Подходы к измерению информации
план-конспект урока по информатике и икт (10 класс)

Информатика, 10 класс. Тема — Подходы к измерению информации

Давайте составим план, что бы мы хотели сделать с имеющейся у нас информацией.

Хранить? — возможно.

Передавать — скорее всего, а может быть даже и продавать.

Обрабатывать и получать новую — вполне возможно!

Во всех трех случаях, которые называют основными информационными процессами, нам нужно информацию измерять.

В случае хранения, чтобы быть уверенными, что объем хранилища и объем нашей информации соответствуют друг другу, в передаче или продаже — чтобы объем продажи соответствовал цене, в случае обработки, чтобы рассчитать время, за которое этот объем может быть обработан.

Во всех трех случаях мы говорим о соответствиях объемов, но если нам известно как вычислить объем хранилища в м3, количество денег в рублях или иной валюте, время, то с вычислением объема информации нужно разбираться

Целью нашего урока будет определить способы измерения информации и сравнить их.

Задачи

Для этого нужно будет определить:

— от чего зависит объем информации,

— какими единицами ее измерять.

Ожидаемые результаты

Выявлять различия в подходах к измерению информации.

Применять различные подходы для измерения количества информации.

Переходить от одних единиц измерения информации к другим.

Предположим, что объем информации зависит от ее содержания. Нам нужна информация, которая для нас нова и понятна, соответствует всем свойствам информации, то есть та, которая приносит нам новые знания, решает наши вопросы.

Тут минимальным количеством информации будет ответ «да» или «нет». Ответ на такой простой вопрос принесет нам минимум информации и уменьшит неопределенность в два раза. Было два варианта, мы выбрали один и получили минимум информации — 1 бит.

Этот подход к измерению предложил К. Шеннон.

Информация (по Шеннону) — это снятая неопределённость. Величина неопределённости некоторого события — это количество возможных результатов (исходов) данного события. Сообщение, уменьшающее неопределённость знания в 2 раза, несёт 1 бит информации. Количество информации (i), содержащееся в сообщении об одном из N равновероятных результатов некоторого события, определяется из решения уравнения: 2i = N. Такой подход к измерению информации называют содержательным.

Разумно так же предположить, что текст, который для вас не понятен, понятен кому-то другому, то есть информация в нем все-таки есть. А ее объем зависит не от содержания текста, а от символов, которыми он написан. Назовем алфавитом все множество символов, используемых в языке, а их количество — мощностью алфавита.

Каждый символ, выбранный из алфавита, несет количество информации (i), вычисленное по формуле,

где N мощность алфавита.

Общее количество информации (I) во всем тексте можно посчитать по простой математической модели:

где k — количество символов в тексте.

Такой подход к измерению информации называют алфавитным. Здесь объем информации зависит от используемого алфавита и количества символов в тексте.

Этот подход к измерению информации предложил советский ученый-математик А. Н. Колмогоров.

Бит — мельчайшая единица информации. Для кодировки каждого из 256 символов, сведенных в таблицу кодировки ASCII, требуется 8 бит. Эта величина получила отдельное название — байт. Помимо бита и байта существуют более крупные единицы. Традиционно они получили приставки Кило, Мега, Гига и т. д.

Но Кило в единицах измерения информации обозначает не 103=1000, а 210=1024. Это недоразумение решается с конца XX века. Международная электротехническая комиссия предложила приставки «киби-, меби-, гиби-», которые лучше отражают смысл кратности степеням двойки.

Переводить единицы измерения информации можно при помощи удобной схемы

Определив подходы и единицы измерения, перейдем к оценкам. Сколько информации содержит книга? Библиотека? Видеоролик? Много? Это конечно, можно посчитать по уже известным нам простым формулам, а вот оценить «много» или «мало» не удастся, потому что это не количественные категории.

Сегодня существует понятие «большие данные». Так называют социально-экономический феномен, связанный с появлением технологических возможностей анализировать огромные массивы данных. Эти технологические возможности стремительно развиваются и уже позволяют компьютерам узнавать нас на фото, советуют нам какую музыку слушать и какие книги читать. Такси безошибочно находит нас в большом городе и проходит тестирование беспилотный транспорт.

