Випадок на іспиті.
Професор.Як працює трансформатор?
Студент.У-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у...
Ми давно вже звикли до персональних. Включаємо їх і працюємо, власне кажучи, мало не замислюючись над тим, як вони влаштовані і як працюють. Все це завдяки тому, що розробники ПК та програмного забезпечення до них навчилися створювати надійні продукти, які не дають нам приводу вкотре задуматися над пристроєм комп'ютера або програм, що його обслуговують.
Тим не менш, ймовірно, читачам блогу цікаво дізнатися про принципи роботи комп'ютера і програмного забезпечення. Цьому і буде присвячено серію статей, які публікуються в рубриці «Як працює ПК».
Як працює ПК: Частина 1. Обробка інформації
Комп'ютер для автоматизації процесів обробки інформації. Він улаштований відповідним чином, щоб мати всі можливості для успішного виконання свого призначення.
Для того щоб обробляти в комп'ютері інформацію, з нею необхідно виконувати такі основні операції:
– вводити інформаціюв комп'ютер:
Ця операція потрібна для того, щоб комп'ютер було що обробляти. Без можливості введення інформації в комп'ютер він стає ніби річчю в собі.
– зберігати введену інформаціюу комп'ютері:
Очевидно, що якщо дати можливість вводити інформацію в комп'ютер, то треба мати цю інформацію в ньому зберігати, і потім використовувати в процесі обробки.
– обробляти введену інформацію:
Тут треба розуміти, що для обробки введеної інформації потрібні певні алгоритми обробки, інакше ні про яку обробку інформації не може бути мови. Комп'ютер повинен бути забезпечений такими алгоритмами і повинен вміти їх застосовувати до інформації, що вводиться, з тим, щоб «правильно» перетворювати її у вихідні дані.
– зберігати оброблену інформацію,
Так само як і зі збереженням введеної інформації, в комп'ютері повинні зберігатися результати його роботи, результати обробки вхідних даних для того, щоб надалі ними можна було б скористатися.
– виводити інформацію з комп'ютера:
Ця операція дозволяє вивести результати обробки інформації в зручному для користувачів ПК вигляді. Зрозуміло, що дана операція дає можливість скористатися результатами обробки інформації на комп'ютері, інакше ці результати обробки так і залишилися всередині комп'ютера, що зробило б їх отримання абсолютно безглуздим.
Найважливіше вміння комп'ютера – це обробка інформації, оскільки його принадність якраз і полягає в тому, що він може перетворювати інформацію. Весь пристрій комп'ютера обумовлено вимогою обробки інформації в найкоротші терміни, найшвидшим способом.
Під обробкою інформації на комп'ютері можна розуміти будь-які дії, які перетворюють інформацію з одного стану на інший. Відповідно, комп'ютер має спеціальний пристрій, званий , який призначений виключно для надзвичайно швидкої обробки даних, зі швидкостями, що сягають мільярдів операцій на секунду.
Процесор
Необхідні для обробки дані процесор отримує (бере) з пристрою, призначеного для тимчасового зберігання як вхідних, так і вихідних даних. Там же в оперативній пам'яті знаходиться місце для зберігання проміжних даних, що формуються в процесі обробки інформації. Таким чином, процесор отримує дані з оперативної пам'яті, так і записує оброблені дані в оперативну пам'ять.
Оперативна пам'ять (ОЗП)
Нарешті, для введення та виведення даних до комп'ютера підключаються , які дозволяють вводити інформацію, що підлягає обробці, та виводити результати цієї обробки.
Зовнішній вінчестер, зовнішній DVD-пристрій, флешка, клавіатура, миша
Процесор та оперативна пам'ять працюють з однаково великою швидкістю. Як уже говорилося вище, швидкість обробки інформації може становити багато мільйонів і мільярдів операцій на секунду. Ніякий зовнішній пристрій введення та виведення інформації не може працювати на таких швидкостях.
Тому для їх підключення в комп'ютері передбачені спеціальні контролери пристроїв введення-виведення. Їхнє завдання полягає в тому, щоб узгодити високі швидкості роботи процесора та оперативної пам'яті з відносно низькими швидкостями введення та виведення інформації.
Ці контролери поділяються на спеціалізовані, яких можуть бути підключені лише спеціальні пристрої, і універсальні. Приклад спеціалізованого пристрою контролера служить, наприклад, відеокарта, яка призначена для підключення до комп'ютера монітора.
Контрольна робота з «Теорії інформаційних процесів та систем»
Виконала: Гринюк О.В.
Південно-Російський державний університет економіки та сервісу
Кафедра РТ та ІС
Вступ
Обмін інформацією був і є однією з особливостей людської діяльності. Спілкування людей один з одним, їх взаємини із зовнішнім світом, їх виробнича, наукова та громадська діяльність тісно пов'язані з інформаційними процесами – процесами сприйняття, передачі, обробки, пошуку, зберігання та відображення інформації. Без обміну інформацією неможливе управління різними об'єктами, організація виробничого, наукового та суспільного життя людини. Процеси спілкування також нерозривно пов'язані з інформаційним обміном, комунікацією, встановленням інформаційних зв'язків між учнями та навчальним.
Накопичення людством досвіду та знань при освоєнні природи змішалося з освоєнням інформації.
Спочатку з покоління до покоління інформація передавалася усно. Це були відомості про професійні навички, наприклад про прийоми полювання, обробки мисливських трофеїв, способи землеробства та ін Але потім інформацію стали фіксувати у вигляді графічних образів навколишнього світу. Так, перші наскельні малюнки, що зображають тварин, рослини, людей, з'явилися приблизно 20-30 тис. років тому.
Пошук сучасніших способів фіксування інформації призвів до появи писемності. Спочатку люди записували розрахунки з покупцями, та був написали й перше слово.
1. Що таке інформація, інформаційний процес.
