Учебник_Информатика. Стандарт третьего поколениян. В. Макарова, В. Б. Волков
 Скачать 14.49 Mb.
|
|
системой: Здесь — ценность информационного сообщения р для системы управления у ; Я(у) — априорный ожидаемый экономический эффект функционирования си стемы управления у; Я — — ожидаемый эффект функционирования системы у I p J при условии, что для управления будет использована информация, содержащаяся в сообщении р. Для сопоставления введенные меры информации представим в табл. 1.1. Кроме трех перечисленных иногда выделяется еще один класс информаци онных мер, структурный, в который включают геометрическую, комбинаторную и адаптивную меры. Адаптивная мера (мера Хартли) уже была рассмотрена в составе синтаксиче ской меры. Геометрическая мера предполагает измерение параметра геометрической модели информационного сообщение (длины, площади, объема) в дискретных единицах. Например, геометрической моделью информации может быть линия единичной длины, квадрат или куб. Максимально возможное количество информации в за данных структурах определяет информационную емкость модели (систему), кото рая описывается как сумма дискретных значений по всем измерениям. В комбинаторной мере количество информации определяется как число ком бинаций элементов (символов). Возможное количество информации совпада ет с числом возможных сочетаний, перестановок или размещений элементов. Комбинирование символов в словах, состоящих только из 0 и 1, меняет значение слов. Таблица 1.1. Единицы измерения информации и примеры Мера информации Единицы измерения Примеры (для компьютерной области) Синтаксическая Степень уменьшения неопреде ленности (шенноновский подход) Вероятность события Единицы представления инфор мации (компьютерный подход) Бит, байт, Кбайт и т. д. Семантическая Тезаурус Пакет прикладных программ, персо нальный компьютер, компьютерные сети и т. д. Экономические показатели Рентабельность, производительность, коэффициент амортизации и т. д. 1.3. Качество информации 25 Мера информации Единицы измерения Примеры (для компьютерной области) Прагматическая Ценность использования Емкость памяти, производительность компьютера, скорость передачи данных ИТ. д. Денежное выражение Время обработки информации и при нятия решений 1.3. Качество информации Под качеством информации понимается такая совокупность свойств, которая обусловливает ее способность удовлетворять определенные потребности людей. Основными потребительскими показателями качества информации являются: репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность, устойчивость. Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и фор мирования в целях адекватного отражения свойств объекта. Важнейшее значение здесь имеют □ правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие; □ обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого яв ления. Нарушение репрезентативности информации приводит нередко к существен ным ее погрешностям. Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему об рабатываемых данных: С увеличением содержательности информации растет семантическая пропуск ная способность информационной системы, так как для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных. Наряду с коэффициентом содержательности С, отражающим семантический аспект, можно использовать и коэффициент информативности Y, характеризу ющийся отношением количества синтаксической информации (по Ш еннону) к объему данных: Достаточность (полнота) информации означает, что ее состав (набор по казателей) минимален, но достаточен для принятия правильного решения. По нятие полноты информации связано с ее смысловым содержанием (семантикой) и прагматикой. Как неполная, то есть недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых пользователем решений. 26 Глава 1. Представление об информации Доступность информации восприятию пользователя обеспечивается выпол нением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, в информационной системе информация преобразуется к доступной и удобной для восприятия пользователем форме. Это достигается, в частности, и путем со гласования ее семантической формы с тезаурусом пользователя. Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности ин формации для управления на момент использования и зависит от динамики из менения ее характеристик, а также от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации. Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назна ченного момента времени, согласованного с временем решения поставленной за дачи. Точность информации определяется степенью близости получаемой информа ции к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п. Для информации, отображаемой цифровым кодом, известны четыре классификационных понятия точности: □ формальная точность измеряется значением единицы младшего разряда числа; □ реальная точность определяется значением единицы последнего разряда числа, верность которого гарантируется; □ максимальная точность представляет собой точность, которую можно получить в конкретных условиях функционирования системы; □ необходимая точность определяется функциональным назначением показателя. Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально суще ствующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность инфор мации доверительной вероятностью необходимой точности, то есть вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности. Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость инфор мации, как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования. В заключение следует отметить, что такие параметры качества информации, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, устойчивость, целиком определяются на методическом уровне разработки информационных систем. Параметры актуальности, своевременности, точности и достоверности также в большей степени обусловливаются на методическом уровне, однако на их величину существенно влияет еще и характер функционирования системы, в пер вую очередь ее надежность. При этом параметры актуальности и точности жестко связаны, соответственно, с параметрами своевременности и достоверности. 1.4. Информационные процессы 27 1.4. Информационные процессы Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и исполь зованием информации, называются информационными. Методы поиска информации: □ непосредственное наблюдение; □ общение со специалистами по интересующему вас вопросу; □ чтение соответствующей литературы; □ просмотр видео, телепрограмм; □ прослушивание радиопередач, аудиокассет; □ работа в библиотеках и архивах; □ запрос к информационным системам, в том числе базам и банкам компьютерных данных; □ поиск информации в Интернете; □ другие методы. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга — библиотека, картина — музей, фотография — альбом). ЭВМ может рассматриваться как устрой ство для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации. Между источником и приемником действует канал передачи инфор мации — канал связи. Канал связи — совокупность технических устройств, обе спечивающих передачу сигнала от источника к получателю. Кодирующее устрой ство — устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи. Декодирующее устройство — устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное (рис. 1.3). Деятельность людей всегда связана с передачей информации. В процессе передачи информация может теряться и искажаться, в качестве примеров можно привести искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изо бражения в телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. 28 Глава 1. Представление об информации Помехи Рис. 1.3. Передача информации по каналу связи Каналы передачи сообщений характеризуются пропускной способностью и по мехозащищенностью. Каналы передачи данных делятся на симплексные (с переда чей информации в одну сторону, например телевидение) и дуплексные (по которым можно передавать информацию в оба направления, например телефон, телеграф). По каналу могут одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах. Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых по нему в отсутствие помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала. Для повышения поме хозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние символы. Эти символы не имеют реального содержания, но используются для контроля правильности сообщения при получении. С точки зрения теории информации избыточно все то, что делает литературный язык красочным, гибким, богатым оттенками, много плановым, многозначным. После решения задачи обработки информации результат должен быть выдан конечным пользователям в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе реше ния задачи выдачи информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц. Защита информации в более узком смысле понимается как предотвращение доступа к информации лицам, не имеющим соответствующего разрешения (несанк ционированный, нелегальный доступ), непредумышленного или недозволенного использования, изменения или разрушения информации. Наиболее эффективным средством организации информационных процессов является информационная система, оснащенная средствами ввода, поиска, раз мещения, обработки и выдачи информации. Наличие таких средств — главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. 1.5. Кодирование при передаче и хранении информации 29 В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определен. Благодаря ему, поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений реа лизованы в виде стандартных, формализованных процедур. 1.5. Кодирование при передаче и хранении информации Путем кодирования производится отображение одного набора знаков в другой набор знаков. Отображаемый набор знаков называется исходным алфавитом, а на бор знаков, который используется для отображения, — кодовым алфавитом. Для построения кода применяются как отдельные символы кодового алфавита, так и их комбинации. Совокупность символов кодового алфавита, применяемых для кодирования одного символа или одной комбинации символов исходного алфавита, называется кодом символа. Взаимосвязь символов или комбинаций символов исходного алфавита с их кодовыми комбинациями составляет таблицу кодов (таблицу соответствия). Для получения исходных символов по кодам символов применяют процедуру декодирования. При этом обязательно соблюдение условия: код должен быть одно значным, то есть одному исходному знаку должен соответствовать точно один код и наоборот. Виды кодирования зависят от поставленной цели. □ Кодирование по образцу — каждый знак дискретного сигнала представляется знаком или набором знаков того алфавита, в