Данные об авторе

Четвергова Ю. Н.

Место работы, должность:

МОУ "Средняя общеобразовательная школа №1 г. Порхова", учитель

Псковская область

Характеристики урока (занятия)

Уровень образования:

Среднее (полное) общее образование

Целевая аудитория:

Учитель (преподаватель)

Класс(ы):

Предмет(ы):

Информатика и ИКТ

Цель урока:

Повторение, закрепление, контроль знаний и умений

Тип урока:

Урок комплексного применения ЗУН учащихся

Учащихся в классе (аудитории):

Используемая методическая литература:

Поурочные разработки по информатике. 10 класс. О. Л. Соколова;

Используемое оборудование:

Программа "Калькулятор"

Калькулятор

Тема. Количество информации. Формулы Хартли и Шеннона

Ход занятия

Повторение материала пройденного на уроке. Дополнение.(10 минут)

Тренировочные карточки. Групповая работа (20 минут)

Решение задач. Парная работа (10 минут)

Контрольная работа. (40 минут)

Взаимопроверка. Работа над ошибками.

Основные знания, умения и компетенции

Знания:

Какие события равновероянные, какие - не равновероятные;

Как найти вероятность события;

Как найти количество информации в сообщении при разных событиях.

Умения:

Различать равновероятные и не равновероятные события;

Находить количество информации при разных событиях.

Компетенции:

Сотрудничество

Коммуникативность

Креативность и любознательность

Критическое мышление (оценочное суждение)

Повторение материала пройденного на уроке

Какие события равновероянные, какие - не равновероятные?

В 1928 г. американский инженер Р. Хартли предложил научный подход к оценке сообщений. Предложенная им формула имела следующий вид:

I = log 2 K ,
Где К - количество равновероятных событий; I - количество бит в сообщении, такое, что любое из К событий произошло. Тогда K=2 I .
Иногда формулу Хартли записывают так:

I = log 2 K = log 2 (1 / р) = - log 2 р,
т. к. каждое из К событий имеет равновероятный исход р = 1 / К, то К = 1 / р.

Шарик находится в одной из трех урн: А, В или С. Определить сколько бит информации содержит сообщение о том, что он находится в урне В.

Решение.

Такое сообщение содержит I = log 2 3 = 1,585 бита информации.

Но не все ситуации имеют одинаковые вероятности реализации. Существует много таких ситуаций, у которых вероятности реализации различаются. Например, если бросают несимметричную монету или "правило бутерброда".

"Однажды в детстве я уронил бутерброд. Глядя, как я виновато вытираю масляное пятно, оставшееся на полу, старший брат успокоил меня:

Не горюй, это сработал закон бутерброда.

Что еще за закон такой? - спросил я.

Закон, который гласит: "Бутерброд всегда падает маслом вниз". Впрочем, это шутка, - продолжал брат.- Никакого закона нет. Просто бутерброд действительно ведет себя довольно странно: большей частью масло оказывается внизу.

Давай-ка еще пару раз уроним бутерброд, проверим, - предложил я. - Все равно ведь его придется выкидывать.

Проверили. Из десяти раз восемь бутерброд упал маслом вниз.

И тут я задумался: а можно ли заранее узнать, как сейчас упадет бутерброд маслом вниз или вверх?

Наши опыты прервала мать…"
(Отрывок из книги "Секрет великих полководцев", В.Абчук).

В 1948 г. американский инженер и математик К Шеннон предложил формулу для вычисления количества информации для событий с различными вероятностями.
Если I - количество информации,
К - количество возможных событий, р i - вероятности отдельных событий,
то количество информации для событий с различными вероятностями можно определить по формуле:

I = - Sum р i log 2 р i , где i принимает значения от 1 до К.

Формулу Хартли теперь можно рассматривать как частный случай формулы Шеннона:

I = - Sum 1 / К log 2 (1 / К ) = I = log 2 К .

При равновероятных событиях получаемое количество информации максимально.

Как найти вероятность события?

Если заключённые в каком-то сообщении сведения являются для человека новыми, понятными, пополняют его знания, т.е. приводят к уменьшению неопределённости знаний, то сообщение содержит информацию.

1 бит - количество информации, которое содержится в сообщении, которое уменьшает неопределённость знаний в 2 раза.

Пример

При бросании монеты возможны 2 события (случая) - монета упадёт орлом или решкой, причём оба события равновероятны (при большом количестве бросаний количество случаев падения монеты орлом и решкой одинаковы). После получения сообщения о результате падения монеты неопределённость знаний уменьшилась в 2 раза, и, поэтому, количество информации, полученное при этом равно 1 бит.

Как найти количество информации в сообщении при разных событиях?

Вычисление количества информации для равновероятных событий.

Если события равновероятны, то количество информации можно рассчитать по формуле:

N = 2 I

где N - число возможных событий,

I - количество информации в битах.

Формула была предложена американским инженером Р. Хартли в 1928 г.

Задача 1. В коробке 32 карандаша, все карандаши разного цвета. Наугад вытащили красный. Какое количество информации при этом было получено?

Решение.

Так как вытаскивание карандаша любого цвета из имеющихся в коробке 32 карандашей является равновероятным, то число возможных событий

равно 32.

N = 32, I = ?

N = 2 I , 32 = 2 5 , I = 5 бит .

Ответ: 5 бит.

Вычисление количества информации для событий с различными вероятностями.

Существует множество ситуаций, когда возможные события имеют различные вероятности реализации. Рассмотрим примеры таких событий.

1. В коробке 20 карандашей, из них 15 красных и 5 чёрных. Вероятность вытащить наугад красный карандаш больше, чем чёрный.

2. При случайном падении бутерброда вероятность падения его маслом вниз (более тяжёлой стороной) больше, чем маслом вверх.

3. В пруду живут 8000 карасей, 2000 щук и 40000 пескарей. Самая большая вероятность для рыбака - поймать в этом пруду пескаря, на втором месте - карася, на третьем - щуку.

Количество информации в сообщении о некотором событии зависит от его вероятности. Чем меньше вероятность события, тем больше информации оно несёт.
P = K / N , где К - количество случаев реализации одного из исходов события, N - общее число возможных исходов одного из событий
2 I = log 2 (1/ p ), где I - количество информации, p - вероятность события

Задача 1. В коробке 50 шаров, из них 40 белых и 10 чёрных. Определить количество информации в сообщении о вытаскивании наугад белого шара и чёрного шара.

Решение .
Вероятность вытаскивания белого шара

P 1 = 40/50 = 0,8
Вероятность вытаскивания чёрного шара P 2 = 10/50 = 0,2
Количество информации о вытаскивании белого шара I 1 = log 2 (1/0,8) = log 2 1,25 = log 1,25/ log 2 » 0,32 бит
Количество информации о вытаскивании чёрного шара

I 2 = log 2 (1/0,2) = log 2 5 = log5/log2 » 2,32 бит

Ответ : 0,32 бит, 2,32 бит

Что такое логарифм?

Логарифмом числа а по основанию b называется показатель степени, в которую надо возвести число a , чтобы получить число b .

a logab = b, a > 0, b > 0, a ≠ 1

Разбор задач
Определить количество информации, получаемое при реализации одного из событий, если бросают
а) несимметричную четырехгранную пирамидку;
б) симметричную и однородную четырехгранную пирамидку.

Решение.

