ПРАКТИКУМ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Перейдем на стартовую страницу сервиса http: //www.ucoz.ru/ и перейдем по ссылке «создать сайт»

 

Регистрируемся в системе.

Проходим верификацию почты

Заходим на указаную при регистрации почту, открываем письмо и переходим по ссылке. В открывшемся окне вводим пароли для доступа в Вебтоп (окно управления сайтами).

После входа в систему можно приступать к созданию сайта.

 

Задание:

1. Наполнить сайт информацией (5 страниц). Тематику выбирать по предыдущей лабораторной работе. Наполнить в каждой системе.

2. Проанализировать системы создания сайтов и дать им оценку.

	Google Sites	Яндекс.Народ	Ucoz
Простота регистрации
Простота создания страницы
Присутствие рекламы на созданном сайте
Вид адреса сайта
Ваша оценка сервису

 

 

ПРАКТИКУМ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Педагогические специальности

ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

А.В.МОГИЛЕВ, Н.И.ПАК, Е.К.ХЕННЕР

ПРАКТИКУМ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Под редакцией Е. К. Хеннера

2-издание, стереотипное

Москва

асаВем^а

2005

Рецензенты: проректор по информатизации, зав. кафедрой ОмГПУ

д-р пед. наук проф. М. П. Лапчик\ зав. кафедрой информатики МГОУ им. М.А.Шолохова, президент Академии информатизации образования д-р техн. наук проф. Я. А. Ваграменко

Могилев А. В.

М 74 Практикум по информатике: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.В.Могилев, Н.И.Пак, Е.К.Хеннер; Под ред. Е.К.Хеннера. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 608 с.

18ВК 5-7695-2247-X

УДК 076.5 ББК 32.81 М74

Практикум по тематике, уровню сложности и методическим подходам соответвет- ствует учебному пособию А.В.Могилева, Н.И.Пака и Е.К.Хеннера «Информатика». Он включает разделы: теоретическая информатика; программное обеспечение ЭВМ; языки и методы программирования; вычислительная техника; компьютерные сети и телеком­муникации; информационные системы; компьютерное моделирование. Даны наборы тре­нировочных заданий; лабораторные работы; материалы для тестового контроля по основ­ным темам.

181Ш 5-7695-2247-Х

Для студентов университетов и педагогических вузов, проходящих подготовку в качестве бакалавров и магистров образования по профилю «Информатика», а также для учителей информатики. Может быть полезным преподавателям информатики в вузах при подготовке и проведении занятий. Может использоваться при реализации образовательных программ в различных вузах, в которых информатика является одним из профилирующих предметов, а также в процессе переподготовки и повышения квалификации учителей информатики в системе повышения квалификации работников образования.

УДК 076.5 ББК 32.81

Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается

© Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К., 2001 © Издательский центр «Академия», 2005

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данный практикум по тематике, уровню сложности и методическим подходам соответствует учебному пособию А.В.Могилева, Н.И.Пака и Е.К.Хеннера «Ин­форматика» (Издательский центр «Академия», 2004, 3-е изд.), является его продол­жением и опирается на теоретический материал, изложенный в указанном пособии.

Практикум охватывает все разделы, присутствующие в указанном пособии:

• теоретические основы информатики;

• программное обеспечение;

• языки и методы программирования;

• вычислительная техника;

• компьютерные сети и телекоммуникации;

• информационные системы;

• компьютерное моделирование.

Как и указанное учебное пособие, практикум предназначен для реализации профессиональных образовательных программ в различных вузах, в которых ин­форматика является одной из профилирующих дисциплин.

Авторы надеются, что практикум будет полезен не только студентам педагогичес­ких вузов и классических университетов, избравшим обучение информатике сферой своей будущей профессиональной деятельности, но и учителям информатики для самообразования и повышения квалификации. Часть материалов, отраженных в прак­тикуме, можно использовать в школах при углубленном изучении информатики.

