ответы основы информоционных систем. ОИС отв. Жйелер теориясыны негізгі элементтерін натылап крсетііз. Жйені асиеттерін атаыз жне р асиетіне сипаттама берііз
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
Ақпараттың құрылымдық өлшемдерін атаңыз. Құрылымдық, геометриялық, аддитивті өлшемдерге толық сипаттама беріңіз. Аддитивті өлшемге мысал келтіріңіз Цифрлық ақпаратты сығу әдістерін атаңыз. Әр сығу әдісіне мысал келтіріңіз. Цифрлық ақпаратты сығу әдістері. Ақпараттың артықтығы Қазақ тілінде кейбір әріптерді «жоғалту» жағдайында да оқуға болатын сөздер бар. Мысалы, ақп_р_т, аға_ , қағ_з. Ана тілінде жай мәтін артық ақпараттан тұрады, оны алып тастағанмен, мәтіннің мағынасы өзгермейді. Егер алғашқы ақпаратты декодтауға қарағанда, алынған кодта бит саны артық болса, онда ақпаратты кодтау артықтық болып табылады, Ақпаратты сақтау және беру нақты ресурстар шығынын қажет етеді. Деректерді сығу (сақтау немесе байланыс каналы арқылы беру алдында) осы шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Ақпараттарды сығудың теориялық негізі 1940 жылдардың соңында қалана бастады. К.Шеннонның мақаласы жарияланды: «Коммуникацияның математикалық теориясы». Ақпаратты сығу – деректерді берудің маңызды аспектісі, бұл деректерді жедел түрде беруге мүмкіндік береді. Сығу мақсаты – берілген ақпаратты сақтау және беру үшін қажетті бит санын азайту, бұл ақпаратты үнемді және тиісмді түрде жазуға мүмкіндік береді. Сығу әдістерін екі үлкен топқа бөлуге болады: қайтарылатын және қайтарылмайтын. Қайтарылатын алгоритмдер кіріс деректерін ең ықшам кодталатын формаға келтіре отырып, тек кіріс деректерінің берілу тәсілін өзгертеді. Мұндай алгоритмдер үшін кері алгоритм бар, олар сығылған жиымнан алғашқы деректерді қалпына келтіре алады. Қайтарылатын алгоритмдерді кез-келген типті деректерді сығу үшін қолдануға болады. Ақпаратты жоғалтпай сығылатын файлдар форматтары: • GIF, TIF, PCX, PNG — графиктік деректер үшін; • AVI — кезектесетін видео- және дыбыс деректері үшін; • ZIP, ARJ, RAR, LZH, LH, CAB — деректердің кез-келген типі үшін Егер сығу кезінде деректер жоғалмайтын болса, онда сығу әдісі қайтарылатын деп аталады Қайтарылатын әдістердің негізгілері: 1. қаттау әдісі; 2. Хаффман алгоритмі; 3. RLE алгоритмі; 4. Лемпель—Зив алгоритмі. Сығу коэффициенті Қысу коэффициенті-негізгі қолданбалы сапаны көрсететін қысу алгоритмінің негізгі сипаттамасы. Ол сығылмаған деректер өлшемінің Сығылған деректерге қатынасы ретінде анықталады, яғни: k = So / Sc, мұнда k-сығу коэффициенті, So — сығылмаған деректердің мөлшері, ал Sc-Сығылған деректердің мөлшері. Осылайша қысу коэффициенті жоғары болған сайын алгоритм жақсы. Атап өткен жөн: егер K = 1 болса, онда алгоритм сығылмайды, яғни кіріс қатынасына тең Шығыс хабарын алады; егер K < 1 болса, онда алгоритм қысу кезінде қысылмаған хабарламадан үлкен көлемді хабарламаны тудырады, яғни "зиянды" жұмыс жасайды. K < 1 жағдай қысу кезінде әбден мүмкін. Кез келген деректер кезінде ұзындығы аз немесе тең деректер пайда болатын жоғалтусыз қысу алгоритмін алу мүмкін емес. Бұл фактіні негіздеу мынада, ұзындығы N Шаблон түрлі хабарламалар саны: e: бит дәл 2n құрайды. Сонда ұзындығы аз немесе n-ге тең түрлі хабарламалар саны (ең болмағанда ұзындығы аз бір хабарлама болған жағдайда) 2n-ден аз болады. Бұл дегеніміз, барлық бастапқы хабарларды Сығылған деп бір мәнді салыстыру мүмкін емес: немесе кейбір бастапқы хабарламалардың Сығылған көрінісі болмайды, немесе бірнеше бастапқы хабарламаларға бір қысылған бірдей сәйкес келеді, демек оларды ажыратуға болмайды. Қысу коэффициенті Тұрақты коэффициент болуы мүмкін (кейбір дыбыс қысу алгоритмдері, сурет және т.