У повсякденному житті інформацію ототожнюють із поняттями «повідомлення», «відомості», «дані», «знання». Таке співвідношення допустимо лише певною мірою, оскільки в усіх цих понять є одна загальна важлива властивість – вони позначають щось, що є відображенням реальних об'єктів і процесів. Однак, як тільки порушується питання про вдосконалення інформаційних процесів, подібне розуміння терміна «інформація» виявляє низку недоліків. Так, очевидним є те, що метою функціонування інформаційних систем не може бути видача якнайбільшої кількості інформації (показників, документів). Один лаконічний, грамотно складений документ найчастіше корисніше «інформативніше», ніж кілька документів. Взявши ряд вихідних показників, можна отримати безліч різних похідних, але збільшення числа останніх не обов'язково відображатиме приріст корисних відомостей (знань).
Отже, дані або повідомлення містять щось таке, від чого залежить їхня порівняльна цінність, заради чого вони збираються, передаються та обробляються. Саме тому під терміном «інформація» найчастіше розуміють змістовний аспект даних, проводячи таким чином відмінність між інформацією та даними. Термін "дані" походить від латинського слова data - факт, а термін "інформація" - від латинського "informatio", що означає роз'яснення, виклад.
У науковому плані поняття «інформація» пов'язується з ймовірністю здійснення тієї чи іншої події. І чим вища ймовірність конкретного результату (результату) цієї події, тим менша кількість інформації виникає після її здійснення та навпаки. Отже, ІНФОРМАЦІЯ – це міра усунення невизначеності щодо результату цікавої для нас події. Причому характерною є та обставина, що інформативність повідомлення (кількість інформації в ньому) не завжди пропорційна обсягу (довжині) цього повідомлення.
Інформація не існує сама по собі, тому що вона має на увазі наявність об'єкта (джерела), що відображає інформацію, та суб'єкта (приймача, споживача), що сприймає її. Будь-яка подія, будь-яке явище є джерелом інформації.
Процес передачі від джерела до одержувача називається Інформаційним процесом.
При телефонній передачі джерело повідомлення говорить. Кодуючий пристрій, що змінює звуки слів електричні імпульси, - це мікрофон. Канал, яким передається інформація - телефонний провід. Та частина трубки, яку ми підносимо до вуха, відіграє роль пристрою, що декодує. Тут електричні сигнали знову перетворюються на звуки. І, нарешті, інформація надходить у «приймає пристрій» - вухо людини на іншому кінці дроту.
|
Загальна схема передачі.
Інформація - довільна послідовність знаків, тобто. будь-яке слово, кожен новий символ збільшує кількість інформації. Як виміряти кількість інформації? Для цього, як і для вимірювання довжини, маси і т.д. необхідний стандарт. Яке ж слово взяти як зразок інформації? Перш ніж вибрати це слово, необхідно вибрати алфавіт - матеріал, з якого буде зроблено це слово. Зазвичай алфавіт беруть двосимвольним. Наприклад, він може складатися з цифр 1 і 0. Еталоном вважається слово, що складається з символу такого алфавіту. Кількість інформації, що міститься в цьому слові, беруть за одиницю, названу бітом. Маючи стандарт кількості інформації можна порівняти будь-яке слово з стандартом. Простіше порівнювати ті слова, які записані в тому самому двосимвольному алфавіті.
ЦІННІСТЬ ІНФОРМАЦІЇ
Кількість інформації у двох повідомленнях може бути однаковою, а сенс зовсім різним. Два слова, наприклад «Світ» і «Рим», містять однакову кількість інформації, складаються з тих самих букв, але сенс слів різний.
У повсякденному житті, як правило, оцінюються отримані відомості зі смислового боку: нові відомості сприймаємо не як певну кількість інформації, бо як новий зміст.
Пасажири їдуть автобусом. Водій оголошує зупинку. Дехто виходить, решта не звертає уваги на слова водія - передану їм інформацію. Чому? Тому що інформація тут має різну цінність для одержувачів, у ролі яких у цьому прикладі виступають пасажири. Вийшов той, для кого інформація була цінною. Отже, цінність можна з'ясувати, як властивість інформації, що впливає поведінка її одержувача.
2. Визначення інформаційних систем та інформаційних технологій, їх відмінності.
Інформаційна система – це комунікаційна система зі збирання, передачі та переробки інформації про об'єкт. Це прикладна програмна підсистема, орієнтована на пошук, збирання, обробку та зберігання інформації. Кожен базовий компонент інформаційної системи є самостійною системою, має певну структуру побудови та мету функціонування.
Термін «технологія» (від грецького «techne» – мистецтво, уміння, майстерність та грецького «logos» – поняття, вчення) визначається як сукупність методів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форми сировини, матеріалів чи напівфабрикатів, що здійснюються у процесі виробництва кінцевої продукції.
Технологія нерозривно пов'язані з машинізацією виробничого чи невиробничого, передусім управлінського процесу. Управлінські технології ґрунтуються на застосуванні комп'ютерів та телекомунікаційної техніки.
Згідно з визначенням, прийнятим ЮНЕСКО, інформаційна технологія – це комплекс взаємопов'язаних, наукових, технологічних, інженерних дисциплін, які вивчають методи ефективної організації праці людей, зайнятих обробкою та зберіганням інформації; обчислювальну техніку та методи організації та взаємодії з людьми та виробничим обладнанням, їх практичні додатки, а також пов'язані з усім цим соціальні, економічні та культурні проблеми. Самі інформаційні технології вимагають складної підготовки, великих початкових витрат та наукомісткої техніки. Їхнє введення має починатися зі створення математичного забезпечення, формування інформаційних потоків у системах підготовки фахівців.