А) Будем бросать несимметричную четырехгранную пирамидку.
Вероятность отдельных событий будет такова:
р1 = 1 / 2,
р2 = 1 / 4,
р3 = 1 / 8,
р4 = 1 / 8,
тогда количество информации, получаемой после реализации одного из этих событий, рассчитывается по формуле:
I = -(1 / 2 log 2 1/2 + 1 / 4 log 2 1/4 + 1 / 8 log 2 1/8 + 1 / 8 log 2 1/8) = 1 / 2 + 2 / 4 + 3 / 8 + 3 / 8 = 14/8 = 1,75 (бит).
б) Теперь рассчитаем количество информации, которое получится при бросании симметричной и однородной четырехгранной пирамидки:
I = log 2 4 = 2 (бит).
2. Вероятность перового события составляет 0,5, а второго и третьего 0,25. Какое количество информации мы получим после реализации одного из них?
3. Какое количество информации будет получено при игре в рулетку с 32-мя секторами?
4. Сколько различных чисел можно закодировать с помощью 8 бит?
Решение: I=8 бит, K=2 I =2 8 =256 различных чисел.

Задача 2. В озере живут караси и окуни. Подсчитано, что карасей 1500, а окуней - 500. Сколько информации содержится в сообщениях о том, что рыбак поймал карася, окуня, поймал рыбу?

Решение.
События поимки карася или окуня не являются равновероятными, так как окуней в озере меньше, чем карасей.

Общее количество карасей и окуней в пруду 1500 + 500 = 2000.
Вероятность попадания на удочку карася

p 1 = 1500/2000 = 0,75, окуня p 2 = 500/2000 = 0,25.

I 1 = log 2 (1/ p I ), I 1 = log 2 (1/ p 2 ), где P 1 и P 2 - вероятности поймать карася и окуня соответственно.

I 1 = log 2 (1 / 0,75) » 0,43 бит, I 2 = log 2 (1 / 0,25) =2 бит - количество информации в сообщении поймать карася и поймать окуня соответственно.

Количество информации в сообщении поймать рыбу (карася или окуня) рассчитывается по формуле Шеннона

I = - p 1 log 2 p 1 - p 2 log 2 p 2

I = - 0,75*log 2 0,75 - 0,25*log 2 0,25 = - 0,75*(log0,75/log2)-0,25*(log0,25/log2) =

0,311 + 0,5 = 0,811

Ответ: в сообщении содержится 0,811 бит информации

Тренировочные карточки (20 минут)

№1

1. В коробке лежало 32 разноцветных карандаша. Сколько информации несет сообщение о том, что из коробки достали красный карандаш?

2. Сообщение о том, что ваш друг живет на 9 этаже, несет 4 бита информации. Сколько этажей в доме?

3. Сколько килобайтов составит сообщение из 384 символов 16-ти символьного алфавита?

4. Книга, набранная с помощью компьютера, содержит 250 страниц; на каждой странице—40 строк, в каждой строке—60 символов. Каков объем информации в книге?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 37 и 52.

№2

2. В школьной библиотеке 8 стеллажей с книгами. На каждом стеллаже 4 полки. Библиотекарь сообщил Васе, что нужная ему книга находится на пятом стеллаже на второй сверху полке. Какое количество информации библиотекарь передал Васе?

4. Какой объем информации содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 12 и 49.

1. При угадывании целого числа в некотором диапазоне было получено 8 бит информации. Сколько чисел содержит этот диапазон?

2. Вы подошли к светофору, когда горел красный свет. После этого загорелся желтый свет. Сколько информации вы при этом получили?

3. Племя Пульти имеет 16-ти символьный алфавит. Племя Мульти использует 32-х символьный алфавит. Вожди племен обменялись письмами. Письмо племени Пульти содержало 90 символов, а письмо племени Мульти—70 символов. Сравните объемы информации, содержащейся в письмах.

4. Сколько килобайт составит сообщение из 384 символов 8-ми символьного алфавита?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 33 и 15.

2. Сообщение занимает 2 страницы и содержит 1/16Кбайта информации. На каждой странице записано 256 символов. Какое количество информации несет одна буква использованного алфавита?

3. Сообщение, записанное буквами из 128-ми символьного алфавита, содержит 11 символов. Какой объем информации оно несет?

4. В коробке лежат 64 разноцветных карандаша. Какое количество информации содержит сообщение, что из коробки достали зеленый карандаш?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 17 и 42.

1. Какое количество информации получит второй игрок после первого хода первого игрока в игре “крестики-нолики” на поле 4х4?

2. В барабане для розыгрыша лотереи находится 8 шаров. Сколько информации содержит сообщение о первом выпавшем номере, например, выпал номер 2?

3. Количество бит информации в сообщении “Миша на олимпиаде по информатике занял одно из 16 мест”?

4. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 16 градациями серого цвета размером 10х10 точек. Каков информационный объем этого файла?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 28 и 51.

1. Алфавит племени Мульти состоит из 8 букв. Какое количество информации содержит сообщение, состоящее из 13 символов?

2. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение (без градаций серого) размером 100х100 точек. Каков информационный объем этого файла?

3. При угадывании целого числа в некотором диапазоне было получено 5 бит информации. Сколько чисел содержит этот диапазон?

4. Была получена телеграмма: ” Встречайте, вагон 6”. Известно, что в составе поезда 16 вагонов. Какое количество информации было получено?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 23 и 38.

1. Производится бросание симметричной четырехгранной пирамидки. Какое количество информации мы получаем в зрительном сообщении о ее падении на одну из граней?

2. Каков информационный объем текста, содержащего слово КОДИРОВКА, в 8-ми битной кодировке?

3. Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер 10х10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?

4. Сообщение о том, что ваш друг живет на 8 этаже, несет 4 бита информации. Сколько этажей в доме?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 19 и 46.

1. Происходит выбор одной карты из колоды в 32карты. Какое количество информации мы получаем в зрительном сообщении о выборе определенной карты?

2. Какое количество информации требуется для двоичного кодирования каждого символа набора из 256 символов?

3. Текст занимает 0,5Кбайта памяти компьютера. Сколько символов содержит этот текст?

4. Алфавит племени Пульти состоит из 128 букв. Какое количество информации несет одна буква этого алфавита?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 11 и 35.

1. “Дома ли твой друг?”— спросили ученика в школе. “Нет”,— ответил он. Сколько информации содержит ответ?

2. Сообщение занимает 3 страницы по 25 строк. В каждой строке записано по 60 символов. Сколько символов в использованном алфавите, если все сообщение содержит 1125 байтов?

3. В коробке лежат 16 разноцветных шаров. Какое количество информации содержит сообщение, что из коробки достали желтый шар?

4. При угадывании целого числа в некотором диапазоне было получено 5 бит информации. Сколько чисел содержит этот диапазон?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 13 и 41.

1. Чему равно количество бит информации в сообщении “Ваня на олимпиаде по информатике занял одно из 8 мест”?

2. Книга, набранная с помощью компьютера, содержит 150 страниц; на каждой странице — 40 строк, в каждой строке — 60 символов. Каков объем информации в книге? Определить в Кбайтах.

3. При угадывании целого числа в диапазоне от 1 до N было получено 8 бит информации. Чему равно N?

4. Сообщение, записанное буквами из 32-х символьного алфавита, содержит 30 символов. Какой объем информации оно несет?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 16 и 39.

1. Алфавит племени Мульти состоит из 16 букв. Какое количество информации несет одна буква этого алфавита?

2. Сообщение о том, что ваш друг живет на 8 этаже, несет 5 бит информации. Сколько этажей в доме?

3. Найти максимальное количество книг (каждая объемом 200 страниц, на каждой странице 60 строк, 80 символов в строке), полностью размещенных на лазерном диске емкостью 600 Мбайт.