б., мысалы А-заң, μ-заң, ADPCM) және айнымалы. Екінші жағдайда ол қандай да бір нақты хабарлама үшін анықталуы немесе кейбір өлшемдер бойынша бағалануы мүмкін: орташа (әдетте кейбір тестілік деректер жиынтығы бойынша); максималды (ең жақсы сығу жағдайы); ең аз (ең аз қысу жағдайы); немесе қандай да бір басқа. Шығындармен қысу коэффициенті бұл ретте қысудың рұқсат етілген қателігіне немесе оның сапасына байланысты болады, ол әдетте алгоритм параметрі ретінде әрекет етеді. Ысыраптарға жол беру Қысу алгоритмдері арасындағы айырмашылықтың негізгі өлшемі жоғарыда сипатталған жоғалтулардың болуы немесе болмауы болып табылады. Жалпы жағдайда шығынсыз қысу алгоритмдері оларды кез келген түрдегі деректерде қолдануға болатын мағынада әмбебап болып табылады, ал шығындарды қысуды қолдану негізделуі тиіс. Кейбір деректер түрлері қандай да бір шығындарды қабылдамайды: олардың семантикасының өзгеруіне алып келетін символдық деректер: бағдарламалар және олардың бастапқы мәтіндері, екілік массивтер және т. б.; өзгерістер қиын қателіктерге әкелуі мүмкін өмірлік маңызды деректер: мысалы, медициналық өлшеу техникасынан немесе ұшу, ғарыш аппараттарынан және т. б. алынған. бірнеше рет сығылған және сығылған деректер: жұмыс графикалық, дыбыстық, бейне файлдары. Алайда шығындармен қысу нашар қысылатын саналы емес ақпаратты жою есебінен қысудың әлдеқайда үлкен коэффициенттеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді. Мысалы, FLAC жоғалтусыз дыбысты қысу алгоритмі көп жағдайда дыбысты 1,5-2,5 есе қысуға мүмкіндік береді, ал Vorbis жоғалтулары бар алгоритм орнатылған качетсва параметріне байланысты дыбыстың қолайлы сапасын сақтай отырып, 15 ретке дейін қысылуы мүмкін. Алгоритмдердің жүйелік талаптары Әр түрлі алгоритмдер орындалатын есептеуіш жүйенің әртүрлі ресурстарын талап ете алады: жедел жады (аралық деректер бойынша)); тұрақты жады (бағдарлама коды және тұрақты); процессорлық уақыт. Жалпы, бұл талаптар алгоритмнің күрделілігіне және "интеллектуалдық" күрделілігіне байланысты. Жалпы тенденция бойынша, жақсы және әмбебап алгоритм, машинамен үлкен талаптар қояды. Бірақ ерекше жағдайларда қарапайым және ықшам Алгоритмдер жақсы жұмыс істей алады. Жүйелік талаптар олардың тұтынушылық қасиеттерін анықтайды: алгоритм неғұрлым аз талап етіледі, әсіресе қарапайым, демек, жинақы, сенімді және арзан жүйеде ол жұмыс істей алады. Өйткені қысу алгоритмдер және разжатия жұмыс істейді, жұппен, онда бар сондай-ақ, арақатынас жүйелік оларға қойылатын талаптар. Жиі бір алгоритмді күрделендіре аласыз. Осылайша біз үш нұсқасы бар: Сығу алгоритмі сығу алгоритмінен гөрі ресурстарға әлдеқайда талап етеді. Бұл ең көп таралған қатынас және ол негізінен бір рет қысқа деректер бірнеше рет пайдаланылатын жағдайларда қолданылады. Мысал