3. Информация, ее виды и свойства, единицы измерения

Понятие «информация» является наиболее распространенным в современной науке и практике. И в тоже время по поводу этого понятия существует несколько точек зрения, ведется множество споров и дискуссий. Это обусловлено сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию сущности этого понятия. Выделим три наиболее распространенные концепции информации, каждая из которых по-своему объясняет ее сущность.

Первая концепция (концепция Клода Шеннона), отражая количественно-информационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропию) события. Количество информации в том или ином случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в технике связи и вычислительной технике, послужил основой для измерения информации и оптимального кодирования сообщений. Кроме того, он представляется удобным для иллюстрации такого важного свойства информации, как новизна, неожиданность сообщений. При таком понимании информация – это снятая неопределенность, или результат выбора из набора возможных альтернатив.

Вторая концепция рассматривает информацию как свойство (атрибут) материи. Ее появление связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Иными словами, информация как свойство материи создает представление о ее природе и структуре, упорядоченности, разнообразии и т.д. Она не может существовать вне материи, а значит, она существовала и будет существовать вечно, ее можно накапливать хранить перерабатывать.

Третья концепция основана на логико-семантическом (семантика – изучение текста с точки зрения смысла) подходе, при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентировки, для активного действия, для управления и самоуправления. Иными словами, информация – это действующая, полезная, «работающая» часть знаний.

Рассмотренные подходы в определенной мере дополняют друг друга, освещают различные стороны сущности понятия информации и облегчают тем самым систематизацию ее основных свойств.

Информация (от лат. informatio – разъяснение, изложение) – одно из фундаментальных научных понятий.

Первоначально термин обозначал сведения передаваемые людьми устным, письменным или каким-либо другим способом (например, с помощью условных сигналов, технических средств и т.д.). Теперь (с середины XX в.) это общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и машиной, машиной и машиной, обмен сигналами в животном и растительном мире, передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму (в генетике) и многое другое¹.

Сведения – это знания, выраженные в сигналах, сообщениях, известиях, уведомлениях и т.д.

Другими словами, под информацией понимается любая совокупность сигналов, воздействий или сведений, воспринимаемых системой или объектом извне, перерабатываемых и выдаваемых в окружающую среду (возможно направленно) или хранимых в себе².

В своей повседневной деятельности человек широко использует различные виды информационной техники: радиопередатчики, телевидение, магнитофоны, телеграфию, вычис­лительную технику. Сигналы, передаваемые по радио и теле­видению, а также используемые в магнитной записи имеют форму непрерывных быстро изменяющихся во времени кривых линий. Такие сигналы называются непрерывными или аналоговыми сигналами. В противоположность этому в телеграфии и вычислительной технике сигналы имеют импульсную форму и именуются дискретными сигналами. Исходя из сказанного, можно сделать вывод, что информация передается в двух формах:

– дискретная форма представления информации – это последовательность символов, характеризующая прерывистую, изменяющуюся величину (количество дорожно-транспортных происшествий, количество тяжких преступлений и т.п.);

– аналоговая или непрерывная форма представления информации – это величина, характеризующая процесс, не имеющий перерывов или промежутков (температура тела человека, скорости автомобиля на определенном участке пути и т.п.).

Все многообразие окружающей нас информации можно сгруппировать по различным признакам:

1) по признаку «область возникновения» информация, отражающая процессы, явления неодушевленной природы называется элементарной или механической, процессы животного и растительного мира – биологической, человеческого общества – социальной.

2) по признаку «способ передачи и восприятия» информация, передаваемая видимыми образами и символами, называется визуальной, звуками – аудиальной., ощущениями – тактильной, запахами и вкусами – органолептической, информация, выдаваемая и воспринимаемая средствами вычислительной техники, – машинной.

3) информацию, создаваемую и используемую человеком, «по общественному назначению» можно разбить на три вида: личная, массовая и специальная. Название классов используемой информации раскрывает и их содержание. Так личная информация предназначается для конкретного человека, массовая – предназначается для любого желающего ею пользоваться (общественно-полити­ческая, научно-популярная и т.д.), специальная – предназначена для использования узким кругом лиц занимающихся решением сложных специальных задач в области науки, техники, экономики, а в органах внутренних дел это оперативно-розыскные данные, криминалистические данные и т.п.

