Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Непрерывная и дискретная информацияСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Чтобы сообщение было передано от источника к потребителю, необходима некоторая среда – носитель информации. Примерами носителей информации являются воздух для передачи речи, лист бумаги – для отсылки текста письма. Сообщение передается с помощью сигналов. В общем случае, сигнал – это физический процесс, параметры которого изменяются во времени. В данном случае во время передачи меняется параметр, характеризующий уровень сигнала, поэтому сигнал является динамическим процессом. В случае, когда параметр сигнала принимает конечное число значений, и при этом все они могут быть пронумерованы, сигнал называется дискретным. Сообщение и информация, передаваемое с помощью таких сигналов, также называются дискретными. Примером дискретной информации являются текстовая информация, так как количество символов (букв) конечно и их можно рассматривать как уровни сигнала передачи сообщения. Если параметр сигнала является непрерывной во времени функции, то сообщение и информация, передаваемая этими сигналами, называются непрерывные. Примером непрерывного сообщения является человеческая речь, передаваемая звуковой волной, с меняющейся частотой, фазой и амплитудой. Параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника – человеческого уха. Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке [а, b]. Дискретизация – это процесс преобразования непрерывного сигнала в дискретный сигнал с некоторым шагом (частотой). Для этого диапазон значений функции (ось ординат) разбивается на конечное количество отрезков равной ширины. Тогда дискретное значение определяется отрезком, в который попало значение функции. Чем меньше шаг дискретизации, тем ближе полученный дискретный к исходному непрерывному сигналу, а, следовательно, больше точность дискретизации. Пример 2.2. На метеостанции каждые полчаса происходит замер температуры (рис. 2.1). Рис. 2.1. Дискретизация непрерывного сообщения Непрерывно меняющаяся температура замеряется на отрезке [x1, xn]. В журнал наблюдений записывается значение температуры, округленное до целой части и являющееся дискретным значением. В данном примере получасовой промежуток является частотой дискретизации, шаг дискретизации равен 1, так как происходит округление до целого цисла, а получасовые замеры температуры – процессом дискретизации. □ Адекватность информации и ее формы Важным условием практического использования информации является ее адекватность. Адекватность информации – это уровень соответствия образа, создаваемого по информации, реальному объекту или явлению. Адекватность информации выражается в трех формах. 1. Синтаксическая адекватность – это соответствие структуры и формы представления информации без учета ее смысла. Информация в виде данных обычно обладает синтаксической адекватностью. 2. Семантическая (смысловая) адекватность в отличие от синтаксической адекватности учитывает смысловое содержание информации. 3. Прагматическая (аксиологическая, потребительская) адекватность – это соответствие ожидаемой ценности, полезности использования информации при выработке потребителем решений для достижения своей цели. Пример 2.3. Заказчик послал подрядчику сообщение: «Вышлите, пожалуйста, объем выполненных работ для отчета в течение недели». Подрядчик прислал ответ через 10 дней: «Объем выполненных работ составил 3 млн. руб.». Заказчик ожидал цифру (не график, не рисунок) и получил ее, следовательно, информация синтаксически адекватна. Полученная цифра является объемом выполненных работ, следовательно, информация семантически адекватна. Подрядчик прислал сообщение с опозданием, и ценность информации в нем потерялась, так как отчет должен был быть составлен ранее, следовательно, информация прагматически неадекватна. □ Синтаксическая мера информации Вероятностный подход Информация нуждается в измерении. На практике количество информации измеряется с точки зрения синтаксической адекватности. Исторически сложились два подхода к измерению информации: вероятностный и объемный. В 1940-х гг. К. Шеннон предложил вероятностный подход, а работы по созданию ЭВМ способствовали развитию объемного подхода. Рассмотрим вероятностный подход к измерению количества информации в соответствии с первой концепцией информации (раздел 2.1). Пусть потребитель получил в сообщении b некоторую дополнительную информацию Ib(a) о системе a, уменьшившую его первоначальную неопределенность о системе H(a) до степени Hb(a): Ib(a) = H(a) – Hb(a), то есть количество информации измеряется изменением (уменьшением) неопределенности. Мера неопределенности H(a) называется энтропией. Рассмотрим систему a, которая в каждый момент времени может принимать одно из N состояний, причем каждое из состояний равновероятно. Например, в качестве системы могут выступать опыты с подбрасыванием монеты (N = 2) или бросанием игральной кости (N = 6). Энтропия системы a вычисляется по формуле, предложенной Р. Хартли: H = H(a) = log2 N = . При N = 2 энтропия минимальна и равна H = 1. Поэтому в качестве единицы информации