4. Какое количество информации, необходимо для отгадывания одного из 64 чисел?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 14 и 53.

1. Была получена телеграмма: ”Встречайте, вагон 4”. Известно, что в составе поезда 8 вагонов. Какое количество информации было получено?

2. Объем сообщения, содержащего 2048 символов, составил 1/512 часть Мбайта. Каков размер алфавита (сколько символов в алфавите?), с помощью которого записано сообщение?

3. “Вы выходите на следующей остановке?” — спросили человека в автобусе. “Да”, — ответил он. Сколько информации содержит ответ?

4. Сообщение, записанное буквами из 16-ти символьного алфавита, содержит 25 символов. Какой объем информации содержит ответ?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 26 и 47.

1. Сколько килобайтов составляет сообщение, содержащее 12288 битов?

2. Какой объем информации содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 4 раза?

3. Сколько символов содержит сообщение, записанное с помощью 16-ти символьного алфавита, если объем его составил 1/16 часть Мбайта?

4. Группа школьников пришла в бассейн, в котором 8 дорожек для плавания. Тренер сообщил, что группа будет плавать на дорожке номер 4. Сколько информации получили школьники из этого сообщения?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 18 и 25.

1. Вы подошли к светофору, когда горел желтый свет. После этого загорелся зеленый. Какое количество информации вы при этом получили?

2. Для записи текста использовался 256-ти символьный алфавит. Каждая страница содержит 30 строк по 60 символов в строке. Какой объем информации содержат 6 страниц текста?

3. В барабане для розыгрыша лотереи находится 64 шара. Сколько информации содержит сообщение о первом выпавшем номере (например, выпал номер 32)?

4. При угадывании целого числа в некотором диапазоне было получено 7 бит информации. Сколько чисел содержит этот диапазон?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 27 и 56.

1. Сообщение о том, что Петя живет в первом подъезде, несет 2 бита информации. Сколько подъездов в доме?

2. Сообщение, записанное буквами из 128-ми символьного алфавита, содержит 40 символов. Какой объем информации оно несет?

3. Информационное сообщение объемом 1,5 Кбайта содержит 3072 символа. Сколько символов содержит алфавит, при помощи которого было записано это сообщение?

4. Сколько килобайтов составит сообщение из 284 символов 16-ти символьного алфавита?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 10 и 29.

1. Какое количество информации получит второй игрок после первого хода первого игрока в игре в “крестики-нолики” на поле 4х4?

2. Какое количество байт информации содержится в 1Мбайте?

3. Каково было количество возможных событий, если после реализации одного из них мы получили количество информации равное 7 бит?

4. Для записи сообщения использовался 64-х символьный алфавит. Каждая страница содержит 30 строк. Все сообщение содержит 8775 байтов информации и занимает 6 страниц. Сколько символов в строке?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 22 и 59.

1. Сообщение, записанное буквами из 128-ми символьного алфавита, содержит 40 символов. Какой объем информации оно несет?

2. Какое количество информации получит второй игрок в игре “Угадай число” при правильной стратегии, если первый игрок загадал число в интервале от 1 до 64?

3. Для записи текста использовался 256-ти символьный алфавит. Каждая страница содержит 30 строк по 70 символов в строке. Какой объем информации содержат 3 страницы текста?

4. Текст занимает 0,25Кбайт памяти компьютера. Сколько символов содержит этот текст?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 32 и 51.

1. Какое количество бит информации содержится в 1 Кбайте?

2. Первое племя имеет 16-ти символьный алфавит. Второе племя использует 32-х символьный алфавит. Вожди племен обменялись письмами. Письмо первого племени содержало 90 символов, а письмо второго племени — 80 символов. Сравните объемы информации, содержащейся в письмах.

3. Какое количество информации будет получено при игре в рулетку с 32-мя секторами?

4. Информация передается со скоростью 2,5Кбайт/с. Какой объем информации будет передан за 20мин?

5. Записать следующие числа в двоичной системе счисления: 21 и 48.

Решение задач по выбору (20 минут)

№1

Сообщение записано с помощью алфавита, содержащего 8 символов. Ка кое количество информации несет одна буква этого алфавита? Решение: I = log 2 8 = 3 бита.

Ответ: 3 бита.

№2

Информационный объем одного символа некоторого сообщения равен 6 битам. Сколько символов входит в алфавит, с помощью которого было/ составлено это сообщение? Решение: N = 2 I = 2 6 = 64 символа.

Ответ: 64 символа.

№3

Информационный объем одного символа некоторого сообщения равен 5 битам. Каковы пределы (максимальное и минимальное значение) мощности алфавита, с помощью которого составлено это сообщение?

Решение: N = 2 I = 2 5 = 32 — максимальное значение мощности алфавита. Если символов будет больше хотя бы на один, то для кодирования понадобится 6 бит.

Минимальное значение — 17 символов, т.к. для меньшего количества символов будет достаточно 4 бит. Ответ: 4 бита.

№4

Сообщение, записанное буквами из 128-символьного алфавита, содержания 30 символов. Какой объем информации оно несет?

Дано: N = 128, К = 30.

Найти: 1 т — ?

Решение:

1) I т = KI , неизвестно I ;

2) I = log 2 N = log 2 l 28 = 7 бит — объем одного символа;

3) I т = 30*7 = 210 бит — объем всего сообщения.

Ответ: 210 бит объем всего сообщения.

№5

Сообщение, составленное с помощью 32-символьного алфавита, содержит 80 символов. Другое сообщение составлено с использованием 64-символьного алфавита и содержит 70 символов. Сравните объемы информации, содержащейся в сообщениях.

Дано: N 1 = 32, К 1 = 80, N 2 = 64, К 2 = 70.

Найти: I т1 I т2

Решение:

I ) I 1 = log 2 Nl = log 2 32 = 5 бит — объем одного символа первого сооб-щения;

1. Информация. Информационные объекты различных видов. Основные информационные процессы: хранение, передача и обработка информации. Роль информации в жизни людей.
2. Восприятие, запоминание и преобразование сигналов живыми организмами.
3. Понятие количества информации: различные подходы. Единицы измерения количества информации.
4. Обобщающий урок по теме, самостоятельная работа.

Урок.

Цели:

• образовательные – дать понятие количества информации, познакомить с вероятностным и алфавитным подходом при определении количества информации, познакомить с единицами измерения информации, формировать практические навыки по определению количества информации.
• развивающие – продолжить формирование научного мировоззрения, расширять словарный запас по теме «Информация»
• воспитательные – формировать интерес к предмету, воспитывать настойчивость в преодолении трудностей в учебной работе.