Выполнение работ в объеме данного практикума позволит выработать устойчи­вые навыки во многих областях практической деятельности современной информа­тики. В силу своего назначения практикум не исчерпывает большинства включенных в него тем, но создает базу для специализации в той или иной сфере информатики.

При выполнении работ практикума доля самостоятельной деятельности сту­дентов должна быть существенно выше, чем при других видах учебной работы; преподаватель в этой ситуации достаточно часто выступает в роли консультанта. Это помогает будущему специалисту научиться самостоятельно осваивать новые знания и навыки, что является одной из важнейших целей обучения.

Практикум поддерживает различные виды деятельности, дополняющей теоре­тическую подготовку. Он включает темы для рефератов, темы для семинарских занятий, упражнения и задачи, лабораторные работы по основным темам и разде­лам курса информатики.

Не все темы, изучаемые в курсе информатики, связаны с приобретением узко­практических навыков, связанных с компьютером, решением задач. Такими явля­ются, например, чисто теоретические темы «Информатика как наука и как вид практической деятельности», «История развития вычислительной техники» и дру­гие. В силу особенностей подготовки той аудитории, которой адресован практи­кум, и некоторые другие темы не ориентированы на приобретение практических навыков в узком смысле слова. Не требуется от учителя, например, уметь разраба­тывать трансляторы, администрировать сетевые операционные системы и тому подобное. Авторы трактуют понятие «практикум» достаточно широко, поэтому по ряду разделов приходится ограничиться указанием тем семинарских занятий, ре­фератов. Более того, авторы сочли возможным не затрагивать вообще некоторых вопросов, присутствующих в базовом учебном пособии для ознакомления. Для не­которых таких тем практикум для той категории студентов, которой он адресован, нуждается в специальных программных системах-тренажерах, разработка которых в основном — дело будущего.

В то же время очень многие вопросы информатики требуют от студентов приоб­ретения навыков решения задач, пользования весьма сложными программами, разработки пользовательских программ на нескольких языках программирования. По соответствующим темам практикум включает задачи и упражнения, лабора­торные работы. Учитывая состояние наличного компьютерного и программного обеспечения различных вузов, авторы рассчитывали на персональные компьюте­ры того уровня, который сегодня практически стал общераспространенным. Сложнее вопрос о программных средствах, необходимых для решения задач.и выполнения лабораторных работ. Часть из них являются общераспространенными (некоторые операционные системы и их оболочки, пакет Мюгозой ОШсе и др.), часть распро­страняется фирмами-производителями бесплатно — особенно когда речь идет не о новейших версиях (но вполне достаточных для ознакомления с информационны­ми технологиями, заложенными в них). Подчеркнем, что практикум отнюдь не столь специализирован, чтобы, например, при выполнении работы по машинной графике почувствовалась разница между свободно распространяемой версией СогеГОга\у 5 и весьма дорогой СогеШга\у 7 (написано в конце 2000 г.; скорее всего, этот пример быстро станет неактуальным). Некоторые программы, используемые в данном практикуме, могут быть свободно получены из 1п1егпе1:; соответствую­щие справки приведены в тексте.

Последовательность прохождения тем практикума может отличаться от той, в ко­торой расположен материал в данной книге. Информатика не столь формализована как, например, математика, и многие разделы информатики при изучении можно менять местами. Порядок прохождения курса определяется конкретным вузом.

Для большей части лабораторных работ приводится примерная оценка трудоем­кости (в часах). Она исходит из того, что студенты предварительно подготовились к выполнению работы, освоили соответствующий теоретический материал. Эта про­должительность может корректироваться преподавателем, ведущим занятия^ путем определения обязательных для исполнения заданий (если в работе их несколько).

В практикум включен также набор тестов для контроля знаний. Эти тесты охва­тывают не только темы, включенные в практикум, но и те, которые отражены в базовом учебном пособии. Тесты будут полезны как для самооценки знаний по различным темам, так и для подготовки к выполнению работ практикума.

Авторы практикума — преподаватели кафедр информатики Воронежского, Красноярского и Пермского педагогических университетов.

