Информация. 
Место и роль информатики

Понятие «информация». Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает сведение, разъяснение, ознакомление. Понятие «информация» является базовым в курсе информатики, невозможно дать его определение через другие, более простые понятия. В геометрии, например, невозможно выразить содержание базовых понятий «точка», «прямая», «плоскость» через более простые понятия. Содержание основных базовых понятий в любой науке должно быть пояснено на примерах или выявлено путем сопоставления с содержанием других понятий.

В случае с понятием «информация» проблема его определения более сложна, так как оно является общенаучным понятием. Данное понятие используется не только в информатике, но и физике, биологии, кибернетике и других науках. При этом в каждой науке понятие «информация» связано с различными системами понятий.

Очевидно, что с момента своего появления человечество повсеместно собирало, осмысливало, обрабатывало, хранило и передавало разнообразную информацию. Восприятие и передача информации — характерна для всех живых существ, а языковая форма передачи информации — основная форма приёма/передачи информации людей.

Информация в биологии. Получение и преобразование информации является условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования.

Генетическая информация. В генетике понятие информации (генетической) определяется как программа (код) биосинтеза белков, материально представленных полимерными цепочками ДНК. Любой живой организм, в том числе человек, является носителем генетической информации, которая передается по наследству. Генетическая информация хранится в каждой клетке организма в молекулах ДНК.

Человек и информация. Человек живет в мире информации, которую он получает из окружающего мира с помощью органов чувств. Полученная информация в форме зрительных, слуховых и других образов хранится в его памяти.

Человеческое мышление можно рассматривать как процесс обработки информации в мозгу человека. На основе информации, полученной с помощью органов чувств, и теоретических знаний, приобретенных в процессе обучения, человек создает информационные модели окружающего мира. Такие модели позволяют ему ориентироваться в окружающем мире и принимать правильные решения для достижения поставленных целей.

Процессы, связанные с получением, хранением и обработкой информации, называются информационными процессами.

Информация и общество. В процессе общения с другими людьми человек передает и получает информацию. Обмен информацией между людьми может осуществляться в различных формах (письменной, устной или с помощью жестов). Для обмена информацией всегда используется определенный язык (русский, азбука Морзе и так далее). Чтобы полученная информация была понятна, язык должен быть известен людям, участвующим в общении.

Человек получает информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, анализирует ее и выявляет существенные закономерности с помощью мышления, хранит полученную информацию в памяти. Процесс систематического научного познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и так далее). Таким образом, с точки зрения процесса познания информация может рассматриваться как знания. История человечества — это, в определенном смысле, история накопления и преобразования информации. Весь процесс познания является процессом получения, преобразования и накопления информации (знаний). Полученная информация хранится на носителях различных типов (книги, аудиозаписи, а в последнее время на электронных носителях в цифровой форме).

Информационные процессы в технике. Информационные процессы характерны не только для природы, человека и общества, но и для техники. Человеком созданы специальные технические устройства, предназначенные для кодирования, обработки, хранения и передачи информации в цифровой форме (компьютер, сканер, модем и др.). Совокупность таких технических устройств называют аппаратными средствами информатизации. Работой аппаратных средств, в частности работой компьютера, управляют различные программы, совокупность которых называют программным обеспечением или программными средствами информатизации.

В последние два десятилетия массовое производство компьютеров и распространение сети Интернет существенно ускорили развитие общества, и в развитых странах мира уже говорят о становлении так называемого информационного общества. В информационном обществе главным ресурсом является информация, большая часть населения в информационном обществе занята в сфере обработки информации или использует информационные и коммуникационные технологии в своей повседневной деятельности.

Информационные и коммуникационные технологии — это совокупность технологических процессов, использующих устройства и методы сбора, хранения, обработки и распространения данных (первичной информации), для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Для жизни и деятельности в информационном обществе необходимо обладать информационной культурой. Ее можно определить как совокупность рациональных и корректных навыков и правил работы с информационными средствами и ресурсами. Важно отметить такие правила информационной культуры, как вежливость переписки, недопустимость отправки писем электронной почтой по любому поводу и по любому адресу, недопустимость рекламы в Интернете порнографии или пороков общества, запрет применения компьютерных вирусов и т. д.

Информатика. Информационный подход к описанию и исследованию мира реализуется в рамках информатики, науки об информации и информационных процессах, аппаратных и программных средствах информатизации, информационных и коммуникационных технологиях. Термин «Информатика» («informatique») появился во французском языке в начале 1960;х годов и обозначил область автоматизированной переработки информации. В первой половине 1980;х годов термин «информатика» пришёл в Россию и ряд стран Восточной Европы.

Понятие «информатика» объединяет ряд научных направлений, исследующих разные стороны одного и того же объекта — информации.

В теории информации как науки о кодировании сообщений и передачи сигналов по техническим каналам связи, понятие информации определяется как коммуникация, связь, в процессе которой устраняется неопределенность. В 1948 году американский математик К. Шеннон ввёл математическое понятие количества информации. Он заметил, что «информацию» содержат лишь такие сообщения, которые уменьшают или полностью устраняют неопределенность в выборе одной из двух или более возможностей. Каждому сигналу приписывалась априорная вероятность его появления. Вероятность в данном случае трактуется как частота появления исходов при многократном проведении одинаковых опытов. То есть при многократном проведении опыта формируется таблица, в которой фиксируются результаты. Частота появления результата, подсчитанная на основе данных такой таблицы, и есть приближенное значение вероятности появления результата. Для практики важно уметь подсчитывать степень неопределенности разнообразных опытов, чтобы иметь возможность сравнить их между собой.