1. Организационный этап (приветствие, определение отсутствующих на уроке)

2. Проверка домашнего задания, активизация знаний

по теме «Информация», полученных на предыдущих 2 уроках. С целью формирования речи, закрепления основополагающих понятий данной темы проверка домашнего задания проводится в виде фронтального устного опроса по следующим вопросам:

1. Что вы понимаете под информацией? Приведите примеры. Предполагаемые ответы: обычно учащиеся легко приводят примеры информации, которые они получают сами в окружающем мире – новости, школьный звонок, новые знания на уроках, сведения, полученные при чтении научно-популярной литературы, опыт и эмоции, полученные при чтении художественной литературы, эмоциональные переживания, полученные от прослушивания музыки, эстетические каноны, сведения о костюме и быте 18 века, эмоции, полученные при просмотре картин художников 18 века. Желательно, чтобы учащиеся приводили примеры информации и в технических, и в биологических системах и др. (форма бородки ключа содержит информацию о замке, определенная температура воздуха в помещении – информация для системы пожаротушения, в биологической клетке содержится информация о биологическом объекте, частью которого она является…)
2. Мы знаем, что две другие важные сущности мира вещество и энергия существовали до живых организмов на Земле. Существовала ли информация и информационные процессы до появления человека? Предполагаемый ответ – да, существовала. Например, информация, содержащаяся в клетке растения о виде растения, об условиях прорастания, размножения и пр. позволяет растению расти и размножаться без вмешательства человека; информация, накопленная поколениями хищных животных, формирует условные и безусловные рефлексы поведения следующих поколений хищников.
3. Вещество – то, из чего все состоит, энергия – то, что все приводит в движение. Верно ли суждение, что информация управляет миром. Обоснуйте свой ответ. Ответ: информация действительно управляет миром. Сигнал с Земли спутнику заставляет изменить траекторию его движения; если мы на пути видим лужу, то информация о ее виде, о том, что она мокрая и грязная, заставляет нас принять решение обойти лужу. Характерный жест человека (вытянутая вперед рука с вертикально расположенной ладонью) заставляет нас остановиться, информация на бородке ключа и форма щели замка позволяет принять решение о выборе ключа из связки, сформированные поколениями определенного вида птиц рефлексы управляют миграционными процессами. Читая художественную литературу, мы впитываем жизненный опыт героев, который влияет на принятие определенных решений в нашей собственной жизни; слушая определенную музыку, мы формируем соответствующий вкус, влияющий на наше поведение, окружение и пр.
4. Назовите виды информации по форме представления, приведите примеры. Ответ: числовая (цена на товар, числа в календаре), текстовая (книга, написанная на любом языке, текст учебников), графическая (картина, фотография, знак СТОП), звуковая (музыка, речь), видео (анимация + звук), командная (перезагрузить компьютер - нажатие клавиш Ctrl+Alt+Delete/Enter).
5. Какие действия можно производить с информацией? Ответ: ее можно обрабатывать, передавать, хранить и кодировать (представлять).
6. Назовите способы восприятия информации человеком. Ответ: человек воспринимает информацию с помощью 5 органов чувств - зрение (в форме зрительных образов), слух (звуки – речь, музыка, шум…), обоняние (запах с помощью рецепторов носа), вкус (рецепторы языка различают кислое, горькое, соленое, холодное), осязание (температура объектов, тип поверхности…)
7. Приведите примеры знаковых систем. Ответ: естественный язык, формальный язык (десятичная система счисления, ноты, дорожные знаки, азбука Морзе), генетический алфавит, двоичная знаковая система.
8. Почему в компьютере используется двоичная знаковая система для кодирования информации? Ответ: двоичная знаковая система используется в компьютере, так как существующие технические устройства могут надежно сохранять и распознавать только два различных состояния (знака).

3. Вероятностный подход к измерению количества информации (см. мультимедийную презентацию).

Сегодня мы с вами поговорим об измерении информации, т. е. об определении ее количества. (Учащиеся записывают тему урока в тетрадь – «Количество информации» ). Как вы думаете, какая из книг содержит большее количество информации (показать тонкую и толстую)? Как правило, учащиеся выбирают толстую, так как в ней больше записано слов, текста, букв (некоторые ребята задают вопрос о том, какого типа информация содержится в книге – графическая или текстовая? Следует уточнить, что в книге содержится только текстовая информация). Какое сообщение несет для вас больше информации «завтра учимся по обычному расписанию» или «завтра вместо литературы будет химия»? Учащиеся интуитивно ответят, что второе, потому что, несмотря на почти одинаковое количество слов, во втором сообщении содержится более важная, новая или актуальная для них информация. А первое сообщение вообще не несет никакой новой информации. Вы заметили, что посмотрели на информацию с точки зрения количества символов, в ней содержащихся, и с точки зрения ее смысловой важности для вас? Существует 2 подхода при определении количества информации – смысловой и технический (алфавитный). Смысловой применяется для измерения информации, используемой человеком, а технический (или алфавитный) – компьютером.

Для человека получение новой информации приводит к расширению знаний, или к уменьшению неопределенности. Например, сообщение о том, что завтра среда, не приводит к уменьшению неопределенности, поэтому оно не содержит информацию. Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем на ровную поверхность. Мы знаем до броска, что может произойти одно из двух событий – монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». После броска наступает полная определенность (визуально получаем информацию о том, что выпал, например, «орел»). Информационное сообщение о том, что выпал «орел» уменьшает нашу неопределенность в 2 раза, так как получено одно из двух информационных сообщений.

В окружающей действительности достаточно часто встречаются ситуации, когда может произойти больше, чем 2 равновероятных события. Так, при бросании шестигранного игрального кубика – 6 равновероятных событий. Событие выпадение одной из граней кубика уменьшает неопределенность в 6 раз. Чем больше начальное число событий, тем больше неопределенность нашего знания, тем больше мы получим информации при получении информационного сообщения.

Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений. (Выделенное курсивом учащиеся записывают в тетрадь).

Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение:

N=2 I (N – количество возможных информационных сообщений, I – количество информации, которое несет полученное сообщение).

Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Например, для измерения длины выбран определенный эталон метр, массы – килограмм.

4. Единицы измерения информации

За единицу измерения количества информации принимается такое количество информации, которое содержится в сообщении, уменьшающем неопределенность знания в 2 раза. Такая единица называется битом.

Вернемся к рассмотренному выше получению информационного сообщения о том, что выпал «орел» при бросании монеты. Здесь неопределенность уменьшилась в 2 раза, следовательно, это сообщение равно 1 биту. Сообщение о том, что выпала определенная грань игрального кубика, уменьшает неопределенность в 6 раз, следовательно, это сообщение равно 6 битам.

Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей – байт, причем

1 байт = 8 битов

В международной системе СИ используют десятичные приставки «Кило» (10 3), «Мега» (10 6), «Гига» (10 9),… В компьютере информация кодируется с помощью двоичной знаковой системы, поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2 n .

1 килобайт (Кбайт) = 2 10 байт = 1024 байт
1 мегабайт (Мбайт) = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайт
1 гигабайт (Гбайт) = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайт
1 терабайт (Тбайт) = 2 10 Гбайт = 1024 Гбайт

Терабайт – очень крупная единица измерения информации, поэтому применяется крайне редко. Всю информацию, которое накопило человечество, оценивают в десятки терабайт.

5. Определение количества информации

Задача 1. Определите количество экзаменационных билетов, если зрительное сообщение о номере одного вытянутого билета несет 5 битов информации. Количество билетов – это количество информационных сообщений. N=2 I = 2 5 = 32 билета.

Задача 2. Какое количество информации несет сообщение об оценке за контрольную работу? Вы можете получить за контрольную 2, 3, 4 или 5. Всего 4 сообщения (N=4). Формула принимает вид уравнения - 4=2 I = 2 2 , I=2.

Задания для самостоятельного выполнения: (формула всегда должна быть перед глазами, можно также вывесить таблицу со степенями 2) (3 мин.)

1. Какое количество информации мы получаем в зрительном сообщении о падении симметричной восьмигранной пирамиды на одну из граней? Ответ: 3 бита, потому что количество возможных событий (сообщений) N=8, 8=2 I = 2 3 , I=3.
2. Из непрозрачного мешочка вынимают шарики с номерами и известно, что информационное сообщение о номере шарика несет 5 битов информации. Определите количество шариков в мешочке. Ответ: в мешочке 32 шарика, т. к. N=2 I = 2 5 = 32.
3. Какое количество информации при игре в крестики-нолики на поле размером 4 Х 4 клетки получит второй игрок после первого хода первого игрока. Ответ: Количество событий до начала игры N=16, 16=2 I = 2 4 , I=4. Второй игрок после первого хода первого игрока получит 4 бита информации.