котором выполняется кодирова ние. Кодирование по образцу используется, например, для ввода информации в компьютер с целью ее внутреннего представления. Пример. Для перевода символов, вводимых с клавиатуры, в числовой код, хра нящийся в памяти компьютера, используется кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией), в которой каждому символу алфавита, а также множеству специальных управляющих команд соответствует числовой код. □ Криптографическое кодирование, или шифрование, используется тогда, когда нужно защитить информацию от несанкционированного доступа. Существует два основных широко применяющихся сегодня способа криптографического кодирования: симметричное кодирование с закрытым ключом и асимметричное кодирование с открытым ключом. При симметричном кодировании с закрытым 30 Глава 1. Представление об информации ключом для кодирования и декодирования данных применяется один и тот же ключ. Этот ключ должен быть по безопасным каналам доставлен стороне, осу ществляющей декодирование, что делает шифрование с симметричным ключом уязвимым. Напротив, при шифровании с асимметричным ключом сторона, осуществляющая декодирование, публикует так называемый открытый ключ (public key), который применяется для кодирования сообщений, а декодиро вание осуществляется другим — закрытым ключом (private key), известным только принимающей стороне. Такая схема делает асимметричный способ ко дирования высоконадежным. По этой причине в последнее время он приобрел массовую популярность. Пример. Во множестве шпионских фильмов-боевиков основным вопросом при захвате агента противника было получение ключей к шифрам. Получение клю ча давало возможность прочесть все перехваченные ранее сообщения и сразу получить множество полезной информации. Но эта возможность достижима только тогда, когда речь идет о симметричных ключах. Получение публичного асимметричного ключа в этом смысле не дает никаких преимуществ, поскольку открытый ключ позволяет кодировать сообщения, но не может применяться для их декодирования. □ Оптимальное кодирование служит для устранения избыточности данных путем снижения среднего числа символов кодового алфавита, предназначенных для представления одного исходного символа. Оптимальное кодирование обычно используется в архиваторах. В большинстве современных программ, предна значенных для оптимального кодирования (сжатия) данных, применяются одни и те же базовые алгоритмы: О Статистическое кодирование базируется на предварительном вычисле нии частоты повторения одних и тех же кодов в сообщении и составлении таблицы кодирования, позволяющей оптимальным образом расположить результирующий код. Таблица кодирования в этом случае должна стать неотъемлемой частью закодированных данных (методы Хаффмена, Ш эн нона—Фэно, арифметическое кодирование). О Словарное кодирование основано на нахождении повторяющихся после довательностей символов в сообщении (слов) и замене каждого повторя ющегося слова ссылкой на его первое вхождение. В этом случае вместе с закодированным сообщением необходимо хранить (передавать) словарь. К алгоритмам словарного кодирования относятся LZ77, LZ78, LZSS, LZW. Во многих современных программах-архиваторах применяется последова тельное (двухшаговое) использование методов статистического и словарного кодирования, позволяющее достигнуть наилучшей степени сжатия данных. □ Помехозащищенное кодирование служит для передачи данных по каналам связи и учитывает возможность возникновения помех и связанного с этим искажения или утраты части данных. При помехозащищенном кодировании избыточность не снижается, а, наоборот, увеличивается, тем самым обеспечивается возмож 1.6. Основы классификации и структурирования информации 31 ность определения факта потери или искажения информации. Существует два основных типа помехозащищенного кодирования: О Кодирование с фиксацией ошибок обладает сравнительно небольшой избыточ ностью, позволяющей зафиксировать на приемной стороне факт появления в сообщении ошибки. В случае обнаружения ошибки сообщение передается повторно. О Кодирование с коррекцией ошибок еще более избыточно, что позволяет не только обнаружить возникшую при передаче по каналу связи ошибку, но и исправить ее. Недостатком этого вида кодирования является значитель ное (примерно в 3 раза) увеличение объема передаваемых данных. По этой причине оно используется гораздо реже, чем кодирование с фиксацией ошибок. 1.6. Основы классификации и структурирования информации Важным понятием при работе с информацией является классификация объ ектов. Под объектом понимается любой предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Система классификации позволяет сгруппировать объекты и выделить определенные классы, которые будут характеризоваться ря дом общих свойств. Классификация объектов — это процедура группировки на качественном уровне, направленная на выделение однородных свойств. Примени тельно к информации как к объекту классификации выделенные классы называют информационными объектами. Пример. Всю информацию об университете можно классифицировать по много численным информационным объектам, которые будут характеризоваться общи ми свойствами: • информация о студентах — в виде информационного объекта «Студент»; • информация о преподавателях — в виде информационного объекта «Препо |