В работе над пособием частично использованы материалы, предоставленные ав­торам их коллегами. Прежде всего это доцент кафедры информатики Пермского госпедуниверситета А.П.Шестаков (часть практических заданий для гл. 1, 4 и 7); доцент кафедры информатики Вятского госпедуниверситета С.М.Окулов (часть заданий гл. 3, связанных с программированием на Паскале); ст. преподаватель ка­федры методики преподавания информатики Красноярского госпедуниверситета Л. Б.Хегай (часть заданий гл. 2, связанных с программами \Уогс1, Ехсе1, Ассе$$, освоени­ем компьютерной графики); доценты кафедры информатики Пермского госпед­университета Е.В.Соснина (гл. 1, лабораторные работы по машинам Поста и Тью­ринга) и Т.И.Клигман (гл. 6, работа с ГИС «Карта Москвы»); инженер ИВЦ Перм­ского госпедуниверситета А В. Князев (гл. 6, программа-имитатор ГИС). Авторы чрез­вычайно им за это благодарны.

Глава 1

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

Теоретические основы информатики — пока не вполне сложившийся и ус­тоявшийся раздел науки. Он возникает на наших глазах, что делает его особен­но интересным: нечасто удается наблюдать и даже участвовать в рождении но­вой науки! Как и теоретические разделы других наук, теоретическая информа­тика формируется в основном под влиянием потребностей обучения информа­тике.

Теоретическая информатика — наука в значительной степени математизи­рованная. Она базируется на ряде разделов математики: теории автоматов и алгоритмов, математической логике, теории формальных языков и грамматик, реляционной алгебре, теории информации и др.

Теоретическая информатика старается методами точного анализа ответить на основные вопросы, возникающие при хранении и обработке информации, например, чему равно количество информации, сосредоточенной в той или иной информационной системе, какова наиболее рациональная организация информации для хранения или поиска, а также существуют ли алгоритмы и каковы свойства алгоритмов преобразования информации.

Конструкторы устройств хранения данных проявляют чудеса изобретатель­ности, увеличивая объем и плотность хранения данных на дисках, но в основе этой деятельности лежат теория информации и теория кодирования.

Для решения прикладных задач существуют замечательные программы, но для того, чтобы грамотно поставить прикладную задачу, привести ее к виду, который подвластен компьютеру, надо знать основы информационного и мате­матического моделирования и т.д.

Только освоив эти разделы информатики, можно считать себя специалистом в этой науке. Другое дело — с какой глубиной осваивать; многие разделы теоретической информатики достаточно сложны и требуют основательной математической подготовки.

Большую часть практических занятий по теоретической информатике целе­сообразно строить в семинарской форме. Полезна подготовка рефератов, чте­ние докладов.

Важная задача практикума по этому разделу — формирование познаватель­ных интересов, выработка навыков самостоятельной работы с литературой, рас­ширение кругозора в области информатики.

§ 1. ИНФОРМАТИКА КАК НАУКА И КАК ВИД ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Рекомендации по проведению занятий

Практические занятия по этой теме проводятся на семинарах. Важную роль играет написание и защита рефератов.

Краткие сведения

Информатика — это наука и сфера практической деятельности, связанная с различными аспектами получения, хранения, обработки, передачи и использова­ния информации.

«Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созда­нием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обра­ботки информации, включая машины, оборудование, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и соци­ального воздействия» — такая формулировка была дана в 1978 г. Международным конгрессом по информатике.

С современной точки зрения понятие «информатика» шире, чем используемое в англоязычных странах Сошри1: ег 8с1епсе, поскольку включает как прикладную часть («компьютерные науки»), так и теоретическую, связанную с отмеченными выше аспектами действий с информацией.

Информатика включает в себя следующие основные разделы: теоретическую информатику, вычислительную технику, программирование, информационные си­стемы, искусственный интеллект. Она является конгломератом наук, объединен­ных общим объектом исследования.

Научное ядро информатики относят к фундаментальным наукам, поскольку ее основные понятия носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности.

