1. Информатика и информация

Понятие информации.

Информация (от латинского "informatio" - разъяснение, изложение) – это сведения, передаваемые от одного человека к другому устно, письменно или посредством каких-либо условных сигналов или с использованием каких-либо технических средств.

На фундаментальность понятия "информация" указывал еще основоположник кибернетики Норберт Винер. Феномен информации оказался настолько неоднозначным, что по праву считается одной из сложнейших проблем современности. Уже сами попытки подобраться к понятию информации, различные его трактовки в трудах ученых и практиков заставляют задуматься о необычной роли информации в жизни развивающихся систем.

Данные и знания.

Данные – это полученные эмпирическим путем и зафиксированные факты, описывающие источник информации, т.е. характеризующие отдельные его свойства.

Данные (от лат. data) - это представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и обработки в некотором информационном процессе.

Знания – это закономерности источника информации (понятия, сведения, принципы, связи, законы), полученные или приобретенные в результате обучения, практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в этой предметной области.

Вопросом особой значимости является отношение информации и знания, первичности одного к другому.

Данные – это простейший первичный уровень представления информации, который создает условия для получения знаний – высшей, наиболее ценной формы информации.

Измерение информации.

Содержательный подход к измерению информации. Сообщение – информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику.  Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными  Информация - знания человека ? сообщение должно быть информативно. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0. (Пример: вузовский учебник по высшей математике содержит знания, но они не доступны 1-класснику)

Алфавитный подход к измерению информации не связывает кол-во информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он  удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=28, то 1символ несет в тексте 8 бит информации.

Вероятностный подход к измерения информации. Все события происходят с различной вероятностью, но  зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил  Шеннон.

Количество информации – это мера уменьшения неопределенности.

Формула Шеннона:

где I – количество информации; N – количество возможных событий; рi – вероятность i-го события.

Кодирование числовых, текстовых, графических данных.

Кодирование чисел

Кодирование целых чисел производиться через их представление в двоичной системе счисления: именно в этом виде они и помещаются в ячейке. Один бит отводиться при этом для представления знака числа (нулем кодируется знак "плюс", единицей - "минус").

Для кодирования действительных чисел существует специальный формат чисел с плавающей запятой. Число при этом представляется в виде: N = M * qp, где M - мантисса, p - порядок числа N, q - основание системы счисления. Если при этом мантисса M удовлетворяет условию 0,1 <= | M | <= 1 то число N называют нормализованным.

Кодирование текста

Для кодирования букв и других символов, используемых в печатных документах, необходимо закрепить за каждым символом числовой номер – код. В англоязычных странах используются 26 прописных и 26 строчных букв (A … Z, a … z), 9 знаков препинания (. , : ! " ; ? ( ) ), пробел, 10 цифр, 5 знаков арифметических действий (+,-,*, /, ^) и специальные символы (№, %, _, #, $, &, >, <, |, \) – всего чуть больше 100 символов. Таким образом, для кодирования этих символов можно ограничиться максимальным 7-разрядным двоичным числом (от 0 до 1111111, в десятичной системе счисления – от 0 до 127).

Кодирование графической информации

В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Почти все создаваемые, обрабатываемые или просматриваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами (pixel, от англ. picture element). Код пиксела содержит информации о его цвете. В противоположность растровой графике векторное изображение многослойно. Каждый элемент векторного изображения – линия. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью математических уравнении. Сложные объекты (ломаные линии, различные геометрические фигуры) представляются в виде совокупности элементарных графических объектов.

Основные структуры данных.

Линейные структуры (списки данных, векторы данных)

Линейные структуры представляют собой списки. Список — это простейшая структура данных, отличающаяся тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве. Проставляя номера на отдельных страницах рассыпанной книги, мы создаем структуру списка. Обычный журнал посещаемости занятий, например, имеет структуру списка, поскольку все студенты группы зарегист­рированы в нем под своими уникальными номерами. Мы называем номера уникаль­ными потому, что в одной группе не могут быть зарегистрированы два студента с одним и тем же номером.

Табличные структуры (таблицы данных, матрицы данных)

Табличные структуры отличаются от списочных тем, что элементы данных определяются адресом ячейки, который состоит не из одного пара­метра, как в списках, а из нескольких. Для таблицы умножения, например, адрес ячейки определяется номерами строки и столбца. Нужная ячейка находится на их пересечении, а элемент выбирается из ячейки.

Иерархические структуры данных

Нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы, часто представляют в виде иерархических структур. В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу.

Классификация информации.

Информацию можно разделить на виды по различным критериям:

по способу восприятия:

• Визуальная — воспринимаемая органами зрения.

• Аудиальная — воспринимаемая органами слуха.

• Тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами.

• Обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами.

• Вкусовая — воспринимаемая вкусовыми рецепторами.

по форме представления:

• Текстовая — передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка.

• Числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия.

• Графическая — в виде изображений, предметов, графиков.

• Звуковая — устная или в виде записи и передачи лексем языка аудиальным путём.

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.

• Секретная — передаваемая узкому кругу лиц и по закрытым (защищённым) каналам.

• Личная (приватная) — набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

по значению:

• Актуальная — информация, ценная в данный момент времени.

• Достоверная — информация, полученная без искажений.

• Понятная — информация, выраженная на языке, понятном тому, кому она предназначена.

• Полная — информация, достаточная для принятия правильного решения или понимания.

• Полезная — полезность информации определяется субъектом, получившим информацию в зависимости от объёма возможностей её использования.

по истинности:

• истинная

• ложная

Методы получения информации.

