Основы информатики

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Предмет и задачи информатики

Роль информатики в развитии науки:

Информатика - комплексная дисциплина базисного типа

Комплексность состоит в использовании при решении задач многих научно-технических методов

Базисность состоит в том, что информатика реализует свои достижения не в собственных рамках, а в других предметных областях, зачастую вообще невозможных без автоматизированных информационных технологий

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства исследования другим областям, даже таким, где считается невозможным применение количественных методов из-за неформализуемости процессов и явлений. Особенно следует выделить в информатике методы математического моделирования и методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной благодаря достижениям компьютерной техники.

Предмет информатики:

В общем смысле - феномен информации, ее свойства, ее роль в различных предметных областях, ее преобразование и передача.

В частном смысле - способы представления информации в виде данных, способы и технологии формирования и хранения массивов данных, их передачи, их преобразования с целью получения новых данных

Задачи информатики:

Главная функция - разработка методов и средств преобразования информации и их использования в технологических процессах переработки информации

Задачи:

- исследование информационных процессов любой природы

- разработка информационной техники для автоматизации работы с информацией

- разработка автоматических и автоматизированных информационных технологий

- внедрение новых информационных технологий

2. Электронное правительство и электронное государство

Электронное правительство:

Электронное правительство - способ организации деятельности органов исполнительной власти и местного самоуправления, при котором взаимодействие органов власти между собой и с гражданами и организациями строится на основе ИКТ.

Электронное правительство (англ. e-Government) -- способ предоставления информации и оказания уже сформировавшегося набора государственных услуг гражданам, бизнесу, другим ветвям государственной власти и государственным чиновникам, при котором личное взаимодействие между государством и заявителем минимизировано и максимально возможно используются информационные технологии.

Электронное правительство -- система электронного документооборота государственного управления, основанная на автоматизации всей совокупности управленческих процессов в масштабах страны и служащая цели существенного повышения эффективности государственного управления и снижения издержек социальных коммуникаций для каждого члена общества. Создание электронного правительства предполагает построение общегосударственной распределенной системы общественного управления, реализующей решение полного спектра задач, связанных с управлением документами и процессами их обработки.

Задачи:

- оптимизация предоставления правительственных услуг населению и бизнесу;

- поддержка и расширение возможностей самообслуживания граждан;

- рост технологической осведомленности и квалификации граждан;

- повышение степени участия всех избирателей в процессах руководства и управления страной;

- снижение воздействия фактора географического местоположения;

Электронное правительство обеспечивает:

- эффективное и менее затратное администрирование;

- кардинальное изменение взаимоотношений между обществом и правительством;

- совершенствование демократии и повышение ответственности власти перед народом.

Электронное государство:

Электронное государство - деятельность государственных органов, органов местного самоуправления и подведомственных им организаций на основе применения ИКТ с охватом трех ветвей власти РФ -- исполнительной, законодательной и судебной

Электронное государство (электронное правительство) -- способ осуществления информационных аспектов государственной деятельности, основанный на использовании ИКТ-систем, а также новый тип государства, основанный на использовании этой технологии. Электронное государство подразумевает поддержку при помощи ИКТ деятельности как исполнительной власти («электронное правительство»), так и парламентских («электронный парламент») и судебных органов («электронное правосудие»). При описании соответствующих методов управления, в отличие от электронного государства как такого иногда удобно также использовать понятие цифровое управление.

3. Информационные ресурсы общества

Информационные ресурсы - отдельные документы или их массивы, представленные в той или иной форме

В информационном обществе акцент внимания и значимости смещается с традиционных видов ресурсов на информационный ресурс, который, хотя всегда существовал, не рассматривался ни как экономическая, ни как иная категория; никто специально о нем не говорил и тем более не вводил никаких определений.

Одним из ключевых понятий при информатизации общества стало понятие "информационные ресурсы", толкование и обсуждение которого велось с того момента, когда начали говорить о переходе к информационному обществу. Этому вопросу посвящено довольно много публикаций, в которых отразились и разные мнения и определения, и разные научные школы, рассматривающие эти понятия.

С принятием Федерального закона "Об информации, информатизации и защите информации" большая часть неопределенности была снята. Руководствуясь не научной стороной этого вопроса, а скорее прагматической позицией потребителя информации, целесообразно воспользоваться тем определением, которое приведено в этом законе. Тем более нельзя не учитывать тот факт, что юридическое толкование во всех случаях является для пользователя информации опорой при защите его прав.

Надо понимать, что документы и массивы информации, о которых говорится в этом законе, не существуют сами по себе. В них в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создававшие их. Таким образом, информационные ресурсы - это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носителе.

Информационные ресурсы общества, если их понимать как знания, отчуждены от тех людей, которые их накапливали, обобщали, анализировали, создавали и т.п. Эти знания материализовались в виде документов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, а также произведений искусства, литературы, науки.

