50970

Измерение информации

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Информация и теории информации Информация лат. Из Энциклопедии кибернетики В широком смысле отражение реального мира; В узком смысле любые сведения являющиеся объектом хранения передачи и преобразования информации. Теории информации Структурная теория информации рассматривает структуру построения отдельных информационных сообщений.

Русский

2014-02-03

79 KB

0 чел.

Лекция №3

Тема: Измерение информации

I. Информация и теории информации

Информация

 

лат. Information – разъяснение, изложение, осведомленность

 

одно из общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний.

(Из «Энциклопедии кибернетики»)

В широком смысле – отражение реального мира;

В узком смысле – любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи, и преобразования информации.

Теории информации

Структурная теория информации  рассматривает структуру построения отдельных информационных сообщений. Еденица количества информации – элементарная структурная еденица квант.

Статестическая теория оценивает информацию с точки зрения меры неопределенности. Основное внимание уделяется распределению вероятностей, либо появлению сигналов, либо изменению характеристик этих сигналов и построению на его основе некоторых обобщенных характеристик, позволяющих оценить количество инфоромации.

Семантическая теория занимается изучением именно смысловых характеристик информации: ценности, содержательности, полезности. Помогает связать количество и ценность информации с такими обобщенными характеристиками системы, как эффективность, информационная пропускная способность, информационная помехоустойчивость.

II. Структурные меры информации

Геометрическая (метрическая):

Единица измерения – метрон (мера точности измеряемого параметра);

Метронная мощность (плотность)

физической системы –  количество метронов в расчете на единичный объем координатного

пространства;

Пример:

Сообщение    x=x(g, f, t)

Оценить количество информации.

Сообщение представляют в виде набора элементарных ячеек, размеры которых определяются точностью

 Δg, Δf, Δt

Измерения координат                                        g, f, t

Один метрон = объему элементарной ячейки ν= Δg*Δf*Δt

Количество метронов в сообщении x определяется как

                                                 V=ng * nf * nt,  

ng=g(tc)/Δg, nf=f(tc)/Δf,  nt=tc/Δt –  количество метронов, обусловленное точностью измерения координат g, f, t;

tc время, за которое производится оценка количества информации;

V – метрическое информационное содержание  сообщения;


Комбинаторная (структурная
) : возможное количество комбинаций информационных элементов

Перестановки – группы элементов, содержащие все имеющиеся в     наличии элементы

   

                   

Сочетания - группы по l элементов, образуемые из h разных элементов, различающиеся между собой самими элементами.

Размещения -

Определение количества информации в комбинаторной мере - 

определение количества возможных или существующих комбинаций, т.е. оценка структурного разнообразия информационного устройства.

Пример:

Имеем 10 элементов.

Составим три структуры путем сочетаний из 10 элементов по 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 элементов путем перестановок и путем размещений по десяти различным позициям.

Количество сочетаний равно

Количество различных перестановок

P10=10!=3 628 800

Количество элементов по 10 позициям :

Когда нельзя реализовать полученные комбинации, подсчет ведется по реализуемым комбинациям.

Аддитивная мера – мера Хартли – логарифм числа возможных разме-щений из h элементов по l 

Позволяет производить суммирование количеств информации отдельных элементов информационного комплекса. Всегда по-ложительна.

Логарифм с основанием 2 - единица количества информации говорит о том, что произошло одно из двух равновероятных событий (двоичная единица информации или бит).

Логарифм с основанием  10 - количество информации в дитах, , натуральный логарифм с основанием е=2,71828 – в нитах.

III. Меры информации

               

Единицы измерения информации и примеры

Мера информации

Единицы измерения

Примеры

Синтаксическая:

шенноновский подход

компьютерный подход

Степень уменьшения неопределенности

Единицы представления информации

Вероятность события

Бит,байт,Кбайт и т.д.

Семантическая

Тезаурус

Экономически показатель

Пакет прикладных программ,ПК,компьютерные сети

Рентабельность, производительность и т.д.