3. Обробка інформації
Цілі, завдання та види обробки інформації
Поняття обробки інформації є дуже широким. Говорячи про обробку інформації, слід дати поняття інваріанту обробки. Зазвичай ним є зміст повідомлення (зміст інформації, що міститься у повідомленні). При автоматизованій обробці інформації об'єктом обробки є повідомлення, і тут важливо провести обробку таким чином, щоб інваріанти перетворень відповідали інваріантам перетворення інформації.
Мета обробки інформації загалом визначається метою функціонування деякої системи, з якою пов'язаний аналізований інформаційний процес. Проте задля досягнення мети завжди доводиться вирішувати ряд взаємозалежних завдань.
Наприклад, початкова стадія інформаційного процесу – рецепція. У різних інформаційних системах рецепція виявляється у таких конкретних процесах, як відбір інформації (у системах науково-технічної інформації), перетворення фізичних величин на вимірювальний сигнал (в інформаційно-вимірювальних системах), дратівливість. та відчуття (у біологічних системах) тощо.
Процес рецепції починається межі, що відокремлює інформаційну систему від зовнішнього світу. Тут, на кордоні, сигнал зовнішнього світу перетворюється на форму, зручну для подальшої обробки. Для біологічних систем і багатьох технічних систем, наприклад автоматів, що читають, ця межа більш-менш чітко виражена. В інших випадках вона значною мірою умовна і навіть розпливчаста. Що ж до внутрішньої межі процесу рецепції, вона практично завжди умовна і вибирається у кожному даному випадку з зручності дослідження інформаційного процесу.
Слід зазначити, що незалежно від того, як «глибоко» буде відсунуто внутрішню межу, рецепцію завжди можна розглядати як процес класифікації.
Формалізована модель обробки інформації
Звернемося тепер до питання, у чому подібність і відмінність процесів обробки інформації, що з різними складовими інформаційного процесу, використовуючи у своїй формалізовану модель обробки. Насамперед зауважимо, що не можна відривати це питання від споживача інформації (адресату), від семантичного та прагматичного аспектів інформації. Наявність адресата, для якого призначено повідомлення (сигнал), визначає відсутність однозначної відповідності між повідомленням та інформацією, що міститься в ньому. Цілком очевидно, що те саме повідомлення може мати різний зміст для різних адресатів і різне прагматичне значення.
|
що є результатом дії принаймні трьох факторів:
1) домовленості між відправником та споживачем, що дозволяє «осмислювати» повідомлення;
2) наявністю конкретної мети у адресата;
3) тієї ситуацією, де знаходиться адресат.
Останні два чинники визначають значення повідомлення. Відображення j називається правилом інтерпретації повідомлення. Воно може бути загальним, зрозумілим багатьом споживачів інформації, чи відомим лише парі відправник-споживач, а інших споживачів інформації незнання правила j призводить до того, що навіть сприйняте повідомлення не піддається інтерпретації чи веде до хибної інтерпретації.
Обробка інформації не може бути здійснена поза обробкою повідомлень, що містять її.
Можна уявити таку формалізовану модель обробки. Нехай X – безліч можливих повідомлень, що фігурують у певній системі комунікації. Під обробкою повідомлень розуміється деяке відображення q:
слід розглядати як інтерпретацію оброблених повідомлень Y. Тут безліч J є також безліч пар сенс-значення.
Подання обробки у формі (3.2), хоч і не охоплює всіх видів обробки повідомлень, проте є досить загальним, щоб розглядати багато видів обробки повідомлень у технічних системах.
Беручи до уваги правило обробки (3.2) та правила інтерпретації (3.1) та (3.3), отримуємо наступну залежність відображень j, y та q:
|
З діаграми видно, що кожному повідомленню xÎX поставлено у відповідність рівно один образ j(x)ÎI і рівно один образ y(q(x))ÎJ. Дійсно:
yÎY має образ y(y)ÎJ;
xX має образ q(x)ÎY, ;
xX має образ y(q(x)).
З огляду на це, на множинах I, J можна визначити відношення h, яке може виражати такий зміст: мати загальний прообраз у множині X. Дане відношення h не обов'язково є відображенням. Так, якщо відображення j не бієктивно, то елемент множини I може мати більше одного прообразу в множині X. Кожен прообраз як елемент множини X має по одному образу в множині J, і, отже, елемент з множини I, що розглядається, знаходиться у відношенні h з числом елементів з множини J, рівним числу його прообразів у множині X. Через це відношення h не є відображенням.
Правило обробки j повідомлення X називається зберігаючим інформацію, якщо відношення h є відображенням, а діаграма (3.4) набуває вигляду
|
З діаграми випливає, що добуток відношення jh дорівнює добутку qy, тобто діаграма (3.4) є комутативною. Визначальним відображенням діаграми (3.4) є відображення h – правило обробки інформації. Тому назви різних видів обробки повідомлень походять із змісту та імені правила h. Зазвичай під час вибору виду обробки повідомлень виходять із правила h з урахуванням правил інтерпретації повідомлень j і y.
Нехай q і h – однозначні взаємно відображення. Це стосується випадку, коли до правила q пред'являється вимога не втрачати інформацію в процесі обробки, наприклад при зміні носія інформації, переході від одного виду модуляції до іншого тощо.
Розглянемо приклад з області повідомлень природною мовою. Вочевидь, повідомлення «ЕОМ облад. сп-стью обр-ки інф-ії», завдяки надмірності тексту природною мовою однозначно відновлюється як «ЕОМ має здатність обробки інформації».
У розглянутих прикладах існує зворотне перетворення q-1, яке є однозначним, - дозволяє відновити вихідний елемент xÎX за відомим yÎY, тобто вихідне повідомлення по обробленому.
Розглянемо тепер випадок, коли є взаємно однозначним відображенням, тобто. інтерпретація вихідного повідомлення може бути здійснена точно, а q взаємно однозначним відображенням не є. Це означає, що безліч X має більше елементів, ніж безліч Y. Тоді q є стискаюче відображення. У цьому випадку правило перетворення називається стиском інформації, хоча правильніше говорити про стиснення повідомлення або стиснення сигналу.