В настоящее время не разработана методология количественной и качественной оценки информационных ресурсов, а также прогнозирования потребностей общества в них. Это снижает эффективность информации, накапливаемой в виде информационных ресурсов, и увеличивает продолжительность переходного периода от индустриального к информационному обществу. Кроме того, неизвестно, какой объем трудовых ресурсов должен быть задействован в сфере производства и распространения информационных ресурсов в информационном обществе. Несомненно, в будущем эти проблемы будут решены.

Информационные ресурсы страны, региона, организации должны рассматриваться как стратегические ресурсы, аналогичные по значимости запасам сырья, энергии, ископаемых и прочим ресурсам.

4. Информатика и управление

В управлении обычно различают объект и субъект.

Объектом управления называется объект или система, управляющие воздействия на которые должны привести его в желаемое состояние и не дать ему сильно отклоняться от него.

Субъектом управления называется лицо или группа лиц, осуществляющих выработку управляющих воздействий.

Различают три варианта управления:

- Ручное

- Автоматизированное

- Автоматическое

Их основное отличие состоит в степени автоматизации процесса выработки управляющих воздействий.



Информационный аспект управления:

Продуктом управления является информационный поток адекватных управляющих воздействий.

Управление представляет собой информационную технологию, перерабатывающую три входящих информационных потока в один исходящий.

Важнейшие функции ИТ:

5. Рынок информации и информационных услуг

Информационный рынок - система экономических, правовых и организационных отношений по торговле информационными продуктами и предоставлению информационных услуг.

Рынок информационных продуктов и услуг (информационный рынок) - система экономических, правовых и организационных отношений по торговле продуктами интеллектуального труда на коммерческой основе.

Информационный рынок характеризуется определенной номенклатурой продуктов и услуг, условиями и механизмами их предоставления, ценами. В отличие от торговли обычными товарами, имеющими материально-вещественную форму, здесь в качестве предмета продажи или обмена выступают информационные системы, информационные технологии, лицензии, патенты, товарные знаки, ноу-хау, инженерно-технические услуги, различного рода информация и прочие виды информационных ресурсов.

Основным источником информации для информационного обслуживания в современном обществе являются базы данных. Они интегрируют в себе поставщиков и потребителей информационных услуг, связи и отношения между ними, порядок и условия продажи и покупки информационных услуг.

Поставщиками информационных продуктов и услуг могут быть:

- центры, где создаются и хранятся базы данных, а также производится постоянное накопление и редактирование в них информации;

- центры, распределяющие информацию на основе разных баз данных;

- службы телекоммуникации и передачи данных;

- специальные службы, куда стекается информация по конкретной сфере деятельности для ее анализа, обобщения, прогнозирования, например консалтинговые фирмы, банки, биржи;

- коммерческие фирмы;

- информационные брокеры.

Потребителями информационных продуктов и услуг могут быть различные юридические и физические лица, решающие задачи, требующие наличия информационного продукта.

Инфраструктура информационного рынка - совокупность секторов, каждый из которых объединяет группу людей или организаций, предлагающих однородные информационные продукты и услуги.

В этой инфраструктуре отсутствуют три основных аспекта, характерных для информационного общества:

- технический - вся аппаратно-техническая база информатики;

- программный - все программные продукты информатики;

- коммуникационный - все виды компьютерных сетей и их возможности по передаче информации, все виды телефонной и факсимильной связи.

Сектора информационного рынка:

6. Понятие информации и ее определения

Информация (от лат. Informatio - ознакомление, разъяснение, представление, понятие):

- Сообщение, сведения о чем-либо, передаваемые людьми;

- Уменьшаемая, снимаемая в результате получения сообщений неопределенность;

- Сообщение, связанное с управлением, сигналы;

- Передача, отражение разнообразия в любых объектах и процессах.

(Философский энциклопедический словарь, М., Советская энциклопедия, 1983)

Информация - сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления.

(ФЗ от 27 июля 2006 года N 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»)

7. Информация и данные, виды данных

Информация - сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся.

В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию.

Основные типы данных:

- Символьные данные

Символом называется графическое изображение, которому могут сопоставляться некая семантика, графема и фонема

Семантикой символа называется сопоставленное ему смысловое содержание

Графемой называется графическое изображение символа, позволяющее его однозначную визуальную идентификацию

Фонемой называется звуковое сообщение, позволяющее его однозначную аудиальную идентификацию

- Числовые данные

Натуральные числа

Целые числа

Действительные числа с заданным количеством дробных разрядов

Действительные числа в экспоненциальной форме

Операции над числами:

- Операции сравнения

- Операция смены знака (инверсия)

- Арифметические операции:

- сложение

- вычитание

- умножение

- деление

- Графические данные

Основные информационные модели:

Информационной моделью называется способ формального фиксирования информации об объекте или явлении

В компьютерной графике различают следующие модели:

