double arrow

Первичные коды и эффективное кодирование


Литература

Последствия парникового эффекта

Одним из основных продуктов сгорания углеводородных топлив является диоксид углерода (СО2), который не относится к токсичным газам. Годовая эмиссия СО2 составляет 130...1100 млрд. т/год. Основное количество СО2 производится природными источниками, и только примерно 1...3 % связаны с технической деятельностью человека (антропогенные выбросы). Однако эти 1...3% могут нарушать равновесие в атмосфере и служить причиной возникновения так называемого “парникового” эффекта.

В верхних слоях атмосферы всегда располагалась смесь газов, состоящая на 60... 90 % из водяного пара. Эта смесь газов препятствует отводу теплоты от поверхности нашей планеты, повышая ее среднюю температуру на 33°С (от -18°С до +15°С). В увеличении средней температуры на поверхности земли и заключается “парниковый” эффект, который обусловил благоприятные условия для возникновения и развития жизни на Земле. Однако в результате деятельности человека в стратосфере и тропосфере стали накапливаться такие вещества как СО2, СН4, галогенированные углеводороды, озон и гемиоксид азота (NО2). Суммарная доля этих газов в “парниковом” слое относительно невелика всего 0,5... 15%. Однако они вызвали за последние 100 лет повышение средней температуры примерно на 0,45°С, что выразилось в известном потеплении климата. При дальнейшем неконтролируемом усилении “парникового” эффекта может произойти интенсивное таяние ледников, которое может привести к глобальной катастрофе.

Из всех антропогенных “парниковых” газов главное значение для усиления “парникового” эффекта имеет СО2. Важнейшими источниками антропогенных выбросов СО2 являются: тепловые и электрические станции - 27%, промышленность - 20%, отопление жилых помещений и малая энергетика - 20%, транспорт - 17%.

Снижение антропогенных выбросов СО2 стало острой экологической проблемой. В то же время известно, что чем больше СО2 образуется при сгорании углеводородных топлив, тем оно совершеннее. Поэтому решение проблемы уменьшения антропогенных выбросов СО2 возможно путем:

- уменьшения количества сжигаемого углеводородного топлива, т.е. повышения топливной экономичности теплоэнергетических устройств и тепловых двигателей;

- применения топлив с малым содержанием углерода (сжатый и сжиженный газы, спирты и эфиры);

- использования водорода;

- перехода к широкому применению альтернативных источников энергии (энергия солнца и ветра, гидроэнергия, атомная и ядерная энергия).

1. Лариков Н.Н. Теплотехника: Учебник для вузов. -3-е изд., перераб. и дополн.-М.; Стройиздат, 1985 -432 с.ил.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.; Высшая школа, 1969 -560с.

3. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М. и др. Теплотехника: Учебник для вузов. –М.; Высш.шк., 1999.-671 с.ил.

4. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Техническая термодинамика. –М.; Высш.шк., 2000. –261 с.ил.

5. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. -М.; Стройиздат, 1981-248с.

6. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. -М.; Энергоиздат, 1983.

7. Исаченко В.М., Осипова В.А., Сухомел А.С. Теплопередача. -М.; Энергоиздат, 1981.

8. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.; Энергия, 1977.

9. Теплоснабжение /Под ред. Ионина -М.; Стройиздат, 1982.

10. Теплотехника /Хазен М.М., Матвеев Г.А. и др. -М.; 1981.

11. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике. М.; Высш. шк., 1986. -248с.

12. Сб. задач по технической термодинамике и теплопередаче /Дрыжаков Е.В., Исаев С.И. и др. -М.; 1968.

13. Сб. задач по технической термодинамике /Андрианов Т.А., Дзампов Б.В. и др. -М.; 1971.

14. Краснощеков Е.А., Сухомел А.С. Задачник по теплопередаче. -М.; 1975.

15. Балахонцев Е.В., Верес А.А. Теплотехника (методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений). М.; Высш. шк., 1985. –64 с.

Первичные коды – специальный класс кодов, которые учитывают исключение избыточности информации из передаваемых сообщений с целью увеличения скорости передачи информации.

Статистическое кодирование информации (кодирование источника со­общений или сжатие информации) связано с преобразованием выходной ин­формации дискретного источника в последовательность букв заданного ко­дового алфавита. Естественно, что правила кодирования следует выбирать таким образом, чтобы с высокой вероятностью последовательность на выходе источника могла быть восстановлена по закодированной последовательности, а также, чтобы число букв кода, требуемых на одну бу­кву источника, было по возможности меньшим. В теории информации пока­зывается, что минимальное число двоичных букв кода на одну букву источ­ника, требуемых для представления выхода источника, задается энтропией источника.

Энтропия Н(А) источника сообщений А определяется как математиче­ское ожидание количества информации:

, (1)

где Р(а) – вероятность того, что источник превышает сообщение “а” из ан­самбля А. Здесь математическое ожидание обозначает усреднение по всему ансамблю сообщений. При этом должны учитываться все вероятностные свя­зи между различными сообщениями.

Чем больше энтропия источника, тем больше степень неожиданности передаваемых им сообщений в среднем, т.е. тем более неопределенным явля­ется ожидаемое сообщение. Поэтому энтропию часто называют мерой неоп­ределенности сообщения. Можно характеризовать энтропию так же, как меру разнообразия выдаваемых источником сообщений. Если ансамбль содержит К различных сообщений, то Н(а)≤logK, причем равенство имеет место толь­ко тогда, когда все сообщения передаются равновероятно и независимо. Чис­ло К называется объемом алфавита источника.

Для двоичного источника, когда К=2, энтропия максимальна при Р(а1)=Р(а2) 0,5 и равна 1оg 2=1 бит. Энтропия источника зависимых сообщений всегда меньше энтропии источника независимых сообщений при том же объ­еме алфавита и тех же безусловных вероятностях сообщений. Для источника с объемом алфавита К=32, когда буквы выбираются равновероятно и неза­висимо друг от друга, энтропия источника Н(А)=logК=5бит. Таким источ­ником, например, является пишущая машинка русского алфавита при хаотическом порядке нажатии клавиш. Если же буквы передаются не хаотически, а составляют связный русский текст, то они оказываются неравновероятными (буква А передается чаще, чем буква Ф, и т.п.) и зависимыми (после гласных не может появиться знак "ь"; мала вероятность сочетания более трех гласных подряд и т.п.). Анализ ансамблей текстов рус­ской художественной прозы показывает, что в этом случае энтропия менее 1,5 бит на букву. Еще меньше, около 1 бит на букву, энтропия ансамбля поэтических произведений, так как в них имеются дополнительные вероятност­ные связи, обусловленные ритмом и рифмами. Если же рассматривать в качестве источника сообщений поток телеграмм, то его энтропия обычно не пре­вышает 0,8 бит на букву, поскольку тексты довольно однообразны.

Избыточность источника æ (2)

показывает, какая доля макси­мально возможной при этом алфавите энтропии не используется источником.

Среднее число кодовых символов на одну букву источника (средняя длина сообщения):

, где (4)

P(ai) – вероятность сообщения ai,

ni – количество двоичных символов в сообщении.

Коэффициент сжатия для первичного кода ,

где nравн.= log2К – количество двоичных символов в кодовом слове при равномерном кодировании сообщений (К – количество сообщений).


Сейчас читают про: