения технологического прогресса информационный ресурс становится наиболее важным национальным ресурсом. Эффективность промышленной эксплуатации информационных ресурсов определяет экономическую мощь страны. Технологическую базу формирования и эксплуатации информационных ресурсов создает индустрия ЭВМ. Однако перекачивание трудовых ресурсов из сфер материального производства в информационную ведет к эре "информационного кризиса". В настоящее время признаки такого кризиса: Удвоение объема информации, накопленных научных знаний - 2-3 года. Материальные затраты на хранение, передачу и переработку информации превышают расходы на энергетику. Уровень радиоизлучений на отдельных участках земли приближается к уровню радиоизлучения солнца. Тема 1.1.4 Связь понятий «данные», «информация», «знание» В информатике данные (data) – это представление фактов и идей в формализованном виде на материальном носителе, пригодном для передачи и обработки в некотором информационном процессе. Они выступают как источник информации, извлекаемой из данных путем обработки. При этом результаты обработки фиксируются в виде новых данных. Данные – это неупорядоченные символы, рассматриваемые безотносительно к какому-либо контексту. Данные рассматриваются как сырье, факты. Информация - выделенная, упорядоченная часть базы данных, обработанная для использования. Информация рассматривается как результат обработки данных в соответствии с алгоритмом обработки. Термин знание имеет многообразную трактовку: форма существования и систематизации результатов познавательной деятельности человека; субъективный образ реальности, в форме понятий и представлений; информация, позволяющая решать поставленную задачу, достичь поставленной цели. В информатике знание является обязательным атрибутом интеллектуальных систем, представляется в виде базы знаний и правил вывода для принятия решений. Знания могут быть представлены в форме данных (в виде текста на некотором формальном языке: в виде сети, задающей связи разного рода между элементами знаний), но знания более высокая степень организации данных, они обладают способностью управлять информационными процессами (вычислениями). Знания делятся на отдельные фрагменты – фреймы, которые могут быть связаны друг с другом родовидовыми отношениями, могут быть и узлами семантических сетей. Знания должны иметь прагматическую ценность. Процесс формирования знания схематично выглядит как: «данные – информация – знание – понимание – мудрость». Знание – это формулировка существующих тенденций или сущностных связей между явлениями, представленными в информации, которое может служить руководством для принятия конкретных решений и действий. Знание являются результатом восприятия и понимания информации в контексте опыта при систематическом изучении. Понимание - осознание закономерности, содержащейся во множестве разрозненных знаний. Мудрость — оцененное понимание закономерности с точки зрения прошлого и будущего. Мудрость обеспечивает эффективное использование знаний для получения новой информации и расширения области познаний Тема 1.2 Носители и форма представления информации - Тема 1.2.1. Форма представления информации  По форме представления различают аналоговую и дискретную информацию. На рис. 1 представлена аналоговая форма сигналов (телевидение, телефония, радиовещание), аналоговые сигналы описываются математической функцией времени. Дискретные сигналы (рис. 2) замеряются в дискретные моменты времени. Квантование обеспечивает выбор уровней (шкал) для измерения дискретного сигнала.  Цифровой сигнал (рис. 3) является результатом квантования дискретного сигнала.  Передаваемая информация представляется на носителях, различают: волновые, материальные носители (рис. 4).  Рис. 4 Типы носителей информации Понятие информации предполагает наличие двух объектов: источника информации и потребителя; важно, чтобы информация для потребителя имела смысл, чтобы он мог эффективно ее использовать для достижения своих целей. Тема 1.2.2 Единицы измерения информации На синтаксическом уровне изучения информации дается оценка объема данных и количества разнообразных кодовых комбинаций, зависящих от выбранной системы кодирования. Так, количество разнообразных кодов (N) для информационного сообщения длиной n разрядов, представленного с помощью системы кодирования с основанием m, равен: Наиболее известны формулы Р. Хартли (1928), X. Найквиста (1924), Клода Шеннона (1948), используемые для оценки количества информации. К.