6. Алфавитный подход к определению количества информации

Суть технического или алфавитного подхода к измерению информации определяется по количеству использованных для ее представления знаков некоторого алфавита. Например, если при представлении числа XVIII использовано 5 знаков римского алфавита, то это и есть количество информации. То же самое число, т. е. ту же самую информацию, можно записать в десятичной системе (18). Как видим, получается 2 знака, т. е. другое значение количества информации. Для того, чтобы при измерении одной и той же информации получалось одно и то же значение количества информации, необходимо договориться об использовании определенного алфавита. Так как в технических системах применяется двоичный алфавит, то его же используют для измерения количества информации. Количество знаков в алфавите N=2, N=2 I , I – количество информации, которое несет один знак. 2 2 = 2 1 , I=1бит. Интересно, что сама единица измерения количества информации «бит» (bit) получила свое название от английского словосочетания «BI nary digiT » - «двоичная цифра».

Чем большее количество знаков в алфавите, тем большее количество информации несет 1 знак алфавита.

Определите самостоятельно количество информации, которое несет 1 буква русского алфавита.

Ответ: буква русского алфавита несет 5 битов информации (при алфавитном подходе к измерению информации).

Какое количество информации содержится в одном символе 8 разрядного двоичного кода (символ А – 11000000)? Ответ: 8 битов или 1 байт.

Практическая работа (раздаточный материал – инструкционная карта для выполнения практической работы) по определению количества информации с помощью калькулятора:

1. Определите информационный объем следующего сообщения в байтах (сообщение напечатано на карточке, карточки на каждой парте):

Количество информации, которое несет в себе знак, зависит от вероятности его получения. В русской письменной речи частота использования букв в тексте различна, так в среднем на 1000 знаков осмысленного текста приходится 200 букв «а» и в сто раз меньше количество букв «ф» (всего 2). Таким образом, с точки зрения теории информации, информационная емкость знаков русского алфавита различна (у буквы «а» она наименьшая, а у буквы «ф» - наибольшая).

Определяем количество символов (количество символов в строке*количество строк) – 460 символов = 460 байт

Введите и сохраните этот текст на рабочем столе с помощью программы Блокнот. Определите информационный объем этого файла с помощью компьютера (Выделите объект àПКМ à Свойства) Ответ: 460 байт.

Можно записать этот текст в виде звукового файла 1.wav и сравнить с текстовым (Пуск à программы à стандартные à развлечения à звукозапись…). Определить его информационный объем с помощью компьютера – 5,28 Мб (5 537 254 байта). Объяснить учащимся, что это отличие вызвано различием в представлении звуковой и текстовой информации. Особенности такого представления будут рассмотрены позже.

2. Определите какое количество учебников поместится на диске, информационный объем которого 700 Мб. Ответ: 1. определить количество символов в учебнике (количество символов в строке*количество строк на странице * количество страниц) 60 * 30 *203 = 365400 символов = 365400 байт = 365400/1024/1024 Мб= 0,35 Мб. Количество учебников К=700/0,35= 2000 учебников.

7. Подведение итогов урока в форме фронтального опроса:

1. Какие существуют подходы к определению количества информации? Ответ: существует 2 подхода к измерению количества информации – смысловой и технический или алфавитный.
2. В чем состоит отличие одного подхода от другого? Ответ: при смысловом подходе количество информации – мера уменьшения неопределенности знания при получении информационного сообщения, при алфавитном – количество знаков в сообщении * количество информации, которое несет 1 знак алфавита.
3. Назовите единицы измерения информации от самых маленьких до самых больших. Ответ: бит, байт, Кб, Мб, Гб, Тб.
4. На какую величину отличается байт от Кб, Кб от Мб, Мб от Гб? Ответ: 1024 (2 10).
5. Сколько битов содержится в 1 байте? Ответ: 8.
6. Что такое бит при смысловом и алфавитном подходе к определению количества информации? Ответ: при смысловом подходе бит – уменьшение неопределенности знания в 2 раза при получении информационного сообщения; при алфавитном подходе бит – информационная емкость одного знака при двоичном кодировании.

8. Домашнее задание

1. Параграфы 1.3.1 и 1.1.3 (Н. Угринович «Информатика. Базовый курс. 8 класс») 2 вопроса на стр. 29 (1. Приведите примеры информационных сообщений, которые приводят к уменьшению неопределенности знания. 2. Приведите примеры информационных сообщений, которые несут 1 бит информации).
2. Задачи: 1. Какое количество информации содержит сообщение об оценке за контрольную работу? 2. Вычислите, какое количество информации в битах содержится в 1 Кб, 1 Мб? 3. Рассчитайте, какое количество книг (дома возьмите любую художественную книгу) поместится на дискете, объемом 1,44 Мб.

Цели урока: формировать умения и навыки учащихся применять знания по образцу и в изменённой ситуации по изучаемой теме: находить количество информации при решении задач, в условии которых события являются равновероятными и не равновероятными.

Требования к знаниям и умениям:

Учащиеся должны знать:

• как найти вероятность события;
• как найти количество информации в сообщении, что произошло одно из равновероятных событий или одно из не равновероятных событий.

Учащиеся должны уметь:

• различать равновероятные и не равновероятные события;
• находить количество информации в сообщении, что произошло одно из равновероятных событий или одно из не равновероятных событий.
• находить количество возможных вариантов того или иного события, если известно количество информации в сообщении о том, что событие произошло.

Программно-дидактическое обеспечение:персональный компьютер,проектор, мультимедийная доска SMART-Board, карточки для опроса учащихся.

Ход урока

I. Постановка целей урока

1. “Вы выходите на следующей остановке?” - спросили человека в автобусе. “Нет”, - ответил он. Сколько информации содержит ответ?
2. В коробке лежат 64 цветных карандаша. Сообщение о том, что достали белый карандаш, несет 4 бита информации. Сколько белых карандашей было в корзине?
3. В корзине лежат белые и черные шары. Среди них 18 черных шаров. Сообщение о том, что из корзины достали белый шар, несет 2 бита информации. Сколько всего в корзине шаров?

II. Проверка домашнего задания

Все ли выполнили домашнее задание? Какие задания вызвали трудности?

1. Начнём проверку домашнего задания со следующего: давайте выясним, чья вероятность вызова к доске для ответа больше.

/ Для этого учитель проецируем общее количество оценок, которое мог бы получить учащийся на данный момент времени, а также количество оценок каждого ученика.

Ученики производят вычисления самостоятельно и называют результаты. Далее выполнение домашнего задания ученики показывают в порядке убывания полученных вероятностей. Решение задач демонстрируется на доске в слайдовой презентации./

2. Выборочно проводится опрос по карточкам, приготовленным заранее.

1) Какие существуют подходы к измерению информации?
2) Какое сообщение называют информативным?
3) Может ли количество информации в сообщении быть равным нулю?

Задание:вставьте пропущенные слова.

– Сообщение называется …, если в нем содержатся новые и понятные сведения.

– События, не имеющие преимущество друг перед другом, называются...

– Чем больше начальное число возможных... событий, тем в большее количество раз уменьшается... и тем большее... будет содержать сообщение о результатах опыта.

– Количество информации, которое находится в сообщении о том, что произошло одно событие из... равновероятных, принято за единицу измерения информации и равно...

