Краткие сведения из теории информации

Понятие информации

Компьютеризация, охватившая все стороны человеческой деятельности, остро поставила вопрос осмысления сути основных понятий, на которых базируется информатика как область научных исследований, отрасль промышленности и направление образовательной деятельности в современном обществе. В первую очередь это относится к понятиям «информация», «информационные процессы», «информационные системы», данные и знания и др.

Как известно, введение понятий «вещество» и «энергия», установление взаимосвязей между этими понятиями, примером которого может служить знаменитая формула А. Эйнштейна Е=тс² (Е - энергия, т - масса, с - скорость света), позволило решить множество проблем, как научных, так и практических, возникших в обществе во время так называемого индустриального периода его развития (начало XIX - середина XX вв.).

Так, с помощью понятия энергии удалось разработать единый энергетический подход к изучению и описанию широкого класса различных по физической природе явлений и процессов (механических, электрических, магнитных, тепловых и др.), которые ранее совместно не изучались.

Начиная со второй половины XX в. общество вступило в так называемый постиндустриальный, или информационный, период своего развития. Как следствие, возникла необходимость в решении принципиально новых научно-технических проблем, связанных с управлением сложными процессами и системами, появление и необходимость управления которыми (с участием или без участия челове­ка) явились ответом на требования научно-технического прогресса.

Так, именно в наше время появилась насущная потребность в управлении социальными, экономическими, природными и другими процессами, создавая для этого соответствующие системы управления. Кроме того, прогресс в таких областях как транспорт (космический, воздушный, наземный), электронная связь, электронные средства массовой информации, промышленное производство во многом достигнут благодаря высокому уровню организации управления процессами протекающими в данных системах.

Как выяснилось для организации эффективного управления в подобных системах недостаточно только понятий вещества и энергии Необходимо ввести принципиально новое понятие, а именно – «информация». Это было впервые сделано в фундаментальных работах К. Шеннона и Н. Винера, положивших начало становлению новой науки, называемой кибернетика.

Поясним это на следующих примерах. Так, для описания движения физического маятника достаточно использование понятий «материальная точка», «центр тяжести», законов движения материальной точки в поле земного тяготения, а также законов сохранения и превращения энергии. Однако для описания поведения целого ряда объектов живой природы включая самых простейших ее представителей этого недостаточно. Так, например, движение (поведение) земляного червя при воздействии на него различных раздражителей (солнечный свет влажность и температура почвы и т. д.) невозможно описать с использованием понятий «вещество» и «энергия». Для этого нужно привлечение нового понятия, такого как «информация», которое позволяет организовать функционирование высокоорганизованных или целеустремленных систем (популяции живых организмов социальные системы, сложные технические и экономические системы и т.д.).

Введение понятия информации позволило объяснить и адекватно описать с единых позиций самые различные явления, процессы и системы, существующие в современном обществе. Так, с информационной точки зрения удается изучать и сопоставлять разные, на первый взгляд технические, социальные, экономические системы.

С философской точки зрения «информация» и «материя» являются совершенно разными понятиями, но они вместе позволяют создать целостную картину окружающего нас мира. Более того, материальные субстанции окружающего нас мира выступают в качестве физических носителей информации.

Например, имеется две видеокассеты, одна из них чистая, а на вторую записан художественный фильм. С одной стороны, они абсолютно одинаковы (один и тот же ферромагнитный слой, одна и та же основа для него, одинаковый внешний вид), но с другой (информационной) стороны, они разные, т. к. сведения о событиях, происходящих в фильме, имеются только на второй кассете.

Несмотря на то, что понятие информации широко используется в настоящее время как в научных, так и в практических и бытовых целях, строгого и общепринятого определения ее не существует, так же как не существует в геометрии определений точки, прямой.

Поэтому при определении понятия «информация» обычно используют частные определения применительно к конкретным предметным областям. Каждая научная дисциплина понятие информации объясняет по-своему. Например, в биологии оно связано с понятиями «поведение», «ген», «наследование», в кибернетике - с такими понятиями как «управление», «прямая связь», «обратная связь». В обыденной жизни понятие информации применяется как синоним слов «сведения», «сообщение», «осведомленность о положении дел» (т.е. как некоторая совокупность данных, фактов).

