Вопрос. Информатика как наука и вид практической деятельности.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Вопрос. Информатика как наука и вид практической деятельности.

l Методология информатики как науки: объект, предмет, задачи, методы исследования

l Структура теоретического ядра информатики (5 разделов)‏

l Определение информатики как науки

Методология информатики.

Методология науки даёт характеристику компонентов научного исследования:

· Объекта

· Предмета

· Задач исследования

· Совокупность исследоват. средств

Объект изучения: Информационные процессы (ИП) в природе и обществе.

Предмет изучения:

· Основные свойства и закономерности ИП

· Особенности их проявления в информационных средах различной природы

· Методы и средства их автоматизации

Основные задачи информатики:

· Разработка формализованных информационных моделям ИП с помощью математики как языка всех наук

· Разработка техники и технологий для обработки информации для различных человеческой деятельности.

Основные методы научного исследования информатики:

· Системно-информационный анализ

· Информационное моделирование

· Вычислительный эксперимент

1. Структура теоретического «ядра» современной информатики

ü Теоретическая информатика занимается разработкой математических моделей информационных процессов:

· Теория информации

· Теория кодирования

· Теория алгоритмов

· Теория автоматов

Составляющие «теоретического ядра» информатики

ü Вычислительная техника – разработка общих принципов построения вычислительных систем.

ü Программирование - изучение способов составления проверки и улучшения программ для ЭВМ

ü Информационные системы – разработка систем для автоматизации ИП с использованием вычислительной техники и компьютерных сетей

ü Искусственный интеллект – разработка компьютерных программ способных выполнять интеллектуальные действия человека

2. Информатика как вид практической деятельности.

Формализованные модели информационных процессов созданные в рамках теоретических исследований, используют при проектировании прикладных решений для различных сфер человеческой деятельности.

3. Место информатики в системе наук.

Информатика – фундаментальная естественная наука, изучающая общие свойства информации, процессы методы и средства ее обработки (сбор, хранение, перемещение, выдача) в системах различной природы.

Вопрос 2. Основные понятия информатики: информация, информационный процесс.

l Философское определение информации (разнообразие, отражение)‏

l Свойства информации (запоминаемость, передаваемость и т.д.)‏

l Понятие информационного процесса

l Базовые информационные процессы (в чем их суть)‏

Основные понятия информатики.

1. Информация – фундаментальная философская категория, несводимая к категориям материи и энергии.

Философское определение информации

Информация – это отраженное разнообразие заключенное в структуре объекта (1973 г.)

Информация и разнообразие.

Информация появляется тогда, когда хотя бы два «элемента» в совокупности различаются.

Информация и отражение.

Отражение – это свойства материальных систем в результате взаимодействия воспроизводить и сохранять в своей структуре свойства и структуру другой системы.

Воспроизведение в своей структуре структуры и свойств другой системы (т.е ее разнообразия) и есть передача информации.

2. Свойства информации:

-запоминаемость - способность информации к тому, что она может быть отражена («запомнена») другой системой;

передаваемость - способность информации к копированию, т.е. к тому, что она может быть «запомнена» другой системой и при этом останется тождественной самой себе;

преобразуемость - означает, что информация может менять форму своего существования;

воспроизводимость - неиссякаемость и неистощимость информации, (при передаче информации ее количество у источника информации не уменьшается)

стираемость - характеризует возможность уменьшения количества информации до нуля в процессе ее преобразования

3. Информационный процесс – это процесс преобразования информации, в результате которого меняется ее форма, смысл или ценность.

Базовые информационные процессы(их суть)

· Восприятие

· Передача

· Хранение

· обработка

Вопрос. Измерение информации: Вероятностный подход

l зависимость количества информации в сообщении от вероятности получения сообщения (формула, пример задачи)‏

l формула Хартли (в каких случаях используется, пример задачи)‏

l определение бита с точки зрения вероятностного подхода

l среднее количество информации, приходящееся на одно из множества сообщений. Энтропия системы. Формула Шеннона (пример задачи)‏

l Связь информации и энтропии (формула, пример)‏

1. Зависимость кол-ва информации в сообщении от вероятности получения этого сообщения.

В математической теории информации исходят из того, что в некотором сообщение Xt количество информации L (xt) зависит не от её конкретного содержания, степени важности и т.д., а от вероятности получения этого сообщения P (xt).

Вероятность события А равно относительно числа исходов, благоприятствующих событию А(m) к числу всех равновозможных исходов.

Сумма вероятности всех возможных исходов опыта равна 1.

Чем меньше вероятность получить сообщение, тем больше информации содержится в нем.

Если все сообщения от данного источника поступают с одинаковой вероятностью, то вероятность одного из N равновероятных событий, а количество информации в этом сообщении определяется по формуле:

Формула Хартли. (1928г). Зависимость количества информации в сообщении от количества равновероятных сообщения.

2. Формула Хартли

I = - log(1/N) = log N

Если все сообщения от данного источника поступают с одинаковой вероятностью, то вероятность одного из N равновероятных сообщений,

P = 1/N

А кол-во информации в этом сообщении определяется по формуле Хартли.

