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=5 бит. 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.