7. Измерение информации. Единицы измерения информации.

Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа "Война и

мир", во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы

наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро. А возможно ли объективно

измерить количество информации? Важнейшим результатом теории информации является

следующий вывод:

В определенных, весьма широких условиях можно пренебречь качественными

особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить

количество информации, содержащейся в различных группах данных.

В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия

"количество информации", основанные на том, что информацию, содержащуюся в

сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе, уменьшения

неопределённости наших знаний об объекте. Эти подходы используют математические понятия вероятности и логарифма.

Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. процесс получения информации

рассматривал как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как логарифм N:

Если все N событий равновероятны, то вероятность осуществления одного из них определяется как

И тогда количество информации может быть вычислено по формуле

.

Из последнего выражения следует, что чем меньше вероятность появления сообщения, тем большим количеством информации оно обладает.

Например, если хороший лечебный эффект от приема одного лекарства оценивается вероятностью 0,1, а от другого лекарства 0,9, то сообщение о том, что в результате приема первого лекарства больному стало лучше содержит значительно больше информации, чем аналогичное сообщение о втором препарате.

В качестве основания логорифма для оценки количества информации обычно используется цифра 2. Это связано с особенностями построения компьютерных систем, применяемых для обработки информации.

Тогда, если нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется:

I = log₂100= 6,644.

Таким образом, сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации, приблизительно равное 6,644 единицы информации.

Определим теперь, являются ли равновероятными сообщения "первой выйдет из

дверей здания женщина" и "первым выйдет из дверей здания мужчина". Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от того, о каком именно здании идет речь. Если это, например, станция метро, то вероятность выйти из дверей первым одинакова для мужчины и женщины, а если это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем для женщины.

Для задач такого рода американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г.

другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную

неодинаковую вероятность сообщений в наборе:

,

где p_i — вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.

Данная формула позволяет рассчитать среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение (информационная энтропия).

В качестве единицы информации Клод Шеннон предложил принять один бит (англ. bit — binary digit — двоичная цифра).

Бит в теории информации — количество информации, необходимое для

различения двух равновероятных сообщений (типа "орел"—"решка",

"чет"—"нечет" и т.п.).

В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти

компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутримашинного представления данных и команд.

Бит — слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более

крупная единица — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется

для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры

компьютера (256=28).

Широко используются также ещё более крупные производные единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.

В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт,

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт.

За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации.

Ценность информации (смысловая сторона) определяется по формуле, предложенной академиком А.А. Харкевичем:

,

где Р₁ вероятность достижения цели до получения информации, Р₂ – вероятность достижения цели после получения информации.

Ценность информации измеряется в битах . Она может быть положительной или отрицательной, в зависимости от того, понизилась или повысилась вероятность достижения цели после получения информации.

7. Применение компьютеров в медицине и здравоохранении

Врачи используют компьютеры для многих важных применений. Назовем некоторые из них.

Компьютерная аппаратура широко используется при постановке диагноза, проведении обследований и профилактических осмотров.

Примеры компьютерных устройств и методов лечения и диагностики:

• компьютерная томография и ядерная медицинская диагностика — дают точные послойные изображения структур внутренних органов;

• ультразвуковая диагностика и зондирование — используя эффекты взаимодействия падающих и отраженных ультразвуковых волн, открывает бесчисленные возможности для получения изображений внутренних органов и исследования их состояния;

• микрокомпьютерные технологии рентгеновских исследований — запомненные в цифровой форме рентгеновские снимки могут быть быстро и качественно обработаны, воспроизведены и занесены в архив для сравнения с последующими снимками этого пациента;

• водитель сердечного ритма;

• устройства дыхания и наркоза;

• лучевая терапия с микропроцессорным управлением — обеспечивает

возможность применения более надежных и щадящих методов облучения;

• устройства диагностики и локализации почечных и желчных камней, а также контроля процесса их разрушения при помощи наружных ударных волн (литотрипсия);

• лечение зубов и протезирование с помощью компьютера;

системы с микрокомпьютерным управлением для интенсивного медицинского

контроля пациента.

• Компьютерные сети используются для пересылки сообщений о донорских органах, в которых нуждаются больные, ожидающие операции трансплантации.

• Банки медицинских данных позволяют медикам быть в курсе последних научных и практических достижений.

• Компьютеры позволяют установить, как влияет загрязненность воздуха на

заболеваемость населения данного района. Кроме того, с их помощью можно изучать влияние ударов на различные части тела, в частности, последствия удара при автомобильной катастрофе для черепа и позвоночника человека.

• Компьютерная техника используется для обучения медицинских работников

практическим навыкам. На этот раз компьютер выступает в роли больного, которому требуется немедленная помощь. На основании симптомов, выданных компьютером, обучающийся должен определить курс лечения. Если он ошибся, компьютер сразу показывает это.

• Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий.

• Компьютеры хранят в своей памяти истории болезней пациентов, что освобождает

врачей от бумажной работы, на которую уходит много времени, и позволяет больше времени уделять самим больным.

12