Файл: Информация в материальном мире. Значение и возможности информации.pdf

В зависимости от материальной формы носителя, информация бывает двух основных видов - аналоговая и дискретная.

Аналоговая информация изменяется во времени непрерывно и принимает значения из континуума значений. Дискретная информация изменяется в некоторые моменты времени и принимает значения из некоторого множества значений. Любой материальный объект или процесс является первичным источником информации. Все возможные его состояния составляют код источника информации. Мгновенное значение состояний представляется как символ («буква») этого кода. Для того чтобы информация могла передаваться от одного объекта другому как к приемнику, необходимо, чтобы был какой-то промежуточный материальный носитель, взаимодействующий с источником.

Такими переносчиками в природе, как правило, являются быстро распространяющиеся процессы волновой структуры - космические, гамма и рентгеновские излучения, электромагнитные и звуковые волны, потенциалы (а может быть и ещё не открытые волны) гравитационного поля. При взаимодействии электромагнитного излучения с объектом в результате поглощения или отражения изменяется его спектр, т.е. изменяются интенсивности некоторых длин волн. Изменяются при взаимодействиях с объектами и гармоники звуковых колебаний. Информация передаётся и при механическом взаимодействии, однако механическое взаимодействие, как правило, приводит к большим изменениям структуры объектов (вплоть до их разрушения), и информация сильно искажается. Искажение информации при её передаче называется дезинформация.

Перенос информации источника на структуру носителя называется кодированием. При этом происходит преобразование кода источника в код носителя. Носитель с перенесенным на него кодом источника в виде кода носителя называется сигналом. Приемник сигнала имеет свой набор возможных состояний, который называется кодом приемника. Сигнал, взаимодействуя с объектом-приемником, изменяет его состояния. Процесс преобразования кода сигнала в код приёмника называется декодированием.

Передачу информации от источника приемнику можно рассматривать как информационное взаимодействие. Информационное взаимодействие кардинально отличается от других взаимодействий. При всех других взаимодействиях материальных объектов происходит обмен веществом и (или) энергией. При этом один из объектов теряет вещество или энергию, а другой получает их. Это свойство взаимодействий называется симметричностью. При информационном взаимодействии приемник получает информацию, а источник не теряет её. Информационное взаимодействие несимметрично.

Объективная информация сама по себе не материальна, она является свойством материи, как, например, структурность, движение, и существует на материальных носителях в виде своих кодов.

2.7 Информация в человеческом обществе

Развитие материи в процессе движения направлено в сторону усложнения структуры материальных объектов. Одна из самых сложных структур - человеческий мозг. Пока это единственная известная нам структура, обладающая свойством, которое сам человек называет сознанием. Говоря об информации мы, как мыслящие существа, априорно подразумеваем, что информация, кроме её наличия в виде принимаемых нами сигналов, имеет ещё и какой-то смысл. Формируя в своем сознании модель окружающего мира как взаимосвязанную совокупность моделей его объектов и процессов, человек использует именно смысловые понятия, а не информацию. Смысл - сущность любого феномена, которая не совпадает с ним самим и связывает его с более широким контекстом реальности. Само слово прямо указывает, что смысловое содержание информации могут формировать только мыслящие приемники информации. В человеческом обществе решающее значение приобретает не сама информация, а её смысловое содержание Способность мозга создавать смысловые понятия и связи между ними является основой сознания. Сознание можно рассматривать как саморазвивающуюся смысловую модель окружающего мира. Смысл-это не информация. Информация существует только на материальном носителе.

Сознание человека считается нематериальным. Смысл существует в сознании человека в виде слов, образов и ощущений. Человек может произносить слова не только вслух, но и «про себя». Он также «про себя» может создавать (или вспоминать) образы и ощущения. Однако, он может восстановить информацию, соответствующую этому смыслу, произнеся слова или написав их. Информация содержится в мозге в виде определенных состояний его нейронов. Она содержится также в напечатанном тексте, состоящем из этих слов, и при кодировании букв трехразрядным двоичным кодом её количество равно 120 бит. Если произнести слова вслух, информации будет значительно больше, но смысл останется тем же. Наибольшее количество информации несёт зрительный образ.

