Файл: Операции, производимые с данными (Информация и данные. Виды операций с данными).pdf

Все мы живём в эпоху стремительного развития информационных технологий. Интернет, электронные сервисы, прикладные программы- это то, без чего невозможно представить современное общество. Однако, вся информация которую человек собирает, обрабатывает и хранит с помощью вычислительной техники состоит из невидимых кирпичиков- "данных". Операции, производимые с данными разнообразны как по своему содержанию, так и по своей классификации.

Понимание указанных операций в рамках их постоянного развития, обобщение разнообразных подходов к их классификации является сложной, но необходимой задачей как для общества в целом, так и для будущих специалистов, чья работа будет связана с информационными технологиями. Именно с этой целью написана данная курсовая работа. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1) дать характеристику понятию "данные" и операциям с ними;

2) изучить разновидности операций, производимых с данными с точки зрения информационного процесса;

3) изучить разновидности операций, производимых с данными с точки зрения программирования.

Для этой цели в ходе исследования необходимо обращаться к понятиям логики, математики и информатики, использовать как проверенную временем литературу, так и современные источники информации.

1. Информация и данные. Виды операций с данными

Информация – это любые сведения о событиях, объектах и явлениях окружающей среды, их свойствах и состоянии. Информация содержится в сообщениях и передается людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, графических изображений, звуков и т.д.). [1]

Согласно определению, приведенному в ГОСТ 7.0-99 "Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Информационно-библиотечная деятельность, библиография. Термины и определения" (далее- ГОСТ 7.0-99 СИБИД), информация -сведения, воспринимаемые человеком и (или) специальными устройствами как отражение фактов материального или духовного мира в процессе коммуникации. [2]

В то же время данные, согласно всё тому же ГОСТ 7.0-99 СИБИД, это информация, обработанная и представленная в формализованном виде для дальнейшей обработки. [2] ГОСТ 33707-2016 (ISO/IEC 2382:2015) "Межгосударственный стандарт. Информационные технологии. Словарь" содержит схожее определение данных, как предоставления информации в формальном виде, пригодном для передачи, интерпретации или обработки людьми или компьютерами. [3]

В терминологии ГОСТ 20886-85 "Организация данных в системах обработки данных. Термины и определения" содержится также описание видов конструкций данных:

1) элемент данных- порция данных, в контексте использования которой отсутствует способ выделения из нее порции, отличной от нее самой;

2) конструкция данных- порция данных, в контексте использования которой имеется способ разложения ее на систему элементов данных (имеется в виду конкретный способ разложения, один из многих);

3) список данных- конструкция данных, представляющая собой упорядоченное множество элементов или составных конструкций данных;

4) цепной список данных- список данных, в котором порядок компонентов списка задан посредством указателей, включенных в компоненты списка;

5) кольцевой список данных- цепной список данных, в котором каждый компонент имеет единственный предшествующий и единственный последующий компонент того же списка;

6) массив данных- конструкция данных, компоненты которой идентичны по своим характеристикам и перечисляют как значения функции от фиксированного количества целочисленных аргументов (количество аргументов определяет размерность массива).[4]

Таким образом, данные представляют собой информацию в формализованном виде (в цифровой форме), позволяющем автоматизировать её сбор, хранение и дальнейшую обработку в электронно-вычислительных машинах (далее-ЭВМ). С этой точки зрения информация является абстрактным понятием, рассматриваемым безотносительно к её семантическому аспекту, а под количеством информации обычно понимается соответствующий объём данных. [5, с. 188] Преобразование и обработка данных позволяет получить информацию.[6, с. 3]

Под операцией в широком смысле понимается действие или их совокупность для достижения какой-либо цели. Применительно к программированию под операцией чаще всего понимается конструкция в языках программирования, аналогичная по записи математическим операциям, то есть специальный способ записи некоторых действий.

С учетом всего вышеизложенного, исходя из сущности данных, производимые с ними операции можно классифицировать по разному. С одной стороны, к операциям с данными с точки зрения информационного процесса можно отнести сбор данных, их формализацию, сортировку, фильтрацию, архивацию, защиту, преобразование, прием и передачу. [7, с. 13] С другой стороны, в рамках программирования с данными можно производить математические операции, операции присваивания, операции сравнения, логические операции, побитовые операции тернарные условные операции, операцию последовательного вычисления и т.п. В главах 2 и 3 курсовой работы мы постараемся установить и описать суть основных видов операций.

2. Разновидности операций, производимых с данными с точки зрения информационного процесса

2.1. Сбор данных. Формализация данных

Отправной точкой для любых операций с данными является сбор данных.

Сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений.[7, с. 13]

Сбор и регистрация данных может производиться разными способами: вручную, механизированным способом (человеком с использованием простейших приборов), автоматизированным способом (использование машиночитаемых документов, регистрирующих автоматов, универсальных систем сбора и регистрации) и автоматическим способом (Информация с датчиков поступает непосредственно в ЭВМ).

