Методы измерения количества информации: вероятностный и алфавитный

Урок №4

Тема: «Информация в реальном мире. Виды информации. Измерение информации: вероятностный и алфавитный подходы к определению количества информации»

Цель урока:

· изучить виды  и свойства информации;

· сформировать способность к измерению количества информации;

Задачи:

Образовательная:

· сформировать представления о количестве информации;

Развивающая:

·   развить умение логически решать задачи по определению количества информации;

Воспитательная:

· воспитывать интерес к приобретению знаний;

Тип урока: лекция, изучение нового материала

 Методы обучения: словесный, наглядный, практический.

Межпредметная связь: литература, экология.

Оборудование урока: компьютер, проектор, мультимедиа презентация, раздаточный материал.

Литература

1. Цветкова М.С., Великович Л.С. Информатика и ИКТ: учебник. – М.: Издательский центр «Академия», 2014.

Продолжительность: 1²⁰ мин.

План урока

I. Организационный момент. (2 мин)

 Психологическая установка на создание доброжелательной атмосферы в группе.

   - Здравствуйте, ребята!

     - Рада вновь вас видеть

II. Мотивация.

Обучающимся предлагается ответить на 3 вопроса с целью определения видов и свойств информации.

III. Практическая работа

1. Свойства информации.

2. Виды информации.

3. Измерение информации: вероятностный и алфавитный подходы к определению количества информации.

Информация -это отображение реального мира с помощью знаков и сигналов.

Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Свойства информации:

1. Актуальность -важность и необходимость в конкретный момент времени.

2. Полезность - может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью.

3. Объективность (не должна зависеть от субъективного мнения)

4. Полнота- должно быть достаточно для принятия решения и конечного результата

5. Понятность -должна предназначатся для простого восприятия

6. Достоверность -отражение реального положения дела

Виды информации:

  Г рафическая или изобразительная — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира;

  З вуковая — мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретением звукозаписывающих устройств в 1877 г.ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;

   Текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;

     В человеческом обществе непрерывно протекают информационные процессы: люди воспринимают информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, осмысливают ее и принимают определенные решения, которые, воплощаясь в реальные действия, воздействуют на окружающий мир.

Информационный процесс — это процесс сбора (приема), передачи (обмена), хранения, обработки (преобразования) информации.

Сбор информации — это процесс поиска и отбора необходимых сообщений из разных источников (работа со специальной литературой, справочниками; проведение экспериментов; наблюдения; опрос, анкетирование; поиск в информационно-справочных сетях и системах и т. д.).

Передача информации — это процесс перемещения сообщений от источника к приемнику по каналу передачи. Информация передается в форме сигналов — звуковых, световых, ультразвуковых, электрических, текстовых, графических и др. Каналами передачи могут быть воздушное пространство, электрические и оптоволоконные кабели, отдельные люди, нервные клетки человека и т. д.

Хранение информации — это процесс фиксирования сообщений на материальном носителе. Сейчас для хранения информации используются бумага, деревянные, тканевые, металлические и другие поверхности, кино- и фотопленки, магнитные ленты, магнитные и лазерные диски, флэш-карты и др.

Обработка информации — это процесс получения новых сообщений из имеющихся. Обработка информации является одним из основных способов увеличения ее количества.       В результате обработки из сообщения одного вида можно получить сообщения других видов.

Защита информации — это процесс создания условий, которые не допускают случайной потери, повреждения, изменения информации или несанкционированного доступа к ней. Способами защиты информации являются создание ее резервных копий, хранение в защищенном помещении, предоставление пользователям соответствующих прав доступа к информации, шифрование сообщений и др.

Методы измерения количества информации: вероятностный и алфавитный

   Единицей измерения количества информации является бит. (англ. binary digit (bit) — двоичная единица информации).

1 бит — это количество информации, содержащейся в сообщении.

В информатике принято рассматривать последовательности длиной 8 битов. Такая последовательность называется байтом.

Производные единицы измерения количества информации:

1 байт = 8 битов

Для обозначения больших обьемов информации используется производные единицы – килобайт (1 Кбайт), что составляет примерно 1000 байт, или точнее 1024 байт как 2 в степени 10.

1 килобайт (Кб) = 1024 байта =1024 = 2¹⁰ байтов

1 мегабайт (Мб) = 1024 килобайта =1024*1024 = 2²⁰ байтов

1 гигабайт (Гб) = 1024 мегабайта =1024*1024*1024= 2³⁰ байтов

1 терабайт (Тб) = 1024 гигабайта = 1024*1024*1024*1024= 2⁴⁰ байтов

Информация передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи между ними.

В качестве источника информации может выступать живое существо или техническое устройство. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал.

Сигнал — это материально-энергетическая форма представления информации. Другими словами, сигнал — это переносчик информации, один или несколько параметров которого, изменяясь, отображают сообщение. Сигналы могут быть аналоговыми (непрерывными) или дискретными (импульсными).

Сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

Алфавитный подход к измерению информации не связывает кол-во информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=2⁸, то 1символ несет в тексте 8 бит информации.

Вероятностный подход к измерения информации. Все события происходят с различной вероятностью, но зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил Шеннон.

Формула Шеннона

I - количество информации

  N – количество возможных событий

p_i – вероятности отдельных событий

Задача1: Какое количество информации будет содержать зрительное сообщение о цвете вынутого шарика, если в непрозрачном мешочке находится 50 белых, 25красных, 25 синих шариков

1) всего шаров 50+25+25=100

2) вероятности шаров 50/100=1/2, 25/100=1/4, 25/100=1/4

3)I= -(1/2 log₂1/2 + 1/4 log₂1/4 + 1/4 log₂1/4) = -(1/2(0-1) +1/4(0-2) +1/4(0-2)) = 1,5 бит

Количество информации достигает max значения, если события равновероятны, поэтому количество информации можно расcчитать по формуле

Задача2: В корзине лежит 16 шаров разного цвета. Сколько информации несет сообщение, что достали белый шар?

т.к. N = 16 шаров, то I = log₂ N = log₂ 16 = 4 бит.