Информация и способы ее представления

Информация  и способы ее представления

Информатика - наука  о законах и методах накопления, обработки и передачи информации. В наиболее общем виде понятие  информации можно выразить так:

Информация - это  отражение предметного мира с  помощью знаков и сигналов.

Принято говорить, что решение задачи на ЭВМ, в результате чего создается новая информация, получается путем вычислений. Потребность  в вычислениях связана с решением задач: научных, инженерных, экономических, медицинских и прочих.

Каким образом отыскивается решение задачи?

Задача становится разрешимой, если найдено правило, способ получения результата. В информатике  такое правило называют алгоритмом.

Содержание алгоритма - составляющие его действия и объекты, над которыми эти действия выполняются, - определяют средства, которые должны присутствовать в машине, предназначенной  для исполнения алгоритма.

При решении  задачи ЭВМ вводит в себя необходимую  информацию и через какое-то время  выводит (печатает, рисует) результаты - информацию, для получения которой  и была создана. Таким образом, работа ЭВМ - это своеобразные манипуляции  с информацией. И, следовательно, ЭВМ - это техническое средство информатики.

Что такое информация? Какова ее природа?

В обыденной  жизни под информацией понимают всякого рода сообщения, сведения о  чем-либо, которые передают и получают люди.

Сами по себе речь, текст, цифры - не информация. Они  лишь носители информации. Информация содержится в речи людей, текстах  книг, колонках цифр, в показаниях часов, термометров и других приборов. Сообщения, сведения, т.е. информация, являются причиной увеличения знаний людей о реальном мире. Значит, информация отражает нечто, присущее реальному миру, который  познается в процессе получения  информации: до момента получения  информации что-то было неизвестно, или, иначе, не определено, и благодаря  информации неопределенность была снята, уничтожена.

Рассмотрим пример. Пусть нам известен дом, в котором  проживает наш знакомый, а номер  квартиры неизвестен. В этом случае местопребывание знакомого в  какой-то степени не определено. Если в доме всего две квартиры, степень  неопределенности невелика. Но если в  доме 200 квартир - неопределенность достаточно велика.

Этот пример наталкивает на мысль, что неопределенность связана с количеством возможностей, т.е. с разнообразием ситуаций. Чем  больше разнообразие, тем больше неопределенность.

Информация, снимающая  неопределенность, существует постольку, поскольку существует разнообразие. Если нет разнообразия, нет неопределенности, а, следовательно, нет и информации.

Итак, информация - это отражение разнообразия, присущего  объектам и явлениям реального мира. И, таким образом, природа информации объективно связана с разнообразием  мира, и именно разнообразие является источником информации.

Каковы  формы представления  информации?

Информация - очень  емкое понятие, в которое вмещается  весь мир: все разнообразие вещей  и явлений, вся история, все тома научных исследований, творения поэтов и прозаиков. И все это отражается в двух формах - непрерывной и  дискретной. Обратимся к их сущности.

Объекты и явления  характеризуются значениями физических величин. Например, массой тела, его  температурой, расстоянием между  двумя точками, длиной пути (пройденного  движущимся телом), яркостью света и  т.д. Природа некоторых величин  такова, что величина может принимать  принципиально любые значения в  каком-то диапазоне. Эти значения могут  быть сколь угодно близки друг к  другу, исчезающе малоразличимы, но все-таки, хотя бы в принципе, различаться, а количество значений, которое может  принимать такая величина, бесконечно велико.

Такие величины называются непрерывными величинами, а информация, которую они несут  в себе, непрерывной информацией.

Слово “непрерывность”  отчетливо выделяет основное свойство таких величин - отсутствие разрывов, промежутков между значениями, которые  может принимать величина. Масса  тела - непрерывная величина, принимающая  любые значения от 0 до бесконечности. То же самое можно сказать о  многих других физических величинах - расстоянии между точками, площади  фигур, напряжении электрического тока.

Кроме непрерывных  существуют иные величины, например, количество людей в комнате, количество электронов в атоме и т.д. Такого рода величины могут принимать только целые  значения, например, 0, 1, 2, ..., и не могут  иметь дробных значений. Величины, принимающие не всевозможные, а лишь вполне определенные значения, называют дискретными. Для дискретной величины характерно, что все ее значения можно пронумеровать целыми числами 0,1,2,...

Примеры дискретных величин:

геометрические  фигуры (треугольник, квадрат, окружность);

буквы алфавита;

цвета радуги;

Можно утверждать, что различие между двумя формами  информации обусловлено принципиальным различием природы величин. В  то же время непрерывная и дискретная информация часто используются совместно  для представления сведений об объектах и явлениях.

Пример. Рассмотрим утверждение “Это окружность радиуса 8,25”.

Здесь:

”окружность“- дискретная информация, выделяющая определенную геометрическую фигуру из всего разнообразия фигур;

значение “8,25” - непрерывная информация о радиусе  окружности, который может принимать  бесчисленное множество значений.

Что объединяет непрерывные  и дискретные величины?

В качестве простого примера, иллюстрирующего наши рассуждения, рассмотрим пружинные весы. Масса  тела, измеряемая на них, - величина непрерывная  по своей природе. Представление  о массе (информацию о массе) содержит в себе длина отрезка, на которую  перемещается указатель весов под  воздействием массы измеряемого  тела. Длина отрезка - тоже непрерывная  величина.

Чтобы охарактеризовать массу, в весах традиционно используется шкала, отградуированная, например, в  граммах. Пусть, например, шкала конкретных весов имеет диапазон от 0 до 50 граммов.