Пиксельная (Пиксел - упрощенный вариант части изображения, полученный путем усреднения его характеристик), растровая (Растр - плоская сетка, состоящая из одинаковых ячеек, заполняющих картинную плоскость без промежутков между собой) или точечная модель

Векторная модель (Структуры данных модели могут соответствовать объектам реального мира или их частям; В обобщенной векторной модели базовые структуры данных описывают линии и замкнутые контуры, составляющие изображении; Различным классам векторных объектов соответствуют различные типы дескрипторов; Векторная и пиксельная модель включают в себя одинаковые цветовые модели)

Сетчатая или трехмерная модель (Сеточная модель описывает не изображение, а объем и характеристики поверхности трехмерного объекта реального или виртуального мира; Базовая единица сетчатой модели - треугольная ячейка сетки; Из треугольных ячеек составляются трехмерные оболочки, не имеющие толщины; Смежные ячейки, лежащие в одной плоскости, могут образовывать многоугольники (полигоны))

- Видеоданные (Видеоданные можно рассматривать как последовательность сменяющих друг друга через заданные интервалы времени графических данных; Различают несколько способов кодирования видеоданных, различающихся форматами представления и алгоритмами сжатия данных; Информационная емкость видеоданных рассчитать точно достаточно сложно)

- Аудиоданные (Два основных подхода к кодированию звука:

на основе теоремы Котельникова (дискретное кодирование)

на основе теоремы Фурье (гармоническое кодирование);

Информационная емкость чаще оценивается приближенно на основе оценки информационной емкости закодированного аудиосообщения; Различают несколько форматов представления аудиоданных и алгоритмов сжатия аудиоданных)

8. Измерение и представление информации

Информацию можно представить в различной форме:

- знаковой письменной, состоящей из различных знаков, среди которых принято выделять:

- символьную в виде текста, чисел, специальных символов (например, текст учебника);

- графическую (например, географическая карта);

- табличную (например, таблица записи хода физического эксперимента);

- в виде жестов или сигналов (например, сигналы регулировщика дорожного движения);

- устной словесной (например, разговор).

Кодирование информации:

Код -- набор символов (условных обозначений) для представления информации. Кодирование же-- это процесс представления информации в виде кода.

В 1676 году Лейбниц занялся исследованием математических законов применительно к двоичной системе счисления. Лейбницу первому пришла мысль использовать двоичные числа в вычислительном устройстве. Однако числа в двоичной системе представлялись длинными цепочками двоичных разрядов, и это трудно было воспроизвести в техническом устройстве. Поэтому разработанная Лейбницем механическая разностная машина выполняла арифметические действия над десятичными числами.

В 1816 году английский математик Джордж Буль подхватил идею Лейбница и создал универсальный логический язык, подчиняющийся математическим законам. С помощью этого языка Буль предложил кодировать высказывания, а затем манипулировать ими подобно тому, как в математике манипулируют Зычными числами.

В 1867 году американский ученый Чарльз Сандерс Пирс применил законы математической логики для описания электрических переключательных схем.

С помощью двух цифр 0 и 1 можно отображать не только числа, но и знакомые всем жизненные понятия, которые по своей сути имеют два противоположных состояния, например день ночь, добро и зло, свет и тьма, истина и ложь и т. д.

Достижения ученых и изобретателей, вносивших свой вклад в развитие двоичной математики и логики на протяжении многих лет, нашли реальное воплощение только в середине X века, когда была создана первая цифровая вычислительная машина. С тех пор прошло много лет, но и по сей день основе работы всех устройств современного компьютера лежат законы математики и логики применительно к двоичной системе счисления.

Представление информации в компьютере:

Символы двоичного кода 0 и 1 принято называть двоичными цифрами или битами (от англ. binary digit -- двоичный знак). Бит является минимальной единицей измерения объема информации. Объем информации в сообщении определяется количеством битов.

Бит -- наименьшая единица измерения объема информации.

Более крупной единицей измерения объема информации служит 1 байт, состоящий из 8 битов.

Для преобразования информации в двоичные коды и обратно в компьютере должно быть организовано два процесса:

1. кодирование -- преобразование входной информации в машинную форму, то есть в двоичный код; .

2. декодирование -- преобразование двоичного кода в форму, понятную человеку. информатика электронный кодирование фацетный

Кодирование обеспечивается устройствами ввода, а декодирование -- устройствами вывода.

Кодирование числовой информации:

Числа в компьютере представляются в двоичной системе счисления, то есть посредством двух цифр -- 0 и 1. Это позиционная система, из чего следует, что вес цифры 1 зависит от места (позиции), которое эта цифра занимает в числе. Любое число можно разложить по степеням основания системы счисления, в том числе и двоичной. Принято при работе с разными системами счисления внизу около числа ставить цифру для обозначения конкретной системы счисления.