Собранные данные образуют первичную информацию и подвергаются процессам дальнейшей переработки для получения промежуточной и конечной информации и ее использования. [8, c. 308]

В настоящее время наиболее активно развиваются системы сбора данных, которые в свою очередь относятся к автоматическому способу сбора и регистрации данных. Система сбора данных -это комплекс средств, предназначенный для работы совместно с ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных.

При взаимодействии с ЭВМ, которая оснащена специализированным программным обеспечением, система сбора данных образует информационно-измерительную систему. На основе информационно-измерительных систем в свою очередь могут быть созданы автоматизированные системы управления которые включают в себя информационно-логические комплексы, информационно-вычислительные комплексы, информационно-диагностические комплексы и информационно-контролирующие системы.

Исходя из способа получения информации системы сбора данных можно разделить на:

1) сканирующие,

2) мультиплексные (мультиплексорные, иногда говорят «многоточечные»),

3) параллельные,

4) мультиплицированные.

Мультиплицированные системы практически не используются по причине низкого быстродействия.

Сканирующий принцип построения систем сбора данных используется там, где надо измерить поле распределения параметров (указанный тип систем используется в тепловизоре, аппарате УЗИ, томографе).

Параллельными системами сбора данных следует считать системы на основе интеллектуальных датчиков. Каждый из этих датчиков по сути одноканальная система сбора данных со специализированным интерфейсом.

Мультиплексная (мультиплексорная) система сбора данных имеет на каждый измерительный канал индивидуальные средства аналоговой обработки сигнала и общий для всех каналов блок аналого-цифрового преобразования. Наибольшее распространение в настоящее время имеют именно мультиплексные системы сбора данных. [9, с.93]

Системы сбора данных в конечном счете позволяют создавать автоматизированные системы управления, которые применяются как для решения задач оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте (управление уличным освещением, дорожным движением и т.д.), так и для решения задач организации производства, включая основные производственные процессы, входящую и исходящую логистику (управление предприятием).

Исходя из изложенного, сбор данных важнейшая из операций. Однако, данные поступающие из разных источников могут иметь разную форму. Чтобы успешно ими оперировать необходима их формализация.

Формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме для того, чтобы сделать их сопоставимыми между собой.

Формализация данных определяется главным образом требованиями машинной обработки. Одним из элементов формализации является определение допустимых представлений данных. Числовые данные представляются в обычной форме. Для текстовых значений устанавливается допустимый набор слов, определяется метод кодирования и составляются соответствующие справочники. [10, с. 50]

Именно методология формализации данных позволяет подготовить данные, получаемые с обычных документов, функционирующих на предприятии в виде, удобном для обработки их в системе автоматизированной обработки данных, позволяет также формально описать процесс обработки данных в системе автоматизированной обработки данных в виде алгоритмов и машинных программ и построение процесса обработки данных. [11, с. 12]

2.2. Сортировка, фильтрация и поиск данных

Под сортировкой данных следует понимать один из этапов обработки данных, упорядочение элементарных данных в последовательности, определяемой значениями некоторых признаков, называемых ключами сортировки. Например, расположение записей сортируемого массива данных по возрастанию или уменьшению значений величин, содержащихся в массиве. Сортировка массивов данных существенно ускоряет их дальнейшую обработку. [12, с. 336]

Хотя в словарях слово сортировка определяется как процесс разделения объектов по виду или сорту, программисты традиционно используют его в гораздо более узком смысле, обозначая им такую перестановку предметов, при которой они располагаются в порядке возрастания или убывания. [13, с. 19]

К наиболее важным областям применения сортировки можно отнести:

1) решение задачи группирования, когда нужно собрать вместе все элементы с одинаковыми значениями некоторого признака;

2) поиск общих элементов в двух или более массивах (например, если два или более массивов рассортировать в одном и том же порядке, то можно отыскать в них все общие элементы за один последовательным просмотр всех массивов без возвратов);

3) поиск информации по значениям ключей (с помощью сортировки можно сделать результаты обработки данных более удобными для восприятия человеком. [13, с. 20]

Сортировка проводится при помощи великого множества алгоритмов сортировки (напр. сортировка пузырьком, сортировка выбором, сортировка расческой, блинная сортировка, блочная сортировка и т.п.), работающих по разным принципам, требующих разного времени на выполнения и разных ресурсов. Между собой алгоритмы можно сравнить по следующим параметрам:

1) время сортировки - основной параметр, характеризующий быстродействие алгоритма.

2) память - ряд алгоритмов требует выделения дополнительной памяти под временное хранение данных. При оценке используемой памяти не будет учитываться место, которое занимает исходный массив и независящие от входной последовательности затраты, например, на хранение кода программы.

3) устойчивость - устойчивая сортировка не меняет взаимного расположения равных элементов; [13, с. 22]

4) естественность поведения - эффективность метода при обработке уже отсортированных, или частично отсортированных данных. Алгоритм ведет себя естественно, если учитывает эту характеристику входной последовательности и работает лучше.

Еще одним важным свойством алгоритма является его сфера применения: