Информация и информационные процессы. 2 страница
Новая (современная) информационная технология — это технология, основанная на повсеместном применении ЭВМ и оргтехники;
- активном участии пользователей (непрофессионалов в области вычислительной техники и программирования) в информационном процессе;
- высоком уровне дружественного пользовательского интерфейса;
- широком применении ППП общего и проблемного назначения;
- возможности доступа пользователя к базам данных и программ, в том числе и удаленным, благодаря локальным и глобальным сетям ЭВМ;
- анализе ситуаций при выработке и принятии управленских решений с помощью автоматизированных рабочих мест специалистов;
— применении систем искусственного интеллекта;
— внедрении экспертных систем;
— использовании телекоммуникаций;
— создании геоинформационных систем и других технологий.
Состав и содержание информационных технологий
Стремительное развитие и совершенствование эксплуатационных возможностей ЭВМ создало предпосылки для автоматизации умственного труда и формирования рынка информационных продуктов и услуг. Развитие ИТ шло параллельно с появлением новых видов технических средств обработки и передачи информации, новых средств коммуникаций.
В настоящее время ИТ классифицируют по следующим признакам: способу реализации в автоматизированных информационных системах (АИС), степени охвата задач управления, классам реализуемых технологических операций, типу пользовательского интерфейса, вариантам использования сети ЭВМ, обслуживаемым предметным областям и др.
По способу реализации в АИС информационные технологии подразделяют на традиционные и современные. Традиционные ИТ существовали в условиях централизованной обработки данных, до периода массового использования ПЭВМ, Они были ориентированы главным образом на снижение трудоемкости пользователя (например, инженерные и научные расчеты, формирование регулярной отчетности на предприятиях и др.). Новые (современные) ИТ связаны в первую очередь с информационным обеспечением процесса управления в режиме реального времени.
По степени охвата задач управления выделяют ИТ электронной обработки данных, автоматизации функций управления, поддержки принятия решений, электронного офиса, экспертной поддержки. Электронная обработка данных выполняется с использованием ЭВМ без пересмотра методологии и организации процессов управления при решении локальных математических и экономических задач. При автоматизации управленческой деятельности вычислительные средства, включая суперЭВМ и ПЭВМ, используются для комплексного решения функциональных задач, формирования регулярной отчетности и работы в информационно-справочном режиме для подготовки управленческих решений. К этой же группе относятся ИТ поддержки принятия решений, которые предусматривают широкое использование экономико-математических методов и моделей, ППП для аналитической работы и формирования прогнозов, составления бизнес-планов, обоснованных оценок и выводов относительно процессов и явлений производственно-хозяйственной деятельности.
К названной группе относятся и широко внедряемые в настоящее время ИТ электронного офиса и экспертной поддержки решений. Эти два варианта ИТ ориентированы на использование достижений в области новейших методов автоматизации работы специалистов и руководителей, создание наиболее благоприятных условий для выполнения профессиональных функций, качественного и своевременного информационного обслуживания за счет автоматизированного набора управленческих процедур, реализуемых в условиях конкретного рабочего места и офиса в целом.
Электронный офис предусматривает наличие интегрированных ППП, которые обеспечивают комплексную реализацию задач предметной области. В настоящее время все большее распространение приобретают электронные офисы, сотрудники и оборудование которых могут находиться в разных помещениях. Необходимость работы с документами, материалами и БД конкретного предприятия или учреждения в гостинице, транспорте, дома привела к появлению электронных офисов, включенных в соответствующие сети ЭВМ.
ИТ экспертной поддержки составляют основу автоматизации труда специалистов-аналитиков. Эти работники, кроме аналитических методов и моделей для исследования складывающихся ситуаций, вынуждены использовать сведения, составляющие базу знаний в конкретной предметной области.
По классам реализуемых технологических операций информационные технологии подразделяют на работающие с текстовым и табличным процессорами; графическими объектами; системами управления БД; гипертекстовыми и мультимедийными системами.