Прагматическая

Ценность использования

Емкость памяти, производительность ПК, скорость передачи данных и т.д Денежное выражение

Алгоритмическая

Минимальное число внутренних состояний машины

Машина Тьюринга

Синтаксическая мера информации

Объем данных Vд. в сообщение измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщение. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и  соответственно меняется единица измерения данных:

  •  в  двоичной системе счисления единица измерения - бит (bit-binary digit-двоичный разряд);
  •  в десятичной системе счисления единица измерения – дит (десятичный разряд).

Количество информации I на синтаксическом уровне невозможно определить без рассмотрения понятия неопределенности состояния системы (энтропии системы). Получение информации о какой–либо системе всегда связано с изменением степени неосведомленности получателя о состоянии этой системы.(теория Шеннона).

Семантическая мера информации.

Тезаурус- это совокупность сведений , которыми располагает пользователь или система.

В зависимости  от соотношений между смысловым содержанием информации S и тезаурусом пользователя Sp. изменяется количество семантической информации Ic, воспринимаемой пользователем и включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус.

  •  

Ic  

                                    Sp opt                                       Sp

                         

Максимальное количество информации Ic потребитель приобретает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом Sp ( Sp = Sp opt) ,когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему  ранее не известные (отсутствующие  в его тезаурусе ) сведения.

Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности C, который определяется как отношение количества семантической информации к ее объему:

С= Ic / Vд.

Прагматическая мера информации.

Эта мера определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели. Эта мера также величина относительная, обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе. Ценность информации целесообразно измерять в тех же единицах (или близких к ним), в которых измеряется целевая функция.

Алгоритмическая мера информации.

Каждый согласится , что слово  0101….01 сложнее слова  00….0, а слово, где 0 и 1 выбираются из эксперимента – бросания монеты (где 0-герб,1 –решка),сложнее обоих предыдущих .

    Любому сообщению можно приписать количественную характеристику, отражающую сложность (размер) программы, которая позволяет ее произвести.

Так как имеется много разных вычислительных машин и разных языков программирования (разных способов задания алгоритма), то для определенности задаются некоторой конкретной вычислительной машиной, например машиной Тьюринга.

Сложность слова (сообщения) определяется как минимальное число внутренних состояний машины Тьюринга, требующиеся для его воспроизведения.

IV. Качество информации

Потребительские показатели качества:

  •  репрезентативность, содержательность, достаточность
  •  актуальность, своевременность, точность
  •  достоверность, устойчивость

   

Репрезентативность связана с адекватным отраженияем свойств объекта. Важнейшее значение здесь имеют:

  •  правильность концепции , на базе которой сформулировано исходное понятие;
  •  обоснованность отбора существенных признаков и связей отобра-жаемого явления.

Содержательность отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, т.е. С= Ic / Vд.

С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационной системы (для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных).

Достаточность (полнота) означает , что она содержит минимальный , но достаточный для принятия правильного решения состав (набор показа-телей).Понятие полноты информации связано с ее смысловым содержани-ем (семантикой) и прагматикой. Как неполная ,т.е. недостаточная для при-нятия правильного решения, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых пользователем   решений.

Доступность восприятию обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например , в информационной системе информация преобразовывается к доступной и удобной для восприятия пользователя форме (в частности, и путем согласования ее семантической формы с тезаурусом пользователя).

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования, зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с  момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступление не позже зара-нее назначенного момента времени , согласованного с временем решения поставленной задачи.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта , процесса , явления и т.п. Для информации ,отображаемой цифровым кодом , известны четыре классифи-кационных понятия точности:

  •  формальная точность , измеряемая значением единицы младшего разряда числа;
  •  реальная точность, определяемая значением единицы последнего разряда числа, верность которого гарантируется;
  •  максимальная точность, которую можно получить в конкретных условиях функционирования системы;
  •  необходимая точность, определяемая функциональным назначением показателя.

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью .Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т.е. вероятностью того , что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивость  информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации , как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.

Репрезентативность,  содержательность, достаточность, доступность, устойчивость определяются на методическом уровне разработки информа-ционных систем.

Актуальность , своевременность , точность и достоверность обуславливаются на методическом уровне , однако на их величину  существенно влияет и характер функционирования системы (надежность).