ретінде сандық аудио және бейне ойнатқыштарды келтіруге болады. Қысу және қысу алгоритмдері шамамен тең талаптарға ие. Байланыс желісі үшін ең қолайлы нұсқа, қысу және сығу бір рет оның екі шетінде болады. Мысалы, бұл телефония болуы мүмкін. Сығу алгоритмі сығу алгоритміне қарағанда айтарлықтай аз талап етіледі. Өте экзотикалық жағдай. Таратқыш ультрапортативті құрылғы болған жағдайда қолданылуы мүмкін, онда Қол жетімді ресурстардың көлемі өте қиын, мысалы, ғарыш аппараты немесе үлкен таралған датчиктер желісі, немесе бұл деректерді тарату жағдайдың өте аз пайызында талап етіледі, мысалы, бейнебақылау камераларын жазу. Шеннон-Фано кодын құру қағидаларына шолу жасаңыз. Шеннон-Фано кодына мысал келтіріңіз. Шеннон-Фано алгоритмі— американдық ғалымдар Шеннон және Р.Фано алғаш рет жасаған сығу алгоритмі. Шеннон-Фано алгоритмі хабарламалардың артықтығын қолданады. Шеннон-Фано алгоритмі әдісі Хаффман алгоритміне өте ұқсас. Алгоритм ұзын айнымалы кодын қолданады: жиі кездесетін символ қысқа кодпен кодталады, сирек кездесетін символ ұзын кодпен кодталады. Шеннон-Фано коды префиксті болып табылады, ешбір кодтық сөз басқа кодтық сөздің префиксі болып табылмайды. Бұл қасиет кез-келген кодтық сөзді декодтауға мүмкіндік береді. Негізгі кезеңдері: m1 алғашқы алфавитінің белгілері ықтималдылықтарының кему реті бойынша жазылады; пайда болған алфавит белгілері екі бөлікке бөлінеді, бір – біріне максималды жақын белгілердің қосынды ықтималдылықтары; префиксті кодта алфавиттің бірінші бөлігі үшін екілік жүйедегі «0» саны меншіктеледі, екінші бөлігіне – «1». пайда болған бөліктер рекурсивті түрде бөлінеді және олардың бөліктері болып сәйкесінше префиксті кодтағы екілік жүйе сандары есептеледі. Шеннон-Фано коды ағаш түрінде тұрғызылады. Ағаштың тұрғызылуы түбірінен басталады.  Мысал:a, b, c и d төрт символдан тұратын әліпби берілсін. Әр символды кодтау үшін 2 бит жеткілікті. a – 00, b – 01, c – 10, d – 11. Сонымен ababcaacdb хабарламасы 20 битпен кодталады. ababcaacdb хабарламасы бойынша әр символдың үлесін анықтайық және оларды үлестің кемуі бойынша кестеге орналастыру керек.
Үлестердің қосындысы әр бөлікте аз ерекшеленетіндей етіп, кестені екіге бөлеміз. Бірінші бөліктегі символдар коды 0-ден, ал екіншісі 1-ден басталсын:
Кестенің бір символдан артық бөліктеріне осы процедураны қайталаймыз:
Сонымен әліпби символдары үшін жаңа код алынды: a – 0, b – 10, c – 110 и d – 111. аbabcaacdb хабарламасы 19 битті құрайды. Кодтық ағашқа мысал: Бастапқы белгі: A (кездесу жиілігі 50) B (кездесу жиілігі 39) C (кездесу жиілігі 18) D (кездесу жиілігі 49) E (кездесу жиілігі 35) F (кездесу жиілігі 24)  Пайда болған код: A -11, B – 101, C – 100, D – 00, E – 011, F – 010. Орыс алфавитінің 32 әрпін алайық. Бұл дыбыстардың жиіліктері белгілі. Алфавитте бос орын да бар, оның жиілігі 0,145 болады. Кодтау тәсілі келесі кестеде берілген.  