Методы воспроизведения и обработки данных

Воспроизведение и обработка данных

Поскольку все сигналы имеют энергетическую, то есть мате­риальную, природу, то и данные — тоже объекты материальной природы. Данные всегда объективны. Их можно посмотреть, по­трогать, услышать. Что именно можно сделать с конкретными данными, зависит от их физической природы, но в любом слу­чае данные можно каким-то образом воспроизвести. Это выте­кает из определения данных как зарегистрированных сигналов. Если у нас есть средства, чтобы зафиксировать факт регистрации сигнала, значит, у нас непременно есть и средства для воспроиз­ведения данных, образовавшихся в момент такой регистрации.

Для обычного человека текст, который он видит в докумен­те, — это данные. Но для эксперта-криминалиста данными мо­жет быть текст, которого в документе нет (удален в результате подчистки). Разумеется, обычный наблюдатель и эксперт-кри­миналист получат в этом случае разную информацию из одного и того же документа. Это различие связано с тем, что они поль­зуются разными методами доступа к данным.

Для того чтобы данные стали информацией, обычно требу­ется не один, а множество взаимосвязанных методов. Вот при­мер для обычного текста, напечатанного темными буквами на светлом фоне.

1. Чтобы рассмотреть текст, наблюдатель должен обладать
методом зрения. Хотя зрение — это естественный метод,
присущий большинству людей, но не все люди им обла­
дают.

2. Необходимо достаточное освещение, то есть нужен ме­
тод для его обеспечения. Освещение — это физический
метод, основанный на использовании естественного или
искусственного света.

3. Необходимо знать азбуку (систему кодирования звуков)
того языка, на котором написан текст.

■

4. Надо знать язык, на котором написан текст.

5. Надо понимать термины и понятия, использованные в со­
общении.

Последние три метода — логические. Они связаны с мышле­нием человека и не доступны от рождения, а приобретаются в ре­зультате обучения. Кстати, обратим внимание на то, что если бы текст был напечатан черными буквами на черном фоне, то коли­чество методов в цепочке стало бы больше. К естественным и ло­гическим методам потребовалось бы добавить технические, на­пример, исследование текста в ультрафиолетовых лучах.

Группы методов воспроизведения и обработки данных

Естественные методы

Естественные методы воспроизведения данных присущи че­ловеку и другим организмам живой природы. Если мы говорим о человеке, то прежде всего к естественным методам относим все методы, основанные на его органах чувств (зрение, осяза­ние, обоняние, слух и вкус).

Вам, конечно, знакома разница между внимательным и невни­мательным наблюдением. И в том и в другом случае на сетчатке глаза образуются совершенно одинаковые данные, но информа­цию мы получаем разную. Это связано с тем, что при вниматель-

ном наблюдении мозг применяет более сложные методы обра­ботки данных.

Хороший пример того, как из одних и тех же данных образу­ется разная информация, представляют собой стереограммы. Их следует рассматривать так, чтобы левый и правый глаз фоку­сировались в разных точках рисунка. В этом случае мозг обра­батывает данные иным методом, и вместо регулярного узора мы можем наблюдать скрытое объемное изображение.

Кроме методов, основанных на органах чувств, человек об­ладает и другими методами обработки данных. К ним относит­ся, например, логическое мышление. Оно позволяет работать с данными, не имеющими объективных аналогов в материальном мире. К прочим естественным методам, присущим человеку и основанным на особенностях его мышления, можно отнести воображение, сравнение, сопоставление, анализ, прогнозиро­вание и другие.

Аппаратные методы

До последнего времени методы обработки данных можно было разделить на естественные и технические. Однако в связи с бурным развитием вычислительной техники в последние годы в классе технических методов четко выделились два направле­ния: аппаратные и программные методы, способные во многих случаях подменять или дополнять друг друга.

Аппаратные методы взаимодействия с данными используют в тех случаях, когда физическая природа данных не позволяет применять для их воспроизведения и обработки естественные методы, основанные на органах чувств. Простейший пример — радиосигналы и другие сигналы электромагнитной природы. Человек не имеет органов чувств для их регистрации и потому вынужден использовать аппаратные методы. С примерами та­ких методов вы знакомы: они представлены приборами, напри­мер, телеприемниками и радиоприемниками.

Аппаратные методы — это всегда устройства (приборы). Ши­роко известны такие устройства воспроизведения данных, как магнитофоны, видеомагнитофоны, телефоны, рентгеновские

аппараты, телескопы, микроскопы и многие другие. С точки зрения физики все эти устройства обладают разными принци­пами действия и выполняют разные функции. С точки зрения информатики эти устройства (приборы) выполняют общую функцию — преобразуют данные из формы, недоступной для ес­тественных методов человека, в форму, доступную для них.