3. Бит – это кол-во информации получаемое при получении одного из двух равновероятных сообщений.

N=2
log2N = log22=1 (бит)

4. Среднее кол-во информации, приходящееся на одно из множества сообщений. Энтропия системы. Формула Шеннона.

Энтропия – численная мера неопределенности наших знаний о состоянии некоторой системы (источника сообщений).

В теории информатики чаще всего необходимо знать не кол-во информации l(xi), содержащееся в отдельном сообщении, а среднее кол-во информации приходящееся на одно из множества передаваемых сообщений создаваемых системой (источником сообщения) – то есть энтропию системы.

Формула Шеннона -

N – количество разных сообщений, которые может генерировать система.

Pi – вероятность появления некоторого сообщения.

5. Связь информации и энтропии ( формула, примеры)

Количество информации (I), полученное из сообщения о состоянии системы, равно разности неопределенностей наших знаний о состоянии системы, изменившихся «до» и «после» получения сообщения. ( )

Если сообщение полностью снимает неопределенность относительно состояния системы, то количество информации в этом сообщении численно равно энтропии системы до получения сообщения.

Пример. Сколько информации содержится в сообщении о том, что на игральной кости выпало четное число очков? Решение.

Вопрос. Представление текста в памяти ЭВМ

l кодировочные таблицы ASCII и Unicode

l структура таблиц ASCII и Unicode

l информационный вес символа в ASCII и Unicode

Ввод символов с клавиатуры

Кодировочные таблицы ASCII и Unicode

ASCII (американский стандартный код информационного обмена) 1960г

Стандартная часть

от 00 до 7F,

- от 00 до 1F – управляющие коды

- от 20 (пробел) до 7F – изображаемые символы: английский алфавит, знаки препинания, цифры, арифметические операции

Расширенная часть

от 80 до FF

Символы национальных алфавитов, символы псевдографики, некоторые научные символы.

Unicode (1993г)‏

Снимает ограничение однобайтовых таблиц – невозможность одновременного использования нескольких языков

В Unicode на кодирование символов отводится 32 бит (сколько символов может быть закодировано в этой таблице? )‏

n 0-127совпадают с ASCII,

n далее алфавиты современных языков (до 65536)‏

В современных компьютерах и операционных системах используется укороченная, 16-битовая версия Unicode.

Информационный вес символа

В Интернет наиболее популярной стала кодировка UTF-8 из семейства Unicode, с переменным количеством байт/символ, от 1 до 6 (реально используется до 4)

Символы 00 - 7F кодируются в UTF-8 при помощи одного байта (коды совпадают с ASCII).

Русские символы начинаются с кода 0400. Поэтому все русские буквы кодируются при помощи 2 байт / символ.

Первая цифра кода находится в столбце, вторая - в строке

Ввод символов с клавиатуры

1. Во время нажатия клавиши замыкаются контакты и формируется скан-код, который передается на контроллер клавиатуры

2. Контроллер ставит в соответствие скан-код и код из установленной кодировочной таблицы (например ASCII) с помощью специальной программы.

3. Нажатие буквенно-цифровой клавиши посылает сигнал на видеокарту, из Постоянного запоминающегося устройства(винчестер) которой выбирается под знакогенерации для отображения символа на экране.

6 вопрос. Ввод, оформление и структурирование текста

-Правила компьютерного набора текста

-Виды программ для набора текста

-Шрифт, гарнитура, стиль, виды шрифтов

-Структурирование текста

Структурирование текста

Единицей пространственного размещения служит абзац.

Параметры абзаца:

1. Выравнивание (выключка) — правило расположения букв в строке абзаца (по левому краю, центральное, по правому краю и по ширине полосы набора).

2. Отступы от краев полосы набора.

3. Абзацный отступ (красная строка) — положение первой строки абзаца.

4. Интервалы. Различают межстрочное расстояние шрифта (одинарный, полуторный, двойной интервал) — и промежутки до и после абзаца.

Вопрос. Сжатие информации

l обратимые методы сжатия информации: метод упаковки, метод Хаффмана, метод RLE (пример сжатия для метода упаковки или RLE)‏

l Сжатие с регулируемой потерей информации (привести названия методов и их идеи)‏

Сжатие информации

Обратимые методы сжатия.

Метод упаковки

Суть: если в сжимаемом массиве данных присутствует только небольшая часть используемого алфавита, можно уменьшить количество бит, отводимых для кодирования символов.

Метод Хаффмана

Суть: часто встречающиеся символы кодируются короткими кодами, а редко встречающиеся — длинными.

Идея сжатия

Во входной последовательности:

все повторяющиеся цепочки байтов заменяются на фрагменты {управляющий байт, повторяющийся байт}. Управляющий байт имеет значение 128 + количество повторений (т.о. старший бит = 1)‏

Все неповторяющиеся цепочки байтов заменяются на фрагменты {управляющий байт, цепочка неповторяющихся байтов}. Управляющий байт имеет значение 0 + количество неповторяющихся байтов (т.о. старший бит = 0)

Алгоритм рассчитан на деловую графику — изображения с большими областями повторяющегося цвета.