– 1 бит - это количество информации, ... неопределенность знаний в два раза.

– I = log 2 N – количество информации в... событии, где N – это..., а I – ...

– I = log 2 (l/p) – количество информации в... событии, где р – это..., а вероятность события выражается в... и вычисляется по формуле:...

Все остальные учащиеся выполняют кроссворд по основным понятиям приложение 1 .

III. Решение задач

1. Решение задач, в условии которых события являются равновероятными

В течении 10 минут ученики выполняют решения задач / задаётся произвольный темп решения, т.о., часть детей решит задач больше, часть меньше в меру своих возможностей

Вопросы к задачам:

• Почему в задаче события равновероятные?
• Что нужно найти в задаче: количество информации или количество вариантов информации?
• Какую формулу нужно использовать в задаче?
• Чему равно N? Как найти I?

Чему равно I? Как найти N?

“Вы выходите на следующей остановке?” – спросили человека в автобусе. “Нет”, - ответил он. Сколько информации содержит ответ?

Решение: человек мог ответить только “Да” или “Нет”, т.е. выбрать один ответ из двух возможных. Поэтому N = 2. Значит I = 1 бит (2 = ).

Ответ: 1 бит.

“Петя! Ты пойдешь сегодня в кино?” – спросил я друга. “Да”, – ответил Петя. Сколько информации я получил?

Решение: Петя мог ответить только “Да” или “Нет”, т.е. выбрать один ответ из двух возможных. Поэтому N = 2. значит I = 1 бит (2 = 2 1).

Ответ: 1 бит.

Сколько информации содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 8 раз?

Решение: так как неопределенность знаний уменьшается в 8 раз, следовательно, она было равна 8, т.е. существовало 8 равновероятных событий. Сообщение о том, что произошло одно из них, несет 3 бита информации (8 = 2 3).

Ответ: 3 бита.

Какой объем информации содержит сообщение, уменьшающее неопределенность в 4 раза?

Решение: так как неопределенность знаний уменьшается в 4 раз, следовательно, она было равна 4, т.е. существовало 4 равновероятных событий. Сообщение о том, что произошло одно из них, несет 2 бита информации (4 = 2 2).

Ответ: 2 бита.

Вы подошли к светофору, когда горел желтый свет. После этого загорелся зеленый. Какое количество информации вы при этом получили?

Решение: из двух сигналов (желтого и зеленого) необходимо выбрать один - зеленый. Поэтому N = 2, а I = 1 бит.

Ответ: 1 бит.

Группа школьников пришла в бассейн, в котором 4 дорожки для плавания. Тренер сообщил, что группа будет плавать на дорожке номер 3. Сколько информации получили школьники из этого сообщения?

Решение: из 4 дорожек необходимо выбрать одну, т.е. N = 4. Значит по формуле I = 2, т.к. 4 = 2 2 .

Пояснение: номер дорожки (3) не влияет на количество информации, так как вероятности событий в этих задачах мы приняли считать одинаковыми.

Ответ: 2 бита.

На железнодорожном вокзале 8 путей отправления поездов. Вам сообщили, что ваш поезд прибывает на четвертый путь. Сколько информации вы получили?

Решение: из 8 путей нужно выбрать один. Поэтому N = 8, а I = 3, т.к. 8 = Пояснение: номер пути (4) не влияет на количество информации, так как вероятности событий в этих задачах мы приняли считать одинаковыми.

Ответ: 3 бита.

В коробке лежат 16 кубиков. Все кубики разного цвета. Сколько информации несет сообщение о том, что из коробки достали красный кубик?

Решение: из 16 равновероятных событий нужно выбрать одно. Поэтому N = 16, следовательно, I = 4 (16 = 2 4).

Пояснение: события равновероятны, т.к. всех цветов в коробке присутствует по одному.

Ответ: 4 бита.

Была получена телеграмма: “Встречайте, вагон 7”. Известно, что в составе поезда 16 вагонов. Какое количество информации было получено?

Решение: так как из 16 вагонов нужно выбрать один, то N = 16, следовательно, 1 = 4(16 = 2 4).

Ответ: 4 бита.

При угадывании целого числа в диапазоне от 1 до N было получено 9 бит информации. Чему равно N?

Решение: N = 2 9 = 512.

Ответ: диапазон чисел имеет значение от 1 до 512.

При угадывании целого числа в некотором диапазоне было получено 8 бит информации. Сколько чисел содержит этот диапазон?

Решение: N = 2 8 = 256.

Ответ: 256 чисел.

Сообщение о том, что ваш друг живет на 10 этаже, несет 4 бита информации. Сколько этажей в доме?

Решение: N = 2 4 = 16 этажей.

Пояснение: события равновероятны, т.к. номера этажей не повторяются.

Ответ: 16 этажей.

Сообщение о том, что Петя живет во втором подъезде, несет 3 бита информации. Сколько подъездов в доме?

Решение: N = 2 3 = 8 подъездов.

Пояснение: события равновероятны, т.к. номера подъездов не повторяются.

Ответ: 8 подъездов.

В школьной библиотеке 16 стеллажей с книгами. На каждом стеллаже 8 полок. Библиотекарь сообщил Пете, что нужная ему книга находится на пятом стеллаже на третьей сверху полке. Какое количество информации библиотекарь передал Пете?

Решение: существует 16*8 = 128 вариантов местонахождения книги. Из этого количеств вариантов необходимо выбрать один. Следовательно, N = 128, а I = 7, т.к. 128 = 2 7 .

Ответ: 7 бит.

Загадано слово из 10 букв. Вы просите открыть пятую букву. Вам ее открыли. Сколько информации вы получили?

Решение: N = 10, следовательно, I = log 2 10.

Смотрим по таблице / приложение 2 / и видим, что I = 3,32193 бит.

Ответ: 3,3 бит

В коробке лежат 6 разноцветных фломастеров. Какое количество информации содержит сообщение, что из коробки достали синий фломастер?

Решение: N = 6, следовательно, I = log 2 6. Смотрим по таблице и видим, что I = 2,58496 бит.

Ответ: 2,5 бит.

Какое количество информации несет сообщение: “Встреча назначена на май”?

Решение: так как месяцев в году 12, то из этого количества сообщений нужно выбрать одно. Значит N = 16, а I = log 2 12. Смотрим по таблице и видим, что I = 3,58496 бит.

Ответ: 3,5 бит.

Какое количество информации несет сообщение о том, что встреча назначена на 20 число?

Решение: так как дней в месяце 30 или 31, то из этого количества сообщений нужно выбрать одно. Значит N = 30 или 31, а I = log 2 30 (или 31). Смотрим по таблице и видим, что I = 4,9 бит.

Ответ: 4,9 бит.

2. Решение задач, в условии которых события не равновероятны

Запишите формулу на доске для нахождения количества информации в ситуации с не равновероятными событиями. Что означает каждая буква и как выразить одну величину через другую.

В соответствии с уровнем обучаемости 1 группа детей решают более простые задачи №1 – №5, 2 группа -более сложные – №6 – №9.

Вопрос к задачам:

Почему события в задаче не равновероятные? Сравните вероятности событий между собой.

В корзине лежат 8 черных шаров и 24 белых. Сколько информации несет сообщение о том, что достали черный шар?

Дано: N, = 8; N 6 = 24.

Найти: I ч = ?

В коробке лежат 64 цветных карандаша. Сообщение о том, что достали белый карандаш, несет 4 бита информации. Сколько белых карандашей было в корзине?