Нарешті, якщо відображення h не є ін'єктивним, то відображення q також не є взаємно однозначним. При цьому відбувається втрата частини інформації в обробленому повідомленні yYY у порівнянні з тією, яка міститься у вихідному повідомленні xX. Існує багато видів обробки інформації.
Завдання виявлення сигналу
Сигнал s(t) поширюючись каналом зв'язку, спотворюється перешкодою, отже можна говорити у тому, що у вхід приймача приходить сигнал s(t), а інший сигнал x(t).
У приймачі містяться апріорні відомості про сигнал:
1) відомий вид функції s(t) і відомо, що вона не дорівнює нулю на інтервалі часу (tн,tк),
2) відома статистика перешкоди (наприклад, густина ймовірності її амплітуди).
У приймачі вирішується, передай сигнал на інтервалі часу (tн,tк) чи ні. Очевидно, що рішення не можна прийняти до моменту часу tн, а деяких випадках – і до моменту tк. Приймач аналізує сигнал x(t) на інтервалі (tн,tк) і в певний момент часу t0³tк має видати рішення.
Розглянемо розв'язання даної задачі за наступних обмежень (умов):
1) відомий вид сигналу s(t), що діє в інтервалі часу (0, t0);
2) перешкода n(t) є адитивною і є білим шумом, тобто. спектральна густина потужності перешкоди Gn(f)=C, де – постійна величина.
Приймач є лінійною системою, до якої можна застосувати принцип суперпозиції. На вхід приймача надходить вплив, що є сумішшю корисного сигналу s(t) і перешкоди n(t): x(t)=s(t)+n(t).
Реакцію такої системи цього вхідний вплив можна як суму p(t)=x(t)+e(t), де x(t) – реакція системи, викликана впливом корисного сигналу s(t); e(t) – результат перетворення системою перешкоди n(t). Такий поділ можна зробити, якщо приймач – лінійна система.
Перешкоду, що діє в каналі зв'язку, практично не можна зменшити, тому для підвищення стійкості перешкод і пропускної здатності каналу зв'язку прагнуть зазвичай збільшити потужність корисного сигналу s(t). Як правило, вибирають максимально можливу потужність, враховуючи обмеження, що накладаються апаратурою та самою лінією зв'язку, щоб забезпечити максимальне відношення Pc/sn2, де Pc – потужність корисного сигналу, а sn2 – потужність перешкоди, віднесені до входу приймача
Функція приймача – обробити сигнал, щоб збільшити ставлення сигнал/перешкода. Розглянемо завдання виявлення сигналу і натомість перешкод як завдання синтезу лінійного фільтра, на виході якого у час t0 має місце максимум відношенні x(t0)/se2, де se2 – потужність (дисперсія) перешкоди на виході фільтра.
Мал. 3.1. Імпульсна характеристика лінійного фільтра
|
де k - Довільний постійний коефіцієнт.
Враховуючи, що спектр перешкоди e(t) на виході фільтра залежить від його частотної характеристики:
визначимо потужність перешкоди:
Вихідний сигнал фільтра на момент часу t0
Перетворюємо вираз (3.6):
Інтеграл є енергією сигналу і при заданій функції s(t) є постійною величиною. Умовою мінімуму є рівність нуля інтеграла, тобто. .
Ця умова еквівалентна рівності, що означає, що найбільше відношення сигнал/перешкода в момент часу t0 на виході фільтра досягається тоді, коли імпульсна характеристика фільтра дзеркальним відображенням корисного сигналу s(t+t0) (рис. 3.1).
Стиснення та адаптивна дискретизація сигналів
Розглянемо джерела вимірювальної інформації та вимірювальні сигнали. Як джерела вимірювальної інформації виступають фізичні об'єкти різноманітної природи. Для відбору вимірювальної інформації використовують різні вимірювальні перетворювачі, основна функція яких полягає в перетворенні контрольованого параметра або параметрів об'єкта вимірювання в сигнали. Тому ряд властивостей вимірювальних сигналів визначаються як видом об'єкта виміру, і умовами виміру.
У вимірювальній техніці актуальна проблема обробки великих потоків вимірювальної інформації. Вирішуючи цю проблему, можна піти двома шляхами: збільшувати швидкодію засобів обробки інформації або скоротити обсяги інформації, що обробляється.
Швидкодія засобів обробки інформації (ЕОМ, мікропроцесорів) визначається рівнем розвитку науки і технології, і шлях, пов'язаний із збільшенням швидкодії, не забезпечує швидкого вирішення проблеми. А ось скоротити обсяг оброблюваної вимірювальної інформації у багатьох випадках можна. Взяти хоча б такий приклад: випробовується серійний тип літака. При цьому із попередніх випробувань літаків того ж типу досить докладно відомі його найважливіші параметри. У цьому випадку немає необхідності передавати та обробляти параметри, поки вони перебувають у нормі. Але якщо той чи інший параметр суттєво відхилився від норми, його необхідно передавати і обробляти. Такий підхід дозволяє іноді багато разів скорочувати обсяг оброблюваної вимірювальної інформації та час її обробки.
Вимірювальні сигнали можуть містити надмірну інформацію. Якщо усунути надмірну інформацію з вимірювальних сигналів, можна підвищити ефективність обробки вимірювальної інформації.
Усунення надмірності інформації вимірювальних сигналів одержало назву стиснення вимірювальних сигналів.
У загальному вигляді завдання стиснення формулюється наступним чином: знайти перетворення сигналу, що зберігає важливу (корисну) інформацію та забезпечує мінімальний її обсяг. За такого підходу розуміння інформації недостатньо, оскільки тут доводиться оперувати поняттями важливості чи цінності інформації. Ці поняття за своїм характером є евристичними, зазвичай вони виводяться з цільової функції (теж евристичне поняття), якщо ця цільова функція може бути чітко визначена.