Информатика имеет существенные социальные аспекты. Она «включает... комп­лекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздей­ствия». Информатизация, т.е. процесс проникновения информационных техноло­гий во все сферы жизни и деятельности общества, сильно влияет на социальную сферу. В настоящее время в общественном устройстве развитых стран появились черты информационного общества, во все сферы жизни и деятельности членов которого включены средства информатики в качестве орудий интеллектуального труда, переработки любой информации, моделирования реальных и прогнозируе­мых событий, управления производством, обучения и т.д.

Под влиянием информатизации радикально меняется структура труда, совер­шается переток людей из сферы прямого материального производства в так на­зываемую информационную сферу. Промышленные рабочие и крестьяне, состав­лявшие в середине XX века более 2/3 населения, сегодня в развитых странах составляют менее 1/3. К середине 90-х годов численность «информационных ра­ботников» (к которым причисляют всех, в чьей профессиональной деятельности доминирует умственный труд) достигла в США 60 %. Добавим, что за те же годы производительность труда в США за счет научно-технического прогресса (ведь информатизация — его главная движущая сила) в целом выросла на 37 %.

Информатизация сильнейшим образом влияет на структуру экономики веду­щих в экономическом отношении стран. В числе их лидирующих отраслей про­мышленности традиционные добывающие и обрабатывающие отрасли оттеснены максимально наукоемкими производствами электроники, средств связи и вычис­лительной техники — так называемой сферой высоких технологий. Темпы разви­тия сферы высоких технологий и уровень прибылей в ней превышают в 5 —10 раз темпы развития традиционных отраслей производства.

Существуют и отрицательные социальные последствия информатизации обще­ства (по крайней мере при оценке с традиционных позиций): более быстрое высво­бождение рабочей силы, чем это может освоить общество, повышенная социальная напряженность из-за роста интеллектуальной конкуренции, усиление контроля со стороны государства за каждым членом общества в демократических странах и т.д.

Правовые аспекты информатики связаны с тем, что деятельность программи­стов и других специалистов, работающих в сфере информатики, все чаще высту­пает в качестве объекта правового регулирования. Некоторые действия при этом могут быть квалифицированы как правонарушения (преступления). Регулирова­нию подлежат вопросы собственности на информацию, охрана авторских прав на компьютерные программы и базы данных, гарантии сохранения конфиденциаль­ности и секретности определенных видов информации и многое другое. Информа­тизация социальной сферы, распространение информационных сетей породили как новые виды преступности, так и многочисленные правовые проблемы, право­вое регулирование которых далеко от завершения.

В Российской Федерации (как и в других странах) действуют специальные пра­вовые акты, регламентирующие отношения в сфере информации. К ним, в част­ности, относятся:

• Закон Российской Федерации «О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных» (1992 г.);

• Указ Президента Российской Федерации «Об основах государственной поли­тики в сфере информатизации» (1994 г., изменения и дополнения — 1995 г.);

• Закон Российской Федерации «Об информации, информатизации и защите информации» (1995 г.);

• Закон Российской Федерации «Об участии в международном информацион­ном обмене» (1996 г.);

• Постановление Правительства Российской Федерации «О сертификации средств защиты информации» (1995 г.);

• Постановление Правительства Российской Федерации «О государственном учете и регистрации баз и банков данных» (1996 г.);

• Постановления Правительства Российской Федерации «О государственном учете и регистрации баз и банков данных» и «Об утверждении положения о госу­дарственной системе научно-технической информации» (1997 г.).

Этические аспекты информатики чрезвычайно важны. Далеко не все правила, регламентирующие деятельность в сфере информатики, можно свести к правовым нормам. Очень многое определяется соблюдением неписаных правил поведения для тех, кто причастен к миру компьютеров. Как и в любой другой большой и развет­вленной сфере человеческой деятельности, в информатике к настоящему времени сложились определенные морально-этические нормы поведения и деятельности.

