Реферат: Информация и информационные процессы

 Иногда происходит потеря части информации из-за несоответствия кодов (при переводе с русского языка на английский невозможна точность перевода из-за отсутствия эквивалентов, т. е. в русском языке есть слова непереводимые на английский).

Наиболее точное преобразование информации происходит при перекодирование на уровне элементов информации. Например, азбука Морзе, в которой каждому знаку соответствует сочетание точек и тире. На таком принципе построено применение телеграфных кодов, кодировка в компьютере. Для того, чтобы унифицировать (сделать) одинаковое кодирование на всех компьютерах была принята таблица кодов ASCLL-код. Пример:

ASCLL-код ¾ буква А-41, а-61, О-30, 1-31.

Всего возможно закодировать 256 разных символов. Можно ввести любой из этих символов, даже если его нет на клавиатуре, нажав на клавишу ALT  и удерживая её набрать на числовой  клавиатуре ASCLL –код символа.

Шифрование.

Шифрование это частный случай кодирования, при котором обеспечивается невозможность прочтения информации теми, кто не владеет ключом к расшифровке. Шифровать можно как текстовую, так и любую другую информацию, т. е. изображение, звук, видео. Шифруют специальную военную информацию, государственную информацию, коммерческую информацию, а также частную.

Способы шифрования:

1. Шифрование текстовой информации способом сдвига алфавита. Его ещё    называют способом Юлия Цезаря.

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ь ы ъ э ю я

Информатика ¾ шифрование сдвигом на три знака вперёд. Т. е. слово «информатика» можно зашифровать как  «ярчсупгхинг».

Такой способ имеет недостаток, так как сообщение легко расшифровать. Для этого  нужно   попробовать  зашифровать  это  сообщение,  сдвигая   алфавит

                                                                                                                                13

на 1,2,3 и т. д. буквы. Максимальный сдвиг определяется количеством букв в алфавите. Одно из таких сообщений обязательно будет расшифровкой.

2. Для того, чтобы сообщение было труднее расшифровать применяют шифрование с применением сдвига. Смысл его такой: опять пишут алфавит, а под ним против каждой буквы пишут другую букву в произвольном порядке, так, чтобы разным буквам соответствовали разные буквы.

а  б  в г д е ё ж з и й к л м н о п  р с т у ф х ц ч ш щ ь ы ъ э  ю я

ж й м б с п г з д л  т н ё в  и ц ю а к э х ч у  р ъ о  я щ е ы ф ш ь

Информатика ¾ личуавжэлнж.

Такой способ значительно надёжнее, но и его можно расшифровать. Если составить таблицу процентного состава каждой буквы в зашифрованном сообщении, а затем сопоставить её с таблицей распространённости букв различных текстов, то можно вычислить какое-то количество букв, а затем расшифровать всё сообщение. Угадав ключ один раз можно в дальнейшем расшифровывать все сообщения без проблем. Для борьбы с этим можно применить частую замену ключа.

 3. Существует ещё один способ шифрования.  Его разновидностью в древности являлся способ палочки и ремешка и способ пластинки с отверстием. 

  Смоделировать этот способ можно следующим образом:

Запишите сообщение: Сегодня 26 января.

Теперь к каждой букве подставим цифру: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Сейчас перемешаем эти цифры: 7 12 3 5 8 16 1 4 18 9 10 14 6 11 13 15 17 2

Получаем зашифрованное сообщение: яягд рсо.26вы наяс

Такие сообщения расшифровать очень трудно. Надо перебрать много   сотен сочетаний только для того чтобы расшифровать хотя бы одну букву. Так как буквы в компьютере представляются цифрами, а также любая информация представляется цифрами, можно зашифровать не только тексты, но и изображения, а также звуки. Нужно только представить каждую точку изображения или каждый звук числом, а затем применить для этого числа способ сдвига или перемешивания. Способ сдвига для изображения давно известен. Это способ мозаики. Таким образом зашифровываются и телевизионные сигналы.

                                                                                                                                14  

Сжатие информации.

Сжатие ¾ кодирование, которое обеспечивает уменьшение количества информации без потери её содержания. Существует несколько групп сжатия:

1 группа основана на замене повторяющихся цепочек знаков более короткой записью. Пример:

Рисунок занимает 286670 байт. Но если его сжать, то его величина будет составлять всего 408 байт, т. е. в 612,5 раз меньше.