Шеннон использовал понятие энтропии - меры неопределенности состояния системы. Информация снимает неопределенность, уменьшает энтропию системы, поэтому количество информации в сообщении I можно измерить через уменьшение энтропии системы. Энтропия Э системы, имеющей K возможных состояний, которые она принимает с вероятностью Pk , равна (в основании логарифма используется 2 и 10):  Если все состояния равновероятны,  Э вычисляется как логарифм их количества: Максимальное количество информации о системе, имеющей N разнообразных состояний с помощью информационного сообщения длиной n разрядов и системы кодирования с основанием m,равно:  Для оценки количества информации используются основания логарифма 2 и 10, соответственно, бит, дит. Например, информационное сообщение о том, что из 16 возможных цветов выбран один определенный цвет, содержит:  Информационное сообщение о том, что мальчик Петров и девочка Иванова сидят вместе за одной партой, при условии, что в классе 12 мальчиков и 18 девочек, содержит:  Один бит – это один двоичный разряд. Соответственно, в каждом бите может храниться один из двух символов 0 или 1. Восемь битов образуют следующую единицу представления информации - байт. Соответственно в каждом байте может храниться 28 различных комбинаций кодов. Следующие по величине единицы измерения информации – Кбайт (Кб) 1 Кб= 1024 В. Аналогичным образом связаны и следующие единицы измерения информации (табл.1), например: 1 Мегабайт (МВ) = 210 КВ = 1024 КВ. Характерным носителем информации является сообщение, - все то, что подлежит передаче. Это может быть электрический сигнал, или сигнал другого рода энергии, передаваемый по выбранной физической среде.  Тема 1.2.3 Представление информации в компьютере Для унификации (единообразия) представления в компьютере различной информации (текстовой, аудио-, видео-, и т.д.) используют ее кодирование. Вся информация в компьютере представляется в двоичном коде (в виде последовательности единиц и нулей). Тема 1.3 Информационные процессы Википедия дает следующее определение информационного процесса «Информационный процесс — процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и использования информации». В результате исполнения информационных процессов осуществляются информационные права и свободы, выполняются обязанности соответствующими структурами производить и вводить в обращение информацию, затрагивающую права и интересы граждан, а также решаются вопросы защиты личности, общества, государства от ложной информации и дезинформации, защиты информации и информационных ресурсов ограниченного доступа от несанкционированного доступа. С точки зрения информационного права, при выполнении информационных процессов возникают общественные отношения, подлежащие правовому регулированию в информационной сфере. Итак, в расширенном виде Информационный процесс - совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр.), для получения какого-либо результата (достижения цели). Информация проявляется именно в информационных процессах. Информационные процессы всегда протекают в каких-либо системах (социальных, социотехнических, биологических и пр.). Информационные процессы взаимодействия объектов материального мира (рис. 5) можно структурировать: 1) перенос (запись) информации источником на носитель — кодирование; 2) передача сигнала по каналу связи; 3) преобразования кода сигнала в код получателя — декодирование; 4) обработка преобразованного кода получателем.  Для каждого процесса существуют свои ИТ. Характерными чертами современных ИТ являются: сокращение трудозатрат на выполнение процедур обработки информации, повышение качества обработки информации; интерактивный характер обработки информации, ориентация на широкий круг пользователей и коллективный характер работы с информационными и вычислительными ресурсами; обеспечение единого информационного пространства ИТ, коллективная работа с информационными и вычислительными ресурсами на основе компьютерных сетей и систем телекоммуникаций; поддержка многосредовости (мультимедийности) ИТ, безбумажной технологии и др. Информационные технологии можно разделить на классы: Общего назначения ИТ (работа с текстовыми документами, вычисления в электронных таблицах, ведение баз данных, работа с компьютерной графикой и т.