Параметры актуальности и точности жестко связаны соотве-тственно с параметрами своевременности и достоверности.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22632. Хвилі у пружному середовищі. Хвильове рівняння. Звукові хвилі 66 KB
  Хвилі у пружному середовищі. Звукові хвилі. Хвильовий процес характеризується фазовою швидкістю або швидкістю розповсюдження хвилі с груповою швидкістю або швидкістю розповсюдження хвильового пакету довжиною хвилі частотою або періодом коливань; між цими величинами існує простий звязок: . Довжина хвилі це відстань між частинками які коливаються з однаковою фазою.
22633. Рух ідеальної рідини. Рівняння Бернуллі 75 KB
  Рух ідеальної рідини. Ідеальна рідина внутрішнє тертя відсутнє сила тертя між окремими шарами рідини що тече рідина нестислива. Рівняння 1 для такої рідини має вигляд: Лінії потоку це лінії дотичні до яких в кожній точці співпадають за напрямом з вектором . При стаціонарному русі рідини її частинки при своєму русі не перетинають трубку потоку.
22634. Рух в’язкої рідини. Число Рейнольдса 39.5 KB
  Рух вязкої рідини. Розглянемо стаціонарну течію вязкої рідини в прямій горизонтальній трубі з постійним перерізом. Модуль сили внутрішнього тертя що прикладена до площини S яка лежить на границі між шарами:; або оскільки вісь z напрямлена вздовж радіусу η коефіцієнт вязкості залежить від природи і стану рідини. Виділимо з обєму рідини що тече циліндр радіусу r довжини l та запишемо умови його руху.
22635. Принцип найменшої дії та рівняння Лагранжа 80.5 KB
  Принцип найменшої дії та рівняння Лагранжа. функцією Лагранжа системи. Ці рівняння називаються рівняннями Лагранжа. Властивості функції Лагранжа: Якщо домножити функцію Лагранжа на деяку константу вигляд рівнянь руху не зміниться; Якщо система складається з двох не взаємодіючих частин A і B з функціями Лагранжа та то система описується функцією Лагранжа .
22636. Гамільтонова форма рівнянь руху класичної механіки 75.5 KB
  Тут величина являє собою енергію системи що виражена через координати і імпульси і називається функцією Гамільтона системи. Ці шукані рівняння в змінних і називаються рівняннями Гамільтона. Розглянемо повну похідну фції Гамільтона по часу . Підставимо сюди та з рівнянь Гамільтона.
22637. Основні положення і головні результати спеціальної теорії відносності 77 KB
  Ейнштейн побудував спеціальну теорію відносності на постулатах: фізичні закони формулюються однаково в усіх інерціальних системах відліку ІСВ; швидкість світла у вакуумі не залежить від руху джерела і є однаковою в усіх ІСВ. Якщо простір ізотропний і однорідний то виконується рівність де константа залежить від швидкості ІСВ. Для нерухомої другої ІСВ . Для оберненого перетворення перехід до першої ІСВ: .
22638. Основні закони термодинаміки. Статистичне означення ентропії 74.5 KB
  Функція що звязує тиск обєм і температуру фізично однорідної системи яка перебуває в термодинамічній рівновазі називається рівнянням стану. Другий закон ТД Не існує періодично діючого пристрою що виконував би роботу лише за рахунок відбору теплоти від одного і того ж джерела існує однозначна функція стану системи яка залишається постійною при адіабатичних процесах S. При рівноважних процессах зміна ентропії системи пов`язана з кількістю тепла що передається співвідношенням : Для адіабатичного циклічного процесу і тобто ...
22639. Розподіл Максвела та Больцмана. Їх експериментальна перевірка 121 KB
  Розподіл Максвела та Больцмана. Використаймо великий канонічний розподіл Гіббса де . Тобто можна відокремити де розподіл по швидкостям а розподіл по координатах. Розглянемо розподіл молекул по швидкостям.
22640. Міжмолекулярна взаємодія та її прояви 49.5 KB
  Міжмолекулярна взаємодія та її прояви. Міжмолекулярна взаємодія це взаємодія електричнонейтральних молекул або атомів. Взаємодія молекул визначається потенціалом взаємодії для сферично симетричних молекул. На великих відстанях визначальною є слабка взаємодія.