Лекции по "Статистическим информационным технологиям"

Для кодирования упорядочим значения по алфавиту и разобьем список на две равные части - серии. Первой серии присвоим код А, второй –  В. Элементы в каждой серии пронумеруем по порядку. Получим:

Серия А   Серия В

1 информатика  1 математика

2 культурология  2 физика

 

Тогда получим коды:

Дисциплины  Коды

Информатика А.1

Математика В.1

Физика В.2

Культурология А.2

1.1.1.2.2. Классификационные методы

Ориентированы на проведение предварительной классификации объектов на основе иерархической или фасетной классификации. Включают последовательное и параллельное кодирование.

Последовательное  кодирование используется для иерархической классификации – сначала записывается код класса первого уровня, затем – второго и т.д.  Коды классов формируются способом регистрационного кодирования, между кодами разных уровней классификации возможны разделители.

 

Пример 5. Выполнить последовательное кодирование для вершин третьего уровня классификатора из примера 1. При этом использовать коды признаков, полученные при порядковом кодировании из примера 3.

Припишем коды из примера 3 вершинам классификатора из примера 1. Результат  представлен на рис. 1.3 (коды приписаны  вершинам справа и выделены жирным стилем). Тогда, например, для класса студентов из группы ВС, получивших оценку 5 на экзамене по информатике, сформируем код: 1.1.#, где точка играет роль разделителя.

 

студенты первого курса

специальностей кафедры  СУиВТ 

          0-й уровень

 

      ВС      1               АС      2    1-й уровень

 

 

информатика 1 математика 2  физика 3 культурология  4 2-й уровень

 

 

5    #...2   )   5   #....2  )   5  #.....2   )    5  #   2   )  3-й уровень

Рис. 1.3. Дерево кодов для  примера 5

Параллельное  кодирование используется для фасетной классификации. Фасеты кодируются с использованием регистрационного кода, между кодами разных уровней возможны разделители.

 

Пример 6. Выполнить параллельное кодирование для класса со следующими значениями классификационных признаков (при построении кода учитывается и порядок признаков). При этом использовать коды признаков, полученные при порядковом кодировании из примера 3:

дисциплина = физика;

учебная группа = АС;

оценка = 3.

Имеем код: 3.2.@, где точка  играет роль разделителя.

2. Восприятие информации

При восприятии информации техническим устройством выделяются следующие этапы:

1. первичное восприятие и измерение информации;
2. анализ информации;
3. распознавание введенного сигнала.

Рассмотрим, как выполняется восприятие информации сканером – устройством  для ввода в компьютер двумерных изображений.

Принцип действия сканера очень прост. Поверхность  с изображением просматривается (сканируется) непрерывным лучом света, испускаемым фотодиодом, в направлении, которое на рисунке изображено пунктирными линиями:

фотодиод      датчик

 

 

 

 

 

Отражаемый луч улавливается датчиком, который замеряет интенсивность  отраженного луча с определенной частотой (получается дискретный по времени и значению сигнал). Интенсивность потока преобразуется в двоичный код (в простейшем случае - в однобитовый) по следующему правилу: если в точке падения луча на поверхность есть изображение, оно кодируется двоичной 1, если нет – двоичным 0¹.

Таким образом, после  сканирования всей поверхности каждая ее точка представляется (кодируется) двоичным 0 или 1. Получается растровый формат исходного изображения. На этом работа сканера может быть закончена, если пользователь настроил сканер на ввод изображения.

Если вводится текст (настройка на ввод текста также  выполняется пользователем), в растровом  формате изображения начинают распознаваться отдельные символы. В результате получается текстовый формат, который может обрабатываться, например, текстовым процессором.

1.1.2.1. Первичное восприятие и измерение информации

Для сканера этот этап выполняется  датчиком, который преобразует интенсивность отраженного светового потока в дискретный по времени и значению электрический сигнал.

Пусть в результате сканирования исходной поверхности с изображением выделено nxm точек, с которых сняты замеры интенсивности отраженного луча. Эти замеры преобразованы в электрические сигналы U_ij, где i = 1, n; j = 1, m. Таким образом, в результате данного этапа сформирован двумерный массив размером nxm, элементы которого содержат значения напряжения в каждой точке с координатами (i, j):

 

U11	U12	U13	…	U1m
U21	…	…		U2m
U31				U3m
…				…
Un1	Un2	Un3	…	Unm

 

1.1.2.2. Анализ результатов первичного восприятия и измерения

Состоит в кодировании значений U_ij по следующему правилу (в простейшем случае, когда вводится черно-белое изображение):

1, если U_ij  > U_порог,

0, если U_ij £ U_порог,

где U_порог – пороговое значение напряжения.

Тогда в результате анализа значений из массива, изображенного выше,  получим бинарный двумерный массив:

 

0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

 

Очевидно, данный этап включает в себя и кодирование. В самом деле, числовые значения напряжений U_ij преобразованы в двоичные значения. Если вводится графическое изображение (рисунок), на этом работа сканера закончена. Получен растровый формат.

Если вводится текст, выполняется  следующий этап – распознавание  символов.

1.1.2.3. Распознавание символов

Рассмотрим, как решается эта задача в простейшем случае, когда сканер предварительно обучается распознавать символы того или иного шрифта.

