Информационные технологии

Представления информации

Сообщение как материальная форма представления информации

Одно из (специфических) свойств информации заключается в том, что она существует в виде различных материальных форм. Форма представления информации может меняться в процессе ее обработки или использования. Например, информация, передаваемая по телеграфу, сначала может быть представлена в виде текста на бумаге, затем телеграфист переносит ее на магнитный носитель, где она существует в виде различным образом намагниченных участков, далее она может быть преобразована в электрические импульсы в проводнике и т.д. Информация является общим абстрактным содержанием в различных формах представления.

Различные материальные формы представления информации называются сообщениями, содержащими данную информацию. Различные сообщения могут содержать одну и ту же информацию. В качестве примера на рис.6.1 показаны различные представления числа 4: в виде разноформатных начертаний арабской цифры 4, римской цифры, слова "четыре", записи числа 4 в двоичной системе счисления.

Рис. 6.1. Различные формы представления числа 4

Еще одним подобным примером является возможность записи чисел в различных системах счисления. Следует заметить, что информация может быть облечена не только в графическую форму. Произнесенное человеком слово "четыре" также является сообщением, представляющим число 4. Нетрудно привести множество других примеров такой "многоликости" информации.

Следует заметить, что практический интерес представляют только такие материальные формы представления информации, которые могут быть восприняты человеком и другими живыми существами. Предполагается, что человек воспринимает сообщения непосредственно своими органами чувств или с использованием специальных приборов или средств. Органы чувств человека можно рассматривать как естественные (созданные природой) регистрирующие и измерительные средства (датчики).

Формы сообщений (сигналы, изображения, знаки, языковые сообщения)

Можно выделить несколько основных форм сообщений (в порядке возрастания их сложности).

Сигналы представляют собой некоторые физические величины или свойства физической среды, изменяющиеся во времени. Чаще всего такими величинами являются: напряженность электрического поля, величина электрического тока, интенсивность светового потока, давление газа и т.п.

Сигналы воспринимаются органами чувств человека или других животных, а также специально предназначенными для регистрации сигналов техническими устройствами - датчиками. Принятые сигналы, как правило, преобразуются в другую форму. Например, микрофон преобразует звуковые колебания (периодические изменения давления атмосферы) в переменный электрический ток, а световые или звуковые сигналы преобразуются органами чувств высших животных в импульсы (т. е. тоже сигналы) электрохимической природы. На рис.6.2 показан график звуковых колебаний, возникающих при произнесении слова "четыре".

Рис. 6.2. График звуковых колебаний

Чаше всего информация в виде сигналов используется в системах управления техническими объектами для описания изменения состояния объектов с течением времени. Отклонение этих сигналов от требуемых по условиям эксплуатации значений приводит к выработке системой управления сигналов, представляющих управляющую информацию. Получение, обработка и анализ сигналов о состоянии управляемого объекта и внешней среды, а также генерация управляющих сигналов рассматриваются в теории управления.

Изображения можно рассматривать как многомерные и пространственные сигналы (фотографии, карты, графики и т.п.), в которых регистрируемые параметры физической среды зависят не от времени, а от пространственного положения. Для черно-белой фотографии таким параметром является степень почернения фотоматериала (фотопленки или фотобумаги).

Физические величины, изменения которых рассматриваются как сигналы или изображения, называются параметрами сигналов. Если параметры сигналов принимают конечное число значений, то такой сигнал называется дискретным.

Некоторые повторяющиеся образцы (фрагменты) сигналов (изменяющихся во времени или в пространстве) в процессе общественной практики человека обособляются, выделяются и трактуются как некоторые новые сущности, а не просто как произвольные фрагменты сигнала. Таким образом возникают фонемы (акустические сигналы) и графемы. Эти новые сущности являются элементами, на основе которых формируется речь и письмо. Число этих элементов конечно. Графемы и фонемы являются частными случаями более общего понятия - знака. Знаком можно считать любую сущность, отличную от других сущностей. Примерами знаков являются буквы различных естественных языков, всевозможные условные обозначения на картах, схемах и других документах, дорожные знаки и многое другое. Разнообразные примеры наборов знаков приведены в 27.

Последовательность знаков, сменяющих друг друга во времени, можно рассматривать как дискретный сигнал. Например, последовательность фонем представляет собой речевое сообщение. Аналогичным образом расположение графем может восприниматься как письменное сообщение. Таким образом, представление информации в виде знаков является основой речи, письменности, а также способов хранения, передачи и обработки информации.

Условно можно выделить научные дисциплины, которые преимущественно занимаются изучением рассмотренных трех форм представления информации. Это анализ и обработка сигналов, распознавание образов и информатика. Еще раз следует подчеркнуть, что это разделение достаточно условно. Некоторые вопросы рассматриваются в нескольких дисциплинах одновременно.

Учитывая вышеизложенное, можно сказать, что информатика занимается изучением сбора (получения), хранения, поиска, обработки и выдачи информации, представленной в знаковой форме. Знаки - это всего лишь одна из материальных форм информации. Но помимо формы представления информация может характеризоваться содержанием или смыслом, который приписывается человеком.

Следует отметить, что наряду с термином "информация" используется термин "данные" (иногда как синонимы). В [28]предлагается различать эти два термина и считать, что данные суть факты, идеи, сведения, которые представлены в знаковой (символьной) форме, позволяющей производить их передачу, обработку и интерпретацию (т.е. толкование, объяснение, раскрытие смысла), а информация - это смысл, который человек приписывает данным на основании известных ему правил представления в них фактов, идей, сообщений.

Полезно сделать еще одно замечание относительно терминов "знак" и "символ". Некоторые знаки приобретают определенное значение. К примеру, буквы свидетельствуют об алфавите, в который они входят, и о языке, который использует эти буквы. Но некоторые буквы (знаки) имеет для людей более глубокий смысл. Например, знак , помимо того, что он является буквой греческого алфавита, означает для людей, знакомых с математикой, отношение длины окружности к длине ее диаметра. Поэтому символом целесообразно называть знак, который имеет специальный смысл (значение), связанный с определенной областью человеческой деятельности. Примерами символов являются следующие знаки: ©, @, $, §, ∞.

Число исходных для представления информации знаков, как правило, невелико (несколько десятков), а потребность в знаках, представляющих информацию о реальном мире, существенно превышает это количество и постоянно возрастает с развитием человечества, усложнением производственных отношений. Неограниченный запас новых языковых сообщений может быть получен из конечного множества знаков путем их комбинирования или составления из них последовательностей первичных знаков. Именно такой принцип лежит в основе большинства естественных языков. Несмотря на особенности каждого естественного языка, они имеют много общего. Для изучения общих принципов постро-ения языков разработаны формальные (математические) модели, которые так и называются - формальные языки.