Файл: Общие признаки диалектического единства данных и методов в информационном процессе.pdf
Добавлен: 04.04.2023
Просмотров: 244
Скачиваний: 2
Если исследовать организационные сложности, связанные с формированием единой системы кодирования текстовых данных, то можно сделать вывод о том, что они возникают ввиду ограниченного набора кодов (256). Также очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон вероятных значений кодов станет существенно шире. Данная система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной – UNICODE. Шестнадцать разрядов дают возможность обеспечить уникальные коды для 65536 разнообразных символов – этого поля хватит для расположения в одной таблице символов большинства языков планеты.
Несмотря на тривиальную очевидность данного подхода, простой механический переход на такую систему долго сдерживался ввиду нехватки ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся в два раза длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли требуемого уровня обеспеченности ресурсами, и сейчас виден постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей усложнило согласование документов, реализованных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это сложности именно ввиду переходного периода [12].
Теперь рассмотрим кодирование графических данных.
Если рассмотреть при помощи лупы черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, формирующих характерный узор, именуемый растром.
Т.к. линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить благодаря целым числам, то можно говорить о том, что растровое кодирование дает возможность применять двоичный код для отображения графических данных. Общепринятым в настоящее время является представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, соответственно, для кодирования яркости любой точки чаще всего хватит восьмиразрядного двоичного числа.
Для кодирования цветных графических изображений используется принцип декомпозиции произвольного цвета на ключевые компоненты. В качестве таких компонентов применяют три основных цвета: красный (Red, К), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается, что всякий цвет, видимый глазом человека, можно получить при помощи механического смешения вышеуказанных цветов. Данная система кодирования именуется системой RGB по начальным буквам названий основных цветов [12].
Если для кодирования яркости каждого из ключевых компонентов использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки необходимо затратить 24 разряда. В данном случае система кодирования реализует однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что в действительности близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с применением 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).
Каждому из основных цветов можно соотнести дополнительный цвет, т.е. цвет, дополняющий основной цвет до белого. Несложно увидеть, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Следовательно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, М) и желтый (Yellow, У). Принцип декомпозиции произвольного цвета на элементы можно использовать как для основных, так и для дополнительных цветов, т.е. каждый цвет можно выразить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Данный метод кодирования цвета применяется в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска – черная (Black, К). Ввиду этого такая система кодирования обозначается четырьмя буквами СМYK (черный цвет обозначается буквой «К», т.к. буква «В» уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в данной системе нужно иметь 32 двоичных разряда. Данный режим также именуется полноцветным (True Color).
Если уменьшить количество двоичных разрядов, применяемых для кодирования цвета каждой точки, то есть возможность уменьшить объем данных, но тогда диапазон кодируемых цветов существенно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами именуется режимом High Color.
При кодировании информации о цвете при помощи восьми бит данных есть возможность передать лишь 256 цветовых оттенков. Данный метод кодирования цвета именуется индексным. Смысл названия состоит в том, что, т.к. 256 значений крайне мало для того, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный глазу человека, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а лишь его номер (индекс) в определенной справочной таблице, именуемой палитрой [13]. Само собой, эта палитра должна прикладываться к графическим данным – без нее нельзя применять методы воспроизведения информации на экране или бумаге, т.е. воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной (листва на деревьях может оказаться красной, а небо – зеленым).
Приемы и методы работы со звуковой информацией появились в вычислительной технике позже всех остальных. Также, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было такой длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний создали собственные корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то выделяются два ключевых направления.
Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых является правильной синусоидой, а, соответственно, может быть описан числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы обладают непрерывным сигналом, т.е. являются аналоговыми. И разложение в гармонические ряды и отображение в виде дискретных цифровых сигналов реализуют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, реализуют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При данных преобразованиях так или иначе возникают потери информации, связанные с методом кодирования, ввиду чего качество звукозаписи чаще всего получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, свойственным электронной музыке. Вместе с тем, такой метод кодирования реализует достаточно компактный код, ввиду чего он нашел применение еще в те годы, когда не хватало ресурсов средств вычислительной техники [13].
Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует нынешнему уровню развития техники. Проще говоря, где-то в заранее созданных таблицах расположены образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. В технике данные образцы именуются сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, определенные характеристики среды, где осуществляется звучание, а также остальные параметры, описывающие особенности звука. Т.к. в качестве образцов применяются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.
2.4. Основные структуры данных
Работа с большими наборами данных автоматизируется быстрее, когда данные упорядочены, т.е. формируют определенную структуру. Есть три ключевых типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Их можно рассмотреть на примере обычной книги.
Если разделить книгу на листы и перемешать их, то книга потеряет собственное назначение. Она также будет являться набором данных, но найти адекватный метод для получения из нее информации будет крайне затруднительно. Еще хуже дело будет обстоять, если из книги вырезать каждую букву отдельно, – в этом случае вряд ли вообще можно будет найти адекватный метод для ее прочтения.
Если же собрать все листы книги в верной последовательности, то получится простейшая структура данных - линейная. Такую книгу уже можно читать, хотя для поиска нужных данных ее придется прочитать подряд, начиная с самого начала, что не всегда удобно. Для быстрого поиска данных существует иерархическая структура. Так, например, книги разбивают на части, разделы, главы, параграфы и т. п. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня: разделы состоят из глав, главы из параграфов и т. д. Для больших массивов поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация, связанная с необходимостью просмотра [14]. На практике задачу упрощают тем, что в большинстве книг есть вспомогательная перекрестная таблица, связывающая элементы иерархической структуры с элементами линейной структуры, то есть связывающая разделы, главы и параграфы с номерами страниц. В книгах с простой иерархической структурой, рассчитанных на последовательное чтение, эту таблицу принято называть оглавлением, а в книгах со сложной структурой, допускающей выборочное чтение, ее называют содержанием.
Линейные структуры – это хорошо знакомые нам 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.
При создании любой структуры данных надо решить два вопроса: как разделять элементы данных между собой и как разыскивать нужные элементы. В журнале посещаемости, например, это решается так: каждый новый элемент списка заносится с новой строки, то есть разделителем является конец строки. Тогда нужный элемент можно разыскать по номеру строки:
N п/п Фамилия, Имя, Отчество
1 Аистов Александр Алексеевич
Разделителем может быть и какой-нибудь специальный символ. Нам хорошо известны разделители между словами – это пробелы. В русском и во многих европейских языках общепринятым разделителем предложений является точка. В рассмотренном нами классном журнале в качестве разделителя можно использовать любой символ, который не встречается в самих данных, например символ «*». Тогда список выглядел бы так:
Аистов Александр Алексеевич * Бобров Борис Борисович * Воробьева Валентина Владиславовна *... * Сорокин Сергей Семенович
Таким образом, линейные структуры данных (списки) – это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента однозначно определяется его номером.
Далее рассмотрим работу табличных структур.
С таблицами данных мы тоже хорошо знакомы, достаточно вспомнить всем известную таблицу умножения. 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.
При хранении табличных данных количество разделителей должно быть больше, чем для данных, имеющих структуру списка. Например, когда таблицы печатают в книгах, строки и столбцы разделяют графическими элементами – линиями вертикальной и горизонтальной разметки.
Таким образом, табличные структуры данных (матрицы) – это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент [15].
Многомерные таблицы. Выше мы рассмотрели пример таблицы, имеющей два измерения (строка и столбец), но в жизни нередко приходится иметь дело с таблицами, у которых количество измерений больше. Вот пример таблицы, с помощью которой может быть организован учет учащихся.
Номер факультета: 3
Номер курса (на факультете): 2
Номер специальности (на курсе): 2
Номер группы в потоке одной специальности: 1
Номер учащегося в группе: 19
Размерность такой таблицы равна пяти, и для однозначного отыскания данных об учащемся в подобной структуре надо знать все пять параметров (координат).
Нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы, часто представляют в виде иерархических структур. С подобными структурами мы очень хорошо знакомы по обыденной жизни. Иерархическую структуру имеет - система почтовых адресов. Подобные структуры также широко применяют в научных систематизациях и всевозможных классификациях.