Лекции по "Статистическим информационным технологиям"

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Калининградский государственный  технический университет»

 

Кафедра систем управления и вычислительной техники

 

О.М. ТОПОРКОВА

 

 

 

 

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

Конспект лекций для направлений

230700.62 «Прикладная информатика»

и

230100.62 «Информатика и вычислительная техника»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калининград

2012

 

Оглавление

 

Глава 1. Структура информационного процесса

 

При переносе информации в виде сигнала от источника к  потребителю она проходит последовательно  следующие фазы (говорят – фазы обращения), составляющие информационный процесс (рис. 1.1).

 

 

 

 

Рис. 1.1. Структура информационного процесса

 

Источник информации – это элемент окружающего мира, сведения о котором являются объектом дальнейших преобразований в структуре информационного процесса. Потребитель информации – это элемент окружающего мира, который использует информацию для достижения своих целей.

Формирование  данных – это процесс прохождения информации от источника (предметной области) к сигналу, представляющий собой некоторую деятельность, целью которой является получение сведений об интересующем объекте.

В случае если фазы информационного процесса территориально разобщены, но между ними имеется информационная связь, в структуру информационного процесса включается фаза обмена данными  - это перенос данных в виде сигнала в пространстве посредством физических сред любой природы.

Процесс накопления данных позволяет так преобразовать информацию в форме данных, что удается ее длительное время хранить, постоянно обновляя, и при необходимости оперативно извлекать в заданном объеме и по заданным признакам.

Обработка данных - это любое преобразование значений и структур данных с целью решения задач потребителя информации.

1.1. Формирование данных

Может производиться человеком (наблюдателем) или с помощью технических средств и систем, т.е. аппаратно. В первом случае эта фаза называется сбором информации, во втором – восприятием информации.

Здесь определяются качественные и/или количественные характеристики источника информации, существенные для решения задач потребителем информации. Совокупность этих характеристик создает образ источника, который фиксируется, т.е. регистрируется, в виде сигнала на носителе той или иной природы (бумажном, электронном или любом другом).

Поскольку данная фаза является начальной фазой информационного процесса, качество ее проведения во многом определяет результаты использования информации потребителем, поэтому при формировании данных вводятся различные приемы их верификации.

1. Сбор информации

Содержит этапы: первичное восприятие информации и регистрация информации.

Помощь наблюдателю в корректном проведении первичного восприятия крайне ограниченна: единственное решение – в обучении, специализации и профориентации наблюдателей.

1.1.1.1. Первичное восприятие информации

Это преобразование информации, полученной в ходе наблюдения за реальным объектом, в формализованный вид (модель, или образ, ИИ) путем выделения важных качественных и/или количественных характеристик ИИ. Данный этап фазы сбора информации выполняется единожды при первоначальном знакомстве с предметной областью с целью разработки ИТ.

На данном этапе возможно проведение классификации полученной информации с помощью иерархического и фасетного методов. Каждый из методов использует выделенное при первичном восприятии информации множество количественных и качественных характеристик ИИ (признаков классификации) и их значений.

1.1.1.1.1. Иерархическая классификация

При иерархической классификации  все исходное множество элементов, соответствующих анализируемой предметной области, образует первоначально нулевой уровень классификации (он вначале является текущим). Затем выполняются шаги:

1. нулевой уровень делится на классы в зависимости от выбранного классификационного признака. Полученные группы образуют первый уровень;
2. каждый класс первого уровня делится на подклассы в соответствии со своим признаком классификации - получается второй уровень классификации (использование оригинального признака классификации при этом и каждом последующем разбиении на классы позволяет использовать независимые классификационные признаки в разных ветвях иерархической структуры);
3. полученный уровень классификации становится текущим и к нему применяется первый шаг.

 

Пример 1. Пусть решается задача анализа успеваемости отдельных студентов в учебных группах первого курса специальностей кафедры СУиВТ по итогам зимней сессии. В результате первичного восприятия информации выявлены следующие характеристики предметной области, существенные для решаемой задачи:

1. на первом курсе по кафедре СУиВТ набраны 2 учебные группы с шифрами АС и ВС;
2. в зимнюю сессию включены экзамены по дисциплинам (условно):

• для группы АС– информатика, математика;

• для группы ВС – физика, культурология;

3. возможные оценки за экзамены – от 2 до 5.

Требуется построить классификацию студентов первого курса кафедры СУиВТ для решения задачи анализа результатов сессии, применив метод иерархической классификации.

Решение

Зададимся нулевым уровнем  классификации – это все множество  студентов первого курса кафедры  СУиВТ (см. рис. 1.2). Применим первый классификационный  признак – пусть это шифр учебной группы. Получим первый уровень классификации.

К каждому классу первого  уровня применим классификационный  признак – дисциплина с соответствующими учебной группе значениями. Получим второй уровень классификации. К каждому классу второго уровня применим классификационный признак – оценка. Получим третий уровень классификации.

Классификатор построен.

 

студенты первого курса

специальностей кафедры  СУиВТ 

          0-й уровень

 

      ВС           АС     1-й уровень

 

 

информатика  математика  физика  культурология  2-й уровень

 

 

2   …...5  2……..5   2……..5     2…...5  3-й уровень

 

Рис. 1.2. Классификатор  для примера 1

1.1.1.1.2. Фасетная классификация

Признаки классификации  выбираются независимо друг от друга. Признаки классификации называют фасетами. Каждый фасет содержит совокупность однородных значений данного классификационного признака.

 

Пример 2. Построить фасетный классификатор для задачи из примера 1.