Этика — система норм нравственного поведения человека. Всякий раз, собира­ясь совершить сомнительный поступок в сфере профессиональной деятельности, человек должен задуматься, соответствует ли он этическим нормам, сложившим­ся в профессиональном сообществе.

Контрольные вопросы

1. Какие определения информатики Вы знаете?

2. Как появился термин «информатика»?

3. Каков объект и предмет исследования информатики?

4. Расскажите о целях и задачах информатики.

5. Что общего и в чем различие информатики и кибернетики?

6. Какое место занимает информатика в системе наук?

7. Какова структура современной информатики? Из каких частей и разделов она состоит?

8. Какие существуют наиболее известные информационные технологии?

9. Дайте определение фундаментальной естественной науки, приведите примеры.

10. Каково различие между естественными и техническими науками? К каким наукам следует отнести информатику?

11. Что такое информационная революция?

12. Назовите процессы, приводящие к созданию информационного общества.

13. Что принято понимать под «информационным обществом»?

14. Каковы основные социальные последствия информатизации общества?

15. Какими нормативными актами регулируются отношения в сфере информатики?

16. В чем состоит авторское право на программные средства и базы данных?

17. В чем состоит имущественное право на программные средства и базы данных?

18. Как осуществляется защита авторских и имущественных прав?

19. Охарактеризуйте виды компьютерных преступлений.

20. Расскажите об этике программистов и этических аспектах 1п1: егпе1:.

Проблемные вопросы

1. Как и для чего появилась информатика?

2. Расскажите об информатике как об отрасли, как о науке, как о прикладной дисциплине.

3. Почему компьютеризация хотя и является важным шагом к информационно­му обществу, но еще не делает его таковым?

4. Какие этические проблемы существуют, по Вашему мнению, в современной информатике?

5. В чем заключается правовое регулирование на информационном рынке?

6. В чем отличие процессов компьютеризации и информатизации?

7. Чем определяется информационный потенциал общества?

Темы для рефератов

1. История развития информатики.

2. Кибернетика — наука об управлении.

3. Информатика и управление социальными процессами.

4. Информационные системы.

5. Автоматизированные системы управления.

6. Автоматизированные системы научных исследований.

7. Составные части современной информатики.

8. Построение интеллектуальных систем.

9. Информатика и математика.

10. Информатика и естественные науки.

11. Компьютер как историогенный фактор.

12. Компьютерная революция: социальные перспективы и последствия.

13. Путь к компьютерному обществу.

14. Информатика в деятельности юриста.

15. Общие приемы правового регулирования информационных отношений.

16. Правонарушения в сфере информационных технологий.

17. Правила этикета при работе с компьютерной сетью.

18. Защита информации в Шегпе!.

19. Информационная основа управления экономикой.

20. Информационный бизнес.

Темы семинарских занятий

1. История развития информатики.

2. Информатика как единство науки и технологии.

3. Структура современной информатики.

4. Место информатики в системе наук.

5. Социальные аспекты информатики.

6. Правовые аспекты информатики.

7. Этические аспекты информатики.

Дополнительная литература

1. Аветисян Р.Д., Аветисян Д. В. Теоретические основы информатики. — М.: РГГУ, 1997.

2. Азимов Ч.Н. Научно-техническая информация и право. — Харьков: Выща шк., 1987.

3. Андрундас Е. Ч. Информационная элита: Корпорации и рынок новостей. — М.: Изд-во МГУ, 1991.

4. Батурин Ю. М, Жодзинский А. М. Компьютерная преступность и компьютерная безопасность. — М.: Юрид. лит., 1991.

5. Введение в информационный бизнес: Учеб. пособие / Под ред. В.П.Тихоми­рова, А.В.Хорошилова. — М.: Финансы и статистика, 1996.

6. Воробьев Г. Т. Твоя информационная культура. — М.: Мол. гвардия, 1988.

7. Воронов Ю.П. Компьютеризация: Шаг в будущее. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.

8. Гаврилов О. А. Основы правовой информатики. — М.: Ин-т государства и права РАН, 1998.