Кодирование графической информации:

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами -- как растровое или как векторное изображение. Для каждого вида изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора. Объем астрового изображения определяется как произведение количества точек и информационного объема одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Чем больше цветов, тем длиннее должен быть код данного цвета. Количество битов на кодирование одного цвета принято называть глубиной цвета.

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, так как точка может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами -- 0 или 1.

Рассмотрим, сколько потребуется бит для отображения цветной точки: для 8 цветов необходимо 3 бита; для 16 цветов -- 4 бита; для 256 цветов -- 8 битов (1 байт).

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых (координаты узловых точек, радиус кривизны и пр.) описываются математическими формулами. Для каждой линии указываются ее тип (сплошная, пунктирная, штрихпунктирная), толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки. Кодирование векторных изображений выполняется различными способами в зависимости от прикладной среды. В частности, формулы, описывающие отрезки кривых, могут кодироваться как обычная буквенно-цифровая информация для дальнейшей обработай специальными программами.

Кодирование звука:

Звук представляет собой непрерывный сигнал -- звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой. Громкость сигнала зависит от его амплитуды (чем больше амплитуда, тем громче сигнал). Тон сигнала зависит от его частоты (чем больше частота сигнала, тем выше тон). Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Этот диапазон частот называют звуковым.

При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал разбивается на равные по длительности интервалы времени (дискреты). При этом предполагается, что на каждом участке сигнал не изменяется, то есть имеет постоянный уровень, который может быть представлен двоичным кодом. Очевидно, что такая замена реального сигнала на совокупность уровней отражается на качестве звука. Поэтому чем меньше временные интервалы (дискреты), тем точнее сигнал можно представить в виде кодов.

Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации -- это количество измерений уровней сигнала за 1 секунду. Другой важной характеристикой является глубина кодирования звука -- количество битов, отводимое на >дно измерение уровня звукового сигнала.

Кто хоть раз играл в компьютерные игры или, например, получал справку о текущем времени по телефону, имел дело с синтезированным звуком. Вывод подобных звуков осуществляется синтезатором, который считывает из памяти последовательность хранящихся там звуковых кодов. На подобном принципе основан таблично-волновой способ кодирования. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и пр. и их числовые коды. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к реальному качеству звучания.

Единицы измерения информации:

1байт = 8 бит

1Кб (килобайт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1Мб (мегабайт) = 2¹⁰ Кб = 1024 Кб

1Гб (гигабайт) = 2¹⁰ Мб = 1024 Мб

Формула Шеннона:

I - количество информации

N - количество возможных событий

P_i - вероятности отдельных событий

9. Системы классификации информации

Важным понятием при работе с информацией является классификация объектов.

Классификация - система распределения объектов (предметов, явлений, процессов, понятий) по классам в соответствии с определенным признаком.

Под объектом понимается любой предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Система классификации позволяет сгруппировать объекты и выделить определенные классы, которые будут характеризоваться рядом общих свойств. Классификация объектов - это процедура группировки на качественном уровне, направленная на выделение однородных свойств. Применительно к информации как к объекту классификации выделенные классы называют информационными объектами.

Свойства информационного объекта определяются информационными параметрами, называемыми реквизитами. Реквизиты представляются либо числовыми данными, например вес, стоимость, год, либо признаками, например цвет, марка машины, фамилия.

Реквизит - логически неделимый информационный элемент, описывающий определенное свойство объекта, процесса, явления и т.п.

Кроме выявления общих свойств информационного объекта классификация нужна для разработки правил (алгоритмов) и процедур обработки информации, представленной совокупностью реквизитов.

При любой классификации желательно, чтобы соблюдались следующие требования:

- полнота охвата объектов рассматриваемой области;

- однозначность реквизитов;

- возможность включения новых объектов.

В любой стране разработаны и применяются государственные, отраслевые, региональные классификаторы. Например, классифицированы: отрасли промышленности, оборудование, профессии, единицы измерения, статьи затрат и т.д.

Классификатор - систематизированный свод наименований и кодов классификационных группировок.

При классификации широко используются понятия классификационный признак и значение классификационного признака, которые позволяют установить сходство или различие объектов. Возможен подход к классификации с объединением этих двух понятий в одно, названное как признак классификации. Признак классификации имеет также синоним основание деления.

Существует три основных метода классификации объектов: иерархический (В иерархической системе классификации каждый объект на любом уровне должен быть отнесен к одному классу, который характеризуется конкретным значением выбранного классификационного признака. Для последующей группировки в каждом новом классе необходимо задать свои классификационные признаки и их значения. Таким образом, выбор классификационных признаков будет зависеть от семантического содержания того класса, для которого необходима группировка на последующем уровне иерархии.

Количество уровней классификации, соответствующее числу признаков, выбранных в качестве основания деления, характеризует глубину классификации.

Достоинства иерархической системы классификации:

- простота построения;

- использование независимых классификационных признаков в различных ветвях иерархической структуры.

