Язык и информация. Естественные и формальные языки

Вопросы вступительного экзамена по информатике

1. Информатика и информационные процессы в природе, обществе, технике

2. Язык и информация. Естественные и формальные языки

3. Кодирование информации. Способы кодирования. Двоичное кодирование текстовой информации; различные кодировки кириллицы

4. Качественные и количественные характеристики информации. Свойства информации (новизна, актуальность, достоверность и др.). Единицы измерения количества информации. Вероятностный подход к измерению количества информации

5. Представление и кодирование информации с помощью знаковых систем. Алфавитный подход к определению количества информации

6. Системы счисления. Запись чисел в различных системах счисления, выполнение арифметических операций

7. Основные понятия и операции формальной логики. Логические выражения и их преобразование

8. Логические схемы основных устройств компьютера

9. Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь; магистрально-модульный принцип построения компьютера

10. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка). Программное обеспечение компьютера (системное и прикладное)

11. Файлы и каталоги. Файловая система. Основные операции с файлами в операционной системе

12. Компьютерные вирусы: способы распространения, защита от вирусов

13. Моделирование как метод научного познания. Типы моделей (материальные и информационные)

14. Формализация моделей. Основные типы моделей данных (табличные, иерархические, сетевые)

15. Этапы решения задачи с помощью компьютера

16. Алгоритм. Свойства алгоритмов

17. Способы записей алгоритмов. Формальное исполнение алгоритмов

18. Линейный алгоритм: структура, команды. Исполнители алгоритмов

19. Алгоритмическая структура «ветвление». Команды ветвления

20. Алгоритмическая структура «цикл». Команды повторения

21. Разработка алгоритма методом последовательной детализации и сборочным методом

22. Текстовый редактор. Назначение и основные функции

23. Графический редактор. Назначение и основные функции

24. Электронные таблицы. Назначение и основные функции

25. Базы данных. Назначение и основные функции

26. Системы управления базами данных. Назначение и основные функции

27. Локальные и глобальные компьютерные сети

28. Информационные ресурсы сети Интернет: электронная почта, телеконференции, файловые архивы. Назначение и основные функции

29. Всемирная паутина. Интернет. Адресация в Интернет

30. Правовая охрана программ и данных. Защита информации

1. Информатика и информационные процессы в природе,

обществе, технике

Человеческое обществопо мере своего развития прошло этапы овладения веществом, затем энергией и, наконец, информацией. В первобытнообщинном, рабовладельческом и феодальном обществах (в основе существования которых лежало ремесло) деятельность общества в целом и каждого человека в отдельности была направлена, в первую очередь,наовладение веществом.

На заре цивилизации (десятки тысяч лет до н. э.) люди научились изготавливать простые орудия труда и охоты (каменный топор, стрелы и т.д.), в античности появились первые механизмы (рычаг и др.) и средства передвижения (колесницы, корабли), в средние века были изобретены первые сложные орудия труда и механизмы (ткацкий станок, часы). Овладение энергией находилось в этот период на начальной ступени, в качестве источников энергии использовались солнце, вода, огонь, ветер и мускульная сила человека.

С самого начала человеческой истории возникла потребность передачи и хранения информации. Для передачи информации сначала использовался язык жестов, а затем человеческая речь. Для хранения информации стали использоваться наскальные рисунки, а в IV тысячелетии до н. э. появились письменность и первые носители информации (шумерские глиняные таблички и египетские папирусы). История создания устройств для обработки числовой информации начинается также еще в древности – с абака (счетной доски, являющейся прообразом счетов).

Начиная примерно с XVII века в процессе становления машинного производства, на первый план выходит проблема овладения энергией (машины и станки необходимо было приводить в движение). Сначала совершенствовались способы овладения энергией ветра и воды (ветряные мельницы и водяные колеса), а затем человечество овладело тепловой энергией (в середине XVIII века была изобретена паровая машина, а в конце XIX века – двигатель внутреннего сгорания).

В конце XIX века началось овладение электрической энергией, были изобретены электрогенератор и электродвигатель. И, наконец, в середине XX века человечество овладело атомной энергией.

Овладение энергией позволило перейти к массовому машинному производству потребительских товаров, было создано индустриальное общество. Основными показателями развитости индустриального общества являлись количественные показатели, т.е. сколько было добыто угля и нефти, сколько произведено станков и т.д. В этот период происходили также существенные измене­ния в способах хранения и передачи информации. В середине XV века было изобретено книгопечатание, что позволило сделать информацию доступной для гораздо большего количества людей. С конца XIX века для передачи информации на дальние расстояния по проводам стали широко использоваться телеграф и телефон, а в XX веке – электромагнитные волны (радио, телевидение).

Первой попыткой автоматизированной обработки информации стало создание Чарльзом Бэббиджем в середине XIX века механической цифровой аналитической машины. Однако лишь с середины XX века начался постепенный переход от индустриального к информационному обществу.