Разнообразие источников и потребителей информации привело к существованию различных форм ее представления: символьной, текстовой и графической.

Символьная форма, основана на использовании символов – букв, цифр, знаков и т.д., является наиболее простой, но она практически применяется только для передачи несложных сигналов о различных событиях. Примером может служить зеленый свет уличного светофора, который сообщает о возможности начала движения пешеходам или водителям автотранспорта.

Более сложной является текстовая форма представления информации. Здесь так же, как и в предыдущей форме, используются символы: буквы, цифры, математические знаки. Однако информация заложена не только в этих символах, но и в их сочетании, порядке следования. Так, слова КОТ и ТОК имеют одинаковые буквы, но содержат различную информацию. Благодаря взаимосвязи символов и отображению речи человека текстовая информация чрезвычайно удобна и широко используется в деятельности человека: книги, брошюры, журналы, различного рода документы, аудиозаписи и т.д.

Наиболее емкой и сложной является графическая форма представления информации. К этой форме относятся фотографии, схемы, чертежи, рисунки, играющие большое значение в деятельности человека вообще и сотрудника органов внутренних дел в частности.

Графическая форма представления информации принципиально отличается от символьной тем, что в ней используется единственный вид изображающего символа – точка на плоскости, – все изображения объектов конструируются из точек. Любой зрительный образ, представленный в символьной форме, может быть представлен и в графической форме, – обратное в общем случае неверно. В этом смысле графическая форма представления данных более информативна, или, как говорят, обладает большей разрешающей способностью (большей информационной емкостью). При этом разрешающую способность формы следует понимать как возможность представления различных данных в единице изображающего поля (экрана компьютера). Если принять за такую единицу одну клетку, то разрешающая способность будет определяться количеством возможных изображений в этой клетке. Для символьной формы – это число изображающих символов алфавита, для графической – это число гораздо больше.

Например, для черно-белого изображения и размеров клетки 8x8 (точек) число всех возможных изображений в ней определяется величиной 264.

Как графическая, так и символьная форма могут использовать цвет, – при этом изображающие знаки приобретают дополнительное качество – иметь цвет. Это обстоятельство в общем случае существенно повышает информационную емкость зрительных образов для любой формы представления данных. Но применительно к графической форме на компьютерах с дисплеями с высокой разрешающей способностью цветность обеспечивает качественно новые возможности обработки графической информации, – например, создание и демонстрация цветных видеофильмов на компьютере.

Для создания и изменения символьных образов (редактирования) используются программы, которые называют символьными редакторами (текстовыми редакторами), а графичес­ких образов – графическими редакторами.

Наконец, символьная и графическая форма широко используются не только для представления зрительных образов, но также для звуковых и тактильных. Например, нотная запись и система фонем используются для представления и конструирования звуковых образов, а азбука Л. Брайля – для представления тактильных образов, воспринимаемых осязанием¹.

Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Переходя к рассмотрению свойств информации необходимо отметить, что информация выступает как свойство объектов и явлений (процессов) порождать многообразие состояний, которые посредством отражения передаются от одного объекта к другому и запечатляются в его структуре (возможно, в измененном виде).

Свойства информации можно рассматривать в трех аспектах: техническом (синтаксическом) – это точность, надежность, скорость передачи сигналов и т.д.; семантическом – это передача смысла текста с помощью кодов и прагматическом – это насколько эффективно информация влияет на поведение объекта.

С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.

Понятие объективности информации является относительным, это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективные элемент.

Полнота информации во многом характеризует её качество и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» – всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определённым уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более чётко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае при передаче того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.

Адекватность информации – степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.

Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной.

Актуальность информации – степень соответствия информации текущему моменту времени. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке получения информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, естественно связанную с ней практическую ценность.

Количественная мера информации зависит от рассматриваемого аспекта.

Синтаксическая мера информации. Эта мера оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.

Для определения количественных мер информации вводятся два параметра: количество информации I и объем данных V_д.