В отдельных случаях данные должны проходить через доста­точно длинные цепочки преобразования аппаратными средствами, прежде чем станут доступны для восприятия человеком и из них образуется информация. Поскольку разные приборы выпускают­ся разными предприятиями, между различными устройствами возможны проблемы совместимости. Не всегда одни устройства могут обрабатывать данные, созданные другими приборами. В та­ких случаях применяют специальные устройства преобразова­ния данных, но уже говорят не о преобразовании формы данных, а о преобразовании их формата. Например, видеозапись, вы­полненную с помощью любительской видеокамеры, нельзя пе­редать по каналам телевизионного вещания без предваритель­ного преобразования. В таких случаях данные из формата, в ко­тором работают бытовые видеокамеры, преобразуют в формат, с которым работают профессиональные средства телевещания и видеотехники.

,.Программные методы

Широкое внедрение средств вычислительной техники по­зволяет автоматизировать обработку самых разных видов дан­ных с помощью компьютеров. Компьютер — это прибор особо­го типа, в котором одновременно сочетаются аппаратные и программные методы обработки и представления информации. Эти методы составляют предметную область информатики, и мы познакомимся с ними более подробно в последующих гла­вах, а сейчас приведем лишь несколько примеров того, как про­граммные методы влияют на содержание информации, пред­ставленной в данных.

Два изображения, представленные ниже, получены в ре­зультате обработки одних и тех же данных разными программ­ными средствами.

2x2 = 4

Эти данные различаются только форматированием, по-раз­ному выполненным компьютерной программой. Ниже представ­лен противоположный пример, когда данные, совпадающие с точностью до символа, в результате применения программного метода форматирования представляют противоположную ин­формацию.

КАЗНИТЬ,

нельзя помиловать

1.1.3. Понятие информации

Научное определение информации дается достаточно про­сто, если предположить, что информация — это динамический (богатый действием, движением) объект, не существующий в природе сам по себе, а образующийся в ходе взаимодействия данных и методов. Он существует ровно столько, сколько длит­ся это взаимодействие, а все остальное время пребывает в виде

данных.

Информация — это продукт взаимодействия данных и мето­дов, рассмотренный в контексте этого взаимодействия.

В этом определении ничего не говорится о форме, в которой представлены данные, а она может быть абсолютно любой. Если данные графические, а метод взаимодействия — наблюде­ние, то образуется визуальная информация. Если данные тек­стовые или речевые, а метод их потребления — чтение или про­слушивание, образуется текстовая информация. А могут ли тек­стовые данные быть графической информацией? Разумеется, да, если к ним применен не метод чтения, а метод наблюдения.

В нашем определении важным является пояснение «...рас­смотренный в контексте этого взаимодействия». Приведем примеры, почему это действительно важно. Известно, что кни­ги — это хранилища данных. Они предназначены для получе­ния информации методом чтения. Но если попробовать разные

книги на ощупь или на вкус, то тоже можно получить информа­цию. Такие методы позволят различить книги, выполненные в кожаных, картонных и бумажных переплетах. Разумеется, это не те методы, которые предполагались авторами книг, но они тоже дают информацию, хотя и не полную.

Известны примеры того, что не только текст или состав бума­ги письма, но и его запах может давать информацию об авторе. Пользуясь этим методом, можно отправлять в конверте даже чи­стый лист. Получателю он даст информацию о том, кто помнит и думает о нем. Возможно, в некоторых случаях она будет недосто­верной (ложной), но это все-таки будет информация.

Анализируя информационную ценность газет, журналов, те­лепередач, мы можем прийти к выводу, что она зависит как от данных, так и от методов, которыми выполняется их потребле­ние. Одно дело — внимательно просматривать телефильм, вслу­шиваясь в каждое слово, и совсем другое — смотреть его, одно­временно разговаривая по телефону.

Попробуйте проанализировать свое участие в учебных заня­тиях. Вы заметите, что фактор внимательности влияет на со­держание информации, полученной из данных, которые изла­гает преподаватель. Проявляя внимательность, мы расширяем возможности естественных методов, основанных на органах чувств, за счет методов логического мышления. Правда, при этом мы быстрее утомляемся и потому стараемся делать это как можно реже. Преподаватели об этом знают и применяют свои методы, позволяющие нам время от времени переключать, рас­сеивать, а потом вновь концентрировать внимание.

■ ' •■ ' . '

1.1.4. Понятие контекстного метода

и особенности информационного процесса

в вычислительной технике

' ■

В быту мы часто считаем, что книги, газеты, журналы, радио и телевидение — это источники информации. Если строго под­ходить с позиций информатики, то это не совсем так. Все это

источники данных. Станут ли данные информацией или нет и, если станут, то какой именно, зависит от того, какой метод бу­дет применен к их потреблению и в каких условиях это про­изойдет.

