Шпаргалка по дисциплине "Информатика"

Информатика

1.

Информация, ее виды и свойства

Информация - абстрактное понятие, имеющее различные значения в зависимости от контекста. Происходит от латинского слова « informatio », которое имеет несколько значений:

Разъяснения; Изложение фактов, событий; истолкования;

Представления, понятия;

Ознакомления, просвещение.

Информация - это новые сведения, которые приняты, поняты и оценены ее пользователем как полезные;

Иными словами, информация - это новые знания, которые получает потребитель (субъект) в результате восприятия и переработки определенных сведений.

Свойства информации

Важнейшими, с практической точки зрения, свойствами информации является ценность, достоверность и актуальность.

Ценность информации - определяется обеспечением возможности достижения цели, поставленной перед получателем информации.

Достоверность - соответствие полученной информации объективной реальности окружающего мира. В свойствах достоверности выделяются безошибочность и подлинность данных, а также адекватность. Во безошибочностью понимается свойство данных не иметь скрытых случайных ошибок. Случайные ошибки в данных обусловлены, как правило, непредумышленном искажениями смысла человеком или сбоями технических средств при переработке данных в информационной системе.

Актуальность - это мера соответствия ценности и достоверности информации текущем времени (определенном временном периода)

Кумулятивность определяет такие понятия, как гомоморфизм, и избирательность. Гомоморфизм - соотношение между объектами двух множеств, при котором одна множество является моделью другого. Данные, специально отобранные для конкретного уровня пользователей, обладающих определенным свойством - избирательностью.

Временные свойства

Временные свойства определяют способность данных передавать динамику изменения ситуации (динамичность). При этом можно рассматривать или время опоздания появления в данных соответствующих признаков объектов, или различия реальных признаков объекта и тех же признаков, передающихся данным. Соответственно можно выделить:

Актуальность - свойство данных, характеризующий текущую ситуацию;

Оперативность - свойство данных, которая состоит в том, что время их сбора и переработки соответствует динамике изменения ситуации;

Идентичность - свойство данных соответствовать состоянию объекта.

Виды информации

Информацию можно разделить на виды по нескольким признакам:

По способу восприятия

Для человека информация делится на виды в зависимости от типа рецепторов, воспринимающих ее.

Визуальная - воспринимается органами зрения. Мы видим все вокруг.

Аудиальная - воспринимается органами слуха. Мы слышим звуки вокруг нас.

Тактильная - воспринимается тактильными рецепторами.

Обонятельная - воспринимается обонятельными рецепторами. Мы чувствуем ароматы вокруг.

Вкусовая - воспринимается вкусовыми рецепторами. Мы чувствуем вкус.

По форме представления

По форме представления информация делится на следующие виды:

Текстовая - передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка;

Числовая - в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия;

Графическая - в виде изображений, событий, предметов, графиков;

Звуковая - устная или в виде записи передача лексем языка аудиальным путем.

По назначению

Массовая - содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума

Специальная - содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация

Личная - набор сведений о какой-либо личность, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

 

 

 

 

 

 

2.

Вероятностный подход к измерению количества информации.    

Подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет количественно измерять информацию, что чрезвычайно важно для информатики. 
         Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем на ровную поверхность. С равной вероятностью произойдет одно из двух возможных событий — монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». 
         Перед броском существует неопределенность наших знаний (возможны два события), и как упадет монета — предсказать невозможно. После броска наступает полная определенность, так как мы видим, что монета в данный момент находится в определенном положении (например, «орел»). Это приводит к уменьшению неопределенности наших знаний в два раза, поскольку из двух возможных равновероятных событий реализовалось одно. 
         Имеется формула, которая связывает между собой число возможных событий N и количество информации I:   
               По этой формуле легко определить число возможных событий, если известно количество информации. Так, для кодирования одного символа требуется 8 бит информации, следовательно, число возможных событий (символов) составляет: 
 
 
         Наоборот, для определения количества информации, если известно число событий, необходимо решить показательное уравнение относительно /. Например, в игре «Крестики-нолики» на поле 4*4 перед первым ходом существует 16 возможных событий (16 различных вариантов расположения «крестика»), тогда уравнение принимает вид: 
         16 = 2^i. Так как 16 = 2^4, то уравнение запишется как: 
         Таким образом, I = 4 бит, т.е. количество информации, полученное вторым игроком после первого хода первого игрока, составляет 4 бит. 
Объемный подход к измерению количества информации. 
При реализации информационных процессов информация передается в виде сообщения, представляющего собой совокупность символов какого-либо алфавита. При этом каждый новый символ в сообщении увеличивает количество информации, представленной последовательностью символов данного алфавита. Если теперь количество информации, содержащейся в сообщении из одного символа, принять за единицу, то объем информации (данных) V в любом другом сообщении будет равен количеству символов (разрядов) в этом сообщении. Так как одна и та же информация может быть представлена многими разными способами (с использованием разных алфавитов), то и единица измерения информации (данных) соответственно будет меняться. 
В компьютерной технике наименьшей единицей измерения информации является 1 бит. Таким образом, объем информации, записанной двоичными знаками (0 и 1) в памяти компьютера или на внешнем носителе информации подсчитывается просто по количеству требуемых для такой записи двоичных символов. Например, восьмиразрядный двоичный код 11001011 имеет объем данных V= 8 бит. 
В современной вычислительной технике наряду с минимальной единицей измерения данных «бит» широко используется укрупненная единица измерения «байт», равная 8 бит. При работе с большими объемами информации для подсчета ее количества применяют более крупные единицы измерения, такие как килобайт (Кбайт), мегабайт (Мбайт), гигабайт (Гбайт), терабайт (Тбайт): 
 
1 Кбайт = 1024 байт = 210 байт; 
1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт = 1 048 576 байт; 
1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт = 1 073 741 824 байт; 
1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240 байт = 1 099 511 627 776 байт. 
 
