Файл: Информация в материальном мире (подробно).pdf

Введение

В последние десятилетия мир переживает информационный взрыв, характеризующий один из признаков перехода индустриального общества к информационному, в основе которого лежат новые информационные технологии, информационные ресурсы, информатизация, информационная сфера, информационное пространство. Происходит коренное изменение способа производства, мировоззрения людей, межгосударственных отношений, сфер и деятельности личности, общества и государства. Основным объектом этой деятельности является информация. В XX веке бурное развитие получили различные средства связи (телефон, телеграф, радио), целью которых была передача сообщений. Однако их функционирование выдвинуло ряд проблем: как обеспечить надежность связи при наличии помех, регистрацию данных, какой способ кодирования сообщения применять в том или ином случае, как кодировать сообщение, чтобы при его минимальной длине обеспечить передачу смысла с определенной степенью надежности. Эти проблемы потребовали разработки теории передачи информации и других немаловажных информационных процессов, различных материальных носителей и способов кодирования.

Цель работы: изучить информацию с точки зрения материального мира.

Задачи:

1. Определить понятие информации, данных и сообщений в современной науке и технике.
2. Изучить классификацию информации.
3. Изучить подходы к определению количества информации.
4. Определить процессы сбора, передачи, обработки и накопления информации на примерах.
5. Рассмотреть способы кодирования информации на примерах.

Данная курсовая работа состоит из введения, трех глав, в которых раскрывается изучаемая проблем, заключения, списка литературы, приложения.

При написании данной курсовой работы были использованы научная и учебно-методическая литература Российской Федерации.

Основными источниками, раскрывающими понятие информации в материальном мире и теорию информации в целом, явились работы Белова В. М., Панина В. В., Блинова И. В., Попов И., Алексеева А. П., Волькенштейна М.В., А. С. Гуменюка, Н. Н. Поздниченко., Новикова С. Н., Солонской О. И., Лидовского В. В., Стариченко Б. Е., Кудряшова Б. Д., А. Н. Осокин, А.Н. Мальчуков. В данных источниках подробно рассмотрено понятие информации, рассмотрены различия в методах построения классической теории информации К. Шеннона, Хартли и С. Голдмана и дана единая трактовка построения классической теории информации, разобраны такие вопросы как понятие «энтропия», как мера степени неопределенности, измерение информации, передача сообщений, кодирование, помехоустойчивого кодирования и методы сжатия информации,

На основе работ «Основы теории информации» Панина В. В., «Теория информации» Блинова И. В., Попов И. Ю., «Информатика: учебник» Алексеева А. П., «Прикладная теория информации» Гуменюка А.С., «Теория информации» Лидовского В. В., «Теоретические основы информатики» Стариченко Б. Е., «Теория информации» Асокина А. Н., Мальчукова А. Н. подробно рассмотрены теория о понятии информация в материальном мире, свойства, классификация, область применения понятия, способы кодирование, измерения и основные этапы информационного процесса.

В данных источниках представлен отечественный и международный опыт теоретической информатики, как базовой основы информатики, существенной части кибернетики, без которой невозможно полноценного развитие целого комплекса этой области знания.

Объект исследования курсовой работы: теория информации.

Предмет исследования курсовой работы: информации в материальном мире.

Глава 1. Понятие информации, данных и сообщений в современной науке и технике

Определение понятия информации

Информация (от лат. informatio-объяснение, изложение) - это основное понятие информатики. Несмотря на значительные достижения этой науки, ее составляющих, на сегодняшний день нет четкого, однозначного и общепринятого определения информации, отсутствует методология определения значений ее характеристик, что затрудняет решение задач информатики. Это одно из основных неопределенных понятий науки, которое находит свое подтверждение [15]. Существует множество определений понятия информации, которые рассматриваются в литературе: от самых общих, философских (информация - это отражение реального мира) до узко практических (информация - это информация, являющаяся объектом хранения, передачи и преобразования), в том числе и определяемых нормативными правовыми актами [1].

Информация может быть двух типов: дискретная (цифровая) и неразрывная (аналоговая). Дискретная информация характеризуется последовательными точными значениями некоторой величины, а непрерывная— непрерывным процессом изменения некоторой величины. Непрерывную информацию может, например, дать датчик атмосферного давления или датчик скорости автомобиля. Дискретную информацию можно получить с любого цифрового дисплея: электронных часов, счетчика, магнитофона и тому подобное [8].

Дискретная информация более удобна для обработки человеком, но непрерывная информация часто встречается в практической работе, поэтому необходимо уметь переводить непрерывную информацию в дискретную (дискретизация) и наоборот. Модем (это слово происходит от слов модуляция и демодуляция) является устройством для такого перевода: он переводит цифровые данные с компьютера в звуковые или электромагнитные колебания-копии звука и наоборот. При переводе непрерывной информации в дискретную важна так называемая частота дискретизации ν, определяющая период (T = 1/ν) между измерениями значений непрерывной величины (см. Рис. 1).

Рисунок 1. Изменение представления непрерывной информации в дискретную форму.

Чем выше частота дискретизации, тем точнее происходит перевод непрерывной информации в дискретную [8]. Но с ростом этой частоты растет и размер дискретных данных, получаемых при таком переводе, и, следовательно, сложность их обработки, передачи и хранения. Однако для повышения точности дискретизации необязательно безграничное увеличение ее частоты. Эту частоту разумно увеличивать только до предела, определяемого теоремой о выборках, называемой также теоремой Котельникова или законом Найквиста (Nyquist) [15].