Это отражается даже в народном фольклоре - "лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать". Восстановленная таким образом информация называется семантической информацией, поскольку она кодирует смысл некоторой первичной информации (семантика). Услышав (или увидев) фразу, произнесенную (или написанную) на языке, которого человек не знает, он получает информацию, но не может определить её смысл. Поэтому для передачи смыслового содержания информации необходимы некоторые договора между источником и приемником о смысловом содержании сигналов, т.е. слов. Такие договоренности могут быть достигнуты в процессе общения. Общение является одним из важнейших условий существования человеческого общества.

2.8 Информация в науке

В современном мире информация представляет собой один из важнейших ресурсов и, в то же время, одну из движущих сил развития человеческого общества. Информационные процессы, происходящие в материальном мире, живой природе и человеческом обществе изучаются (или, по крайней мере, учитываются) всеми научными дисциплинами от философии до маркетинга. Возрастающая сложность задач научных исследований привела к необходимости привлечения к их решению больших коллективов ученых разных специальностей. Поэтому практически все рассматриваемые ниже теории являются междисциплинарными. Исторически сложилось так, что исследованием непосредственно информации занимаются две комплексных отрасли науки - кибернетика и информатика.

Информатика, сформировавшаяся как наука в середине прошлого века, отделилась от кибернетики и занимается исследованиями в области способов получения, хранения, передачи и обработки семантической информации. Обе эти отрасли используют несколько основополагающих научных теорий. К ним относятся теория информации, и её разделы - теория кодирования, теория алгоритмов и теория автоматов. Исследования смыслового содержания информации основываются на комплексе научных теорий под общим названием семиотика.Теория информации - комплексная, в основном математическая теория, включающая в себя описание и оценки методов извлечения, передачи, хранения и классификации информации.

Рассматривает носители информации как элементы абстрактного (математического) множества, а взаимодействия между носителями как способ расположения элементов в этом множестве. Такой подход дает возможность формально описать код информации, то есть определить абстрактный код и исследовать его математическими методами. Для этих иследований применяет методы теории вероятностей, математической стистики, линейной алгебры, теории игр и других математических теорий

Основы этой теории заложил американский учёный Э. Хартли в 1928 г., который определил меру количества информации для некоторых задач связи. Позднее теория была существенно развита американским учёным К. Шенноном, российскими учёными А.Н. Колмогоровым, В.М Глушковым и др.Современная теория информации включает в себя как разделы теорию кодирования, теорию алгоритмов, теорию цифровых автоматов (см. ниже) и некоторые другие. Существуют и альтернативные теории информации, например "Качественная теория информации", предложенная польским учёным М. Мазуром. C понятием алгоритма знаком любой человек, даже не подозревая об этом. Вот пример неформального алгоритма: «Помидоры нарезать кружочками или дольками. Положить в них нашинкованный лук, полить растительным маслом, затем посыпать мелко нарезанным стручковым перцем, перемешать. Перед употреблением посыпать солью, уложить в салатник и украсить зеленью петрушки». Знаковой системой считается система конкретных или абстрактных объектов (знаков, слов), с каждым из которых определенным образом сопоставлено некоторое значение. В теории доказано, что таких сопоставлений может быть два. Первый вид соответствия определяет непосредственно материальный объект, который обозначает это слово и называется денотат (или, в некоторых работах, - номинант). Второй вид соответствия определяет смысл знака (слова) и называется концепт. При этом исследуются такие свойства сопоставлений как «смысл», «истинность», «определимость», «следование», «интерпретация» и др. Для исследований используется аппарат математической логики и математической лингвистики.Идеи семантики, намеченные ещё Г. В. Лейбницем и Ф де Соссюром в XIX веке, сформулировали и развили Ч. Пирс (1839-1914), Ч. Моррис (р. 1901), Р. Карнап (1891-1970) и др.

Основным достижением теории является создание аппарата семантического анализа, позволяющего представить смысл текста на естественном языке в виде записи на некотором формализованном семантическом (смысловом) языке. Семантический анализ является основой для создания устройств (программ) машинного перевода с одного естественного языка на другой.