Следует обратить внимание, что в системе измерения двоичной (компьютерной) информации, в отличие от метрической системы, единицы с приставками «кило», «мега» и т. д. получаются путем умножения основной единицы не на 103= 1000, 106= 1000 000 и т. д., а на 210 , 220 и т. д.

Кодирование информации

Код — это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или передачи) некоторых заранее определенных понятий.

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Обычно каждый образ при кодировании (иногда говорят — шифровке) представлении отдельным знаком.

Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например "наложить" друг на друга звуки от разных источников.

Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме, а все необходимые преобразования выполняют программы, работающие на компьютере.

Способы кодирования информации.

Одна и та же информация может быть представлена (закодирована) в нескольких формах. C появлением компьютеров возникла необходимость кодирования всех видов информации, с которыми имеет дело и отдельный человек, и человечество в целом. Но решать задачу кодирования информации человечество начало задолго до появления компьютеров. Грандиозные достижения человечества - письменность и арифметика - есть не что иное, как система кодирования речи и числовой информации. Информация никогда не появляется в чистом виде, она всегда как-то представлена, как-то закодирована.

Двоичное кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.

Кодирование символьной (текстовой) информации.

Основная операция, производимая над отдельными символами текста - сравнение символов.

При сравнении символов наиболее важными аспектами являются уникальность кода для каждого символа и длина этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически не имеет значения.

Для кодирования текстов используются различные таблицы перекодировки. Важно, чтобы при кодировании и декодировании одного и того же текста использовалась одна и та же таблица.

Кодирование числовой информации.

Сходство в кодировании числовой и текстовой информации состоит в следующем: чтобы можно было сравнивать данные этого типа, у разных чисел (как и у разных символов) должен быть различный код. Основное отличие числовых данных от символьных заключается в том, что над числами кроме операции сравнения производятся разнообразные математические операции: сложение, умножение, извлечение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполнения этих операций в математике подробно разработаны для чисел, представленных в позиционной системе счисления.

Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.

Необходимо помнить, что в настоящее время для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной таблицы не будут правильно отображаться в другой

Основным отображением кодирования символов является код ASCII - American Standard Code for Information Interchange- американский стандартный код обмена информацией, который представляет из себя таблицу 16 на 16, где символы закодированы в шестнадцатеричной системе счисления.

Кодирование звуковой информации.

Из курса физики вам известно, что звук - это колебания воздуха. По своей природе звук является непрерывным сигналом. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение.

Для компьютерной обработки аналоговый сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел, а для этого его необходимо дискретизировать и оцифровать.

Можно поступить следующим образом: измерять амплитуду сигнала через равные промежутки времени и записывать полученные числовые значения в память компьютера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Алгоритм и его свойства. Существование алгоритмически неразрешимых проблем

Что такое алгоритм

Понятие алгоритма, являющееся фундаментальным понятием математики и информатики, возникло задолго до появления вычислительных машин. Первоначально под словом алгоритм понимали способ выполнения арифметических действий над десятичными числами. В дальнейшем это понятие стали использовать для обозначения любой последовательности действий, приводящей к решению поставленной задачи. Само же слово алгоритм появилось в Средние века, когда европейцы познакомились со способами выполнения арифметических действий, описанными узбекским математиком Мухаммедом бен Муса аль-Хорезми. Словоалгоритм — европеизированное произношение слов аль-Хорезми.

В своем нынешнем смысле слово алгоритм часто ассоциировалось с алгоритмом Евклида, который представляет собой процесс нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух чисел.

Приведем современное описание алгоритма Евклида с использованием блок-схемы (см. “Способы записи алгоритмов”):

Стрелка “ ”, используемая при описании данного алгоритма, обозначает операцию замещения или присваивания (см. “Операторы языка программирования”). Разумеется, в книге Евклида “Начала” этот алгоритм сформулирован не совсем так (а записан совсем не так). В данном случае мы продемонстрировали современную формулировку этого алгоритма и одну из распространенных наглядных форм записи алгоритмов.

 

Любой алгоритм существует не сам по себе, а предназначен для определенного исполнителя (см. “Исполнители алгоритмов”). Алгоритм описывается в командах исполнителя, который этот алгоритм будет выполнять. Объекты, над которыми исполнитель может совершать действия, образуют так называемую среду исполнителя, а множество команд, которые исполнитель может выполнять, —систему команд исполнителя (СКИ).

Таким образом, алгоритм можно рассматривать как последовательность команд управления работой исполнителя (предписание исполнителю на выполнение последовательности действий).

Свойства алгоритма

Значение слова алгоритм очень схоже со значением слов рецепт, инструкция. Однако любой алгоритм в отличие от рецепта или способа обязательно обладает следующими свойствами.

1. Выполнение алгоритма  разбивается на последовательность  законченных действий-шагов. Только  выполнив одно действие (команду), можно приступать к исполнению  следующего. Это свойство алгоритма  называется дискретностью. Произвести каждое отдельное действие исполнителю предписывает специальное указание в записи алгоритма (команда).