Недостатки иерархической системы классификации:

- жесткая структура, которая приводит к сложности внесения изменений, так как приходится перераспределять все классификационные группировки;

- невозможность группировать объекты по заранее не предусмотренным сочетаниям признаков.), фасетный (Фацетная система классификации в отличие от иерархической позволяет выбирать признаки классификации независимо как друг от друга, так и от семантического содержания классифицируемого объекта. Признаки классификации называются фацетами (facet - рамка). Каждый фацет (Фj) содержит совокупность однородных значений данного классификационного признака. Причем значения в фасете могут располагаться в произвольном порядке, хотя предпочтительнее их упорядочение.

Достоинства фацетной системы классификации:

- возможность создания большой емкости классификации, т.е. использования большого числа признаков классификации и их значений для создания группировок;

- возможность простой модификации всей системы классификации без изменения структуры существующих группировок.

Недостатком фацетной системы классификации является сложность ее построения, так как необходимо учитывать все многообразие классификационных признаков.) и дескрипторный (Суть дескрипторного метода классификации заключается в следующем:

- отбирается совокупность ключевых слов или словосочетаний, описывающих определенную предметную область или совокупность однородных объектов. Причем среди ключевых слов могут находиться синонимы;

- выбранные ключевые слова и словосочетания подвергаются нормализации, т.е. из совокупности синонимов выбирается один или несколько наиболее употребимых;

- создается словарь дескрипторов, т.е. словарь ключевых слов и словосочетаний, отобранных в результате процедуры нормализации.

Между дескрипторами устанавливаются связи, которые позволяют расширить область поиска информации.

Связи могут быть трех видов:

- синонимические, указывающие некоторую совокупность ключевых слов как

синонимы;

- родо-видовые, отражающие включение некоторого класса объектов в более представительный класс;

- ассоциативные, соединяющие дескрипторы, обладающие общими свойствами).

10. Кодирование информации

Система кодирования - совокупность правил кодового обозначения объектов.

Код строится на базе алфавита, состоящего из букв, цифр и других символов. Код характеризуется:

длиной - число позиций в коде;

структурой -- порядок расположения в коде символов, используемых для обозначения классификационного признака.

Процедура присвоения объекту кодового обозначения называется кодированием. Можно выделить две группы методов, используемых в системе кодирования, которые образуют:

Классификационную систему кодирования, ориентированную на проведение предварительной классификации объектов либо на основе иерархической системы, либо на основе фацетной системы;

Регистрационную систему кодирования, не требующую предварительной классификации объектов.

Последовательное кодирование:

Используется для иерархической классификационной структуры.

Последовательность кодирования:

- Сначала записывается код группировки 1 уровня

- Затем - код группировки 2 уровня

- Затем - код группировки 3 уровня и т.д.

Достоинства и недостатки - те же, что у иерархической системы классификации.

Параллельное кодирование:

Используется для фацетной системы классификации.

Суть кодирования:

- Все фацеты кодируются независимо

- Для значений каждого фацета выделяется определенное количество разрядов кода

Достоинства и недостатки - те же, что и у фацетной системы классификации.

Регистрационное кодирование:

Используется для однозначной идентификации объектов

Не требует предварительной классификации

Существуют две системы регистрационного кодирования:

- Порядковая система (перечисление) - последовательная нумерация объектов числами натурального ряда. Возможно предварительное упорядочение объектов.

- Серийно-порядковая система - предварительное выделение групп объектов, составляющих серии, затем - нумерация объектов внутри серии.

11. Системы счисления и компьютерная арифметика

Система счисления -- символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков.

Система счисления:

- даёт представления множества чисел (целых и/или вещественных);

- даёт каждому числу уникальное представление (или, по крайней мере, стандартное представление);

- отражает алгебраическую и арифметическую структуру чисел.

Системы счисления подразделяются на позиционные, непозиционные и смешанные.

Под позиционной системой счисления обычно понимается b-ричная система счисления, которая определяется целым числом b>1, называемым основанием системы счисления. Целое число без знака x в b-ричной системе счисления представляется в виде конечной линейной комбинации степеней числа b: , где -- это целые числа, называемые цифрами, удовлетворяющие неравенству .

Смешанная система счисления является обобщением b-ричной системы счисления и также зачастую относится к позиционным системам счисления. Основанием смешанной системы счисления является возрастающая последовательность чисел , и каждое число x в ней представляется как линейная комбинация: , где на коэффициенты , называемые как и прежде цифрами, накладываются некоторые ограничения.

В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе. При этом система может накладывать ограничения на положение цифр, например, чтобы они были расположены в порядке убывания.

12. Текстовые данные, представление в компьютере и основные операции

Текстовые данные (также текстовый формат) -- представление информации в вычислительной системе в виде последовательности печатных символов.