п.). Методо-ориентированные ИТ, обеспечивающие применение особых моделей и алгоритмов для решения задач (математического аппарата, статистики, управления проектами и т.п.). Проблемно-орентированные ИТ, учитывающие специфику предметной области, информационных потребностей пользователей. Информационные технологии развиваются в следующих направлениях: компьютерная техника; средства связи и коммуникации; программные средства; методология организации проектных работ по созданию ИС. Развитие ИТ связано: с прогрессом в области аппаратных средств обработки данных (ЭВМ, носителей информации, средств коммуникации и связи и прочее), промышленных технологий производства элементной базы компьютеров; развитием методов и инструментальных средств разработки программного обеспечения, способов хранения и поиска данных на машинных носителях; совершенствованием методов организацией труда коллективов разработчиков ИТ; ростом информационных потребностей конечных пользователей, требований повышения эффективности бизнес-систем. Вопросы для самопроверки Дайте определение информации. Дайте определение понятию экономическая информация. Что такое энтропия? Из каких элементов состоит абстрактная схема Шеннона? Дайте определение понятию экономическая информация. Перечислите классы информации по функциям управления. Как классифицируется информация по уровням управления? Дайте определение синтаксическому аспекту информации? Что характеризует семантический аспект информации? Что характеризует прагматический аспект информации? Дайте определение понятию реквизит применительно к информации. Дайте определение понятию показатель применительно к информации Перечислите основные виды информации. Дайте определения понятиям данные. Как связаны между собой понятия знания – понимание - мудрость. Дайте определение понятию информационным процессам. Перечислите основные информационные процессы взаимодействия объектов материального мира. Назовите основные классы информационных технологий. Что осуществляются в результате исполнения информационных процессов ? Вопросы для подготовки Дайте определение Теории информации Что использует и чем оперирует «Теория информации» Какие объекты входят в схему системы связи. Назовите основные разделы теории информации. Дайте определение трем законам теории информации. Что определяет семантическая мера количества информации. Что понимают в теории информации под информацией Какое свойство информации, описывающее ее максимально Напишите формулу Хартли. Напишите формулу Шеннона. Дайте описание алфавитного подхода измерения количества информации. Перечислите пять компонентов информационного взаимодействия. Какое свойство информации характеризует удобство формы информации для пользователя. Что такое защищенность информации. Какое свойство информации, описывающее ее в соответствии с текущим моментом времени. Что такое релевантность информации Что такое кодирование информации . Какое свойство информации, отражающее объективное отражение информации Для чего используется код Хэмминга Дайте определение пикселю. Переведите число 11001 в десятичную систему счисления Укажите, какое значение получится в результате выполнения арифметического действия: 111001+10101 Переведите число1.756E-02, записанное в научном формате, в число с фиксированной точкой Переведите число-3.858Е01, записанное в научном формате, в число с фиксированной точкой Переведите число -101.1 с фиксированной точкой в научный формат Переведите число -0.006 с фиксированной точкой в научный формат Какое значение получится в результате выполнения арифметического действия:23(16)-14(8)+110(2)=Х(5) Поставьте знак неравенства между двумя числами: 25(16) 100(8) Поставьте знак неравенства между двумя числами: 60(3) 42(5) Какое значение получится в результате выполнения арифметического действия: 24(8)/22(4)+11(3)=Х(2) Считая, что каждый символ (включая пробел) кодируется одним байтом, оцените информационный объем следующего предложения: Мал золотник, да дорог! Считая, что каждый символ (включая пробел) кодируется одним байтом, оцените информационный объем следующего предложения: Весна идет! . Световое табло состоит из лампочек, каждая из которых может находиться в двух состояниях («включено» или «выключено»). Какое наименьшее число лампочек должно находиться на табло, чтобы с его помощью можно было передать 50 различных сигналов? . Двоичная система счисления основана на использовании: Сколько бит содержится в трех битах Сколько бит занимает пробел в памяти ПК. |