Пример:

Текст состоящий из 250 А можно записать так: А повторить 250 раз. В первом случае сообщение будет иметь длину 250 байт, а во втором 20 байт, т. е. в 25 раз короче. Алгоритм ¾ программы сжатия информации.

1.   Поиск записи информации повторением фрагментов.

2.   Кодирование повторяющихся фрагментов, составление таблицы.

3.   Запись информации заменой повторяющихся фрагментов их кодами.

При хранение и передачи информации передаётся закодированная информация и таблица кодирования. Для восстановления информации производится обратная процедура замены кодов повторяющихся элементов из таблицы кодирования.

230 байт.

При записи информации различными способами в этой записи могут возникать повторяющиеся фрагменты. В этом случае появляется возможность сэкономить место на материальном носителе информации, ускорить её передачу по каналу связи.

Таблица кодирования:                                                                     (230 значений)

информации – 1

ми – 2

это – 3

записи – 4

появля – 5

ся – 6

Сжатая информации:

При 4 1 различные в 3й 4 могут 5ться повторяющие6 фрагменты. В 3м случае 5ется возможность сэкономить место на материальном носителе 1, ускорить её передачу по каналу связи. Таким образом хорошо сжимать изображения в которых есть длинные повторяющиеся цепочки одного цвета, причём такое сжатие может быть многоступенчатым.

64:22=3 (приближённо) 

Но не все изображения сжимаются одинаково хорошо. Пример:

Рисунок на белом месте в виде контура, занятого одним цветом или фотография синего неба с маленьким летящим самолётом, но она будет сжиматься   достаточно   хорошо  и  фотография  леса  с  мелкими  деревьями,

                                                                                                                                15

сучьями, травками будет сжиматься плохо. В среднем фотографию можно сжать в 6, 7 раз, поэтому архивы фотографий, рисунков на лазерных дисках хранятся в сжатом виде, причём на диске хранятся и программы сжатия. При загрузке диска развёртывание происходит автоматически.

2 способ применяется для сжатия текстов перекодированием на более экономичный код. Известно, что один символ текста хранится в одном байте, т. е. в цепочки из 8 двоичных импульсов.

                                                                                               0

                                                                                             255                                      

Описание способа:

Программа просматривает текст от начала до конца, составляя таблицу знаков, входящих в текст и вместе с этим происходит кодирование всех знаком в таблице двоичными числами. Пример:

Мама мыла раму

м – 000

а – 001

пробел – 010

ы – 011

л – 100

р – 101

у – 110

Таким образом получаем: 000001000001010000011100000010101

Сегодня 30 января

с – 0000      н – 0101            а – 1011

е – 0001      я – 0110            р – 1100   

г – 0010      пробел – 1000

о – 0011      з – 1001         

д – 0100      о ­– 1010

000000010010001101000101011001111000100101110110010110101011110001     10                              

  1762614

Новые алгоритмы.

Наряду с алгоритмами по элементного  сжатия основаны алгоритмы, основанные на математическом описании информационных блоков. Это алгоритмы JPG и фрактальный алгоритм JPEG применяющийся для сжатия изображений, обеспечивающий коэффициент сжатия в 6-8 раз для любых изображений, но при этом происходит потеря качества изображения. Пример:

Исходное изображение – точечный рисунок имеет размер 431 Кбайт. В форме JPEG его размер будет уже 11 Кбайт. Искажения, возникающие при сжатие  JPEG  заметны  на  обнажённых  изображениях  и  на  изображениях

имеющие тонкие элементы. На фотографиях искажения практически незаметны.                                                                                                                      16

Фрактальное сжатие.

Этот способ основан на алгоритме, разработанном в 1992 году. Он основан на замене точечного представления рисунка его математическим описанием в виде формул. Недостатком такого способа является то, что такой перевод требует нескольких сотен часов работы мощного компьютера. Фрактальное сжатие применяется в тех случаях, когда изображение сжимают один раз, например при упаковке его на лазерный диск, а разворачивают много раз, причём разворачивание осуществляется гораздо быстрее чем сжатие. В некоторых случаях коэффициент сжатия достигает нескольких 1000. Кроме того такие изображения можно увеличивать без потери качества. Ещё одно ценное свойство фрактального сжатия заключается в том, что оно позволяет создавать искусственные изображения имитирующие реальные, иногда до такой степени, что отличить их практически невозможно.