Первоначально понятие информации трактовалось как мера уменьшения неопределенности наших знаний о некотором процессе или объекте после получения человеком определенной совокупности сведений о нем. В подавляющем большинстве случаев данные сведения содержались в сообщениях, передаваемых по линиям или кана­лам связи. В этой связи теория информации возникла как область науки, связанная в первую очередь с решением проблем связи. Началом ее возникновения принято считать опубликование в 1948 году основополагающей работы Клода Шеннона «Математическая теория связи». Многочисленные учебники и монографии по теории информации трактуют основы теории информации именно с этой позиции [].

Итак, если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности о некотором процессе или объекте, то можно говорить о том, что такое сообщение содержит информацию. Как известно, одним из наиболее простых видов неопределенностей является статистическая неопределенность, т.е. такая, которая описывается устойчивыми вероятностными закономерностями. Поэтому классическое понятие информации базируется именно на таком статистическом подходе к понятию информации как меры уменьшения именно такой, статистической, неопределенности. Классическое определение понятия информации базируется на основополагающих работах К. Шеннона и связано с рассмотрением процесса передачи сообщения по линиям связи.

Следует различать понятия информация и данные. Данные являются формой представления информации, при этом различают текстовую, числовую, графическую и др. формы представления информации. Однако не всегда данные несут в себе информацию. Иными словами, понятия «информация» и «данные» в общем случае не являются тождественными. Как только данные начинают использоваться для уменьшения неопределенности о чем-либо, то они превращаются в информацию. Поясним это на следующем примере.

На соревнованиях бегунов было зарегистрировано стартовое и финишное время каждого бегуна (второй и третий столбцы таблицы 2.1)

Таблица 2.1

Данные, приведенные в этой таблице, сами по себе не несут никакой информации, если нам не известен смысл этих чисел. Но если их оформить в виде таблицы 2.2 и вычислить промежутки времени по зарегистрированным показаниям секундомера в четвертом столбце, то можно говорить о том, что мы получили информацию о времени преодоления дистанции участниками соревнований.

Таблица 2.2

Для современного понятия информации характерен содержательный подход. Такой подход к понятию информации впервые появился в фундаментальных работах основоположника кибернетики И. Винера. Согласно современным представлениям, информация есть некая форма отражения или отображения внешней среды, имеющей одну физическую форму, в так называемое информационное сообщение или модель, имеющие другую физическую форму. Так, например, все многообразие окружающего нас реального мира (вода, земля и т.д.) отражается в мозге человека с помощью одной физической формы а именно – с помощью электрохимических потенциалов. В компьютере подобное многообразие может быть отражено с помощью высокого и низкого потенциала (нулей и единиц).

Итак, под ИНФОРМАЦИЕЙ понимаются сведения об объектах и явлениях окружающего мира (их параметрах, свойствах и состоянии), которые воспринимаются, обрабатываются и при этом обязательно уменьшают имеющуюся степень неопределенности или неполноты знаний о них.

Информация является объективно существующей реальностью окружающего нас мира и, как любой другой объект, обладает рядом свойств, позволяющих отличать один информационный объект от другого. Ее (информацию) можно также отнести к разным классам или видам (рис. 2.1).

Информация
	Виды

Рис. 2.1. Характеристики информации.

Такое свойство информации как полезность отражает тот факт, что она может быть востребована, полезна конкретному потребителю информации, а может быть, и нет. Например, информация, содержащаяся в сообщении на английском языке, будет полезна для человека, владеющего этим языком, и бесполезна для человека, не владеющего им.

