Файл: Методы кодирования данных, основные понятия.pdf

Введение

Цель курсовой работы – рассмотреть методы кодирования данных, дать их подробную характеристику, а также сформулировать выводы по намеченным задачам.

Задачей курсовой работы является рассмотрение цели на основе: основных понятий кодирования и методов кодирования – регистрационных и классификационных; методов кодирования – сжатие или упаковка данных; кодирования как средства защиты информации от несанкционированного доступа; помехоустойчивого кодирования; способов кодирования информации.

Цели и задачи работы определили ее структуру.

Курсовая работа состоит из теоретической части, в которой излагается материал учебных и методических пособий. Актуальность темы «Методы кодирования данных» обосновываем в теоретической части на понятиях: коды, кодировка, кодирование данных, кодирование и методы кодирования; порядковый, серийно-порядковый, последовательный и параллельный методы кодирования данных; методов кодирования, позволяющих построить (без потери информации) коды сообщений, которые имеют меньшую длину по соотношению с исходным сообщением, т.е. методов сжатия или упаковки данных; алгоритма Шеннона-Фано и алгоритма Хаффмена; шифра простой подстановки, шифров перестановки, шифра Виженера и шифрования гаммированием; помехоустойчивого кодирования; способов кодирования информации.

Глава 1. Кодирование. Методы кодирования данных.

Основные понятия

Компьютер с точки зрения пользователя работает с самой разной информацией: числовой, графической, звуковой, текстовой и пр. Чтобы работать с данными различных видов, необходимо унифицировать форму их представления. Это можно сделать с помощью кодирования.³

Различные методы кодирования широко используются в практической деятельности человека с незапамятных времён. Например, десятичная позиционная система счисления – это способ кодирования натуральных чисел. Другой способ кодирования натуральных чисел – римские цифры, причем этот метод более наглядный и естественный, действительно, палец – I, пятерня – V, две пятерни – X. Однако при этом способе кодирования труднее выполнять арифметические операции над большими числами, поэтому он был вытеснен способом кодирования основанном на позиционной десятичной системой счисления. Из этого примера можно заключить, что различные способы кодирования обладают присущими только им специфическими особенностями, которые в зависимости от целей кодирования могут быть как достоинством конкретного способа кодирования, так и его недостатком.¹¹

В процессе кодирования объектам классификации и их группам присваивают цифровые, буквенные или цифро-буквенные обозначения – так называемые коды. Итак, код – это знак или совокупность знаков, применяемых для обозначения объектов классификации и их классификационных группировок. Совокупность методов и правил кодирования классификационных группировок и объектов классификации данного множества составляет коди-

ровку.¹²

___________________

³ Задохина Н.В. Математика и информатика. Решение логико-познавательных задач: Учебное пособие для студентов вузов / Н.В. Задохина. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2015. – 5 с.

¹¹ Шавенько Н.К. Основы теории информации и кодирования / Н.К. Шавенько. – М.: МИИГАиК, 2012. – 26 с.

¹² Информационные системы в финансово-кредитных учреждениях: Учебное пособие [2-изд, перераб. и доп.] / И.Ф. Рогач, М.А. Сендзюк, В.А. Антонюк; Под ред. И.Ф. Рогач. – М.: Финансы, 2001. – 38 с.

Кодирование данных – это процесс формирования определенного представления информации.

В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Также стоит отметить, что кодирование представляет собой процесс перевода информации из одной системы знаков в другую, т.е. перевод записи на естественном языке в запись с помощью кодов.

Любой способ кодирования характеризуется наличием основы, в которую входит алфавит, система координат, основание системы счисления, а также правил конструирования информационных образов на этой основе.⁹

К методам кодирования предъявляются такие требования, соблюдение которых способствует повышению качества классификатора. Рассмотрим основные аспекты для метода кодирования:

• код метода должен содержать нужную информацию об объекте и проводить в пределах заданного множества объектов классификации его идентификацию;
• код метода должен предусматривать использование кода десятичных цифр и букв в качестве алфавита;
• код метода должен обеспечивать минимальную длину кода и достаточный резерв незанятых позиций для кодирования новых объектов без нарушения структуры классификатора;
• код метода должен быть максимально ориентирован на автоматизированную обработку информации.⁸

Методы кодирования технико-экономической и социальной информации (ТЭСИ далее по тексту) очень тесно взаимосвязаны с методами классификации, так каждому методу классификации соответствует один или не

_________________

⁹ Федин Л.Н. Кодирование данных / Л.Н. Федин. – М.: ИНФРА-М, 2008. – 17 с.

⁸ Титоренко Г.А. Информационные технологии управления / Г.А. Титоренко. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – 48 с.

сколько методов кодирования.

В классификаторах ТЭСИ используются четыре метода кодирования информации. Полная классификация методов кодирования данных представлена на рис. 1. Если охарактеризовать два основных метода кодирования данных, то регистрационный метод кодирования – это метод кодирования, который носит самостоятельный характер, а классификационный метод кодирования  – основан на предварительной классификации объектов.

Далее рассмотрим подробнее регистрационный и классификационный методы кодирования.⁶

Методы кодирования

Классификационные

Регистрационные

Параллель-ный

Последова-тельный

Серийно-порядковый

Порядковый

Рис. 1. Классификация методов кодирования данных

1.1. Регистрационные методы кодирования данных

Регистрационные методы кодирования – это методы, при которых кодовыми обозначениями служат числа натурального цифрового ряда или числа натурального цифрового ряда с закреплением отдельных диапазонов (серий) этих чисел за элементами классификации с одинаковыми признаками. Они полностью идентифицируют объект, но не отражают существенную призначную информацию о нем в коде.