Структурирование информации.

Величины.

Величиной называют информацию, которую можно сравнивать с какой-то мерой. Пример величины:

Расстояние от одного города до другого, количество вещества, величина поверхности и т. п. Измерение величин заключается в определение количества стандартных величин или единиц измерения, содержащихся в измеряемой величине.

Величины бывают постоянные и переменные. Постоянная величина не меняет своего значения в процессе решения задач или использования программы. Пример:

Диагональ Земли. Число Р постоянная величина. Переменная величина в процессе решения задачи или использования программы меняет своё значение. Пример:

Скорость автомобиля при его торможении, вес ракеты при её полёте и т. д.

Характеристики переменных.

Переменные могут иметь различный тип, определяться видами величины, которые они отображают. При программирование переменные подразделяются на числовые, текстовые (символьные) и логические ¾ неструктурированные переменные.

Числовые переменные

Значение числовых переменных выражается числом. Числовые переменные бывают целые, дробные с фиксированной запятой и дробные с плавающей запятой. Каждый из них в свою очередь может быть разной длины.

Длина переменной определяется количеством ячеек в памяти компьютера, которые отводятся под данную переменную. Примеры целых чисел:

12, 1225, 34. В памяти компьютера, если эти числа предполагаются как значение одной переменной должны храниться в таком виде.

                                                                                                                                17

0000003 0000002 0000005

2343013346556535 0000000000000001 0000000000000235

          

Отрицательные числа дополняются знаком.

Дробные числа с фиксированной запятой ¾ это числа, к которым добавляется дробная часть. Они могут иметь разную длину целой и дробной части.

133,17    237,005    1233,01    0,01    123,007    0,137

 Иногда такую запись называют не с фиксированной запятой, а с фиксированной точкой. Это следствие того, что в англоязычных странах дроби пишут через точку. Запись с фиксированной запятой имеет следующий недостаток:

Для того чтобы оперировать с большими числами требуется большее количество разрядов после запятой. Иногда в результате вычислений происходит переполнение разрядов.

Способ с плавающей запятой основан на показательной форме записи числа. В этом случае число записывается как произведение.

2000000000 = 2*109

2133565000 = 2,13356*109 = 21,33565*108 = 0,213356*1010         

Запись плавающий запятой преобладает при хранение чисел в компьютере. Запись с фиксированной запятой применяется для величин, у которых известный и не очень большой диапазон измерения. Пример:

рост человека. Логические величины принимают одно из двух значений, записывающихся в двоичной системе как 0 и 1. Пример

пол человека или наличие, отсутствие телефона в квартире.

Структурные (составные) переменные: они содержат величины, образующие структуру. Примеры:

Список, таблица (массив), запись.

Список ¾ множество, которое упорядочено по какому-то признаку. Пример:

список учеников в классном журнале. Каждая фамилия в списке занимает определённое место, определяемое первыми буквами фамилий в алфавитном порядке.  Любоё  элемент  списка  определён  элементами,  соседними  с   ним

                                                                                                                                18

(слева и справа). На этом основано образование строя в армии. Если каждому элементу списка поставить в соответствии натуральное число, то список будет называться пронумерованным.

Таблица состоит из горизонтальных строк и вертикальных столбцов. Каждый элемент таблицы определён той строчкой и тем столбцом, в которых он расположен. Пример:

Форма таблицы позволяет хранить большое количество информации, удобной для использования формы, причём массивы могут иметь и большие размеры, чем показаны в примере.

                                                                    3*3*3=27              ряд

                                                                   @312     

     3 строки                                     Строка            Колонка

                3 колонки                          А 333

Запись содержит разнородные компоненты. Пример:

ведомость по выдаче зарплаты составляется из горизонтальных записей, каждая изб которых содержит порядковый номер, фамилию, сумму зарплаты и роспись в получении.

Текстовые переменные: могут содержать наборы символов разной длины на любом языке. Характеристикой такой переменной является длина (количество) символов.

Характеристикой текстовой (символьной) переменной является длина, способ кодирования, операции над символьными переменными ¾ сложение. Пример:

                                                                                                                                19

текст «куку» и текст «руза» образуют «кукуруза».

Выделение части текста. Пример:

«кукуруза» ¾ выделение символов слева, образование текста «куку», выделением символом справа, образование текста «руза». Выделение 3 символов, начиная с третьего, образование текста «кур». Замена прописных знаков строчечными и наоборот и т. д.