В этом случае в сканер вводятся по каждому шрифту (с учетом стиля  и размера символов) списки шаблонов символов в виде растровых решеток. Например, шаблон единицы, представленный растровой решеткой размером 10х10, изображен ниже слева, шаблон строчной латинской буквы l – справа:

 

0	0	0	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0		0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0		0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0		0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0		0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0		0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0		0	0	0	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	0	0	0		0	0	0	1	1	1	1	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

 

Полученный после анализа бинарный массив сопоставляется с шаблонами  из памяти сканера. Подсчитывается число  совпавших растровых элементов, равных 1. Выбирается тот символ, для  которого число совпавших растровых  элементов максимально.

Сравним изображение  из п.1.1.2.2 с левым изображением: число совпавших элементов – 14. Сравнение того же изображения с правым изображением дает число совпавших элементов – 13. Таким образом, введенный символ – 1.

Распознанный символ кодируется, например, в системе кодирования ASCII.

Очевидно, и в случае восприятия информации техническим устройством  происходит ее регистрация. При этом, как правило, используются машинные носители информации.

1.2. Обмен данными

При обмене данными можно выделить два основных типа процедур. Это  процедуры передачи данных по каналам связи и сетевые процедуры, позволяющие осуществить организацию компьютерной сети.

Процесс обмена позволяет, с одной  стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с  другой – объединять информацию многих ее источников.

1.2.1.  Процедуры передачи  данных

Схема передачи информации представлена на рис. 1.4.

ИС    КИ    КК    У   М ЛС ДМ  В ДК ДИ ПС

КС

Рис. 1.4. Схема передачи данных

 

Здесь сокращения означают следующее:

ИС – источник сообщения. Он регистрирует (фиксирует) информацию на каком-либо носителе, в результате чего образуется сигнал. Может выполнять в целом первую фазу обращения информации, а также криптографическое кодирование. В роли ИС могут выступать сканеры, факсимильные аппараты, клавиатуры, компьютеры и т.д.

КИ – кодер² источника. Выполняет эффективное кодирование информации в сигнале в случае необходимости. Данный элемент может отсутствовать в схеме.

КК – кодер канала. На него возложены функции помехозащитного  кодирования, если передаваемый сигнал подвержен помехам.

У – уплотнитель сигнала. Способствует передаче нескольких сигналов по одной линии связи ЛС. Может отсутствовать в схеме. Уплотнение рассмотрено далее в п. 17.2.

М – модулятор сигнала. Изменяет информационные характеристики сигналов-носителей, накладывая на него дискретный сигнал. Модуляция рассмотрена в п. 17.1.

ЛС – линия связи  – физическая среда (например, воздух, электрическое или магнитное поле) и технические средства в ней, который используются для передачи сигнала на расстояние.

ДМ – демодулятор. Выполняет выделение дискретного  сигнала из сигнала-носителя. Имеет  место в схеме только при наличии  модулятора М.

В – устройство выделения  уплотненного сигнала. Имеет место  в схеме только при наличии  уплотнителя У.

ДК – декодер канала. Выявляет и/или исправляет ошибки, допущенные при передаче сигнала по линии связи ЛС. Присутствует в схеме только при наличии кодера канала КК.

ДИ – декодер источника. Декодирует эффективные коды. Присутствует в схеме только при наличии  кодера источника КИ.

ПС – получатель сообщения. В его роли может выступать  компьютер, принтер, дисплей и т.д.

КС – канал связи.

 

Технически блоки модулятор (М) и демодулятор (ДМ) реализованы  в одном устройстве, которое называется модем (МОдулятор-ДЕМодулятор).

Аналогично блоки кодеров (КИ и КК) и декодеров (ДИ и ДК) реализованы  технически в одном устройстве, называемом кодек (КОдер-ДЕКодер).

Блоки уплотнитель У  и блок выделения сигнала В  образуют мультиплексор.

1.2.1.1.  Модуляция и демодуляция  сигнала

Модуляция -  изменение информативных параметров некоторых первичных физических процессов (сигналов), рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой и сигнал) информацией.

Виды модуляции связаны  с типом сигнала-носителя:

1. сигнал-носитель – фиксированный уровень, например, значение напряжения (рис. 1.5). В этом случае возможна только прямая модуляция, при которой изменение уровня напряжения означает передачу того или иного сигнала.

     U(t)

       U_н

 

 

 

 t

Рис. 1.5. Сигнал-носитель – фиксированный уровень

(t – время, U_н - нормальный уровень напряжения)

 

Пример 7. Выполнить прямую модуляцию дискретного сигнала 0110₂.

Зададимся следующими модификациями  напряжения U_н для передачи двоичной цифры: при уменьшении нормального уровня напряжения на DU_м передается двоичный 0, при увеличении нормального уровня на ту же величину передается двоичная 1. Для кодирования повторений цифр зададимся дискретой времени Dt, в течение которой передается одна цифра. Тогда получим результат, показанный на рис. 1.6.

             U(t)

             DU_м

       U_н

    DU_м      

         

     Dt      Dt      Dt   Dt      t

Рис. 1.6. Прямая модуляция  для сигнала 0110₂

 

2. сигнал-носитель – колебания (рис. 1.7). Этот вид сигнала характеризуется тремя информационными параметрами – амплитудой (имеет величину U_н на рис. 1.7), частотой (1/(2Dt) на рис. 1.7) и фазой, поэтому возможны три вида модуляции:

• амплитудная. Изменение амплитуды означает передачу того или иного сигнала.