При этом масса  будет характеризоваться одним  из 51 значений: 0, 1, 2, ..., 50, т.е. дискретным набором значений. Таким образом, информация о непрерывной величине, массе тела, приобрела дискретную форму.

Любую непрерывную  величину можно представить в  дискретной форме. И механизм такого преобразования очевиден.

Зададимся вопросом, можно ли по дискретному представлению  восстановить непрерывную величину. И ответ будет таким: да, в какой-то степени можно, но сделать это  не так просто, и восстанавливаемый  образ может отличаться от подлинника.

Как представлять непрерывную  информацию?

Для представления  непрерывной величины могут использоваться самые разнообразные физические процессы.

В рассмотренном  выше примере весы позволяют величину “масса тела” представить “длиной  отрезка”, на который переместится указатель весов (стрелка). В свою очередь, механическое перемещение  можно преобразовать, например, в  “напряжение электрического тока”. Для этого можно использовать потенциометр, на который подается постоянное напряжение, например, 10 вольт, от источника питания. Движок потенциометра  можно связать с указателем весов. В таком случае изменение массы  тела от 0 до 50 граммов приведет к  перемещению движка в пределах длины  потенциометра (от 0 до L миллиметров) и, следовательно, к изменению напряжения на его выходе от 0 до 10 вольт.

Выводы.

1. Информация  о массе тела может представляться, вообще говоря, многими способами.

2. В качестве  носителей непрерывной информации  могут использоваться любые физические  величины, принимающие непрерывный  “набор” значений (правильнее было  бы сказать принимающие любое  значение внутри некоторого интервала).

Отметим, что  физические процессы (перемещение, электрический  ток и др.) могут существовать сами по себе или использоваться, например, для передачи энергии. Но в ряде случаев  эти же процессы применяются в  качестве носителей информации. Чтобы  отличить одни процессы от других, введено  понятие “сигнал”.

Если физический процесс, т.е. какая-то присущая ему  физическая величина, несет в себе информацию, то говорят, что такой  процесс является сигналом. Именно в этом смысле пользуются понятиями  “электрический сигнал”, “световой  сигнал” и т.д. Таким образом, электрический сигнал - не просто электрический  ток, а ток, величина которого несет  в себе какую-то информацию.

Как представлять дискретную информацию?

Как уже говорилось, дискретность - это случай, когда  объект или явление имеет конечное (счетное) число разнообразий. Чтобы  выделить конкретное из всего возможного, нужно каждому конкретному дать оригинальное имя (иначе, перечислить). Эти имена и будут нести  в себе информацию об объектах, явлениях и т. п.

В качестве имен часто используют целые числа 0, 1, 2,... Так именуются (нумеруются) страницы книги, дома вдоль улицы, риски на шкалах измерительных приборов. С  помощью чисел можно перенумеровать все “разнообразия” реального мира. Именно такая цифровая форма представления  информации используется в ЭВМ.

В обыденной  жизни, тем не менее, цифровая форма  представления информации не всегда удобна. Первенство принадлежит слову ! Традиционно информация об объектах и явлениях окружающего мира представляется в форме слов и их последовательностей.

Основной элемент  в этой форме - слово. Слово - имя объекта, действия, свойства и т.п., с помощью  которого выделяется именуемое понятие  в устной речи или в письменной форме.

Слова строятся из букв определенного алфавита (например, А, Б, ... , Я). Кроме букв используются специальные символы - знаки препинания, математические символы +, -, знак интеграла, знак суммы и т.п. Все разнообразие используемых символов образует алфавит, на основе которого строятся самые  разные объекты:

из цифр - числа;

из букв - собственно слова,

из цифр, букв и математических символов - формулы  и т.д.

И все эти  объекты несут в себе информацию :

числа - информацию о значениях;

слова - информацию об именах и свойствах объектов;

формулы - информацию о зависимостях между величинами и т.д.

Эта информация (и это очевидно) имеет дискретную природу и представляется в виде последовательности символов. О такой  информации говорят как об особом виде дискретной информации и называют этот вид символьной информацией.

Наличие разных систем письменности, в том числе  таких, как иероглифическое письмо, доказывает, что одна и та же информация может быть представлена на основе самых разных наборов символов и  самых разных правил использования  символов при построении слов, фраз, текстов.

Из этого утверждения  можно сделать следующий вывод:

Разные алфавиты обладают одинаковой “изобразительной возможностью”, т.е. с помощью одного алфавита можно представить всю  информацию, которую удалось представить  на основе другого алфавита. Можно, например, ограничиться алфавитом из десяти цифр - 0, 1, ..., 9 и с использованием только этих символов записать текст  любой книги или партитуру  музыкального произведения. При этом сужение алфавита до десяти символов не привело бы к каким-либо потерям  информации. Более того, можно использовать алфавит только из двух символов, например, символов 0 и 1. И его “изобразительная возможность” будет такой же.

Итак, символьная информация может представляться с  использованием самых различных  алфавитов (наборов символов) без  искажения содержания и смысла информации: при необходимости можно изменять форму представления информации - вместо общепринятого алфавита использовать какой-либо другой, искусственный алфавит, например, двухбуквенный.

Форма представления  информации, отличная от естественной, общепринятой, называется кодом. Коды широко используются в нашей жизни: почтовые индексы, телеграфный код  Морзе и др. Широко применяются  коды и в ЭВМ и в аппаратуре передачи данных. Так, например, широко известно понятие “программирование  в кодах”.

Кроме рассмотренных  существуют и другие формы представления  дискретной информации. Например, чертежи  и схемы содержат в себе графическую  информацию.