Объем данных V_д. в сообщении измеряется количеством символов (разрядов). Единица измерения зависит от системы счисления.

Количество информации I в сообщении об объекте, определяют по формуле Хартли:

,

где – число всевозможных состояний отображаемого объекта;

m – основание системы счисления (разнообразие символов, применяемых в алфавите);

n – число разрядов (символов) в сообщении.

Из формулы видно, что чем неопределенней была ситуация до получения сообщения, то есть чем большее количество состояний мог принимать объект, тем большее количество информации несет данное сообщение.

Семантическая мера информации. Служит для измерения смыслового содержания информации. Для этого используется тезаурусная мера, которая учитывает способность получателя сообщения его воспринять.

Тезаурусом называют совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.

Максимальное количество семантической информации I_c пользователь приобретает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом S_p (S_p = S_{p opt}), когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость количества семантической информации, воспринимаемой потребителем, от его тезауруса

Количество семантической информации I_c будет равно 0 когда получатель не воспринимает, не понимает поступающую информацию () или получатель все знает, и поступающая информация ему не нужна ().

Следовательно количество семантической информации в сообщении является относительным и зависит от подготовленности получателя. Одна и та же информация может иметь смысловое содержание для специалиста и быть абсолютно бесполезной для дилетанта.

Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности

.

Прагматическая мера информации

Эта мера определяет полезность информации для достижения пользователем поставленных целей.

Целевая функция информации (ее прагматический аспект) характеризуется способностью влиять на процессы управления, на соответствующее целям управления поведение людей. В этом, по существу, и состоит полезность или ценность информации. В определенных случаях ценность информации становится отрицательной, полезность сменяется вредностью, а сама информация становится дезинформацией. Ее источником служат субъективные факторы (мнения, взгляды, оценки), а также преднамеренные искажения информации с какой-либо целью. Если эта цель вызвана общественными интересами, то дезинформация может быть полезной (широко, например, используется дезинформация в военном деле. Чтобы ввести в заблуждение противника применяются ложные сигналы, сообщения, обозначения и т.д.). В общем же дезинформация – это ложь, искажение фактов, нарушение принципа адекватности информации, объективного освещения явлений общественной жизни.

Анализируя информацию, мы сталкиваемся с необходимостью оценки ее качества и определения количества полученной информации. Определить качество информации чрезвычайно сложно, а часто и вообще невозможно. Какие-либо сведения, например исторические, могут десятилетиями считаться ненужными и вдруг их ценность может резко возрасти. Вместе с этим определить количество информации не только нужно, но и можно. Это прежде всего необходимо для того, чтобы сравнить друг с другом массивы информации, определить, какие размеры должны иметь материальные объекты (бумага, магнитная лента и т.д.), хранящие эту информацию.

Для определения количества информации нужно найти способ представить любую ее форму (символьную, текстовую, графическую) в едином виде. Иначе говоря, надо суметь эти формы информации преобразовать так, чтобы она получила единый стандартный вид. Таким видом стала так называемая двоичная форма представления информации.

Математическое понятие количества информации ввел в 1948 году Клод Шеннон. Единицей стал 1 бит (bit – binary digit – двоичная цифра – англ.). В качестве единицы принимается количество информации, связанной с опытом, состоящим в выборе одного из двух равновероятностных исходов «0» или «1». Это наименьшая величина.

Одним битом информации является, например, ответы «да» или «нет» на корректно поставленный вопрос. Обычно количество информации измеряют в более удобных для вычислительной техники единицах – байтах (byte – англ.). Эта величина в восемь раз больше одного бита.

Один байт информации дает нам информацию, например, об одном из 256 символов, так как 256 – это 22222222, т.е. 2⁸. В связи с гораздо большим объемом информации обрабатывающимся и хранящимся в вычислительных машинах обычно речь идет о килобайтах, мегабайтах и гигабайтах памяти. 1 килобайт – 2¹⁰ байт (1024 байта), 1 мегабайт – 2²⁰ байт, 1 гигабайт – 2³⁰ байт. Носители информации современных вычислительных устройств могут содержать сотни гигабайт различной информации.