Основные понятия теории информации и информационные процессы

Понятие информации

Информация

— это сведения об объектах, явлениях и процессах окружающего мира, которые уменьшают степень неопределенности знаний о них.

Формы представления информации:

Вид информации	Примеры
Текстовая информация	Сегодня солнечно
Числовая информация	25, 1000, 0.0001, 1E-5
Графическая информация
Звуковая информация
Видео информация

Виды информации

Информация классифицируется по различным признакам:

Количество информации

Количество информации

— это мера уменьшения неопределенности знаний о каком-либо событии или объекте. Чем больше неопределенность до получения сообщения и чем сильнее она уменьшается после его получения, тем больше информации содержит сообщение.

Подходы к измерению количества информации:

1. Содержательный (семантический).

   • Основан на смысловом содержании сообщения.
   • Количество информации зависит от того, насколько сообщение важно, ново и полезно для получателя.
   • Один и тот же текст может нести разное количество информации для разных людей (например, для специалиста и новичка).

2. Алфавитный (синтаксический).

   • Не учитывает смысл сообщения, а рассматривает только его форму.
   • Количество информации определяется длиной сообщения и мощностью алфавита (мощность - количество разных символов, которые можно использовать).
   • Используется в вычислительной технике, так как позволяет точно измерять информацию независимо от её содержания.

   Для расчёта информационного веса символов используется формула Хартли и её производная:

   где - информационный вес одного символа (в битах), - мощность алфавита (количество возможных символов), - логарифм по основанию 2 (показывает, сколько бит нужно для кодирования)

   Для сообщения из символов общий объём информации вычисляется так:

Единицы измерения информации

Для количественного измерения информации используются специальные единицы, основанные на двоичной системе счисления. Основные единицы:

• Бит (bit)
  • Минимальная единица информации.
  • Соответствует выбору одного из двух возможных состояний (например, 0 или 1).

С помощью одного бита можно описать состояние лампочки: включена (1) или выключена (0).

Два бита позволяют составить числа 0, 1, 10 и 11. Таких числа 4, то есть они могут описать объект, у которого четыре состояния, например можно описать времена года:

Придумайте пример, для описания состояний какого объекта нужно 3 бита?

• Байт (byte)

  • Состоит из 8 бит.
  • Обычно используется для кодирования одного символа (буквы, цифры, знака).

• Производные единицы:

  • Килобайт (КБ) = 1024 байта
  • Мегабайт (МБ) = 1024 КБ
  • Гигабайт (ГБ) = 1024 МБ
  • Терабайт (ТБ) = 1024 ГБ

Такая система основана на степенях числа 2 ( ), что связано с особенностями работы компьютерной техники.

Пример измерения количества информации

Возьмём сообщение: завтра будет дождь.

Насколько это уменьшает неопределённость знаний?

• Если вы живёте в регионе, где дожди идут 300 дней в году, сообщение почти не меняет ваших ожиданий → неопределённость снижается слабо → информации мало.
• Если вы живёте в пустынном регионе, где осадки раз в несколько месяцев или лет, сообщение резко меняет картину мира → неопределённость падает сильно → информации много.

Содержательный (семантический) подход:

• Для фермера это сигнал к действию (укрыть урожай, отложить полив) → высокая практическая ценность.
• Для программиста, который весь день работает в здании → низкая практическая ценность.

Вывод: объём информации зависит от смысла, контекста и исходных знаний получателя.

Алфавитный (синтаксический) подход:

• Компьютер не понимает смысл слов дождь или завтра. Он видит только последовательность символов.
• В фразе 18 знаков (включая пробелы), мощность русского алфавита (33 буквы) с учётом знака пробела составляет 34.
• , однако количество бит не может быть дробным, поэтому округляем до большей степени двойки: . Округление до большей степени производится из-за того, что нам нужно уместить нашу информацию, а не просто округлить число. Минимальная единица памяти — 1 бит, а 5 бит дают только 32 комбинации (мало для 34 символов), мы берём 6 бит (64 комбинации), чтобы гарантированно закодировать весь алфавит
• Вычислим информационный объём фразы по формуле
• Так как в наших вычислениях никак не фигурировал получаетель сообщения, информационный объём одинаков независимо от получателя информации и других обстоятельств.

Вывод: измеряется только форма и длина фразы, смысл полностью игнорируется.

Самостоятельное задание 1

Дана фраза: привет, мир!

1. Переведите фразу на ваш родной язык
2. Посчитайте количество символов в каждой фразе (включая пробелы и знаки препинания).
3. Найдите информационный вес одного символа для каждого языка.
4. Вычислите общий информационный вес каждой фразы в битах.
5. Какая фраза «тяжелее» и почему?

Самостоятельное задание 2

Повторите шаги из предыдущего задания для своего имени на русском языке и на любом другом языке. Учтите, что ваше имя начинается с большой буквы.