Тем не менее мы все-таки привыкли говорить не о передаче данных, а о передаче информации, не о преобразовании и шиф­ровании данных, а о преобразовании и шифровании информа­ции, а также об ее автоматической обработке с помощью ком­пьютеров. Нет ли здесь противоречия?

Такое противоречие действительно есть, но оно разрешается, если ввести понятие контекстного метода. Контекстным счита­ется тот метод, который является общепринятым для работы с данными определенного типа. Этот метод должен быть известен как создателю данных, так и потребителю информации.

Для иллюстраций (графических данных) контекстным явля­ется метод наблюдения, основанный на зрении. Для текстовых данных подразумевается контекстный метод чтения, основан­ный на зрении и знании языка и азбуки.

Есть свои особенности и у компьютерной информации. Для данных, представленных в числовой форме и хранящихся на магнитных носителях, контекстными являются аппаратные и программные методы вычислительной техники. Их еще называ­ют средствами информационных технологий.

В вычислительной технике информационный процесс проте­кает в ходе взаимодействий данных и методов. Однако он имеет особенность, связанную с тем, что некоторые этапы происходят автоматически, без участия человека. В ходе этих этапов данные взаимодействуют как с аппаратными (компьютерами и другими устройствами), так и с программными методами (компьютерны­ми программами). При этом важной особенностью компьютер­ных программ является их двойственная природа. С одной сторо­ны, они проявляют себя как методы, а с другой — как данные.

Компьютерные программы могут существовать в двух фазах: активной и пассивной. В активной фазе программа работает со­вместно с оборудованием, ее команды управляют процессором, который под их воздействием обрабатывает данные и взаимо-

действует с другим оборудованием. В пассивной фазе компью­терная программа ничем от данных не отличается. Ее точно так же можно хранить, транспортировать по каналам связи, вос­производить в виде печатного текста или экранного изображе­ния. Ее можно даже обрабатывать другими программами. Про­грамму, представленную как данные, можно редактировать, т.е. изменять ее содержание.

■

■ 1.1.5. Свойства информации

Итак, информация является динамическим объектом, обра­зующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она обладает свой­ствами (объекты различимы по своим свойствам). Характерной особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и общества, является отмеченный выше дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляю­щих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимо­действующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, т.е. свойства методов могут переходить на свойства данных. Это очень важное обстоятельство. Необхо­димо помнить о том, что объективные и достоверные на первый взгляд данные могут таковыми не оказаться из-за того, что на отдельных этапах информационного процесса к ним были при­менены необъективные или неадекватные методы.

Адекватность информации

Под адекватностью понимают степень соответствия инфор­мации, полученной потребителем, тому, что автор вложил в ее содержание (т.е. в данные). Поскольку информация является продуктом взаимодействия данных и методов, то на ее свойства, в том числе и на адекватность, влияют как адекватность данных, так и адекватность методов.

Рассмотрим два примера.

1) II + II = IIII

2) II + II = IV

В первом случае мы имеем адекватные данные. Применив к ним естественный метод наблюдения и логический метод счета, мы получим адекватную информацию о том, что 2 + 2 = 4. Имен­но это и имел в виду автор.

Во втором случае данные не выглядят адекватными, и метод счета не позволит получить адекватную информацию. Однако если мы знаем правила записи римских цифр (обладаем адек­ватным методом), то мы все равно получим адекватную инфор­мацию о том, что II + II = IV, или (что то же самое) 2 + 2 = 4.

Адекватность информации иногда ошибочно путают с ее достоверностью. Это совершенно разные свойства. В литерату­ре и искусстве имеются такие понятия, как авторский вымысел и авторский домысел. Если произведение научной фантастики соответствует своему жанру и выполняет свои функции, то оно несет адекватную информацию, а вопрос о ее достоверности не поднимается.

Достоверность информации

Под достоверностью информации понимается ее соответ­ствие объективной реальности (как текущей, так и прошедшей) окружающего мира. На достоверность информации влияет как достоверность данных, так и адекватность методов, использо­ванных при ее получении.

Недостоверность информации может быть связана с тем, что данные изначально были подготовлены как ложные (например, оставление на месте преступления объектов с отпечатками паль­цев посторонних лиц) в результате модификации данных (удале­ние отпечатков пальцев с объекта) или в результате того, что данные трудно выделить на фоне регистрации посторонних сиг­налов (объект с отпечатками пальцев преступника несет много­численные отпечатки пальцев посторонних лиц).