Размер файла при RLE кодировании может увеличиться, например, если применять его к обработанным цветным фотографиям

С регулируемой потерей

Алгоритм JPEG

Алгоритму передается битовая карта изображения и степень сжатия

1. Цвета пикселей переводятся из RGB-представления в YCbCr-представление (в цветовой модели YCbCr цвет представляется компонентами «яркость» Y, «цветоразность зеленый-красный» Сr и «цветоразность зеленый-синий» Сb).

2. В каждой второй строке и каждом втором столбце матрицы пикселей информация о цветовых компонентах Сb и Сr просто удаляется (! ), что мгновенно уменьшает объем данных вдвое.

3. Оставшиеся данные подвергаются процедуре «сглаживания»

4. Затем данные сжимаются алгоритмом Хаффмана.

Алгоритм MP3

Алгоритму передается звуковой фрагмент и желаемый битрейт— количество бит для кодирования одной секунды звука.

1. Звуковой фрагмент разбивается на небольшие участки — фреймы, в каждом из них звук разлагается на составляющие звуковые колебания

2. Производится психоакустическая обработка — удаление маловажной для человеческого восприятия звуковой информации. Желаемый битрейт определяет, какие эффекты будут учитываться при сжатии, а также количество удаляемой информации.

3. На последнем этапе оставшиеся данные сжимаются алгоритмом Хаффмана.

Идеи алгоритмов MPEG

1. Метод «опорного кадра» — сохраняют не целиком кадры, а только их изменения. Закодировав первый кадр сцены и отличия остальных ее кадров от первого, можно получить очень большую степень сжатия.

2. Быстро сменяемые участки изображения кодируют с более низким качеством, чем статичные участки, — человеческий глаз не успевает рассмотреть их детально.

3. Хранят в одном файле несколько потоков данных (фильм, логотип, субтитры, и т. д.) Потоки накладываются друг на друга при воспроизведении. Такой способ позволяет, например, хранить субтитры в виде текста вместо изображений букв, логотип сохранить всего один раз, а не в каждом кадре, и т. п.

Вопрос. Алгебра логики

l что такое высказывание, логическое выражение

l основные логические операции и их таблицы истинности

l приоритет выполенния логических операций

l что такое равносильные выражения

l способы доказания равносильности логических выражений (таблица истинности, законы логики)

Алгебра логики

1.Высказывание — термин математической логики, обозначающий формализованную структурированную запись мысли с помощью буквенных символов и логических связок, рассматриваемую с точки зрения истинностных значений. Это утверждение, для которого оценивается логическое значение: ложь или истина

Логическое выражение в программировании — конструкция языка программирования, результатом вычисления которой является «истина» или «ложь».

Высказываниеназывается простым если никакая его часть не является высказыванием

Составные высказывания строятся из простых с помощью логических связок (операций) «и», «или», «не», «если … то», «тогда и только тогда» и др.

2.Инверсия («неверно, что», логическое отрицание) Если высказывание A истинно, то «не А» ложно, и наоборот.

Конъюнкция («и», логическое умножение)‏ Высказывание « A и B» истинно тогда и только тогда, когда А и B истинны одновременно.

Дизъюнкция («или», логическое сложение)‏ Высказывание « A или B» истинно тогда, когда истинно А или B, или оба вместе.

Разделительная дизъюнкция («либо», “исключающее или” сложение по модулю 2) Высказывание « A Å B» истинно тогда, когда истинно А или B, но не оба одновременно (то есть A не равно B ).

Импликация («если, то», логическое следование)‏.Высказывание A → B ложно тогда и только тогда, когда условие (посылка) — истинно, а следствие (заключение) — ложно.

Эквивалентность («тогда, и только тогда», логическое равенство)‏ Высказывание « A « B» истинно тогда и только тогда, когда А и B равны (одновременно истинны или ложны).

3.Порядок вычисления выражения можно определить с помощью дерева. Вычисление начинается с листьев, корень самая последняя операция.

4. Если значения выражений А и В совпадают на всех возможных наборах значений входящих в их переменных, то такие выражения называют равносильными (А = В). Любое выражение можно преобразовать к равносильному ему, в котором используются только базисные операции *, + и инверсия с помощью законов алгебры логики

5.

Свойство констант

Законы идемпотентности

Приоритет выполнения:

1. Действия в скобках

2. инверсия

3. конъюнкция

4. дизъюнкция

5. импликация и эквивалентность

Цикл с предусловием «Пока».

Предписывает выполнять цикл до тех пор, пока выполняется условие, записано после слова «пока». Число повторения операторов тела цикла заранее неизвестное. Выход из цикла выполняется в случае не выполнения заданного условия.

Цикл с постусловием «пока». Выполняет серию команд до тех пор, пока условие станет истинным. Число повторений операторов тела цикла заранее неизвестно.

Цикл с параметром «Для». Предписывает выполнять тело цикла для всех значений некоторой переменной в заданном диапазоне. Цикл с параметром используют, когда число повторений заранее известно.

вопрос. Информатика как наука и вид практической деятельности.