Информационные процессы

Информационные процессы

— это совокупность действий, выполняемых с информацией на всех этапах её существования: от получения до использования. Информационные процессы лежат в основе работы человека, общества и технических систем, включая компьютеры.

Основные информационные процессы:

Сбор (получение) информации

— это процесс получения информации из различных источников. Источниками информации могут быть:

• окружающая среда,
• люди,
• технические устройства,
• книги и другие литературные источники,
• базы данных.

Сбор осуществляется с помощью органов чувств человека или специальных устройств.

Основные органы чувств человека:

• Глаза — орган зрения
• Уши — орган слуха
• Нос — орган обоняния
• Язык — орган вкуса
• Кожа — орган осязания

Примеры специальных устройств для сбора информации приведены в таблице:

Качество полученной на этом этапе информации влияет на все последующие процессы.

Например, если датчик температуры сломан и показывает завышенную температуру, то человек при использовании информации может выбрать менее тёплую одежду в холодное время года.

Хранение информации

— это процесс сохранения информации с цeлью её использования в будущем. Информация может храниться:

• в памяти человека
• на материальных носителях (бумага, книги, поверхности различных материалов (камень, дерево, металл))
• в электронном виде (жёсткие диски (HDD), твердотельные накопители (SSD), Flash-память (флешки), облачные хранилища).

Важные характеристики хранилищ информации:

• максимальный объём информации, которую можно записать,
• надежность хранения информации,
• скорость доступа к информации,
• срок хранения информации.

Обработка информации

— это процесс преобразования информации для получения новых знаний или приведения её к нужному виду. Обработка информации включает:

• вычисления
• сортировку
• анализ
• обобщение
• фильтрацию

Обработка может выполняться человеком или автоматизированными системами (компьютерами).

В таблице представлены примеры обработки информации человеком и компьютерной программой:

Пример обработки информации интернет-заказа пиццерии:

ВВОД: Пользователь выбирает пиццу «Маргарита», указывает адрес и время доставки.

ОБРАБОТКА (автоматическая):
   • Фильтрация: система проверяет, доставляется ли заказ по указанному адресу
   • Вычисления: считается итоговая сумма (цена пиццы + доставка − скидка)
   • Сортировка: заказ ставится в очередь кухни по времени поступления
   • Анализ: ИИ прогнозирует время приготовления на основе текущей загрузки
   • Обобщение: на основе всей информации формируется чек и уведомление для клиента

ВЫВОД:
   • Клиент получает подтверждение заказа с трекингом
   • Кухня получает задание на приготовление
   • Курьер получает маршрут доставки

Передача информации

— это процесс перемещения информации от источника к получателю. В технических системах этот процесс всегда сопровождается кодированием (преобразованием информации в сигнал) и последующим декодированием.

Основные элементы передачи:

• Источник (генерирует данные: человек, компьютер, датчик).
• Кодирующее устройство (преобразует данные в сигнал, пригодный для передачи).
• Канал связи (физическая среда: медный провод, оптоволокно, радиоволны).
• Приёмник (устройство или человек, принимающий сигнал).
• Декодирующее устройство (преобразует сигнал обратно в понятную форму).

В канале связи всегда существуют помехи (шумы), которые могут искажать информацию.

Передача может осуществляться:

• устно (непосредственно или через телефон);
• письменно (бумага, знаки);
• с использованием технических средств (интернет, Wi-Fi, Bluetooth, спутниковая связь).

По направлению связи передача может быть:

• однонаправленная (телевидение)
• двусторонняя (диалог, мессенджеры).

Важные параметры передачи информации:

• Скорость передачи (объём данных, передаваемых в единицу времени, например, бит/с).
• Пропускная способность канала (максимально возможная скорость для данного канала).
• Надежность (гарантия доставки данных без потерь и искажений).
• Помехоустойчивость (способность системы корректно принимать данные при наличии шумов).

Примеры передачи информации:

Использование информации

— это процесс применения информации для решения задач, принятия решений и достижения целей. Это конечный этап информационного процесса, ради которого выполняются все предыдущие. Эффективность использования зависит от качества, актуальности и полноты информации.

Примеры использования информации

Ключевые слова

Добавьте слова в свой глоссарий

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение информации. Почему одно и то же сообщение может содержать разное количество информации для разных людей?
2. Назовите 5 форм представления информации и приведите по одному примеру каждой.
3. Перечислите 5 основных информационных процессов.
4. Почему при расчёте по формуле Хартли мощность алфавита округляют до степени двойки?
5. Как качество информации на этапе сбора влияет на этап использования? Придумайте пример
6. В чём разница между однонаправленной и двусторонней передачей информации?
7. Придумайте свой пример информационного процесса (от сбора до использования) из вашей повседневной жизни и опишите его по шагам.