Полнота информации

Под полнотой информации понимается ее достаточность для принятия решения. Она зависит как от полноты данных, так и от наличия необходимых методов. С понятием полноты данных сталкиваются все, кому приходится выполнять служеб­ные задания. Если исходные данные неполны, принять верное решение непросто. Однако бывают случаи, когда данные пол­ны, а верное решение мы все равно получить не можем. Это свидетельствует о том, что мы не располагаем какими-то мето­дами. И в том и в другом случае можно говорить, что необходи­мой информации недостаточно. То, что мы не можем расшиф­ровать данные, не значит, что они недоступны вообще. Нужно найти метод для их расшифровки.

Избыточность информации

Избыточность информации — это свойство, полезность ко­торого мы ощущаем очень часто. Нередко избыточность ин­формации человек чисто психологически воспринимает как ее качество, потому что она позволяет ему меньше напрягать свое внимание и меньше утомляться.

Обычный текст, напечатанный на русском языке, имеет из­быточность порядка 20—25%. Попробуйте отбросить каждую пятую букву, и вы увидите, что получить информацию из печат­ного текста все же можно, хотя читать его будет очень утоми­тельно. Нам нередко приходится иметь дело с небрежным руко­писным почерком. Избыточность информации, заключенной в тексте, оказывает добрую службу, позволяя догадываться о зна­чении неразборчивых символов.

Визуальная информация, которую мы получаем органами зрения, имеет очень большую избыточность — более 90%. Это означает, что, даже потеряв значительную часть визуальной ин­формации, мы все-таки можем понимать ее содержание, хотя и не без концентрации внимания. Люди, лишенные большой доли зрения, продолжают оставаться полноценными членами общества, но испытывают повышенное утомление.

Еще большую избыточность имеет видеоинформация (до 98— 99%). Эта избыточность позволяет нам рассеивать внимание,

что часто воспринимается как отдых при просмотре кинофиль­ма. Кстати, избыточность в мультипликационных фильмах на­много меньше, и потому они быстрее утомляют. Оптимальная продолжительность просмотра мультипликационного фильма в несколько раз меньше, чем художественного.

С избыточностью информации связаны и другие свойства. Чем выше избыточность данных, тем шире диапазон методов, с помощью которых из них можно получить адекватную инфор­мацию. Расшифровка шумерской клинописи не могла произой­ти до тех пор, пока в результате археологических раскопок не был накоплен достаточный объем (более 5000) глиняных табли­чек. Избыточность информации позволяет повышать ее досто­верность за счет применения специальных методов, в том числе и основанных на теории вероятностей и математической стати­стике. Общий принцип здесь такой: в результате отсева объем данных сокращается, но их достоверность увеличивается.

Особое значение избыточность информации имеет в информа­ционных технологиях, ориентированных на автоматическую обра­ботку данных. С одной стороны, это свойство рассматривается как негативное, потому что если информация занимает больший объем, чем могла бы, то это ведет к прямым затратам на ее хране­ние и, главное, на транспортировку. Можем рассмотреть две кар­тинки, полученные из Интернета. Они различаются по объему данных в 8 раз. Соответственно, затраты на прием и хранение пер­вой картинки в 8 раз больше. Если беглый просмотр — единствен­ный метод, который мы собираемся к ним применить, избыточ­ность информации бесполезна. В таких случаях ее уменьшают. Для этого есть специальные программные методы сжатия данных.

Всякое сокращение избыточности данных непременно влечет за собой сокращение диапазона возможных методов для их ис­пользования. В информационных технологиях вопрос избыточ­ности данных и достаточности методов — это всегда вопрос тонкого и непростого баланса. При изучении информатики мы постоянно будем заниматься вопросами создания, хранения, преобразования и транспортировки данных. Подбор и освоение необходимых для этого аппаратных и программных средств и

методов —одна из основных задач, решаемых информатикой. При этом основное внимание уделяется не просто решению за­дач, а методам наиболее эффективного их решения с минимальны­ми затратами материальных, финансовых и трудовых ресурсов.

Объективность и субъективность информации

Понятие объективности информации является относитель­ным, поскольку методы являются субъективными. Более объек­тивной принято считать ту информацию, в которую методы вно­сят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка объекта обра­зуется более объективная информация, чем в результате наблю­дения рисунка того же объекта, выполненного человеком.

Доступность информации

Доступность информации — это мера возможности полу­чить ту или иную информацию. На степень доступности ин­формации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсут­ствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов об­работки данных приводят к одинаковому результату: информа­ция оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к примене­нию неадекватных методов, в результате чего образуется непол­ная, неадекватная или недостоверная информация.

Актуальность информации

Актуальность — это степень соответствия информации теку­щему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с пол­нотой, связывают коммерческую ценность информации. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут за­няться поиском ключа, поскольку алгоритм метода обычно до­ступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответ­ственно, связанную с ней практическую ценность.

ДАННЫЕ