принимается количество информации, связанное с двумя равновероятными состояниями системы, например: «орел» – «решка», «ложь» – «истина». Такая единица количества информации называется бит. Введем понятие вероятности. Вероятность события A – это отношение числа случаев M, благоприятствующих событию A, к общему количеству случаев N: P = . Пример 2.4. Найти вероятность выпадения числа 6 при бросании кости. Решение. Всего граней у кости N = 6. Число 6 может выпасть M = 1. Следовательно, вероятность выпадения числа 6 при бросании кости: P = = . □ Пример 2.5. Найти вероятность выпадения числа большего 3 при бросании кости. Решение. Всего граней у кости N = 6. Чисел больших 3 на гранях кости M = 3: 4, 5, 6. Следовательно, вероятность выпадения числа большего 3 при бросании кости: P = = = . □ Если N состояний системы неравновероятны, то есть система находится в i-м состоянии с вероятностью Pi, и при этом все состояния системы образуют полную группу событий, то есть сумма вероятностей равна 1: = 1, то используются следующие формулы, предложенные Шенноном. Для определения количества информации в одном (i-м) состоянии системы: H = , и среднего количества информации во всех состояниях системы: H = = – . Значение количества информации для системы с N состояниями, вычисленное по формуле Хартли, будет больше, чем значение, вычисленное по формуле Шеннона. Следовательно, количество информации максимально, если состояния системы равновероятны. Пример 2.6. Вычислительная система может находиться в одном из N = 3 состояний: «включено (простой)», «вычисление», «выключено». Оператор получил сообщение о состоянии системы. Какое количество информации получил оператор? Рассмотреть два случая: 1) состояния системы равновероятны; 2) состояния системы неравновероятны; вероятность нахождения системы в состоянии «включено (простой)» P1 = 0,3; состоянии «вычисление» P2 = 0,5; состоянии «выключено» P3 = 0,2. Решение. В первом случае используем формулу Хартли: Hх = log2 N = log2 3 = 1,58 бит. Во втором случае используем формулу Шеннона: Hш = – = – (0,3 log2 0,3 + 0,5 log2 0,5 + 0,2 log2 0,2) = = – (– 0,52 – 0,5 – 0,46) = 1,48 бит. □ Значение количества информации, вычисленное по формуле Хартли, больше значения, вычисленного по формуле Шеннона. Пример 2.7. В условиях задачи из примера 2.6 определить количество информации, которое получил оператор в сообщении о состоянии «выключено», вероятность которого P3 = 0,2. Решение. Используем формулу Шеннона для одного состояния: H = = = 2,32 бита. □ Можно сделать вывод, что чем событие маловероятнее, тем больше информации может быть получено при его возникновении. Объемный подход Объем данных V в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В информатике в основном используется двоичная система счисления, то есть все числа представляются двумя цифрами: 0 и 1. Поэтому минимальной единицей измерения данных является бит. Таким образом, 1 бит – это либо 0, либо 1. Элемент, принимающий всего два значения, называется двухпозиционным и просто реализуется аппаратно, например, двумя состояниями «включено» – «выключено», «ток есть» – «ток отсутствует». Более подробно о системах счисления будет рассказано в следующей главе. Наряду с битом используется укрупненная единица измерения – байт, равная 8 бит. Пример 2.8. Сообщение в двоичной системе счисления 10010010 имеет объем данных V = 8 бит. Этот объем данных представляется 1 байтом. □ Для удобства использования введены и более крупные единицы объема данных: 1024 байт = 1 килобайт (Кбайт); 1024 Кбайт = 1 мегабайт (Мбайт) = 10242 байт = 1048576 байт; 1024 Мбайт = 1 гигабайт (Гбайт) = 10243 байт; 1024 Гбайт = 1 терабайт (Тбайт) = 10244 байт; 1024 Тбайт = 1 пентабайт (Пбайт) = 10245 байт. Общий объем информации в книгах, цифровых и аналоговых носителях за всю историю человечества составляет по разным оценкам 1018 байт. Зато следующие 1018 байт будут созданы за следующие 5-7 лет. Отличием объема данных от количества информации заключается в следующем. Объем данных выражается только целыми значениями, а количество информации – вещественными. Формулу Хартли можно использовать для определения объема данных. При этом результат округляется в большую сторону, так как минимальной ячейкой памяти в ЭВМ является байт. Поэтому, заняв только часть байта (его несколько бит), оставшаяся часть байта остается незанятой. Пример 2.9. В сообщениях используются только первые шесть букв латинского алфавита: A, B, C, D, E, F. Сколько байт необходимо для хранения сообщения «AABBCCD»? Решение. Определим сколько бит необходимо для хранения одной буквы по формуле Хартли и округлим результат в большую сторону: VБ = log2 6 = 2,58 = 3 бита. Тремя битами можно представить 8 комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Для кодирования 6 букв используются первые шесть комбинаций, а две последние комбинации не используются. Для сообщения, состоящего из M = 7 букв, необходимо VС = M VБ = 7 × 3 = 21 бит = 2,625 байт = 3 байта. □
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-20; просмотров: 576; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.217.98.175 (0.007 с.) |