Текстовыми данными как правило называются последовательности из подмножества знаков, включающего только печатные знаки (буквы, цифры, знаки препинания) и некоторые управляющие знаки (пробелы, табуляции, переводы строки). Существуют методы (например, UUENCODE), позволяющие закодировать в текстовом формате произвольные данные любого формата.

Операции:

Важнейшей операцией над символьными данными является их упорядочение. Различают два вида упорядочения - группировку и сортировку.

На основе контекстного поиска осуществляется еще одна операция - контекстная замена. При контекстной замене задается не один, а два контекста - искомый и замещающий. В случае успешного поиска в тексте искомого контекста он оттуда удаляется, а вместо него вставляется замещающий контекст.

Конкатенация или сцепление текстов - операция, заключающаяся в формировании нового текста из двух, записанных вслед друг за другом.

Удаление представляет собой исключение из текста заданного количества символов, начиная с указанного, с соответствующим сокращением длины текста.

Вставка представляет собой добавление заданной последовательности символов (вставляемого контекста) в текст после указанного символа, но перед следующим за ним. Соответственно, длина текста увеличивается на длину вставляемого контекста.

13. Графические данные. Векторная информационная модель

Векторная информационная модель:

Структуры данных модели могут соответствовать объектам реального мира или их частям.

В обобщенной векторной модели базовые структуры данных описывают линии и замкнутые контуры, составляющие изображение.

Различным классам векторных объектов соответствуют различные типы дескрипторов.

Векторная и пиксельная модель включают в себя одинаковые цветовые модели.

Плюсы векторной информационной модели:

- Векторная модель компактна, избыточные данные не хранятся.

- Векторную модель можно структурировать в соответствии с семантикой объектов реального или виртуального мира.

-Векторные объекты можно: масштабировать без ущерба для качества изображения и без утраты визуальной информации.

Минусы векторной информационной модели:

- Большое разнообразие векторных объектов делает векторную модель более сложной для понимания.

- Векторные модели практически невозможно строить автоматически.

- Векторные модели, как правило, недостаточно детализированы, чтобы по ним можно было построить реалистическое изображение.

14. Графические данные. Пиксельная информационная модель

Пиксели:

- Пиксель (pixel, picture element) замещает собой часть изображения, размещающуюся в пределах одной ячейки растра.

- Пиксель - упрощенный вариант части изображения, полученный путем усреднения его характеристик.

- В базовой пиксельной модели каждому пикселю растра соответствует структура данных - дескриптор пикселя.

- Данные дескриптора представляют собой значения атрибутов цветовой модели.

Пиксельная информационная модель:

- Эта модель описывает не объекты реального мира, а результаты их проецирования на плоскость - изображения.

- Основная составляющая часть точечной модели - массив пикселей, растр, откуда и второе название.

- Термины «Точечная модель» и «Точечная графика» не совсем точны, хотя и очень распространены.

Плюсы пиксельной информационной модели:

- Пиксельная модель может строиться автоматически с помощью сканера или камеры.

- Пиксельную модель можно редактировать на любом уровне - все пикселы одновременно или любую группу пикселей отдельно.

- Рендеринг пиксельной модели - простая операция, которая аппаратно реализуется многими графическими устройствами вывода.

Минусы пиксельной информационной модели:

- Фиксированный размер растра в пикселях делает невозможным масштабирование: увеличение ведет к зернистости, уменьшение - к утрате информации.

- Повторная растеризация пиксельной модели приводит к искажениям визуальной информации.

- Пиксельную модель сложно связать с семантикой избражаемого объекта, поскольку она не структурирована.

- Пиксельная модель с большим размером растра требует большого объема памяти, с такими изображениями сложно работать.

15. Ахроматические цветовые модели

Ахроматические модели - усеченные варианты цветовой модели.

Оттенки серого (в диапазоне белый -- черный) носят парадоксальное название ахроматических (от греч. б- отрицательная частица + чсюмб -- цвет, то есть бесцветных) цветов. Парадокс разрешается, когда становится ясно, что под "отсутствием цвета" здесь понимается естественно не отсутствие цвета как такового, а отсутствие цветового тона, конкретного оттенка спектра. Наиболее ярким ахроматическим цветом является белый, наиболее тёмным -- чёрный. Можно заметить, что при максимальном снижении насыщенности любого хроматического цвета тон оттенка становится неразличимым, и цвет переходит в ахроматический.

Штриховая модель позволяет описывать цвет в изображениях с двумя цветами: переднего плана (обычно черный) и фоновым (обычно белый).

Монохромная модель позволяет описывать цвет в изображениях, составленных из оттенков, образующихся при смешении в разных пропорциях двух базовых цветов (обычно черного и белого).

В зависимости от спектрального состава отражаемого поверхностью тела лучевого потока все цвета можно разделить на две группы. К первой группе относятся белые, серые и черные цвета, иначе говоря, цвета, которых нет в составе спектра. В цветоведении белые, серые и черные цвета принято называть ахроматическими, т. е. бесцветными.