Глава 3: Возможности информации

3.1 Передача информации

Передачей семантической информации называется процесс её пространственного переноса от источника к получателю (адресату). Передавать и получать информацию человек научился даже раньше, чем хранить её. Речь является способом передачи, который использовали наши далекие предки в непосредственном контакте (разговоре) - ею мы пользуемся и сейчас. Для передачи информации на большие расстояния необходимо использовать значительно более сложные информационные процессы.Для осуществления такого процесса информация должна быть некоторым образом оформлена (представлена). Для представления информации используются различные знаковые системы - наборы заранее оговоренных смысловых символов: предметов, картинок, написанных или напечатанных слов естественного языка. Представленная с их помощью семантическая информация о каком-либо объекте, явлении или процессе называется сообщением.

Очевидно, что для передачи сообщения на расстояние информация должна быть перенесена на какой-либо мобильный носитель. Носители могут перемещаться в пространстве с помощью транспортных средств, как это происходит с письмами, посылаемыми по почте. Такой способ обеспечивает полную достоверность передачи информации, поскольку адресат получает оригинал сообщения, однако требует значительного времени для передачи. С середины XIX века получили распространение способы передачи информации, использующие естественно распространяющийся носитель информации - электромагнитные колебания (электрические колебания, радиоволны, свет). Реализация этих способов требует:

- предварительного переноса информации, содержащейся в сообщении, на носитель - кодирования;

- обеспечения передачи полученного таким образом сигнала адресату по специальному каналу связи;

- обратного преобразования кода сигнала в код сообщения - декодирования.

Использование электромагнитных носителей делает доставку сообщения адресату почти мгновенной, однако требует дополнительных мер по обеспечению качества (достоверности и точности) передаваемой информации, поскольку реальные каналы связи подвержены воздействию естественных и искусственных помех. Устройства, реализующие процесс передачи данных, образуют системы связи. В зависимости от способа представления информации системы связи можно подразделять на знаковые (телеграф, телефакс), звуковые (телефон), видео и комбинированные системы (телевидение). Наиболее развитой системой связи в наше время является Интернет.

3.2 Аналоговая и цифровая информация

Звук - это волновые колебания в какой-либо среде, например в воздухе. Когда человек говорит, колебание связок горла преобразуются в волновые колебания воздуха. Если рассматривать звук не как волну, а как колебания в одной точке, то эти колебания можно представить, как изменяющееся во времени давление воздуха. С помощью микрофона можно уловить изменения давления и преобразовать их в электрическое напряжение. Произошло преобразование давления воздуха в колебания электрического напряжения.

Человеческая речь, так же является частным случаем звука. Её тоже можно представить в аналоговом виде. Но так же как музыку можно разбить на ноты, речь можно разбить на буквы. Если каждой букве дать свой набор цифр, то мы получим цифровое представление речи. Разница между аналоговой информацией и цифровой в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая дискретна .Преобразование информации из одного вида в другой в зависимости от рода преобразования называют по-разному: просто «преобразование», например, цифро-аналоговое преобразование, или аналого-цифровое преобразование; сложные преобразования называют «кодированием», например, дельта-кодирование, энтропийное кодирование; преобразование между такими характеристиками, как амплитуда, частота или фаза называют «модуляцией», например амплитудно-частотная модуляция, широтно-импульсная модуляция.

Обычно, аналоговые преобразования достаточно просты и с ними легко справляются различные устройства изобретенные человеком. Магнитофон преобразует намагниченность на пленке в звук, диктофон преобразует звук в намагниченность на пленке, видеокамера преобразует свет в намагниченность на пленке, осцилограф преобразует электрическое напряжение или ток в изображение и т.д. Преобразование аналоговой информации в цифровую заметно сложнее. Некоторые преобразования машине совершить не удается или удается с большим трудом. Например, преобразование речи в текст, или преобразование записи концерта в ноты, и даже по природе своей цифровое представление: текст на бумаге очень тяжело машине преобразовать в тот же текст в памяти компьютера.