Цей недолік найзагальнішої постановки завдання стиснення зумовив появу низки менш загальних постановок цього завдання, які спираються різні математичні моделі вимірювальних, сигналів. Іноді вибір моделі диктується умовами вимірювального експерименту, іноді він досить довільний. Вибір успішної моделі багато в чому залежить від експериментатора, від його досвіду та інтуїції.
Один із підходів до вирішення завдання стиснення запропонований академіком О.М. Колмогоровим. Підхід ґрунтується на понятті e-ентропії класу функції, яку в даному випадку слід розуміти як кількість інформації, яка необхідна для опису будь-якої функції цього класу з похибкою, що не перевищує e. Задати клас сигналів – це вказати деякі параметри (зазвичай межі цих параметрів), що визначають цей клас. Наприклад, можна визначити клас сигналів, для яких перша похідна (швидкість зміни) не перевищує за абсолютним значенням деякого граничного значення M, або клас сигналів, максимальна частота спектра яких не перевищує Fmax, або клас сигналів – функцій часу x(t), що задовольняють умові Ліпшиця x(t2) - x(t1) £ L(t2 - t1), де L – деяка постійна.
Таким чином, клас сигналів задається повністю апріорно. Взагалі, що більше обсяг апріорної інформації, то більше стиснення може бути досягнуто.
Як і будь-які перетворення сигналів, стиснення може бути оборотним або необоротним. Стиснення вважається оборотним, якщо за стислими даними може бути відновлено вихідний сигнал з точністю до припустимої помилки e, інакше стиснення необоротне.
Якщо вхідний сигнал, що підлягає стиску, є безперервним у часі (аналоговим), то говорять про процес стиснення. Якщо сигнал вже дискретизований, тобто. існує в дискретні моменти часу у вигляді ряду відліків і ці відліки мають вигляд числових кодів, тобто про стиснення числових послідовностей.
Переробка текстової інформації
Переробка інформації, представленої у вигляді текстів природною мовою, має багато аспектів. Сюди належать такі види інформаційних процесів, як розуміння текстів, їх перефразування (переказ, переклад іншою мовою), стиснення семантичної інформації. Особливого значення має останній тип переробки; сюди відносяться класифікація та індексування документів, анотування та реферування їх.
Структура сигналу вимірювальної інформації передає його значення. У текстовій інформації це завжди так. З огляду на специфіки мови у вигляді повідомлення, поданого як тексту, не проглядається зміст, тому обробка текстів вимагає спеціальних прийомів, які у передачі сенсу з допомогою людини-інтерпретатора чи з допомогою різних штучних методів.
Мета процедури автоматизованого реферування – виділити з тексту документа найважливіші положення, які якнайповніше розкривають суть викладеного дослідження. Як вихідний матеріал для такого реферату служать пропозиції, що становлять текст документа. Через війну відбору деяких із них виходить скорочений варіант вихідного документа, який є рефератом у сенсі цього терміну. Цей стислий таким чином текст прийнято називати квазірефератом.
Одна з перших систем автоматичного квазіреферування базувалася на пропозиції, що для кожного документа специфічні слова, які найчастіше зустрічаються в ньому, використовуються для передачі основної ідеї, викладеної текстом. Розробник цієї системи Г. Лун користувався наступною оцінкою значущості кожної із пропозицій, що становлять документ: Vпр = Nзс2/Nc, де Vпр - значимість пропозиції; Nзс – кількість значних слів у цьому реченні, тобто. таких слів, які є специфічними для предметної галузі, до якої належить документ, та для самого цього документа; Nc – загальна кількість слів у реченні. За такої методики квазіреферат становить сукупність розрізнених фраз, отже зрозуміти сенс реферату можна лише після додаткової обробки отриманого тексту людиною.
Завдання обробки зв'язного тексту та генерації таких текстів є досить важким, воно слабо піддається формалізації у повному обсязі. Однак розроблено низку методик, що дозволяють підвищити складність текстів у порівнянні з простим відбором найбільш значущих пропозицій. Одна з них полягає в тому, що найбільш пов'язаними вважаються такі пропозиції, які містять найбільшу кількість тих самих значущих слів.
Інша методика оцінки семантичної значущості пропозицій для відбору їх у квазіреферат заснована на визначенні кількості інформації, що міститься у кожному їх. І тому необхідно провести частотний аналіз тексту з погляду встречаемости у ньому найважливіших термінів. За гіпотезою автора цієї методики В. Пурто, чим важливішим є для деякого тексту той чи інший термін, тим частіше він зустрічається в ньому. Тому для квазіреферату відбираються такі пропозиції, які містять найбільшу кількість термінів, які найчастіше повторюються в даному документі.
Теоретично інформації нашого часу розробляють багато систем, методів, підходів, ідей. Проте вчені вважають, що до сучасних напрямів теорії інформації додадуться нові, з'являться нові ідеї. Як доказ правильності своїх припущень вони наводять «живий», що розвивається характер науки, вказують на те, що теорія інформації напрочуд швидко і міцно впроваджується в різні галузі людського знання. Теорія інформації проникла у фізику, хімію, біологію, медицину, філософію, лінгвістику, педагогіку, економіку, логіку, технічні науки, естетику. За визнанням самих фахівців, вчення про інформацію, що виникло з потреб теорії зв'язку та кібернетики, переступило їх рамки. І тепер, мабуть, ми маємо право говорити про інформацію як наукове поняття, що дає в руки дослідників теоретико-інформаційний метод, за допомогою якого можна проникнути в багато наук про живу і неживу природу, про суспільство, що дозволить не тільки поглянути на всі проблеми з новою сторони, але й побачити ще не побачене. Ось чому термін «інформація» отримав у наш час стала вельми поширеною, ставши частиною таких понять, як інформаційна система, інформаційна культура, навіть інформаційна етика.