Подчеркнем, что создание программных средств для вывода высококачественного звука и видеоизображения — перспективное направление развития компьютерной технологии. Технология формирования видеоизображения получила назван» компьютерной графики. Компьютерная графика— это создание, хранение и обработка моделей объектов и их изображения с помощью ЭВМ. Эта технология проникла в область моделирования различных конструкций (машиностроение, авиационная техника, автомобилестроение, строительная техника и др.), экономического анализа, проникает в рекламную деятельность, делает занимательным досуг. Формируемые и обрабатываемые с помощью цифрового процессора изображения могут быть демонстрационными и анимационными. К демонстрационным изображениям относят, как правило, коммерческую (деловую) и иллюстративную графику. К анимационной графике принадлежит инженерная и научная графика, а также графика, связанная с рекламой, искусством, играми, когда на экран выводятся не только одиночные изображения, но и последовательность кадров в виде фильма (интерактивный вариант). Интерактивно), графика — одно из наиболее прогрессивных направлений среди современных ИТ. Бурное развитие этого направления связано с появлением новых графических станций и специализированных программных средств, позволяющих создавать реалистические объемные движущиеся изображения, сравнимые по качеству с кадрами видеофильма.
В классическом понимании система управления ДД (СУБД) представляет собой набор программ, позволяющих создавать и поддерживать БД в актуальном состоянии. Обычно любой текст представляется как одна длинная страница символов, которая читается в одном направлении. Гипертекстовая технология заключается в том, что текст представляется как многомерный, т. е. как иерархическая структура. Материал текста делится на фрагменты. Каждый видимый на экране ЭВМ фрагмент, дополненный многочисленными связями с другими фрагментами, позволяет уточнить информацию об изучаемом объекте и двигаться в одном или нескольких направлениях по выбранной связи.
Программно-техническая организация обмена с компьютером текстовой, графической, аудио- и видеоинформацией получила название мультимедиа-технологии.
По типу пользовательского интерфейса можно рассматривать ИТ с точки зрения возможностей доступа пользователя к информационным и вычислительным ресурсам. Так, пакетная ИТ исключает возможность пользователя влиять на обработку информации, пока она проводится в автоматическом режиме. Это объясняется организацией обработки информации, которая основана на выполнении программно-заданной последовательности операций над заранее накопленными в системе и объединенными в пакет данными. В отличие от пакетной, диалоговая ИТ предоставляет пользователю неограниченную возможность взаимодействовать с хранящимися в системе информационными ресурсами в реальном масштабе времени, получая при этом всю необходимую информацию для решения функциональных задач и принятия решений. Интерфейс сетевой ИТ предоставляет пользователю средства теледоступа к территориально распределенным информационным и вычислительным ресурсам благодаря развитым средствам связи.
В настоящее время наблюдается тенденция к объединению различных типов ИТ в единый компьютерно-технологический комплекс, который носит название интегрированного.Особое место в нем принадлежит средствам коммуникации, не только обеспечивающим чрезвычайно широкие технологические возможности автоматизации управленческой деятельности, но и являющимся основой создания самых разнообразных сетевых вариантов ИТ: локальных, многоуровневых, распределенных и глобальных информационно-вычислительных сетей.
Чрезвычайно разнообразна классификация ИТ по обслуживаемым предметным о б л а с т я м. Например, только в экономике таковыми являются бухгалтерский учет, банковская, налоговая и страховая деятельность и др.
| Ответьте письменно на вопросы и выполните задания:
13. Как вы понимаете термин «информационная технология»? Сравните определения, которые вы дали до чтения текста и после. Что в них общего и в чем различие?
14. Какие существенные признаки лежат в основе определения термина «Новые информационные технологии (НИТ)»?
15. Заполните таблицу в соответствии с приведенным примером:
16. Каковы перспективы развития информационных технологий? 17. Какие информационные технологии могут использоваться в учебном процессе? Каковы цели их реализации? 18. Напишите даймонд, ключевыми словами которого являются «Информационные технологии», «Новые информационные технологии»[1].
|
Модуль 2.