9. Гейтс Б. Дорога в будущее. — М.: Русская редакция, 1996.

10. Гольгамер Г. К Научно-информационная деятельность: Практика и проблемы. — М.: Радио и связь, 1987.

11. Готт В. С., Семенюк Э.П., Урсул А. Д. Социальная роль информатики. — М.: Знание, 1987.

12. Закон Российской Федерации «О правовой охране программ для электрон­ных вычислительных машин и баз данных». — М., 1992.

13. Информатика / Под ред. Н.В.Макаровой. — М.: Финансы и статистика, 1997.

14. Информатика в понятиях и терминах. — М.: Просвещение, 1991.

15. Информатика в рабочих профессиях. — М.: Наука, 1990.

16. Информатика и культура. Сб. науч. тр. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.

17. Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. — М.: Педаго­гика-Пресс, 1994.

18. Информационные технологии в научных исследованиях и испытаниях. Сб. науч. тр. — Киев: ИК, 1991.

19. Коновец А. Ф. НТП и информация. — М.: Знание, 1990.

20. Крол Э. Все об 1п1егпе1: Пер. с англ. — СПб.: АО Балтэк; Киев: Торг.-изд. бюро ВНУ, 1995.

21. Коханов В.В. Информационные процессы в природе, обществе, технике. — Чебоксары: Клио, 1997.

22. Ловцов Д. Защита информации в глобальной сети ИНТЕРНЕТ // Информа­тика и образование. — 1998. — №5. — С. 101 — 108.

23. Мазур М. Качественная теория информации. — М.: Мир, 1974.

24. Майоров С. И. Информационный бизнес: Коммерческое распространение и маркетинг. — М.: Финансы и статистика, 1993.

25. Марков С. Информатика как базовая наука образования // Информатика и образование. - 1998. - №6. — С. 3-8.

26. Морозов И.Ю. Информатика: Учеб. пособие. 4.1. — Омск: Изд-во ОмГУ, 1995.

27. Научные основы организации управления и построения АСУ / Под ред. В.Л.Бройло, В.С.Крылова. — М.: Высш. шк., 1990.

28. Овезов Б. Б. Автоматизация управления информационными процессами. — Ашхабад: Ылым, 1981.

29. Першиков В. И., Савинков В.М. Толковый словарь по информатике. — М.: Финансы и статистика, 1995.

30. Право и информатика / Под ред. Е.А.Суханова. — М.: Изд-во МГУ, 1990.

31. Применение информатики в управлении, обучении и научных исследовани­ях. - М.: Изд-во МГУ, 1989.

32. Проектирование и использование региональных АСНТИ. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.

33. Пушкин В. Г., Урсул А.Д. Информатика, кибернетика, интеллект. — Киши­нев: Штиинца, 1989.

34. РакитовА.И. Информационная революция: Наука, экономика, технология. — М.: Изд-во ИНИОН РАН, 1993.

35. Ракитов А. И. Философия компьютерной революции. — М.: Мысль, 1991.

36. Симонович С. В., Евсеев Г. А., Алексеев А. Г. Общая информатика. — М.: АСТ- ПРЕСС, 1998.

37. Создание автоматизированных систем информационного обеспечения науч­ных исследований. Сб. науч. тр. — Киев: ИК, 1986.

38. Страссман П.А. Информация в век электроники: Пер. с англ. — М.: Эконо­мика, 1987.

39. Суханов А.И Информация и прогресс. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988.

40. Сухина В. Ф. Человек в мире информатики. — М.: Радио и связь, 1992.

41. Урсул А. Д. Информатизация общества (Введение в социальную информати­ку): Учеб. пособие. — М.: Высш. шк., 1990.

42. Цымбал В.П. Информатика и индустрия информации. — Киев: Выща шк., 1989.

43. Черри К. Человек и информация: Пер. с англ. — М.: Связь, 1979.

44. Шнейдеров В. С. Занимательная информатика. — СПб.: Политехника, 1994.