әріп  Бұл кодтың орташа ұзындығы: k = 4.45 бит/әріп; Энтропия Н = 4.42 бит/әріп. Пайда болған кодтың эффективтілігін энтропияның кодтың орташа ұзындығына қатынасы ретінде қарастыруға болады. Ол мынаған тең: 0.9947. мәні бірге тең болған кезде код оптималды болып табылады. Егер біз кодты біртекті ұзындық k7 = log32 = 5-пен кодтаған болсақ, онда эффективтілігі әлдеқайда төмен болған болар еді:  Бөгеуілге төзімді кодтар және оларға қойылатын талаптарды атаңыз. Хемминг кодының алгоритмін түсіндіріңіз. Мысал келтіріңіз. Сигналдарды беру кезінде сигналдар бөгеуілдердің ықпалына ұшырайды. Бөгеуіл дегеніміз кез-келген кедергі жасатын сыртқы әсерлер немесе ауытқулар, сонымен қатар аппаратураның өзіндегі сигналдардың бұрмалануы (аппаратурадағы кедергілер). Бөгеуілдер өндірістік, атмосфералық, кездейсоқ, сыртқы және ішкі болады. Мысалы, атмосфералық бөгеуілдерге найзағайды, құйынды, шықты және күн сәулесін жатқызуға болады. Бөгеуілге орнықтылық дегеніміз байланыс каналдарындағы бөгеуілдерге қарамай ақпаратты қабылдауды жүзеге асыратын жүйенің қабілеттілігі. Ақпараттық жүйелерді талдау кезінде жүйенің бөгеуілге орнықтылығының екі түрі ажыратылып көрсетіледі: статикалық және динамикалық. Статикалық бөгеуілге орнықтылық жалған сигналдардың орта санымен бағаланады, ал динамикалық бөгеуілге орнықтылық жалған командалардың орташа санымен бағаланады. Бөгеуілге орнықтылық теориясының негізін қалаған академик В. А. Котельниковтың негізгі еңбектерінің бірі – «Потенциалды бөгеуілге орнықтылық теориясы». В.А. Котельников берілген бөгеуіл кезінде ақпаратты берудің бөгеуілге орнықтылығын потенциалды бөгеуілге орнықтылық деп атады. Ақпаратты берудің әр түрлі нұсқаларын таңдау, ақпаратты берудің әдістері мен алгоритмдерінің бөгеуілге орнықтылығын талдау, ақпаратты берудің оңтайлы тәсілдері мен алгоритмін техикалық түрде жүзеге асыру бөгеуілге орнықтылық теориясының негізгі есептері болып табылады. Жиі қайталанатын бөгеуілдермен күрестің негізгі әдістері: бөгеуілдер деңгейіне қарағанда сигнал деңгейін жоғарылату, қателерді табу және түзету үшін кодтарды тұрғызу. Қазіргі кезде дискретті байланыс каналдарына қызығушылық танытылуда. Бұл жүйелердегі берілетін дискретті хабарламалар кодтауға келеді. Бөгеуілге орнықты кодтың қарапайым кодтан айырмашылығы, байланыс каналдарында рұқсат етілген разрядтар санынын тұратын кодтық комбинациялар беріледі, ал қолданылмаған кодтық комбинациялар рұқсат етілмеген деп аталады. 1.N = 32 ақпараттық бірлестіктерінің саны бойынша бір қатені түзететін кодта қанша ақпараттық белгі бар. 2. Жалпы санның түзету кодының артықшылығын анықтау код комбинациясы N = 256. 3. 100110 екілік санымен ондық жүйеге ауысу. 4. Паритет ережесімен жылдам кодтар: 010101100011 111110001100 000010001010. 5. Хамминг кодының орналасуын құрыңыз, кодының 00101 Huffman кодының түзету биттерінің мәндерін анықтаңыз. 6.Хемминг коды 1111 1011 хабарламасында қатені табу 0010 1100 1101 1100 110. 7. Хамминг коды арқылы жасалған болса, код сөздерінің дұрыс екенін тексеріңіз. Егер жоқ болса, бастапқы деректерді табыңыз. -010101100011 -111110001100 -000010001010 8. 10011010 тізбегін ескере отырып, Хамминг кодын кодтаңыз. H-01000100, a-00111101, b-00111110, r-01001000 (бастапқы хабар екі блокада 16 битке бөлінген): «Хабр» 10. Алдыңғы тапсырманың 6 хабарламасы 11-ші қатеде қате алынды бит Қатені табу. Шулы каналдардағы артықтыққа анықтама беріңіз және сипаттаңыз. Мысал келтіріңіз. Өзара ақпарат және орташа өзара ақпаратқа анықтама беріңіз және формулаларын жазыңыз. Қасиеттерін атаңыз. |