Дано: N = 64; I 6 = 4.

Найти: К = ?

1) I 6 = log 2 (l/p 6); 4 = log2(l/p 6); 1/р б = 16; p 6 = 1/16 – вероятность доставания белого карандаша;

2) р б = ; = ; = = 4 белых карандаша.

Ответ: 4 белых карандаша.

В классе 30 человек. За контрольную работу по математике получено 15 пятерок, 6 четверок, 8 троек и 1 двойка. Какое количество информации в сообщении о том, что Андреев получил пятерку?

Дано: N = 30; К 5 = 6; К 4 = 15; К 3 = 8; К, = 1.

Найти: I 4 - ?

Решение: 1) р 4 = = - вероятность получения оценки “5”;

2)I 4 = log 2 () = log 2 ()=1бит

Ответ: 1 бит.

Известно, что в ящике лежат 20 шаров. Из них 10 – синих, 5 – зеленых, 4 - желтых и 1 - красный. Какое количество информации несут сообщения о том, что из ящика случайным образом достали черный шар, белый шар, желтый шар, красный шар?

Дано: К = 10; К = 5; К ж = 4; К = 1; N = 20.

Найти: I ч, I 6 ,I ж, I к.

6)I 6 = log 2 (l/l/4) = 2 бит;

7)I ж = 1оg 2 (1/1/5) = 2,236 бит;

8) I к = log 2 (1/1/20) – 4,47213 бит.

Ответ: I с = 1 бит, I з = 2 бит, I ж = 2,236 бит, I к = 4,47213 бит.

За четверть ученик получил 100 оценок. Сообщение о том, что он получил пятерку, несет 2 бита информации. Сколько пятерок ученик получил за четверть?

Дано: N = 100,I 4 = 2 бита.

Найти: К 4 - ?

1) I 4 = log 2 (l/p 4), 2 = log 2 (l/p 4), = 4, р 4 = – вероятность получения “5”;

2) I 4 = К 4 /100, К 4 = 100/4 = 25 – количество “5”.

Ответ: 25 пятерок.

В ящике лежат перчатки (белые и черные). Среди них – 2 пары черных. Сообщение о том, что из ящика достали пару черных перчаток, несет 4 бита информации. Сколько пар белых перчаток было в ящике?

Дано: К ч = 2,1 ч = 4 бита.

Найти: К 6 – ?

Решение:

I ч = log 2 (l/p 4), 4 = log 2 (l/p), 1/р ч = 16, р ч = 1/16 – вероятность доставания черных перчаток;

р = К /N, N = К ч /р ч, N = 2-16 = 32 - всего перчаток в ящике;

3) К 6 = N – К = 32 – 2 = 30 пар белых перчаток.

Ответ: 30 пар белых перчаток.

Для ремонта школы использовали белую, синюю и коричневую краски. Израсходовали одинаковое количество банок белой и синей краски. Сообщение о том, что закончилась банка белой краски, несет 2 бита информации. Синей краски израсходовали 8 банок. Сколько банок коричневой краски израсходовали на ремонт школы?

Дано: Кб = Кс =8, I 6 = 2 бита.

Найти: К – ?

3) К к = N – К 6 – К с = 32 – 8 – 8 - 16 банок коричневой краски.

Ответ: 16 банок коричневой краски.

В корзине лежат белые и черные шары. Среди них 18 черных шаров. Сообщение о том, что из корзины достали белый шар, несет 2 бита информации. Сколько всего в корзине шаров?

Дано: К = 16, I = 2 бита.

Найти: N – ?

1) 1/р 6 = 2 I , 1/р 6 = 2 2 = 4, р 6 = – вероятность доставания белого шара;

2) р б = = , = , К 6 + 18 = 4 , 18 = 3 К 6 ,

К б = 6 – белых шаров;

3) N = К ч +К; = 18 + 6 = 24 шара было в корзине.

Ответ: 24 шара лежало в корзине.

На остановке останавливаются троллейбусы с разными номерами. Сообщение о том, что к остановке подошел троллейбус с номером N1 несет 4 бита информации. Вероятность появления на остановке троллейбуса с номером N2 в два раза меньше, чем вероятность появления троллейбуса с номером N1. Сколько информации несет сообщение о появлении на остановке троллейбуса с номером N2?

Дано: I NI = 4 бита, p N1 = 2p N2

Найти: I N2 - ?

Решение: 1) 1/P N , = 2 1NI =2 4 = 16, p NI = 1/16-вероятность появления троллейбуса N1;

1. p N| = 2-p N2 , p N2 = p N ,/2 = 1/32 – вероятность появления троллейбуса N2;
2. I N2 = log 2 (l/p N2) = log 2 32 = 5 бит - несет сообщение о появлении троллейбуса N2.

Ответ: 5 бит несет сообщение о появлении на остановке троллейбуса №2.

IV. Итоги урока

Оценка работы класса и отдельных учащихся, отличившихся на уроке.

V. Домашнее задание

Уровень знания: Решите задачи:

1. В розыгрыше лотереи участвуют.64 шара. Выпал первый шар. Сколько информации содержит зрительное сообщение об этом?
2. В игре “ лото” используется 50 чисел. Какое количество информации несет выпавшее число?

Уровень понимания:

1. Какое количество информации несет сообщение о том, что встреча назначена на 3 июля в 18.00 часов?
2. Вы угадываете знак зодиака вашего друга. Сколько вопросов вам нужно при этом задать? Какое количество информации вы получите?
3. В ящике лежат фигурки разной формы - треугольные и круглые. Треугольных фигурок в ящике 15. Сообщение о том, что из ящика достали фигуру круглой формы, несет 2 бита информации. Сколько всего фигурок было в ящике?
4. В ведерке у рыбака караси и щуки. Щук в ведерке 3. Зрительное сообщение о том, что из ведра достали карася, несет 1 бит информации. Сколько всего рыб поймал рыбак?

Уровень применения:

Дополнительный материал. 1. Частотный словарь русского языка - словарь вероятностей (частот) появления букв в произвольном тексте – приведен ниже. Определите, какое количество информации несет каждая буква этого словаря.

о	0.090	в	0.035	я	0.018	ж	0.007
е, е	0.072	к	0.028	Ы, 3	0.016	ю, ш	0.006
а, и	0.062	м	0.026	ь, ъ, б	0.014	ц, щ, э	0.003
т, н	0.053	д	0.025	ч	0.013	ф	0.002
с	0.045	п	0.023	й	0.012
р	0.040	У	0.021	X	0.009

2. Используя результат решения предыдущей задачи, определите количество информации в слове “компьютер”.

Используемая литература:

• О.Л. Соколова “ Вероятностный подход к определению количества информации”, Москва, ВАКО, 2006 г.
• журналы “Информатика и образования”, 2007 г.

По информатике

Количество информации

Введение

2. Неопределенность, количество информации и энтропия

3. Формула Шеннона

4. Формула Хартли

5. Количество информации, получаемой в процессе сообщения

Список использованной литературы

Введение

По определению А.Д. Урсула - «информация есть отраженное разнообразие». Количество информации есть количественная мера разнообразия. Это может быть разнообразие совокупного содержимого памяти; разнообразие сигнала, воспринятого в процессе конкретного сообщения; разнообразие исходов конкретной ситуации; разнообразие элементов некоторой системы… - это оценка разнообразия в самом широком смысле слова.

Любое сообщение между источником и приемником информации имеет некоторую продолжительность во времени, но количество информации воспринятой приемником в результате сообщения, характеризуется в итоге вовсе не длиной сообщения, а разнообразием сигнала порожденного в приемнике этим сообщением.