Измерение информации. Количество информации.
Тема 2.1 Определение количества информации. Формула Хартли.
Основные понятия: количество информации, аддитивная мера Хартли.
Условные обозначения:
 - задания до чтения текста
|  - задания во время чтения
| - задания после чтения
|
|
| Вспомните, как часто вам приходилось слышать: «Это невозможно измерить!», «Есть вещи, которые не могут быть подвержены количественной оценке!». Как вы считаете, эти люди правы? А можно ли измерить информацию? |
|
| Прочитайте текст. Во время чтения делайте пометки на полях: «!» - важно, «?» - не понятно, есть вопросы | |||||
Чтобы измерить количество информации, содержащееся в сообщении или сигнале, можно воспользоваться так называемой аддитивной мерой Хартли. Введем понятия глубины сообщения и длины сообщения.
Глубина сообщения q – количество различных элементов (символов, знаков), принятых для представления сообщений. В каждый момент времени реализуется только один какой-либо элемент.
Длина сообщения n – количество позиций, необходимых и достаточных для представления сообщений заданной величины.
При заданных глубине и длине сообщения количество всех возможных сообщений (N), которое можно представить:
N = q n.
Задача 1. Подсчитать количество всех трехбуквенных русских слов.
Решение
Всего трехбуквенных русских слов N = 323 = 32768. Заметим, что в это количество включены и «совершенно невозможные» слова, например «ааа» или «ььы», но, подчеркнем, что при описываемом подходе смысл (семантика) сообщения не рассматривается.
Ответ: 32768 слов.
Определим логарифмическую меру, позволяющую вычислять количество информации в битах. Такую информационную емкость (I) называют мерой Хартли:
I = log 2 N = n log 2 q .
Другими словами количество информации, полученное при выборе одного предмета из N равнозначных предметов, равно log 2 N. То есть именно такое количество информации необходимо для устранения неопределенности из N равновозможных вариантов.
Задача 2. Чему равно количество информации для трехбуквенных русских слов?
Решение
Для трехбуквенных русских слов I = 3 log2 32 = 15 (бит).
Ответ: 15 бит.
Значение I – количество двоичных разрядов. Оно не может быть дробным, поэтому в случае получения дробного значения, необходимо округлить результат.
Итак, 1 бит информации соответствует одному элементарному событию, которое может произойти или не произойти. Такая мера количества информации удобна тем, что она позволяет оперировать мерой как числом. Количество информации при этом эквивалентно количеству двоичных символов 0 или 1.
Закон аддитивности информации: при наличии нескольких источников информации общее количество информации равно
I = I 1 + I 2 + … + I k =
где Ii – количество информации от источника i. Всего источников – k.
Задача 3. Используя закон аддитивности и формулу Хартли, подсчитайте, какое количество информации несет достоверный прогноз погоды.
Решение.
Предположим, что прогноз погоды на следующий день заключается в предсказании дневной температуры (обычно выбор делается из 16 возможных для данного сезона значений) и одного из четырех значений облачности (солнечно, переменная облачность, пасмурно, дождь). Получаемое при этом количество информации равно
I = log216 + log24 = 4 + 2 = 6 (бит)
Ответ: 6 бит.
Логарифмическая мера информации позволяет измерить количество информации и используется на практике.
Задача 4. Определить, какое количество информации в битах содержит книга, написанная на русском языке, содержащая 200 страниц (каждая страница содержит приблизительно 2000 символов).
Решение
Для решения воспользуемся мерой Хартли:
I = n log 2 q = 200 ∙ 2000 ∙ log 2 32 = 2000000 бит. Здесь n – длина сообщения в знаках: n = 200 страниц ∙ 2000 знаков/страница = 400000 знаков.