16. Аддитивная цветовая модель

Аддитивный цвет получается на основе законов Грассмана путем соединения лучей света разных цветов. В основе этого явления лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами, являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвета (RGB - аддитивная модель цвета, предназначена для описания изображений, сформированных излученным светом). При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Следует отметить, что первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.

Базовыми цветами называют цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимых цветов.

Для получения новых цветов с помощью аддитивного синтеза можно использовать и различные комбинации из двух основных цветов, варьирование состава которых приводит к изменению результирующего цвета.

17. Субтрактивная цветовая модель

Субтрактивные цвета в отличие от аддитивных цветов (той же RGB-модели) получаются вычитанием вторичных цветов из общего луча света. В этой системе белый цвет появляется как результат отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие дает черный цвет.

Нанесение на бумагу трех базовых цветов: голубого (Cyan), пурпурного (Magenta) в желтого (Yellow) позволяет создать множество субтрактивных цветов.

18. Перцептивные цветовые модели

Термин "перцептивный" происходит от слова «perception» - восприятие. Таким образом, перцептивная модель цвета - это модель, основанная на особенностях восприятия цвета человеком.

19. Формальные грамматики и способы их описания

Формальная грамматика или просто грамматика в теории формальных языков -- способ описания формального языка, то есть выделения некоторого подмножества из множества всех слов некоторого конечного алфавита. Различают порождающие и распознающие (или аналитические) грамматики -- первые задают правила, с помощью которых можно построить любое слово языка, а вторые позволяют по данному слову определить, входит оно в язык или нет.

Термины:

Терминал (терминальный символ) -- объект, непосредственно присутствующий в словах языка, соответствующего грамматике, и имеющий конкретное, неизменяемое значение (обобщение понятия «буквы»). В формальных языках, используемых на компьютере, в качестве терминалов обычно берут все или часть стандартных символов ASCII -- латинские буквы, цифры и спец. символы.

Нетерминал (нетерминальный символ) -- объект, обозначающий какую-либо сущность языка (например: формула, арифметическое выражение, команда) и не имеющий конкретного символьного значения.

Типы грамматик:

По иерархии Хомского, грамматики делятся на 4 типа, каждый последующий является более ограниченным подмножеством предыдущего (но и легче поддающимся анализу):

- тип 0. неограниченные грамматики -- возможны любые правила

- тип 1. контекстно-зависимые грамматики -- левая часть может содержать один нетерминал, окруженный «контекстом» (последовательности символов, в том же виде присутствующие в правой части); сам нетерминал заменяется непустой последовательностью символов в правой части.

- тип 2. контекстно-свободные грамматики -- левая часть состоит из одного нетерминала.

- тип 3. регулярные грамматики -- более простые, эквивалентны конечным автоматам.

20. Аудио- и видеоданные, форматы представления, основные операции

Видеоданные:

Видеоданные можно рассматривать как последовательность сменяющих друг друга через заданные интервалы времени графических данных.

Различают несколько способов кодирования видеоданных, различающихся форматами представления и алгоритмами сжатия данных.

Информационная емкость видеоданных рассчитать точно достаточно сложно.

Форматы видео:

MPEG 4 - один из самых популярных форматов видео, который недавно начал поддерживаться и в портативных медиаплеерах RoverMedia. Формат обеспечивает хорошее изображение и звук, имеет лучшее соотношение размера файла и качества содержимого контента.

AVI - это формат-медиаконтейнер, который может содержать видео/аудио данные, сжатые с использованием разных комбинаций кодеков, что позволяет синхронно воспроизводить видео со звуком. Одной из популярных комбинаций кодеков может быть видео в MPEG4 и аудио в MP3.

FLV - еще один формат-медиаконтейнер, но имеющий более узкую специализацию. Данный формат используется для удобной передачи видео через Интернет. В различных социальных сетях, таких как Vkontakte, и сервисах видеохостинга YouTube, Google Video, RuTube используется именно формат FLV.

RM, RAM, RMVB - форматы медиафайлов, принадлежащие фирме «RealNetworks Products and Services“. Основными преимуществами данного формата являются приемлемые качество изображения и разборчивость речи при сверхнизких битрейтах видеопотока, а также небольшой размер конечного файла. MTV, AMV - одни из первых форматов видео, созданных специально для портативных медиаплееров с экранами 1,8». В то время, когда портативные устройства только начинали поддерживать воспроизведение видео, являлись наиболее используемым инструментом сжатия видеофайлов.

