Дайте визначення поняттю «інформація». Висвітліть поняття «Дані» та операції з ними. Розкрийте суть поняття кодування інформації.

Інформація

Інформація — одне з головних понять кібернетики. Незважаючи на інтуїтивну зрозумілість терміна «інформація» та його велике значення для багатьох наукових дисциплін, не існує його загальноприйнятого визначення. У побуті слово «інформація» ототожнюється зі змістом якихось відомостей, які можуть набирати форми усного повідомлення, листа, доповіді, результатів деякого дослідження, спостереження тощо.

Залежно від галузі дослідження та від класу розв’язуваних задач користуються різними визначеннями інформації.

Інформація — це сукупність сигналів, сприйманих нашою свідомістю, які відбивають ті чи інші властивості об’єктів і явищ зовнішнього світу. Природа цих сигналів передбачає наявність принципової можливості їх зберігання, передавання та обробки.

Інформація — це позначення змісту, який здобуто із зовнішнього світу (Н. Вінер);

Інформація — це спосіб передавання різноманітності (Р. Ешбі [45]);

Інформація — це комунікація, зв’язок, у процесі якого зменшується невизначеність (К. Шенон).

Останнє визначення спирається на схематичне подання процесу передавання інформації, згідно з яким можна виокремити передавач та приймач інформації. Унаслідок їх взаємодії і виникає інформація — деяке повідомлення, що тим чи іншим способом зменшує необізнаність споживача (приймача) щодо деякого факту, об’єкта, явища.

У кібернетиці, визначаючи термін «інформація», акцентують увагу на тому факті, що вона усуває невизначеність, розуміючи інформацію як повідомлення, відомості про якусь подію, чиюсь діяльність чи розвиток якогось процесу, що зменшує нашу необізнаність про зазначені явища.

Дані та операції з ними

У ході інформаційного процесу дані перетворюються з одного виду на інший за допомогою певних методів. Обробка даних містить багато різних операцій. Розглянемо основні операції, виконувані з даними:

збір даних — нагромадження даних з метою забезпечення повноти тієї чи іншої інформації для прийняття рішень;

формалізація даних — зведення даних, здобутих із різних джерел, до однакової форми з метою зробити їх порівнянними;

фільтрація даних — відсіювання зайвих (таких, в яких немає потреби під час прийняття рішень) даних. При цьому має знижуватись рівень «шуму» і зростати достовірність та адекватність даних;

сортування даних — впорядкування даних за деяким критерієм з метою їх якомога зручнішого використання;

архівування — організація зберігання даних у зручній, компактній формі з метою зниження економічних витрат на зберігання та підвищення надійності інформаційної системи (ІС);

захист — комплекс дій, спрямованих на запобігання втратам, модифікації або несанкціонованому доступу до даних та їх тиражуванню;

транспортування — приймання та передавання даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу;

перетворення даних — тобто перетворення даних з однієї форми або структури на іншу. Таке перетворення може бути по­в’язане зі зміною типу фізичного носія.

Форми подання даних, структури даних. Робота з великими обсягами інформації автоматизується набагато простіше, коли дані впорядковані, тобто утворюють певну структуру. Структура інформації — це те, що відбиває взаємозв’язки між її складовими (елементами).

Якщо дані зберігаються в організованій формі, тобто певним чином впорядковані (структуровані), то кожний елемент даних набуває нової властивості, яку можна назвати адресою, що визначає розміщення, розташування, місцезнаходження цього елемента стосовно решти.

Найпоширенішими є такі три типи структур: лінійні, ієрар­хічні, табличні.

Лінійні структури — це добре відомі списки. Список — найпростіша структура даних, в якій кожний елемент однозначно визначається своїм номером. Наприклад, журнал відвідування студентами занять має структуру списку, оскільки кожний студент групи зареєстрований під своїм унікальним номером. Отже, лінійні структури даних — це впорядковані структури, в яких адреса елемента однозначно визначається його номером.

Табличні структури відрізняються від лінійних тим, що елементи даних визначаються адресою комірки, яка складається не з одного параметра, а з кількох. Зокрема, для прямокутних таблиць адреса комірки визначається номером рядка та номером стовпця. Згадуваний уже журнал відвідування можна розглядати і як табличну структуру. Узагальненням двовимірних (прямокутних) таблиць є багатовимірні таблиці.

Ієрархічні структури. Дані, які важко подати у вигляді списків та таблиць, часто подають у вигляді ієрархічних структур. В ієрархічній структурі адреса кожного елемента визначається шляхом доступу (маршрутом), що веде з вершини структури до кожного елемента.

 

Кодування інформації

Розглянемо основні поняття, що пов’язані з кодуванням та передаванням інформації. Подією називатимемо кожну кількісну чи якісну визначеність станів динамічної системи, яка фіксується спостереженнями.