ПОЛНОТА информации отражает тот факт, что конкретному потребителю информации важно иметь некоторое определенное количество информации, при этом нехватка информации также нежелательна, как и ее избыточность. Иными словами, информации нужно ровно определенное количество, не больше и не меньше. Например, студент Иванов в списке использованной литературы для реферата указал «Учебник по информатике», а студент Петров в аналогичном списке указал следующее «В.З. Аладьев и др. Основы информатики. Учебное пособие. - М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1998. - 496 с.». Понятно, что только во втором случае мы имеем необходимую информацию. А если информация дополнительно содержит сведения о цвете и материале обложки данной книги, использованном там типе шрифта, то эта информация будет избыточной.

ДОСТОВЕРНОСТЬ отражает вероятность правильного восприятия полученной информации. Например, в записной книжке один номер телефона записан разборчиво, а в записи другого номера одна цифра непонятна. Информация по первому абоненту является достоверной, а информация о номере телефона второго абонента, в случае неверной интерпретации непонятной цифры, будет недостоверной.

НОВИЗНА отражает тот факт, что информация по отношению к конкретному моменту времени является актуальной (новой, своевременной) или неактуальной (устаревшей, запоздавшей). Так, информация о результате футбольного матча, опубликованная в газете, будет новой или актуальной для человека, не смотревшего этот матч в прямой трансляции по телевизору, и не будет новой или актуальной для человека, смотревшего этот матч.

Совокупность четырех вышеуказанных свойств (полнота, полезность, достоверность, новизна) определяет такое интегральное (качественное) свойство информации как ценность. Фактически ценность информации определяет ее пригодность для практического использования. Например, информация о художнике, создавшем картину, может не представлять ценности для розыска преступника, похитившего эту картину.

ДОСТУПНОСТЬ отражает правовые, финансовые, психофизиологические и другие аспекты, связанные с получением той или иной информации. Например, возможность войти на какой-нибудь коммерческий сайт предполагает наличие определенной суммы денег на Вашей кредитной карточке (финансовый аспект). Войти на некоторые сайты государственных учреждений, например, ФСБ, МЧС, Минобороны, могут только лица определенного круга (правовой аспект). Заметим, что при этом воспользоваться информацией возможно только в том случае, если она будет представлена в удобной для его восприятия форме (психофизиологический аспект). Например, информация, содержащаяся в «картинке» на экране телевизора, недоступна для слабовидящих или слепых людей.

По отношению к объекту, воспринимающему и обрабатывающему информацию, её можно разделить на следующие виды: входная, внутренняя и выходная (рис.2.1). Входная информация, воспринятая объектом, становится внутренней и обрабатывается. Результатом обработки является выходная информация. Выходная информация отличается от входной примерно так, как нерешенная задача отличается от решенной. Часто выходная информация одного объекта может служить входной информацией для другого объекта и т.д. (рис. 2.2).

Входная	Внутренняя	Выходная	Входная	Внутренняя	Выходная
	Объект 1		Объект 2

Рис. 2.2 Виды информации.

Исходная (входная) информация о некотором процессе, имеющая вид чисел, таблиц, графиков, текстов и т.д., может быть преобразована в результате обработки в выходную информацию об этом же процессе. Например, информация о взаимном расположении планет в текущий момент времени (исходная информация) может быть с помощью компьютера преобразована в информацию о расположении планет в любой интересующий нас момент времени в будущем (выходная информация). Или информация о производственных возможностях предприятия (входная информация) может быть преобразована в информацию о видах товарной продукции, выпуск которой может быть организован на данном предприятии (выходная информация).

Классифицировать информацию можно также по способу передачи и восприятия (визуальная, слуховая, вкусовая, машинно-ориентированная), по форме представления (текстовая, числовая, графическая), по общественному значению (массовая, личная), по содержанию (научная, производственная, правовая и т.д.) и по другим признакам.

ПРЕДМЕТОМ ИЗУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКИ как образовательной дисциплины, изучаемой начиная с начальных классов средней школы и заканчивая высшими учебными заведениями, являются принципы, законы и методы получения, измерения, накопления и хранения, переработки и передачи информации с применением математических методов, теории алгоритмов и формальных языков, а также средств вычислительной техники.