45. Юзвишин И. И. Информациология, или Закономерности информационных про­цессов и технологий в микро- и макромирах Вселенной. — М.: Радио и связь, 1996.

§ 2. ИНФОРМАЦИЯ, ЕЕ ВИДЫ И СВОЙСТВА

Краткие сведения

Понятие «информация» является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Однако если задаться целью формально определить понятие «информа­ция», то сделать это будет чрезвычайно сложно.

В простейшем бытовом понимании с термином «информация» обычно ассоции­руются некоторые сведения, данные, знания и т.п. Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. При­мерами сообщений являются музыкальное произведение; телепередача; команды регулировщика на перекрестке; текст, распечатанный на принтере; данные, полу­ченные в результате работы составленной вами программы, и т.д. При этом предпо­лагается, что имеются «источник информации» и «получатель информации».

Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-нибудь среды, являющейся в таком случае «каналом связи». Так, при передаче речевого сообщения в качестве канала связи можно рассматривать воздух, в котором рас­пространяются звуковые волны, а в случае передачи письменного сообщения (на­пример, текста, распечатанного на принтере) каналом сообщения можно считать лист бумаги, на котором напечатан текст.

Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор ее свойств: важность, достоверность, своевременность, доступность, «боль­ше-меньше» и т.д. Использование терминов «больше информации» или «меньше информации» подразумевает некую возможность ее измерения (или хотя бы коли­чественного соотнесения). При субъективном восприятии измерение информации возможно лишь в виде установления некоторой субъективной порядковой шкалы для оценки «больше-меньше». При объективном измерении количества информа­ции следует заведомо отрешиться от восприятия ее с точки зрения субъективных свойств, примеры которых перечислены выше. Более того, не исключено, что не всякая информация будет иметь объективно измеряемое количество.

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима не­которая материальная субстанция — носитель информации. Сообщение, передава­емое с помощью носителя, — сигнал. В общем случае сигнал — это изменяющийся во времени физический процесс. Та из характеристик процесса, которая использу­ется для представления сообщений, называется параметром сигнала.

В случае, когда параметр сигнала принимает последовательное во времени ко­нечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал на­зывается дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов, — дискретным сообщением. Если же источник вырабатывает непрерывное сообще­ние (соответственно параметр сигнала — непрерывная функция от времени), то соответствующая информация называется непрерывной. Примеры дискретного со­общения — текст книги, непрерывного сообщения — человеческая речь, переда­ваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в последнем случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника — человеческого уха.

Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором интервале. Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется дискретизацией). Из бесконечного мно­жества значений параметра сигнала выбирается их определенное число, которое приближенно может характеризовать остальные значения. Для этого область опре­деления функции разбивается на отрезки равной длины и на каждом из этих от­резков значение функции принимается постоянным и равным, например, средне­му значению на этом отрезке. В итоге получим конечное множество чисел. Таким образом, любое непрерывное сообщение может быть представлено как дискрет­ное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита.

Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точно­стью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер — цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информа­ции (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки.

Единицы количества информации: вероятностный и объемный подходы

Определить понятие «количество информации» довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два основных подхода. Исторически они возникли почти одно­временно. В конце 40-х годов XX века один из основоположников кибернетики, амери­канский математик Клод Шеннон, развил вероятностный подход к измерению коли­чества информации, а работы по созданию ЭВМ привели к «объемному» подходу.

Вероятностный подход

Рассмотрим в качестве примера опыт, связанный с бросанием правильной иг­ральной кости, имеющей N граней. Результаты данного опыта могут быть следую­щие: выпадение грани с одним из следующих знаков: 1, 2,..., N

Введем в рассмотрение численную величину, измеряющую неопределенность — энтропию (обозначим ее Н). Согласно развитой теории, в случае равновероятного выпадания каждой из граней величины N и Н связаны между собой формулой Хартли Н = 1о§₂ N.