Методы получения и использования информации можно разделить на три группы, иногда разграничиваемые лишь условно:

1. эмпирические методы или методы получения эмпирической информации (эмпирических данных);

2. теоретические методы или методы получения теоретической информации (построения теорий);

3. эмпирико-теоретические методы (смешанные, полуэмпирические) или методы получения эмпирико-теоретической информации.

Охарактеризуем кратко эмпирические методы:

1. Наблюдение - сбор первичной информации или эмпирических утверждений о системе (в системе).

2. Сравнение - установление общего и различного в исследуемой системе или системах.

3. Измерение - поиск, формулирование эмпирических фактов.

4. Эксперимент - целенаправленное преобразование исследуемой системы (систем) для выявления ее (их) свойств.

Кроме классических форм их реализации, в последнее время используются и такие формы как опрос, интервью, тестирование и другие.

Охарактеризуем кратко эмпирико-теоретические методы.

1. Абстрагирование - установление общих свойств и сторон объекта (или объектов), замещение объекта или системы ее моделью. Абстракция в математике понимается в двух смыслах: а) абстракция, абстрагирование - метод исследования некоторых явлений, объектов, позволяющий как выделить основные, наиболее важные для исследования свойства, стороны исследуемого объекта или явления, так и игнорировать несущественные и второстепенные; б) абстракция - описание, представление объекта (явления), получаемое с помощью метода абстрагирования; особо важно в информатике такое понятие как абстракция потенциальной осуществимости, которое позволяет нам исследовать конструктивно объекты, системы с потенциальной осуществимостью (т.е. они могли бы быть осуществимы, если бы не было ограничений по ресурсам); используются и абстракция актуальной бесконечности (существования бесконечных, неконструктивных множеств, систем и процессов), а также абстракция отождествления (возможности отождествления любых двух одинаковых букв, символов любого алфавита, объектов, независимо от места их появления в словах, конструкциях, хотя их информационная ценность при этом может быть различна).

2. Анализ - разъединение системы на подсистемы с целью выявления их взаимосвязей.

3. Декомпозиция - разъединение системы на подсистемы с сохранением их взаимосвязей с окружением.

4. Синтез - соединение подсистем в систему с целью выявления их взаимосвязей.

5. Композиция - соединение подсистем в систему с сохранением их взаимосвязей с окружением.

6. Индукция - получение знания о системе по знаниям о подсистемах; индуктивное мышление: распознавание эффективных решений, ситуаций и затем проблем, которые оно может разрешать.

7. Дедукция - получение знания о подсистемах по знаниям о системе; дедуктивное мышление: определение проблемы и затем поиск ситуации, его разрешающей.

8. Эвристики, использование эвристических процедур - получение знания о системе по знаниям о подсистемах системы и наблюдениям, опыту.

9. Моделирование (простое моделирование) и/или использование приборов - получение знания об объекте с помощью модели и/или приборов; моделирование основывается на возможности выделять, описывать и изучать наиболее важные факторы и игнорировать при формальном рассмотрении второстепенные.

10. Исторический метод - поиск знаний о системе путем использования ее предыстории, реально существовавшей или же мыслимой, возможной (виртуальной).

11. Логический метод - метод поиска знаний о системе путем воспроизведения ее некоторых подсистем, связей или элементов в мышлении, в сознании.

12. Макетирование - получение информации по макету объекта или системы, т.е. с помощью представления структурных, функциональных, организационных и технологических подсистем в упрощенном виде, сохраняющем информацию, которая необходима для понимания взаимодействий и связей этих подсистем.

13. Актуализация - получение информации с помощью активизации, инициализации смысла, т.е. переводом из статического (неактуального) состояния в динамическое (актуальное) состояние; при этом все необходимые связи и отношения (открытой) системы с внешней средой должны быть учтены (именно они актуализируют систему).

14. Визуализация - получение информации с помощью наглядного или визуального представления состояний актуализированной системы; визуализация предполагает возможность выполнения в системе операции типа "передвинуть", "повернуть", "укрупнить", "уменьшить", "удалить", "добавить" и т.д. (как по отношению к отдельным элементам, так и к подсистемам системы). Это метод визуального восприятия информации.

Кроме указанных классических форм реализации теоретико-эмпирических методов, в последнее время часто используются и такие формы как мониторинг (система наблюдений и анализа состояний системы), деловые игры и ситуации, экспертные оценки (экспертное оценивание), имитация (подражание), верификация (сопоставление с опытом и заключение об обучении) и другие формы.

Охарактеризуем кратко теоретические методы.

1. Восхождение от абстрактного к конкретному - получение знаний о системе на основе знаний о ее абстрактных проявлениях в сознании, в мышлении.

2. Идеализация - получение знаний о системе или о ее подсистемах путем мысленного конструирования, представления в мышлении систем и/или подсистем, не существующих в действительности.

3. Формализация - получение знаний о системе с помощью знаков или же формул, т.е. языков искусственного происхождения, например, языка математики (или математическое, формальное описание, представление).

4. Аксиоматизация - получение знаний о системе или процессе с помощью некоторых, специально для этого сформулированных аксиом и правил вывода из этой системы аксиом.

Виртуализация - получение знаний о системе созданием особой среды, обстановки, ситуации (в которую помещается исследуемая система и/или ее исследующий субъект), которую реально, без этой среды, невозможно реализовать и получить соответствующие знания.

Наука информатика.

Информатика – наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи, защиты и использования информации. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.

Разделы информатики

• Теоретическая информатика

• Практическая информатика

• Техническая информатика

• Прикладная информатика

• Естественная информатика

Литература: [1], [3], [5].