Можна кожному стану системи поставити у відповідність певне значення чи послідовність значень деякої величини. За допомогою цієї величини можна здійснити передавання повідомлення (відомостей про подію, інформації про подію) від одного об’єкта до іншого.

Фізичний процес, що являє собою матеріальне втілення повідомлення, називається сигналом.

Система або середовище, де здійснюється передавання сигналу, називається каналом зв’язку.

Будь-які повідомлення, що підлягають передаванню по каналах зв’язку, переробці в кібернетичній системі, мають бути попередньо закодовані, тобто «перекладені» мовою сигналів.

Кодування можна визначити як процес подання інформації у вигляді деякої послідовності символів (кодових комбінацій). При цьому таку послідовність, у свою чергу, можна подати (перекодувати) у вигляді сукупностей фізичних сигналів тієї чи іншої природи — акустичних, оптичних, електричних тощо.

Наведемо приклад природного кодування. Нехай ви спостерігаєте деякий пейзаж. До вашого ока надходить інформація про це у вигляді світлових сигналів (фотонів). Ці сигнали сітківкою ока перекодуються в інші сигнали, що по нейронних ланцюгах надходять до головного мозку. Там ці сигнали перекодовуються в образи, які далі перекодовуються в певні відчуття.

Проте якщо потрібно цю інформацію зафіксувати на папері, її доводиться перекодовувати у вигляді букв та їх поєднань. А щоб цю інформацію повідомити комусь по телефону, її необхідно ще перекодувати у звукові коливання. Потім телефон ще раз закодує звукові коливання в електричні імпульси, які по телефонних лініях (каналах зв’язку) надійдуть на приймальний пристрій адресата, де відбудеться декодування електричних імпульсів у звукові коливання. Нарешті, ці коливання надійдуть адресатові (до його вуха), де він їх декодує в образи, або в текст.

Наведемо більш строге визначення кодування. Нехай дано довільну множину А, яку потрібно відобразити в іншу множину В. У цій множині В є скінченна кількість символів (знаків), що називається алфавітом. Наприклад, в абетці Морзе три символи (крапка, тире і прогалина), в англійській мові — 26 букв плюс прогалина і т. ін.

Кількість різних символів (букв), що входять до алфавіту, називається обсягом алфавіту. У цій множині В за певними правилами можна будувати послідовності символів, що називаються словами.

Кодуванням називається відображення довільної множини А у множину скінчених послідовностей (слів), утворених за допомогою деякого алфавіту множини В, а декодуванням — обернене відображення.

Кодом називається сукупність знаків (символів) алфавіту В і слів, складених із них за певними правилами і призначених для однозначного відображення множини А у множину В.

До будь-якої системи кодування висуваються такі основні вимоги:

1) взаємна однозначність перетворень відображуваної множини А у множину В, що її відображує в результаті кодування та оберненого перетворення (декодування) — необхідна умова відсутності помилок в інтерпретації вихідної інформації;

2) економічність кодування, забезпечується, насамперед, мінімі­зацією середньої довжини комбінацій, а отже, і довжини інфор­маційних текстів, завдяки чому заощаджується не лише час передавання тексту, а й носії інформації;

3) збоєстійкість, тобто можливість виявлення та виправлення помилок у кодових комбінаціях під впливом тих чи інших перешкод та збоїв.

Зауважимо, що друга і третя вимоги взаємно суперечливі, оскіль­ки підвищення збоєстійкості кодів досягається збільшенням дов-
жини слів, через що знижується економічність систем кодування.

У техніці зв’язку й обробки інформації розроблено багато різних способів кодування, що забезпечують більш-менш вдалий компроміс у виконанні цих вимог у різних кібернетичних системах.

Схематичне зображення системи зв’язку наведено на рис. 3.1. Ця схема відбиває найбільш істотні елементи будь-якої системи зв’язку: комп’ютерної мережі, системи супутникового чи мобільного зв’язку, розмовного каналу між двома співрозмовниками тощо.

Рис. 3.1. Принципова схема системи зв’язку

Людське мислення у процесі переробки інформації являє собою своєрідний канал зв’язку із шумами, від пропускної здатності якого багато в чому залежить дієвість та ефективність управлінських рішень.

Тоді, коли людина встигає вчасно переробити необхідну для ухвалення рішення інформацію, тобто її канал зв’язку має достатню пропускну здатність і стійкість до шумів, можна очікувати прийняття найбільш ефективних рішень. Якщо терміни переробки та проходження інформації через канал зв’язку (свідомість людини) та час, необхідний для прийняття рішення, не збігаються, то рішення приймається або із запізненням, або в умовах неповної переробки інформації. І перше і друге негативно позначається на функціонуванні соціально-економічних систем.