Мета информации ¾ онной структуры.

Наука, называющаяся семантикой, изучает смысловые значения знаков. Известно, что современные буквы образовались путём длительного исторического развития из древних письменных знаков ¾ текстограмм.

Текстограмма ¾  упрощённый рисунок, передающий название предметов, его свойств или действий, т. е. если древний охотник хотел сообщить своим соплеменникам, что он убил на охоте 4 оленей, он рисовал на куске коры упрощённое изображение этих оленей пронзённых копьями, а рядом рисовал свою фигуру.

Постепенно складывались единые (стандартные) изображения тех или иных предметов и действий, которыми пользовались все люди племени. Появились учителя, которые обучали этим знакам. Постепенно количество знаков стало достаточным, чтобы записывать любые сообщения. Их называют иероглифами. В Древнем Египте и других государствах того времени иероглифами записывались деяния царей, хозяйственные записи, появилась художественная литература, т. е. более 5000 лет назад уже существовала такая письменность. Такие записи сохранились до наших дней на стенах храмов, гробниц и т. д., а также глиняных таблиц. Недостатком иероглифической записи является сложность и большое количество иероглифов.  Пример:

современный китайский язык.

Появление буквенной формы записи приписывают древним финикийцам. Слово разбивалось на отдельные звуки, каждый из которых обозначался своим знаком-буквой. Так как звуков значительно меньше чем предметов, то алфавит получился очень коротким и каждая буква обозначалась очень простым знаком.

Форма букв сложилась исторически как упрощенная форма предметов в записи которых эта буква является первой. Пример:

Буква «а» имеет форму, передающую морду быка, так как по финикийски бык ¾ «алегр».

                                                                                                                                20

Конечно современные формы букв в различных языках претерпели значительные изменения ¾ трансформации. Язык ¾ живая, развивающаяся система. Пример:

современный русский язык значительно отличается от древнеславянского, который является предком русского, украинского, белорусского языков. В свою очередь письменность древнеславянский язык получил от греческого.

Наряду с развитием письменности совершенствовался ещё так называемый графический язык: чертёж, рисунок, миниатюра, картина, орнамент, рисунки на коврах, паркетах, мозаика и др. Этот язык применялся при проектирование зданий, кораблей, а в дальнейшем и машин. Преимуществом графического языка является способность человеческого зрения и мозга воспринимать целостные образы на подсознательном уровне. Благодаря этой способности мы можем практически мгновенно узнать знакомое лицо среди сотен других, причём независимо от расстояния, угла рассматривания, освещения, одежды и других факторов. Опознание возможно даже по фотографии и рисунку.

Учёные семантики изучают общие законы восприятии образов на подсознательном уровне. Установлено что у различных народов с различными языками, с различной культурой имеются  общие способности к восприятию таких образов, т. е. можно говорить, что каждому человеку свойственна врождённая способность понимать единый для всех язык графических символов, образов, звуков и других элементов информации. Ученые назвали такой язык ¾ метаязык. Наука пока ещё не расшифровала все символы метаязыка. Но кое-что уже определено. Подтверждают теорию о метаязыке следующие факторы:

1.   Легенда о Вавилонской башни.

2.   Магические знаки, применяемые древними жрецами, шаманами в своих религиозных обрядах обладали (сейчас естественно тоже обладают) мощным психологическим воздействием, причём на подсознательном уровне, т. е. человек не сознаёт почему на него действует этот магический знак, но ощущает это действие. Пример:

Свастика, имеющая корни в религиозных древнеиндийских ритуалов.

              Свастика               Пиктограмма          Гексаграмма          Руна

                                                                                                                                21

Психологическое воздействие таких знаков настолько велико, что официальная фашистская, коммунистическая, еврейская пропаганды используют их до сих пор. Современная реклама также использует открытые учёными законы метаязыка для усиления воздействия на человека. Установлено, что повторение одних и тех же рекламных роликов по телевизору или постоянное мельканье в той же телевизионной рекламе одних и тех же графических значений фирмы (coca cola, LG) как бы программируют человека на приобретение определённых товаров.

Литература.

1.   Евсеев Г. А. и др. Вы купили компьютер. Полное руководство для начинающих в вопросах и ответах.

2.   Симанович С. В. и др. Специальная информатика: Учебное пособие.

3.   Рычков В. и др. Компьютер для студента.