Объемы данных, которыми оперирует человечество, исчисляется единицами зеттабайт, это единицы и 61 «0», к 2020 году по прогнозам это будет 40—44 зеттабайтов, а 2025 возрастет в 10 раз. Данные станут жизненно-важным активом, а их безопасность — критически важным вопросом.

Подведем итоги

Информацию можно измерять. Для этого существуют разные подходы, содержательный подход, алфавитный подход.

Суть содержательного подхода в том, что при определении объема информации учитывается содержание информации. Она должна быть новой и понятной получателю.

Суть алфавитного подхода в определении количества информации в зависимости от алфавита, которым она записана. А объем подсчитывается по формуле

где — объем информации,

— количество символов в сообщении,

— количество информации о каждом символе.

Для измерения количества информации в объеме данных используются единицы измерения информации.

Обработка данных важна для всех сфер жизни. Технологии обработки данных стремительно развиваются и становятся жизненно-важными.

Неопределенность – количество исходов из данного события

Содержательный подход – подход к измерению информации, при котором учитывается содержание информации. Оно должно быть новым и понятным.

Алфавит – множество символов, используемое для передачи сообщения.

Мощность алфавита – количество символов в используемом алфавите.

Алфавитный подход – подход к измерению информации, при котором учитывается информационный вес символа и количество символов в сообщении.

Единицы измерения информации – применяются для измерения количества информации в объёме данных.

Большие данные - социально-экономический феномен, связанный с появлением технологических возможностей анализировать огромные массивы данных.

1. Защита информации

Ещё один информационный процесс — защита информации. Среди способов защиты криптография и физическая защита зданий, где хранится информация, создание резервных копий и контроль доступа. 

С чем надо сравнить стоимость этих мероприятий, чтобы определить их эффективность (рентабельность)?

1. со стоимостью других аналогичных мероприятий
2. со стоимостью охраны ценных музейных экспонатов
3. не надо сравнивать, просто охранять
4. со стоимостью самих данных

2. Количество информации

3. Единицы измерения информации

Расставьте единицы измерения информации в порядке возрастания.

4. Величина информации

Сравните элементы в цепочке попарно и расставьте знаки отношений.

20 байт ___100 бит___1 Мбайт____1024 Кбайт____1 Гбайт

5. Данные и их значения

6. Массивы данных

Дополните текст правильным определением.

Социально-экономический феномен, связанный с появлением технологических возможностей, анализировать огромные массивы данных, называется ______________________.

7. Запись в двоичном коде

Организаторы олимпиады по информатике отвели в тестирующей системе на номер каждого участника олимпиады, записанный в двоичном коде, 7 бит. При регистрации выяснилось, что четыре участника не могут быть записаны, так как возможные коды исчерпаны. Сколько пришло участников на олимпиаду?

8. Десятизначный двоичный код

Руководство банка заказало личные шкафчики для своих сотрудников. Шифр от шкафчика – десятизначный двоичный код. При этом руководство сообщило сотрудникам, что в ближайшее время намерено увеличить количество сотрудников вчетверо. Сколько сейчас сотрудников в банке?

9. Объём памяти

В велокроссе участвуют 659 спортсменов. Специальное устройство регистрирует прохождение каждым из участников промежуточного финиша, записывая его номер с использованием минимально возможного количества бит, одинакового для каждого спортсмена. Какой объём памяти будет использован устройством, когда промежуточный финиш прошли 180 велосипедистов?

10. Информация

Сколько информации несёт сообщение о том, что:

а)   светится одна из ламп;

б)   на одном из стульев сидит посетитель;

в)   выбрана одна из книг с верхней полки шкафа.

Ответы на вопросы а, б, в без указания единиц измерения запишите в строку, не разделяя пробелами.

11. Дискретность данных

Мощность алфавита равна 256. Сколько Кбайт памяти потребуется для сохранения 320 страниц текста, содержащего в среднем 384 символа на каждой странице? 

12. Объём информации в сообщении

Мощность алфавита равна 16. Объём информации в сообщении 5 Кбайт. Сколько страниц занимает текст, если в среднем на каждой странице по 256 символов?