Память носителя информации имеет некоторую физическую ёмкость, в которой она способна накапливать образы, и количество накопленной в памяти информации, характеризуется в итоге именно разнообразием заполнения этой ёмкости. Для объектов неживой природы это разнообразие их истории, для живых организмов это разнообразие их опыта.

1.Бит

Разнообразие необходимо при передаче информации. Нельзя нарисовать белым по белому, одного состояния недостаточно. Если ячейка памяти способна находиться только в одном (исходном) состоянии и не способна изменять свое состояние под внешним воздействием, это значит, что она не способна воспринимать и запоминать информацию. Информационная емкость такой ячейки равна 0.

Минимальное разнообразие обеспечивается наличием двух состояний. Если ячейка памяти способна, в зависимости от внешнего воздействия, принимать одно из двух состояний, которые условно обозначаются обычно как «0» и «1», она обладает минимальной информационной ёмкостью.

Информационная ёмкость одной ячейки памяти, способной находиться в двух различных состояниях, принята за единицу измерения количества информации - 1 бит.

1 бит (bit - сокращение от англ. binary digit - двоичное число) - единица измерения информационной емкости и количества информации, а также и еще одной величины – информационной энтропии, с которой мы познакомимся позже. Бит, одна из самых безусловных единиц измерения. Если единицу измерения длины можно было положить произвольной: локоть, фут, метр, то единица измерения информации не могла быть по сути никакой другой.

На физическом уровне бит является ячейкой памяти, которая в каждый момент времени находится в одном из двух состояний: «0» или «1».

Если каждая точка некоторого изображения может быть только либо черной, либо белой, такое изображение называют битовым, потому что каждая точка представляет собой ячейку памяти емкостью 1 бит. Лампочка, которая может либо «гореть», либо «не гореть» также символизирует бит. Классический пример, иллюстрирующий 1 бит информации – количество информации, получаемое в результате подбрасывания монеты – “орел” или “решка”.

Количество информации равное 1 биту можно получить в ответе на вопрос типа «да»/ «нет». Если изначально вариантов ответов было больше двух, количество получаемой в конкретном ответе информации будет больше, чем 1 бит, если вариантов ответов меньше двух, т.е. один, то это не вопрос, а утверждение, следовательно, получения информации не требуется, раз неопределенности нет.

Информационная ёмкость ячейки памяти, способной воспринимать информацию, не может быть меньше 1 бита, но количество получаемой информации может быть и меньше, чем 1 бит. Это происходит тогда, когда варианты ответов «да» и «нет» не равновероятны. Неравновероятность в свою очередь является следствием того, что некоторая предварительная (априорная) информация по этому вопросу уже имеется, полученная, допустим, на основании предыдущего жизненного опыта. Таким образом, во всех рассуждениях предыдущего абзаца следует учитывать одну очень важную оговорку: они справедливы только для равновероятного случая.

Количество информации мы будем обозначать символом I, вероятность обозначается символом P. Напомним, что суммарная вероятность полной группы событий равна 1.

2.Неопределенность, количество информации и энтропия

Основоположник теории информации Клод Шеннон определил информацию, как снятую неопределенность. Точнее сказать, получение информации - необходимое условие для снятия неопределенности. Неопределенность возникает в ситуации выбора. Задача, которая решается в ходе снятия неопределенности – уменьшение количества рассматриваемых вариантов (уменьшение разнообразия), и в итоге выбор одного соответствующего ситуации варианта из числа возможных. Снятие неопределенности дает возможность принимать обоснованные решения и действовать. В этом управляющая роль информации.

Ситуация максимальной неопределенности предполагает наличие нескольких равновероятных альтернатив (вариантов), т.е. ни один из вариантов не является более предпочтительным. Причем, чем больше равновероятных вариантов наблюдается, тем больше неопределенность, тем сложнее сделать однозначный выбор и тем больше информации требуется для этого получить. Для N вариантов эта ситуация описывается следующим распределением вероятностей: {1/N, 1/N, … 1/N}.

Минимальная неопределенность равна 0, т.е. эта ситуация полной определенности, означающая что выбор сделан, и вся необходимая информация получена. Распределение вероятностей для ситуации полной определенности выглядит так: {1, 0, …0}.

Величина, характеризующая количество неопределенности в теории информации обозначается символом H и имеет название энтропия, точнее информационная энтропия.

Энтропия (H) – мера неопределенности, выраженная в битах. Так же энтропию можно рассматривать как меру равномерности распределения случайной величины.

На рисунке 1. показано поведение энтропии для случая двух альтернатив, при изменении соотношения их вероятностей (p, (1-p)).

Максимального значения энтропия достигает в данном случае тогда, когда обе вероятности равны между собой и равны ½, нулевое значение энтропии соответствует случаям (p 0 =0, p 1 =1) и (p 0 =1, p 1 =0).

Количество информации I и энтропия H характеризуют одну и ту же ситуацию, но с качественно противоположенных сторон. I – это количество информации, которое требуется для снятия неопределенности H. По определению Леона Бриллюэна информация есть отрицательная энтропия (негэнтропия).

Когда неопределенность снята полностью, количество полученной информации I равно изначально существовавшей неопределенности H.

При частичном снятии неопределенности, полученное количество информации и оставшаяся неснятой неопределенность составляют в сумме исходную неопределенность. H t + I t = H.

По этой причине, формулы, которые будут представлены ниже для расчета энтропии H являются и формулами для расчета количества информации I, т.е. когда речь идет о полном снятии неопределенности, H в них может заменяться на I.

3.Формула Шеннона

В общем случае, энтропия H и количество получаемой в результате снятия неопределенности информации I зависят от исходного количества рассматриваемых вариантов N и априорных вероятностей реализации каждого из них P: {p 0 , p 1 , …p N -1 }, т.е. H=F(N, P). Расчет энтропии в этом случае производится по формуле Шеннона, предложенной им в 1948 году в статье "Математическая теория связи".

В частном случае, когда все варианты равновероятны, остается зависимость только от количества рассматриваемых вариантов, т.е. H=F(N). В этом случае формула Шеннона значительно упрощается и совпадает с формулой Хартли, которая впервые была предложена американским инженером Ральфом Хартли в 1928 году, т.е. на 20 лет раньше.

Формула Шеннона имеет следующий вид:

(1)

Рис. 3. Нахождение логарифма b по основанию a - это нахождение степени, в которую нужно возвести a, чтобы получить b.

Напомним, что такое логарифм.

Логарифм по основанию 2 называется двоичным:

log 2 (8)=3 => 2 3 =8

log 2 (10)=3,32 => 2 3,32 =10

Логарифм по основанию 10 –называется десятичным:

log 10 (100)=2 => 10 2 =100

Основные свойства логарифма:

1. log(1)=0, т.к. любое число в нулевой степени дает 1;

2. log(a b)=b*log(a);

3. log(a*b)=log(a)+log(b);

4. log(a/b)=log(a)-log(b);

5. log(1/b)=0-log(b)=-log(b).

Знак минус в формуле (1) не означает, что энтропия – отрицательная величина. Объясняется это тем, что p i £1 по определению, а логарифм числа меньшего единицы - величина отрицательная. По свойству логарифма

, поэтому эту формулу можно записать и во втором варианте, без минуса перед знаком суммы. интерпретируется как частное количество информации, получаемое в случае реализации i-ого варианта. Энтропия в формуле Шеннона является средней характеристикой – математическим ожиданием распределения случайной величины {I 0 , I 1, … I N -1 }.