Важным при введении какой-либо величины является вопрос о том, что при­нимать за единицу ее измерения. Очевидно, Н будет равно единице при N = 2. Иначе говоря, в качестве единицы принимается количество информации, связан­ное с проведением опыта, состоящего в получении одного из двух равновероят­ных исходов (примером такого опыта может служить бросание монеты, при кото­ром возможны два исхода: «орел», «решка»). Такая единица количества информа­ции называется «бит».

В случае, когда вероятности Р, результатов опыта (в примере, приведенном выше, — бросания игральной кости) неодинаковы, имеет место формула Шеннона

N |

Н = х 1о& 2Р(- В случае равновероятности событий Р₁ = —, и формула Шен-

1-1 N

нона переходит в формулу Хартли.

В качестве примера определим количество информации, связанное с появлени­ем каждого символа в сообщениях, записанных на русском языке. Будем дчитать, что русский алфавит состоит из 33 букв и знака «пробел» для разделения слов. По формуле Хартли Н = 1о& ₂ 34 ~ 5, 09 бит.

Однако в словах русского языка (равно как и в словах других языков) различ­ные буквы встречаются неодинаково часто. Ниже приведена табл. 1.1 вероятностей частоты употребления различных знаков русского алфавита, полученная на осно­ве анализа очень больших по объему текстов.

Воспользуемся для подсчета Н формулой Шеннона: Н ~ 4, 72 бит. Полученное значение Я, как и можно было предположить, меньше вычисленного ранее. Вели­чина Н_у вычисляемая по формуле Хартли, является максимальным количеством информации, которое могло бы приходиться на один знак.

Аналогичные подсчеты Н можно провести и для других языков, например, ис­пользующих латинский алфавит — английского, немецкого, французского и др. (26 различных букв и «пробел»). По формуле Хартли получим Н— 1о§₂ 27 «4, 76 бит.

Таблица 1.1 Частотность букв русского языка   Символ Р(0 / Символ Р(0 / Символ Р(0     0, 175   Л 0, 035   Б 0, 014   О 0, 090   К 0, 028   Г 0, 012   Е 0, 072   М 0, 026   Ч 0, 012   Ё 0, 072   д 0, 025   Й 0, 010   А 0, 062   п 0, 023   X 0, 009   И 0, 062   У 0, 021   Ж 0, 007   Т 0, 053   я 0, 018   ю 0, 006   н 0, 053   ы 0, 016   Ш 0, 006   с 0, 045     0, 016   ц 0, 004   р 0, 040   ь 0, 014   щ 0, 003   в 0, 038   ъ 0, 014   э 0, 003               ф 0, 002

 

Рассмотрим алфавит, состоящий из двух знаков 0 и 1. Если считать, что со знаками 0 и 1 в двоичном алфавите связаны одинаковые вероятности их появле­ния (Р(0) = Р(1) = 0, 5), то количество информации на один знак при двоичном кодировании будет равно Н = 1о§₂2 = 1 бит.

Таким образом, количество информации (в битах), заключенное в двоичном слове, равно числу двоичных знаков в нем.

Объемный подход

В двоичной системе счисления знаки 0 и 1 называют битами (ЪН — от английского выражения Втагу йщ1Т$ — двоичные цифры). В компьютере бит является наименьшей возможной единицей информации. Объем информации, записанной двоичными зна­ками в памяти компьютера или на внешнем носителе информации, подсчитывается просто по числу требуемых для такой записи двоичных символов. При этом, в частно­сти, невозможно нецелое число битов (в отличие от вероятностного подхода).

Для удобства использования введены и более крупные, чем бит, единицы ко­личества информации. Так, двоичное слово из восьми знаков содержит один байт информации. 1024 байта образуют килобайт (Кбайт), 1024 килобайта — мегабайт (Мбайт), а 1024 мегабайта — гигабайт (Гбайт).

Между вероятностным и объемным количеством информации соотношение неоднозначное. Далеко не всякий текст, записанный двоичными символами, до­пускает измерение объема информации в вероятностном (кибернетическом) смыс­ле, но заведомо допускае