Вероятность и количество информации должны быть связаны так, что чем меньше вероятность появления того или иного сигнала, тем больше информации он несёт для потребителя (т.е. чем неожиданнее сигнал, тем больше его информативность). Однако математическая теория информации не учитывает содержательную сторону сообщения.

Таким образом, можно сделать вывод, что в естественных науках понятие информации отождествляется с сигналами, которые наблюдаются в технических и биологических системах, эти сигналы могут быть измерены, их можно обрабатывать и хранить. Информация состоит из упорядоченных дискретных или непрерывных сигналов, с которыми и имеет дело информационная технология.

Единицы измерения количества информации. Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Длина измеряется в метрах, масса — в килограммах и так далее. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения.

Подход к информации как мере уменьшения неопределенности знаний позволяет количественно измерять информацию, что чрезвычайно важно для информатики.

Рассмотрим опыты, имеющие k равновероятных исходов. Классическим примером является опыт бросания игральной кости — кубика, на гранях которого нанесено различное число точек (от одной до шести). То есть в этом случае k=6.

Если рассматривать опыт с одним исходом, k=1, то в таком опыте отсутствует элемент случайности, а при большом k, то есть при большом числе исходов, предсказание становится затруднительным. Таким образом, становится ясно, что численная характеристика степени неопределенности должна быть функцией от k. При этом для k=1 функция должна обращаться в нуль, так как в этом случае неопределенность отсутствует, а при возрастании k функция должна возрастать.

Чтобы уточнить определение такой функции, нужно предъявить к ней дополнительные требования. Например, в случае описания неопределенности двух независимых опытов с разным числом исходов, такая функция должна представлять собой сумму неопределенностей, характеризующих каждый из опытов в отдельности. Это условие наводит на мысль принять за меру неопределенности опыта, имеющего k равновероятных исходов, использовать логарифмическую функцию log k, так как log 1=0, а.

log (kl)=log (k)+log (l),.

где kl — общее число исходов двух независимых опытов с k и l исходами, соответственно.

Отметим, что выбор основания логарифмов несущественен, так как в силу известной формулы.

logb k=logba*logak.

Переход от одного основания логарифма к другому сводится к умножению функции f (k)=logk на постоянный множитель logba, то есть равносилен изменению единицы измерения (эквивалентен переходу от граммов к килограммам и т. д.).

В конкретных применениях «меры степени неопределенности» обычно используются логарифмы по основанию два. Минимальное количество исходов опыта, результат которого неизвестен, очевидно, равно двум. Таким образом, в качестве единицы измерения степени неопределенности удобно принять неопределенность, содержащуюся в исходе опыта, имеющего два равновероятных исхода. Например, в опыте бросания монеты на ровную поверхность и выяснении того какая ее сторона оказалась сверху.

Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем на ровную поверхность. С равной вероятностью произойдет одно из двух возможных событий — монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». Перед броском существует неопределенность наших знаний (возможны два события), и, как упадет монета, предсказать невозможно. После броска наступает полная определенность, так как мы видим (получаем зрительное сообщение), что монета в данный момент находится в определенном положении (например, «орел»). Именно такое количество информации принято за единицу. Эта единица называется битом от английского словосочетания binary digit (log2 2=1).

В информатике система образования единиц несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы используют в качестве множителей для кратных единиц коэффициент 10n. В теории информации следующей по величине после бита единицей является байт, причем.

1 байт = 23 бит = 8 бит Кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом.

• 1 Кбайт = 210 байт =1024 байт;
• 1 Мбайт = 210 Кбайт =1024 Кбайт;
• 1 Гбайт = 210 Мбайт =1024 Мбайт;

В окружающей действительности достаточно часто встречаются ситуации, когда может произойти некоторое количество равновероятных событий. Чем больше количество возможных событий, тем больше начальная неопределенность и соответственно тем большее количество информации будет содержать сообщение о результатах опыта.

Число, определяющее степень неопределенности исхода опыта, называют энтропией опыта. Энтропия опыта б, имеющего два равновероятных исхода, равна.

H (б)=-р1log р1-р2log р2=-(Ѕ)log2(Ѕ)-(Ѕ)log2(Ѕ).

Понятие энтропии первоначально было введено для решения некоторых вопросов теории передачи сообщений по линиям связи. Поэтому время передачи сообщения, стоимость такой передачи, а также конкретное содержание самого сообщения для определения понятия энтропии не существенно.

Рассмотрим применение введенных понятий к оценке информации, содержащейся в числовом сообщении.

Предположим, что мы хотим передать сообщение, записанное с помощью 10 цифр, то есть числа, записанного в десятичной системе счисления. Каждая цифра передаваемого сообщения может принимать одно из десяти значений, причем все цифры сообщения являются независимыми, то есть каждая из них может принимать все значения с одинаковой вероятностью.

В этом случае каждая передаваемая цифра может содержать информацию, равную log2103№/і битам. Полное количество информации, ввиду независимости каждой передаваемой цифры, равна произведению количества цифр в сообщении, умноженному на величину 3№/і.

В случае использования для передачи информации так называемых элементарных сигналов, когда передача состоит из посылки тока или паузы, что соответствует двоичным нулю и единице, сообщение из одного элементарного сигнала, очевидно, содержит один бит информации.