Любая непрерывная величина описывается множеством наложенных друг на друга волновых процессов, называемых гармониками, определяемых функциями вида A sin(ωt + ϕ), где A — это амплитуда, ω — частота, t — время и ϕ — фаза. Теорема о выборках утверждает, что для точной дискретизации ее частота должна быть не менее чем в два разы выше наибольшей частоты гармоники, входящей в дискретизируемую величину [8].

Примером использования этой теоремы являются лазерные компакт-диски, звуковая информация на которых хранится в цифровом виде. Чем выше частота дискретизации, тем точнее будут воспроизводиться звуки и тем меньше их можно записать на один диск, но ухо обычного человека способно различать звуки с частотой до 20 кГц, поэтому бессмысленно точно записывать звуки с более высокой частотой. Согласно теореме выборки, частота дискретизации должна быть выбрана не менее 40 кГц (промышленный стандарт на компакт-диске использует частоту 44,1 кГц).

При преобразовании дискретных данных в непрерывные определяют скорость этого преобразования: чем она выше, тем больше высокочастотных гармоник получают непрерывное значение. Но чем больше частота встречается в этом значении, тем сложнее с ним работать. Например, обычные телефонные линии предназначены для передачи звуков до 3 кГц. Связь между скоростью передачи и максимально допустимой частотой будет рассмотрена более подробно позже. Устройства для преобразования непрерывной информации в дискретную обобщающе называются АЦП (аналого-цифровой преобразователь) или ADC (Analog to Digital Convertor, A/D), а устройства для преобразования дискретной информации в аналоговую — ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) или DAC (Digital to Analog Convertor, D/A) [8].

Согласно теории Шеннона, понятие информации было определено на вероятностной основе. Информация – информация, сообщения, которые устраняют неопределенность, существовавшую до того, как они были получены полностью или частично [1]. Эта идея информации как снимаемой неопределенности является наиболее распространенной интерпретацией понятия информации.

Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. Нетрудно увидеть, что по определению информация есть отражение или представление реального мира (чего-нибудь) с помощью сведений (сообщений) [15].

Сообщение – это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п. Тогда в широком смысле можно привести еще одно определение информации [15].

Сообщение – это физическое состояние, определённым образом отличающееся от других физических состояний в цепи управления [4]

Сообщение (message) – упорядоченная последовательность символов, предназначенная для передачи информации [13].

Информация – это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами [1].

Наряду с понятием «информация» в информатике часто употребляется понятие «данные».

Данные - информация, представленная в форме, пригодной для ее обработки как автоматическими средствами, так и при участии человека. Естественно, что пока мы не дали строгого определения понятия «информация», мы употребляем этот термин только в его обиходном значении [12].

Данные - это сведения, характеризующие какую-то систему, явление, процесс или объект, представленные в определенной форме и предназначенные для дальнейшего использования [13].

Данные: 1) – сведения, необходимые для какого-нибудь вывода, решения; 2) – факты, идеи, выраженные в формальном виде, обеспечивающем возможность их хранения, обработки, передачи; 3) – факты, идеи, представленные в формальном виде, позволяющем передавать или обрабатывать их при помощи некоторого процесса и соответствующих технических средств; 4) – информация, представленная в формализованном виде, пригодном для автоматической обработки при возможном участии человека; 5) – обобщенное имя информационных продуктов, являющихся предметов труда в информационном производстве [8].

Данные – представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном и удобном для фиксации, передачи и переработки в процессе их использования [15].

Классификация информации

Информацию можно разделить на типы в соответствии с различными критериями [15]:

1. По способу восприятия:
   1. Зрительный-воспринимается органами зрения.
   2. Слуховой-воспринимается органами слуха.
   3. Тактильные-воспринимаются тактильными рецепторами.
   4. Обонятельный-воспринимается обонятельными рецепторами.
   5. Вкус воспринимается вкусовыми рецепторами.
2. По форме представления:
   1. Текст-передается в виде символов, предназначенных для обозначения лексем языка.
   2. Числовые — в виде чисел и знаков, обозначающих математические действия.
   3. Графика-в виде изображений, объектов, графиков.
   4. Звук-устный или в форме записи и передачи языковых знаков слуховыми средствами.
3. По назначению:
   1. Массовая-содержит тривиальную информацию и оперирует набором понятий, понятных большинству общества.
   2. Специальная-содержит определенный набор понятий, при использовании которых происходит передача информации, которая может быть не понятна основной массе общества, но необходима и понятна в рамках узкой социальной группы, где эта информация используется.
   3. Секретная-передается узкому кругу лиц и по закрытым (охраняемым) каналам.
   4. Личная - совокупность сведений об индивиде, определяющая социальный статус и виды социальных взаимодействий внутри популяции.
4. По значению:
   1. Актуальная-информация, которая ценна в данный момент времени.
   2. Достоверная-информация, полученная без искажений.
   3. Понятная-информация, выраженная на языке, понятном человеку, которому она предназначена.
   4. Полная-информация, достаточная для принятия правильного решения или понимания.
   5. Полезная-полезность информации определяется субъектом, получившим информацию, в зависимости от сферы ее использования.
5. По истинности:
   1. истинная
   2. ложная

Существует несколько обобщенных классификаций информации: по форме представления, по свойствам, по области проникновения, по способу передачи и восприятия, по общественному назначению, по типу носителя, по типу сигнала и т. П [11].

Подходы к определению количества информации

В качестве основной характеристики сообщения теория информации принимает величину, называемую количеством информации [15]. Это понятие не влияет на смысл и важность передаваемого сообщения, но связано со степенью его неопределенности.