Багато наукових дисциплін використовують теорію інформації, щоб підкреслити новий напрямок у старих науках. Так з'явилися, наприклад, інформаційна географія, інформаційна економіка, інформаційне право.
Але надзвичайно велике значення набув термін «інформація» у зв'язку з розвитком новітньої комп'ютерної техніки, автоматизацією розумової праці, розвитком нових засобів зв'язку та обробки інформації та особливо з виникненням інформатики.
Однією з найважливіших завдань теорії інформації вивчення природи та властивостей інформації, створення методів її обробки, зокрема перетворення найрізноманітнішої сучасної інформації на програми для ЕОМ, з допомогою яких відбувається автоматизація розумової роботи – своєрідне посилення інтелекту, отже, розвиток інтелектуальних ресурсів суспільства.
Список літератури
1. Л.Ф. Куликовський, В.В. Мотов «Теоретичні засади інформаційних процесів: Навч. посібник для вузів». - М., 1987.
2. Л.Ф. Куликовський, В.К. Морозов, В.Г. Жиров «Елементи теорії інформаційних процесів: Навч. допомога. - Куйбишев, КПТІ, 1979.
3. В.П. Косарєв та ін. „Комп'ютерні системи та мережі: Навч. допомога. - М.: Фінанси та статистика, 1999.
4. В. Дмитрієв "Прикладна теорія інформації". - М., 1989.
У найзагальнішому сенсі обробка інформації є рішенням будь-якої інформаційної задачі. Кожен із нас колись вивчав у школі математику. Саме вона допоможе розібратися, про що далі йтиметься. Розглянемо елементарне математичне завдання: учні класу "А" зібрали дві тонни макулатури, а учні класу "Б" – на півтонни менше. Скільки макулатури зібрали учні обох класів?
Здається, називати правильну відповідь немає сенсу.
У наведеному завданні ми маємо певний набір вихідних даних. На основі потрібно отримати конкретний результат. Власне, перехід від першого до другого це і є обробка інформації в чистому вигляді. Зауважте, щойно під час рішення ви обробили певний її обсяг. Отже, є всі підстави говорити, що ви виконавець. Очевидно, що їм може бути не тільки людина, а й численні пристрої обробки інформації, яких навколо представлено чимало. Найбільш яскравий їхній представник — звичайний персональний комп'ютер.
Чим ще характеризується одержаний результат? А характеризується тим, що вдалося отримати нові дані. Які раніше не мали честі існувати або не були позначені як вихідник. Це сталося завдяки їх (даним) перетворенню, що здійснюється у повній відповідності до певних правил та алгоритмів.
У ході вирішення завдань інформаційного типу доводиться займатися обробкою, яка спрямована на зміну форми, в якій подано вихідні дані. Подібне притаманно наступних процесів: систематизація, пошук, кодування.
Для себе слід запам'ятати, що обробка інформації може трактуватися двома способами. Або як рішення будь-якої інформаційної задачі, або як перехід від вихідних відомостей до певного результату.
Отже, обробка інформації може бути двох видів. Перша пов'язана з процесом отримання будь-якого нового змісту. Друга ж пов'язана зі зміною форми отриманих даних, яка, втім, у жодному разі не змінює їх змісту.
Тепер давайте поговоримо про один з різновидів явища, що розглядається, яке називається "обробка Очевидно, що для роботи з такими даними потрібні спеціальні технології.
Взагалі, цей різновид інформації представлений усілякими зображеннями, схемами, графіками, ескізами і так далі. І коли ми говоримо про особливі технології, то не можна не сказати про спеціалізовані дані цього типу. До цього класу пристроїв можуть бути віднесені звичайні клавіатура та "миша", сканер. Кожен із перерахованих коштів має свої переваги. Поєднує їх одне — зручність використання у роботі. Для виконання необхідних операцій із введеними зображеннями знадобиться спеціальне програмне забезпечення – графічні редактори. На щастя, сьогодні їм нема числа. Причому вибирати ту чи іншу програму слід не лише відповідно до рівня підготовки, а й з огляду на функціонал. Зрозуміло, що придбання потужного редактора до роботи з елементарними діаграмами перестав бути раціональним рішенням.
Обробка інформації -процес планомірної зміни змісту чи форми подання інформації.
Обробка інформації здійснюється відповідно до певних правил деяким суб'єктом або об'єктом (наприклад, людиною або автоматичним пристроєм). Будемо його називати виконавцем обробки інформації.
Виконавець обробки, взаємодіючи із зовнішнім середовищем, отримує з неї вхідну інформацію, яка піддається обробці. Результатом обробки є вихідна інформація, що передається зовнішньому середовищу. Таким чином, зовнішнє середовище виступає як джерело вхідної інформації та споживача вихідної інформації.
Обробка інформації відбувається за певними правилами, відомими виконавцю. Правила обробки, що є описом послідовності окремих кроків обробки, називаються алгоритмом обробки інформації.
Виконавець обробки повинен мати у своєму складі обробний блок, який назвемо процесором, і блок пам'яті, в якому зберігаються як оброблювана інформація, так і правила обробки (алгоритм). Усе сказане схематично представлено малюнку.
Схема обробки інформації
приклад.Учень, вирішуючи завдання під час уроці, здійснює обробку інформації. Зовнішнє середовище для нього є обстановка уроку. Вхідною інформацією – умова завдання, яку повідомляє вчитель, провідний урок. Учень запам'ятовує умову завдання. Для полегшення запам'ятовування може використовувати записи в зошит - зовнішню пам'ять. З пояснення вчителя він дізнався (запам'ятав) спосіб розв'язання задачі. Процесор - це розумовий апарат учня, застосовуючи який на вирішення завдання, він отримує відповідь - вихідну інформацію.