__________________

⁶ Минаева И.Б. Информационное обеспечение деятельности / И.Б. Минаева. – М.: Секретарское дело, 2006. – 124 с.

Необычностью регистрационных систем кодирования служит их незави-

симость от применяемых систем классификации. Ре­гистрационные коды используются для идентификации объектов и передачи информации об объектах на расстояние, поэтому они должны удовлетворять следующим условиям:

• минимальность длины кода;
• однозначность соответствия наименования объек­та и его кода в течение длительного периода времени;
• защищен­ность кода от помех и ошибок.

Регистрационные коды состоят из двух частей – информаци­онной и контрольной, последняя предназначена для защиты передавае­мой информации от ошибок, существуют различные алгоритмы ее просчета, например, наиболее упот­ребляемыми являются последующие две формулы расчета:

K = M - [∑X_i / M]

K = M - [∑x_i×B / M]

где М – модуль (простое число, делящееся на единицу и на само себя)

i – номер разряда

Хi – информационные разряды

В – вес информационного разряда

Регистрационный метод по большей части прост – каждый объект исходного кодируемого множества обозначается с помощью текущего номера, символы, которые использованы для образования текущего номера (кода), образуют алфавит кода, в котором число различных символов называют основанием кода. Например, при кодировании с помощью десятичных чисел основание кода равно 10, т.к. используется 10 различных цифр.

Недостатками данного метода кодирования данных являются отсутствие дополнительной информации об объекте и трудность проведения поиска закодированной информации в базе данных. Поэтому данный метод применяют только для кодирования существенно небольших объемов информации, к

примеру – нумерация анкет.¹³

В свою очередь, регистрационные методы кодирование  бывают двух видов: порядковый и серийно-порядковый.⁵

Далее рассмотрим подробнее порядковый и серийно-порядковый методы кодирования.

1.1.1. Порядковый метод кодирования

Порядковый метод кодирования – предполагает использование в качестве кодов чисел натурального ряда (например, номера страниц в книге). Это – негибкая система, поскольку каждый новый объект можно записать лишь после ранее закодированного, что приводит к нарушению логического расположения классифицируемых объектов.⁵ В этом случае каждый из объектов классифицируемого множества кодируется таким образом, что ему присваивается порядкового номер без какого-либо пропуска номеров. Новые элементы получают номера в конце имеющегося перечня. Здесь не требуется предварительной классификации. Последовательность присвоения кодов определяется в большинстве случаев хронологией возникновения информации. Примером использования порядкового метода кодирования может служить систематизация домов на улице, квартир в доме.

Порядковый метод является наиболее простым, он заключается в сквоз-

ной последовательности порядковой регистрации объектов. Чаще всего для удобства обработки информации используется равномерный код, в котором число разрядов в каждом кодовом обозначении одинаково. Число объектов, которое можно закодировать при применении этого метода, зависит от основания кода и числа разрядов в кодовом обозначении.

Текущий метод кодирования данных обеспечивает достаточно большую

^{____________________________________}

¹³ Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления: Учебное пособие / Д.В. Гайчук, М.В. Самус, А.П. Жук; Под ред. Д.В. Гайчук. – Ставрополь.: СВИС РВ, 2009. – 56-57 с.

⁵ Ларьков Н.С. Документоведение: 3-е издание. Учебник / Н.С. Ларьков. – ООО «Проспект», 2015. – 291 с.

⁵ Ларьков Н.С. Документоведение: 3-е издание. Учебник / Н.С. Ларьков. – ООО «Проспект», 2015. – 291-292 с.

долговечность классификатора при невесомой избыточности кода. Также метод обладает предельной простотой, использует преимущественно короткие

коды и вернее обеспечивает однозначность каждого объекта классификации.

Существенными недостатками порядкового метода кодирования данных служат отсутствие в коде конкретной информации о свойствах объекта, а также сложность машинной обработки информации при получении итогов по группе объектов классификации с одинаковыми признаками. Данный метод кодирования не обеспечивает возможности размещения вновь появившихся объектов классификации в необходимом месте классификатора, т.к. резервные коды располагаются в конце ряда. Поэтому этот метод кодирования рекомендуется использовать для небольших, преимущественно простых и постоянных множеств, например, таких как – категории работающих, виды образования, национальность, единицы измерения.

По этим же причинам порядковый метод самостоятельно редко применяется при создании классификаторов, а напротив чаще всего он применяет-

ся в сочетании с другими методами кодирования.¹

1.1.2. Серийно-порядковый метод кодирования

Серийно-порядковый метод кодирования – это метод, при котором кодами служат также числа натурального ряда, однако отдельные серии этих чисел закрепляются за объектами классификации с одинаковыми признаками. Иначе говоря, на каждую крупную классификационную рубрику отводится серия порядковых номеров, например, от 1 до 100 (первая серия), от 101 до 200 (вторая серия) и т.д.⁵

В каждой серии, за исключением кодов имеющихся объектов классифи-

кации, предусматривается определенное количество кодов для резерва, кото-

___________________

¹ Герасеймчук К.А. Кодирование. Основа кодирования: Учебник для вузов / К.А. Герасеймчук – СПб.: Питер, 2011. – 126-128 с.