В информационном обществе главным ресурсом является информация, именно на основе владения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность.

Важно не только произвести большое количество продукции, но произвести нужную продукцию в определенное время, с определенными затратами и т.д. Поэтому в информационном обществе повышается не только качество потребления, но и качество производства, человек, использующий инфор­мационные технологии, имеет лучшие условия труда, труд становится творческим, интеллектуальным и т.д.

В качестве критериев развитости информационного общества можно взять три: наличие компьютеров, уровень развития компьютерных сетей и количество населения, занятого в информационной сфере, а также использующего информационные и коммуникационные технологии в своей повседневной деятельности. Информационное общество – это общество, в котором большая часть населения занята получением, переработкой, передачей и хранением информации.

Процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации, называются информационными процессами.  

Жизнь на Земле является открытой системой, многообразными путями в нее поступают вещество, энергия и информация. Потребляя энергию солнечного излучения в процессе фотосинтеза, растения строят сложные биологические молекулы из простых неорганических, далее животные, поедающие растения и друг друга, создают все более сложные живые структуры и т.д.

Энтропия в живой природе уменьшается, а информация (антиэнтропия) – увеличивается. Получение и преобразование информации является условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Биологи образно говорят, что «живое питается информацией», создавая, накапливая и активно используя ее.

Любой живой организм, в том числе и человек, является носителем генетической информации, которая передается по наследству. Генетическая информация хранится в каждой клетке организма в молекулах ДНК, которые состоят из отдельных генов, отвечающих за определенные особенности строения и функционирования организма.

Человек живет в мире информации. Он воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств. Полученная человеком информация в форме зрительных, слуховых и других образов хранится в его памяти. Человеческое мышление можно рассматривать как процессы обработки информации в мозгу человека. На основе информации, полученной с помощью органов чувств, и теоретических знаний, полученных в процессе обучения, человек создает информационные модели окружающего мира.

В процессе общения с другими людьми человек передает и получает информацию. Обмен информацией между людьми может осуществляться в различных формах (письменной, устной или с помощью жестов), но независимо от формы всегда используется определенный язык. Для того чтобы информация была понятна, язык должен быть известен всем людям, участвующим в общении.

История человеческого общества – это, в определенном смысле, история накопления и преобразования информации. Весь процесс познания является процессом получения и накопления информации (знаний). Полученная информация хранится на различных типах носителей информации (книги, аудио- и видеокассеты и т.д.), а в последнее время все больше на электронных носителях информации в цифровой форме (магнитные и лазерные диски и др.).

Нормальное функционирование технических устройств связано с процессами управления, которые включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации. В некоторых случаях главную роль в процессе управления выполняет человек (например, вождение автомобиля), в других управление берет на себя само техническое устройство (например, кондиционер).

Информационный подход к исследованию мира реализуется в рамках информатики, комплексной науки об информации и информационных процессах, аппаратных и программных средствах информатизации, информационных и коммуникационных технологиях, а также социальных аспектах процесса информатизации.

Основные понятия и операции формальной логики.

Логические выражения и их преобразование

Логика – это наука о формах и способах мышления. Законы логики отражают в сознании человека свойства, связи и отношения объектов окружающего мира. Логика позволяет строить формальные модели окружающего мира, отвлекаясь от содержательной стороны.

Мышление всегда осуществляется в каких-то формах. Основными формами мышления являются понятие, суждение и умозаключение.

Понятие – это форма мышления, фиксирующая основные, существенные признаки объекта. Понятие имеет две стороны: содержание и объем. Содержание понятия составляет совокупность существенных признаков объекта. Чтобы раскрыть содержание понятия, следует найти признаки, необходимые и достаточные для выделения данного объекта из множества других объектов. Объем понятия определяется совокупностью предметов, на которые оно распространяется.

Свое понимание окружающего мира человек формулирует в форме высказываний (суждений, утверждений). Высказывание строится на основе понятий и по форме является повествовательным предложением. Высказывания могут быть выражены не только с помощью естественных языков, но и с помощью формальных языков. Об объектах можно судить верно или неверно, т.е. выска­зывание может быть истинным или ложным. Истинным будет высказывание, в котором связь понятий правильно отражает свойства и отношения реальных вещей. Ложным высказывание будет в том случае, когда оно не соответствует реальной действительности. Конечно, иногда истинность того или иного высказыва­ния является относительной. Истинность высказываний может зависеть от взглядов людей, от конкретных обстоятельств и т.д.

Высказывание – это форма мышления, в которой что-либо утверждается или отрицается о реальных предметах, их свойствах и отношениях между ними. Высказывание может быть либо истинно, либо ложно. Высказывание не может быть выражено повелительным или вопросительным предложением, т.к. оценка их истинности или ложности невозможна. На основании простых высказываний могут быть построены составные высказывания.

Если истинность или ложность простых высказываний устанавливается в результате соглашения на основании здравого смысла, то истинность или ложность составных высказываний вычисляется с помощью использования алгебры высказываний.

Умозаключения позволяют на основе известных фактов, выраженных в форме суждений, получать заключение, т.е. новое знание. Примером умозаключений могут быть геометрические доказательства. Умозаключение – это форма мышления, с помощью которой из одного или нескольких суждений (посылок) может быть получено новое суждение. Посылками умозаключения по правилам формальной логики могут быть только истинные суждения. Тогда, если умозаключение проводится в соответствии с правилами формальной логики, то оно будет истинным. В противном слу­чае, можно придти к ложному умозаключению.

Алгебра высказываний была разработана для того, чтобы можно было определять истинность или ложность составных высказываний, не вникая в их содержание.

В алгебре высказываний суждениям (простым высказы­ваниям) ставятся в соответствие логические переменные, обозначаемые заглавными буквами латинского алфавита; высказывания обозначаются именами логических переменных, которые могут принимать лишь два значения «истина» (1) и «ложь» (0); над высказываниями можно производить определенные логические операции, в результате которых получаются новые, составные высказывания.

Для образования новых высказываний наиболее часто используются базовые логические операции, выражаемые с помощью логических связок «и», «или», «не».

Объединение двух (или нескольких) высказываний в одно с помощью союза «и» называется операцией логического умножения или конъюнкцией.

Составное высказывание, образованное в результате операции логического умножения (конъюнкции), истинно тогда и только тогда, когда истинны входящие в него простые высказывания.

Функция логического умножения может принимать лишь два значения «истина» (1) и «ложь» (0). Значение логической функции можно определить с помощью таблицы истинности данной функции:

Объединение двух (или нескольких) высказываний с помощью союза «или» называется операцией логического сложения или дизъюнкцией.

Составное высказывание, образованное в результате логического сложения (дизъюнкции), истины но тогда, когда истинно хотя бы одно из входящих в него простых высказываний.

Значение логической функции можно определить с помощью таблицы ис­тинности данной функции:

Присоединение частицы «не» к высказыванию называется операцией логического отрицания или инверсией.

Логическое отрицание (инверсия) делает истинное высказывание ложным и, наоборот, ложное – истинным.

Таблица истинности функции логического отрицания:

А	F=
0	1
1	0

Каждое составное высказывание можно выразить в виде формулы (логического выражения), в которую войдут логические переменные, обозначающие высказывания, и знаки логических операций, обозначающие логические функции.

Для записи составных высказываний в виде логических выражений на формальном языке (языке алгебры логики) в составном высказывании нужно выделить простые высказывания и логические связи между ними.

При построении таблиц истинности целесообразно руководствоваться определенной последовательностью действий. Во-первых, необходимо определить количество строк в таблице истинности, которое равно количеству возможных комбинаций значений логических переменных, входящих в логическое выражение. Если количество логических переменных n, то: Количество строк = 2ⁿ. Во-вторых, необходимо определить количество столбцов в таблице истинности, которое равно количеству логических переменных плюс количество логических операций. В-третьих, необходимо построить таблицу истинности с указанным количеством строк и столбцов, обозначить столбцы и внести возможные наборы значений исходных логических переменных. В-четвертых, необходимо заполнить таблицу истинности по столбцам, выполняя базовые логические операции в необходимой последовательности и в соответствии с их таблица­ми истинности. Теперь мы можем определить значение логической функции для любого набора значений логических переменных.

Логические выражения, у которых таблицы истинности совпадают, называются равносильными. Для обозначения равносильных логических выражений используется знак «=». Для доказательства равносильности необходимо составить таблицы истинности для левой и правой частей равенства, затем сравнить полученные результаты.

Законы логики отражают наиболее важные закономерности логического мышления.

Закон тождества. Всякое высказывание тождественно самому себе:

Закон непротиворечия. Высказывание не может быть одновременно истинным и ложным. Если высказывание А – истинно, то его отрицание не А должно быть ложным. Следовательно, логическое произведение высказывания и его отрицания должно быть ложно.

Закон исключенного третьего. Высказывание может быть либо истинным, либо ложным, третьего не дано. Это означает, что результат логического сложения высказывания и его отрицания всегда принимает значение истина.

Закон двойного отрицания. Если дважды отрицать некоторое высказывание, то в результате мы получим исходное высказывание.

Кроме логических законов, важное значение для выполнения преобразований логических выражений имеют правила алгебраических преобразований.

Правило коммутативности. В обычной алгебре слагаемые и множители можно менять местами. В алгебре высказываний можно менять местами логические переменные при операциях логического умножения и логического сложения.

Правило ассоциативности. Если в логическом выражении используются только операция логического умножения или только операция логического сложения, то можно пренебрегать скобками или произвольно их расставлять.

Правило дистрибутивности. В отличие от обычной алгебры, где за скобки можно выносить только общие множите­ли, в алгебре высказываний можно выносить за скобки как общие множители, так и общие слагаемые.

ИЛИ