Схема, представлена малюнку, - це загальна схема обробки інформації, яка залежить від того, хто (чи що) є виконавцем обробки: живий організм чи технічна система. Саме така схема реалізована технічними засобами у комп'ютері. Тому можна сказати, що комп'ютер є технічною моделлю живої системи обробки інформації. До його складу входять усі основні компоненти системи обробки: процесор, пам'ять, пристрої введення, пристрої виведення (див. Пристрій комп'ютера” 2).
Вхідна інформація, подана у символьній формі(знаки, літери, цифри, сигнали), називається вхідними даними. В результаті обробки виконавцем виходять вихідні дані. Вхідні та вихідні дані можуть являти собою безліч величин - окремих елементів даних. Якщо обробка полягає в математичних обчисленнях, то вхідні та вихідні дані – це безліч чисел. На наступному малюнку X: {x 1, x 2, …, xn) позначає безліч вхідних даних, а Y: {y 1, y 2, …, ym) - безліч вихідних даних:
Схема обробки даних
Обробка полягає в перетворенні множини Xу безліч Y:
P(X) Y
Тут Розначає правила обробки, якими користується виконавець. Якщо виконавцем обробки інформації є людина, то правила обробки, якими вона діє, який завжди формальні і однозначні. Людина часто діє творчо, не формально. Навіть однакові математичні завдання може вирішувати різними способами. Робота журналіста, вченого, перекладача та інших фахівців – це творча робота з інформацією, яка виконується ними не за формальними правилами.
Для позначення формалізованих правил, визначальних послідовність кроків обробки інформації, у інформатиці використовується поняття алгоритму (див. “ Алгоритм” 2). З поняттям алгоритму математики асоціюється відомий спосіб обчислення найбільшого загального дільника (НОД) двох натуральних чисел, який називають алгоритм Евкліда. У словесній формі його можна описати так:
1. Якщо два числа рівні між собою, то за НОД прийняти їхнє загальне значення, інакше перейти до виконання пункту 2.
2. Якщо числа різні, то більше їх замінити на різницю більшого і меншого з чисел. Повернутись до виконання пункту 1.
Тут вхідними даними є два натуральні числа - х 1 і х 2. Результат Y- їхній найбільший спільний дільник. Правило ( Р) є алгоритм Евкліда:
Алгоритм Евкліда ( х 1, х 2) Y
Такий формалізований алгоритм легко запрограмувати для комп'ютера. Комп'ютер є універсальним виконавцем обробки даних. Формалізований алгоритм обробки представляється як програми, розміщеної у пам'яті комп'ютера. Для комп'ютера правила обробки ( Р) - це програма.
Пояснюючи тему “Обробка інформації”, слід наводити приклади обробки як пов'язані з отриманням нової інформації, так і пов'язані зі зміною форми подання інформації.
Перший тип обробки: обробка, пов'язана з отриманням нової інформації, нового змісту знань До цього типу обробки належить вирішення математичних завдань. До цього типу обробки інформації належить рішення різних завдань шляхом застосування логічних міркувань. Наприклад, слідчий за деяким набором доказів знаходить злочинця; людина, аналізуючи обставини, що склалися, приймає рішення про свої подальші дії; вчений розгадує таємницю стародавніх рукописів тощо.
Другий тип обробки: обробка, пов'язана зі зміною форми, але не змінює зміст. До цього типу обробки інформації відноситься, наприклад, переклад тексту з однієї мови іншою: змінюється форма, але має зберегтися зміст. Важливим видом обробки інформатики є кодування. Кодування- це перетворення інформації на символьну форму, зручну для її зберігання, передачі, обробки(див. “ Кодування”).
Структуруванняданих також можна віднести до другого типу обробки. Структурування пов'язані з внесенням певного порядку, певної організації у сховище інформації. Розташування даних у алфавітному порядку, угруповання за деякими ознаками класифікації, використання табличного чи графового представлення - усе це приклади структурування.
Особливим видом обробки інформації є пошук. Завдання пошуку зазвичай формулюється так: є деяке сховище інформації - інформаційний масив(телефонний довідник, словник, розклад поїздів та ін.), потрібно знайти в ньому потрібну інформацію, яка задовольняє певним умовам пошуку(телефон цієї організації, переклад цього слова англійською мовою, час відправлення даного поїзда). Алгоритм пошуку залежить від методу організації інформації. Якщо інформацію структуровано, то пошук здійснюється швидше, його можна оптимізувати (див. “ Пошук даних”).
У пропедевтичному курсі інформатики популярні завдання “чорної скриньки”. Виконавець обробки сприймається як “чорний ящик”, тобто. система, внутрішня організація та механізм роботи якої нам не відомий. Завдання у тому, щоб вгадати правило обробки даних (Р), яке реалізує виконавець.
приклад 1.
Виконавець обробки обчислює середнє значення вхідних величин: Y = (X 1 + X 2)/2
приклад 2.
На вході – слово російською мовою, на виході – число голосних літер.
Найбільш глибоке освоєння питань обробки інформації відбувається щодо алгоритмів роботи з величинами та програмування (в основній і старшій школі). Виконавцем обробки інформації в такому випадку є комп'ютер, а всі можливості обробки оброблені в мові програмування. Програмуванняє опис правил обробки вхідних даних з метою отримання вихідних даних.
Слід пропонувати учням два типи завдань:
Пряме завдання: скласти алгоритм (програму) на вирішення поставленої задачи;
Зворотне завдання: надано алгоритм, потрібно визначити результат його виконання шляхом трасування алгоритму.
При вирішенні зворотного завдання учень ставить себе у положення виконавця обробки, крок за кроком виконуючи алгоритм. Результати виконання на кожному кроці повинні відображатись у трасувальній таблиці.
На самому верхньому рівні можна виділити числову та нечислову обробку. При числової обробки використовуються такі об'єкти, як змінні, вектори, матриці, багатовимірні масиви, константи і т.д. При нечисловій обробці об'єктами може бути файли, записи, поля, ієрархії, мережі, відносини тощо.