Аудиоданные:

Два основных подхода к кодированию звука:

- на основе теоремы Котельникова (дискретное кодирование)

- на основе теоремы Фурье (гармоническое кодирование)

Информационная емкость чаще оценивается приближенно на основе оценки информационной емкости закодированного аудиосообщения

Различают несколько форматов представления аудиоданных и алгоритмов сжатия аудиоданных:

MP3 - самый популярный на данный момент формат цифрового аудио. Он широко используется в файлообменных сетях из-за небольшого размера конечных файлов (примерно 1/10 от оригинального файла с аудио CD) и обеспечения качества воспроизведения очень близкого к оригинальному, благодаря особому алгоритму сжатия данных. Формат MP3 поддерживают абсолютно все плееры RoverMedia, а также все современные музыкальные центры и DVD-плееры.

WMA -- формат файла, разработанный компанией Microsoft для хранения и трансляции аудиоинформации. Основным преимуществом WMA перед MP3 является более высокая способностью сжатия, благодаря чему конечные файлы имеют более маленький размер. В последних версиях формата, начиная с Windows Media Audio 9.1, предусмотрено кодирование без потери качества (lossless), многоканальное кодирование объёмного звука и кодирование голоса.

WAV -- формат аудиофайла-контейнера для хранения записи оцифрованного аудиопотока. Данный формат в основном используется для записи звука с встроенного диктофона в плеерах RoverMedia и большинстве современных устройств.

FLAC (Free Lossless Audio Codec) - один из самых популярных форматов для сжатия аудио без потерь. В отличие от форматов MP3, WMA, при кодировании аудио из аудиопотока не удаляет никакой информации. Благодаря этому файлы FLAC подходят не только для качественного прослушивания музыки на портативных медиаплеерах RoverMedia, но и даже на высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре.

21. Логические операции и функционально полные системы булевых функций

Логическая функция - это функция логических переменных, которая может принимать только два значения : 0 или 1. В свою очередь сама логическая переменная (аргумент логической функции) тоже может принимать только два значения : 0 или 1.

Логический элемент - это устройство, реализующее ту или иную логическую функцию.

Булева функция (или логическая функция, или функция алгебры логики) от n аргументов -- в дискретной математике -- отображение Bn > B, где B = {0,1} -- булево множество. Элементы булева множества {1, 0} обычно интерпретируют как логические значения «истинно» и «ложно», хотя в общем случае они рассматриваются как формальные символы, не несущие определённого смысла. Неотрицательное целое число n называют арностью или местностью функции, в случае n = 0 булева функция превращается в булеву константу. Элементы декартова произведения (n-я прямая степень) Bn называют булевыми векторами. Множество всех булевых функций от любого числа аргументов часто обозначается P2, а от n аргументов -- P2(n). Переменные, принимающие значения из булева множества называются булевыми переменными. Булевы функции названы по фамилии математика Джорджа Буля.

При работе с булевыми функциями происходит полное абстрагирование от содержательного смысла, который имелся в виду в алгебре высказываний. Тем не менее, между булевыми функциями и формулами алгебры высказываний можно установить взаимно-однозначное соответствие, если:

- установить взаимно-однозначное соответствие между булевыми переменными и пропозициональными переменными,

- установить связь между булевыми функциями и логическими связками,

- оставить расстановку скобок без изменений.

Логические операции:

Логическое умножение (конъюнкция) - это новое сложное выражение будет истинным только тогда, когда истинны оба исходных простых выражения. Конъюнкция определяет соединение двух логических выражений с помощью союза И.

Логическое сложение (дизъюнкция) - это новое сложное выражение будет истинным тогда и только тогда, когда истинно хотя бы одно из исходных (простых) выражений. Дизъюнкция определяет соединение двух логических выражений с помощью союза ИЛИ.

Логическое отрицание (инверсия) - если исходное выражение истинно, то результат отрицания будет ложным, и наоборот, если исходное выражение ложно, то результат отрицания будет истинным. Данная операция означает, что к исходному логическому выражению добавляется частица НЕ или слова НЕВЕРНО, ЧТО.

Логическое следование (импликация) - связывает два простых логических выражения, из которых первое является условием (А), а второе (В)- следствием из этого условия. Результатом импликации является ложь только тогда, когда условие А истинно, а следствие В ложно. Обозначается символом "следовательно" и выражается словами ЕСЛИ … , ТО … .

Логическая равнозначность (эквивалентность) - определяет результат сравнения двух простых логических выражений А и В. Результатом эквивалентности является новое логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда оба исходных выражения одновременно истинны или ложны. Обозначается символом эквивалентности.

22. Нормальные формы булевых функций

Нормальные формы - это особый класс аналитических выражений, используемых при решении задачи минимизации Булевых функций и для перехода от табличной формы задания к аналитической. Нормальные формы строятся на основании операций конъюнкции, дизъюнкции и отрицания, причем отрицание только единственной переменной.

Элементарной конъюнкцией (дизъюнкцией) называется конъюнкция (дизъюнкция) конечного числа попарно различимых переменных или их отрицаний. Элементарную конъюнкцию (дизъюнкцию) принято называть конъюнктивным (дизъюнктивным) термом.

Размещено на Allbest.ru

...