Ответ: 2000000 бит.
| ||||||
|
| Заполните таблицу:
Обсудите заполненную таблицу с другими студентами группы. Как вы теперь ответите на вопрос: «Можно ли измерить информацию? Если да, то как?». Существуют ли ситуации, когда количественное выражение информации не позволяет определить ее значимость для человека, общества? | |||||
|
| Решите следующие задачи:
|
Тема 2.2 Формула Шеннона.
Основные понятия: количество информации, мера Шеннона.
Условные обозначения:
| - задания до чтения текста
| - задания во время чтения
| - задания после чтения
|
|
| Решите задачу 1: В корзине лежат груша и яблоко. Какое количество информации содержится в сообщении: «Оля взяла яблоко»? А в сообщении «Оля взяла грушу? Сравните эти два сообщения. Что общего между ними? Решите задачу 2: В корзине лежат 4 груши и 4 яблока. Какое количество информации содержится в сообщении: «Оля взяла яблоко»? А в сообщении «Оля взяла грушу? Что общего между этими двумя сообщениями? Как можно назвать события, о которых идет речь в задачах 1 и 2? Решите задачу 3: В корзине лежат 9 груш и 3 яблока. Какое количество информации содержится в сообщении: «Оля взяла яблоко»? А в сообщении «Оля взяла грушу? Можно ли решить данную задачу таким же способом, как и две предыдущие? Почему? |
|
| Прочитайте текст. Во время чтения делайте пометки на полях: «!» - важно, «?» - не понятно, есть вопросы | |||||
В задачах 1 и 2 речь шла о равновероятных событиях. Но в реальности очень часто приходится иметь дело с неравновероятными событиями (задача 3). Интуитивно понятно, например, что для студента–отличника получение оценки «отлично» и получение оценки «неудовлетворительно» – события не равновероятные. Для такого студента получить «отлично» – вполне вероятное событие, а получение «неуда» – маловероятное. Для «двоечника» – все наоборот.
Что же такое вероятность? Для примера возьмем получение оценок. Чтобы определить, какова вероятность получения каждой оценки, нужно подсчитать общее количество разных оценок, полученных студентом за достаточно длительный период времени, и определить, сколько из них «двоек», «троек», «четверок» и «пятёрок». Если допустить, что такое же распределение сохранится и в будущем, то можно рассчитать вероятности получения каждой оценки. Определив, какую часть от общего числа оценок составляют «двойки», найдем вероятность получения «двойки». Затем, определив, какую часть от общего количества составляют «тройки», найдем вероятность получения «тройки». Доля «четвёрок» среди всех оценок – это вероятность получения «четверки», а доля «пятёрок» - это вероятность получения «пятёрки».
Предположим, мы посчитали, что за два семестра студент получил 100 оценок. Среди них: 60 «пятёрок», 25 «четвёрок», 10 «троек» и 5 «двоек». Тогда:
- вероятность «пятерки»: 60/100=0,6;
- вероятность «четверки»: 25/100=0,25;
- вероятность «тройки»: 10/100=0,1;
- вероятность «двойки»: 5/100=0,05.
Обратите внимание, что сумма вероятностей возможных событий равна 1.
Значение вероятности будем обозначать буквой p. Зная вероятности событий, можно определить количество информации в сообщении о каждом из них.
Согласно теории информации, для этого нужно решить показательное уравнение
 т.е.  . Эта формула получила название формулы Шеннона (меры Шеннона).
Подсчитаем по этой формуле количество информации, содержащейся в сообщении о получении нашим студентом каждой из оценок.
Посмотрите внимательно на результаты, и вы увидите, что чем меньше вероятность события, тем больше информации несёт сообщение о нём.
Вывод: количество информации в сообщении о некотором событии зависит от вероятности этого события. Чем меньше вероятность, тем больше информации.
Теперь без труда решим задачу 3.
На первый взгляд, кажется, что мы имеем две совсем разные формулы для вычисления количества информации. Первая через количество событий На самом деле эти формулы связаны друг с другом, а именно первая формула является частным случаем второй, когда вероятность событий одинаковая. Другими словами формула Хартли является частным случаем формулы Шеннона. Решим задачу 2 с использованием формулы Шеннона. Всех фруктов поровну – по 4. Тогда вероятность выбора каждого вида фрукта равна |
, вторая – через вероятность 
.