З погляду реалізації на основі сучасних досягнень обчислювальної техніки виділяють такі види обробки інформації:
послідовна обробка, що застосовується в традиційній фоннейманівській архітектурі ЕОМ, що має в своєму розпорядженні один процесор;
паралельна обробка, що застосовується за наявності кількох процесорів в ЕОМ;
конвеєрна обробка, пов'язана з використанням в архітектурі ЕОМ одних і тих же ресурсів для вирішення різних завдань, причому якщо ці завдання тотожні, це послідовний конвеєр, якщо завдання однакові – векторний конвеєр.
Прийнято відносити існуючі архітектури ЕОМ з погляду обробки інформації до одного з таких класів (Класифікація
паралельних архітектур за Флінном).
Архітектури з одиночним потоком команд та даних (SISD).Традиційна архітектура фон Неймана + КЕШ + пам'ять + конвеєризація
Архітектури з одиночними потоками команд та даних (SIMD).Особливістю даного класу є наявність одного (центрального) контролера, який управляє рядом однакових процесорів.
Архітектури з множинним потоком команд та одиночним
потоком даних (MISD).Одне з небагатьох – систолічний масив процесорів, у якому процесори перебувають у вузлах регулярної решітки, роль ребер якої грають міжпроцесорні сполуки. До класу MISD ряд дослідників відносить конвеєрні ЕОМ, проте це знайшло остаточного визнання, тому вважатимуться, що реальних систем – представників цього класу немає.
Архітектури з множинним потоком команд та множинним потоком даних (MIMD).До цього класу можуть бути віднесені такі зміни: мультипроцесорні системи, системи з мультиобробкою, обчислювальні системи з багатьох машин, обчислювальні мережі.
Обробку даних можна розбити такі процеси: створення, модифікація, контроль, підтримка прийняття рішень, представлення.
Створення даних, як процес обробки, передбачає їх освіту в результаті виконання деякого алгоритму та подальше використання для перетворень на вищому рівні.
Модифікація данихпов'язана з відображенням змін у реальній предметній галузі, що здійснюються шляхом включення нових даних та
видалення непотрібних.
Контроль, безпека та цілісність спрямовані на адекватне відображення реального стану предметної галузі в інформаційній моделі та забезпечують захист інформації від несанкціонованого доступу (безпека) та від збоїв та пошкоджень технічних та програмних засобів.
Підтримка ухвалення рішенняє найбільш важливою дією, що виконується при обробці інформації.
Створення документів, зведення, звіти полягає в перетворенні інформації в форми, придатні для читання як людиною, так і комп'ютером. З цією дією пов'язані і такі операції, як обробка, зчитування, сканування та сортування документів.
При перетворенні інформації здійснюється її переклад із однієї форми подання чи існування на іншу, що визначається потребами, що у процесі реалізації інформаційних технологій.
Залежно від ступеня поінформованості про стан керованого процесу, повноту та точність моделей об'єкта та системи управління, взаємодії з навколишнім середовищем, процес прийняття рішення протікає в різних умовах:
1. Прийняття рішень за умов визначеності. У цьому завдання моделі об'єкта та системи управління вважаються заданими, а вплив довкілля – несуттєвим. Тому між обраною стратегією використання ресурсів і кінцевим результатом існує однозначний зв'язок, звідки слідує, що в умовах визначеності достатньо використовувати вирішальне правило для оцінки корисності варіантів рішень, приймаючи як оптимальне те, що призводить до найбільшого
2. Прийняття рішень за умов ризику. На відміну від попереднього випадку для прийняття рішень в умовах ризику необхідно враховувати вплив зовнішнього середовища, який не піддається точному прогнозу, а відомий лише ймовірнісний розподіл його станів. У умовах використання однієї й тієї ж стратегії може призвести до різних результатів, ймовірності появи яких вважаються заданими чи може бути визначено.
3. Прийняття рішень за умов невизначеності. Як і в попередній задачі між вибором стратегії та кінцевим результатом відсутній однозначний зв'язок. Крім того, невідомі також значення ймовірностей появи кінцевих результатів, які або не можуть бути визначені або не мають у контексті змістовного сенсу.
4. Прийняття рішень за умов багатокритеріальності. У будь-який з перелічених вище завдань багатокритеріальність виникає у разі наявності кількох самостійних, які не зводяться одна до іншої цілей. Наявність великої кількості рішень ускладнює оцінку та вибір оптимальної стратегії. Одним із можливих шляхів вирішення є використання методів моделювання.
Для підтримки прийняття рішень обов'язковою є наявність
наступних компонентів:
Узагальнюючого аналізу;
прогнозування;
Ситуаційне моделювання.
Аналітичні системи підтримки прийняття рішень (СППР) дозволяють вирішувати три основні завдання: ведення звітності, аналіз інформації в реальному часі (OLAP) та інтелектуальний аналіз даних.
OLAP (On- LineAnalitycalProcessing) – сервіс є інструментом для аналізу великих обсягів даних у режимі реального часу. Взаємодіючи з OLAP-системою, користувач зможе здійснювати гнучкий перегляд інформації, отримувати довільні зрізи даних та виконувати аналітичні операції деталізації, згортки, наскрізного розподілу, порівняння в часі.
Залежно від функціонального наповнення інтерфейсу системи виділяють два основні типи систем підтримки прийняття рішень: EIS та DSS.
EIS (ExecutionInformationSystem) - Інформаційні системи керівництва підприємства. Ці системи орієнтовані непідготовлених користувачів, мають спрощений інтерфейс, базовий набір пропонованих можливостей, фіксовані форми подання інформації.
DSS (Desicion Support System)– повнофункціональні системи аналізу та дослідження даних, розраховані на підготовлених користувачів, які мають знання як у частині предметної галузі дослідження, так і в частині комп'ютерної грамотності.