В соответствии с выявленными  классификационными признаками и их значениями имеем:

 

Учебные группы	Дисциплины	Оценки
ВС	Информатика	5
АС	Математика	4
	Физика	3
	Культурология	2

 

Полученная таблица  и есть классификатор. При этом данные, находящиеся в одной строке, никак  не связаны.

1.1.1.2. Регистрация

Это отнесение реальных объектов предметной области к тому или иному классу (распознавание объектов), их возможное кодирование и регистрация результатов на носителе, что позволяет долгое время сохранять информацию и обеспечивать ее коллективное использование. Данный этап сбора информации выполняется многократно в информационном процессе.

В случае регистрации на бумажный носитель (документ) осуществляется визуальный контроль – это зрительный просмотр документа в целях проверки полноты, актуальности, наличия подписей ответственных лиц и т.д. Используются следующие виды бумажных носителей:

1. содержащие произвольный текст, т.е. текст или иллюстрации произвольного вида и содержания (примером такого носителя является конспект, который студент ведет на лекциях);
2. стилизованные, ориентированные на использование информации автоматом, например, индекс на почтовом конверте, налоговая декларация и т.п.

Часто бумажный носитель используют как промежуточное звено для  последующего переноса данных на электронный носитель. В этом случае для уменьшения числа возможных ошибок при переносе данных применяют следующие приемы:

1. разрабатывают правила составления документа на бумажном носителе (это связано с унификацией и стандартизацией форм документов);
2. обеспечивают совместимость форматов исходного бумажного и электронного документов.

 

Примером распознавания объекта может служить деятельность преподавателя, оценивающего ответ студента на экзамене. Оценив ответ, преподаватель записывает оценку в экзаменационную ведомость – регистрирует ее. Объективность полученной студентом оценки при этом тем больше, чем выше квалификация преподавателя. Переносом данных с одного носителя на другой занимается, например, методист деканата, когда переписывает экзаменационные оценки из ведомости преподавателя в журнал учета (бумажный или электронный). Уменьшение числа ошибок при таком переносе может достигаться, в частности, регламентацией для преподавателя формы оценки в ведомости: всегда цифра (4, 3 и т.д.), а не символьное данное («хор.», «хорошо» и т.п.); а также единой структурой ведомости и самого журнала. Так, если  ведомость последовательно содержит графы «ФИО студента», «Дата сдачи экзамена», «Оценка», то такая же последовательность граф желательна и в журнале.

 

В случае электронного носителя при регистрации применяется некоторый машинный код (построенный, например, на базе ASCII-кода), который может выполнять дополнительные функции эффективного, криптографического или помехозащитного характера. При этом используется экран монитора, который позволяет применять следующие приемы, облегчающие оператору проводить регистрацию и обрабатывать ошибки ввода:

1. начало зоны ввода данных указывается курсором;
2. на экране содержится описание значения, которое должно быть помещено в рабочую зону (своеобразная подсказка оператору);
3. используются средства визуализации для показа ошибок;
4. используются редактирующие функции, такие как дублирование символов, пропуск нескольких  позиций, стирание символов, вставка символов, дополнение нулями или удаление незначащих нулей, автозамена;
5. автоматически добавляются данные, например, дата, номера страниц, время и т.д.

 

Примеры этих приемов  можно найти в таких программных  пакетах, как Word, Excel, Access, которые хорошо знакомы читателю.

 

После того, как данные записаны на электронный носитель, можно организовать дополнительный контроль правильности данных. Для этого используются следующие приемы:

1. контроль формата данного (типа и числа символов);
2. контроль идентичности: введенное данное сравнивается с имеющимся в системе;
3. проверка допустимости данного: может выполняться для всего набора записанных данных или для отдельного данного путем вычислительных операций и сравнения с некоторой суммой;
4. контроль по граничным значениям (диапазон);
5. контроль сопоставлением, когда дважды вводится одно и то же данное.

 

Некоторые из этих приемов  можно также найти в программных  пакетах Word, Excel, Access.

 

При регистрации возможно кодирование информации регистрационным и классификационными методами. Цель такого кодирования (замена данного на условное обозначение) - уменьшение объема регистрируемой информации и, возможно, защита от несанкционированного доступа.

1.1.1.2.1. Регистрационные методы кодирования

Не требуют предварительной  классификации объектов. Включают порядковое и серийно-порядковое кодирование.

При порядковом кодировании объекты обозначаются числами натурального ряда или другими символами. Применяется, когда количество объектов невелико.

 

Пример 3. Выполнить порядковое кодирование для названий дисциплин, шифров учебных групп и оценок из примера 1.

При решении этой задачи преследуем две цели – уменьшение объема информации (для учебных групп и дисциплин) и шифрование для защиты от несанкционированного доступа (для оценок). Примерная система кодирования будет иметь вид:

 

Шифры учебных  групп Коды

ВС  1

АС  2

 

Названия дисциплин  Коды

Информатика  1

Математика  2

Физика  3

Культурология  4

 

Оценки  Коды

5  #

4  $

3  @

2  )

 

При серийно-порядковом кодировании предварительно выделяются группы объектов, которые составляют серию, затем в каждой серии производится порядковое кодирование. Сами серии также кодируются с помощью порядкового кодирования. Между кодами серии и кодами ее элементов ставится разделитель. Применяется, когда число объектов сравнительно велико, но классификация не применяется.

 

Пример 4. Выполнить серийно-порядковое кодирование для названий дисциплин, условно предположив, что их число велико.