. Значит, и количество информации будет одинаковым 
. В задаче 1 мы получили такой же ответ.Задача 4.
В пруду живут 8000 карасей, 2000 щук и 40 000 пескарей.
а. Определите вероятность улова каждого вида рыб;
б. Определите количество информации, полученной рыбаком при улове карася;
в. Определите количество информации, полученной рыбаком при улове щуки;
г. Определите количество информации, полученной рыбаком при улове пескаря.
Решение (б)
| Краткая запись условия | Решение |
| Nк=8000 Nщ=2000 Nп=40000 | Основные формулы:
 , Nоб= Nк+Nщ +Nп, Р= 
Р=  , 
|
| Iк - ? |
Ответ: количество информации, полученной рыбаком при улове карася равно 2,64 бита.
Задача 5.
В корзине лежат белые и черные шары. Среди них 18 черных шаров. Сообщение о том, что из корзины достали белый шар, несет 2 бита информации. Сколько всего в корзине шаров?
Решение.
Из условия можно увидеть, что количество черных и белых шаров различное, поэтому воспользуемся формулой Хартли для неравновероятных событий. Обозначим Nч, Nб – количество черных и белых шаров соответственно, N – общее количество шаров, Iб – количество информации в сообщении, что из корзины достали белый шар, рб – вероятность выбора белого шара.
| Краткая запись условия | Решение |
| Nч=18 шт Iб=2 бита | Основные формулы:
 , N= Nч+Nб
 Þ  .
С другой стороны по формуле  .
Составим и решим уравнение
 ,
N = 6 + 18 = 24.
|
| N - ? |
Ответ: всего 24 шара.
Задача 6.
Каждый аспирант кафедры "Информационные системы" изучает только один из трех языков: английский, немецкий или французский. Причем 30 аспирантов не изучают английский язык. Информационный объем сообщения "Аспирант Петров изучает английский язык" равен (1+log23) бит. Количество информации, содержащееся в сообщении "Аспирант Иванов изучает французский язык", равно двум битам. Иностранный студент, приехавший в университет, знает только немецкий язык. Чему равно количество аспирантов кафедры, с которыми сможет общаться иностранный студент?
Решение.
Из условия видно, что количество аспирантов, изучающих английский, немецкий и французский языки различное и вопрос задачи указывает на конкретное изучения языка, поэтому воспользуемся формулой Хартли для неравновероятных событий.
Обозначим Nн, Nф, Nа – количество абитуриентов, изучающих немецкий, французский и английский языки соответственно, Iа – количество информации в сообщении "Аспирант Петров изучает английский язык", Iф – количество информации в сообщении "Аспирант Иванов изучает французский язык".
| Краткая запись усло ия | Решение |
| Nн + Nф = 30 Iа = (1+log23) бита Iф=2 бита | Основные формулы:
 .
 Þ   .
С другой стороны  .
Составим и решим уравнение:
 .
Аналогично  и  Þ  ,
|
| Nн - ? | |
| Ответ: иностранный студент сможет общаться с 21 аспирантом кафедры. |
| «!» | «?» |
Обсудите заполненную таблицу с другими студентами группы.
Докажите, что формула Хартли является частным случаем формулы Шеннона.
Придумайте задачу, которая могла бы решаться как с помощью формулы Хартли, так и с помощью формулы Шеннона.
Придумайте задачу, которая могла быть решена с помощью формулы Шеннона, но не могла решаться с помощью формулы Хартли.
|
| Решите следующие задачи:
|
Тема 2.3 Энтропия как мера неопределенности физической системы.
Основные понятия: энтропия, необходимое и достаточное условие равенства энтропии количеству информации.
Условные обозначения:
| - задания до чтения текста
Дата добавления: 2016-09-20; просмотров: 2597; |
Генерация страницы за: 0.03 сек.