Публикация. Методические указания для выполнения лабораторных работ Дисциплина «Основы теории информации» специальность 09.02.05 «Прикладная информатика». Щеголева Елена Витальевна

Методические указания для выполнения лабораторных работ Дисциплина «Основы теории информации» специальность 09.02.05 «Прикладная информатика»

Язык издания: русский
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: Методические указания для выполнения лабораторных работ Дисциплина «Основы теории информации» специальность 09.02.05 «Прикладная информатика»
Автор: Щеголева Елена Витальевна

Департамент образования, науки и молодежной политики Воронежской областиГБПОУ ВО «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий»МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для проведения лабораторных занятийпо дисциплине: ОП.06. Основы теории информации2016 г.Методические указания для проведения лабораторных занятий по дисциплине Основы теории информации _ разработаны на основе рабочей программы дисциплины Основы теории информации по специальности 09.02.05. Прикладная информатика (по отраслям) Разработчик:Щеголева Е.В. Преподаватель ГБПОУ ВО «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий» Рассмотрена цикловой комиссией ________________________Протокол от «___» _____________ 201_г. № ____Председатель ц/к _______________ _____________(Ф.И.О.)Перечень лабораторных занятий

Использование формулы Хартли (2часа)

Применение алфавитного подхода к измерению информации (2 часа)

Использование закона аддитивности информации (2 часа)

Использование кодирования информации. (2 часа)

Кодирование информации с помощью программных средств (4 часа)

Сжатие и восстановление графической и видео информации. (4 часа)

Архивация информации (4 часа)

Методические указания для проведения лабораторного занятия № 1 по дисциплине «Основы теории информации»Тема: Использование формулы Хартли (2часа)Цель: Получение навыков работы и применения формулы ХартлиТребования по технике безопасности: Основные теоретические положения: Количество информации по Хартли и ШеннонуПонятие количество информации отождествляется с понятием информация. Эти два понятия являются синонимами. Мера информации должна монотонно возрастать с увеличением длительности сообщения (сигнала), которую естественно измерять числом символов в дискретном сообщении и временем передачи в непрерывном случае. Кроме того, на содержание количества информации должны влиять и статистические характеристики, так как сигнал должен рассматриваться как случайный процесс. При этом наложено ряд ограничений: 1. Рассматриваются только дискретные сообщения. 2. Множество различных сообщений конечно. 3. Символы, составляющие сообщения равновероятны и независимы. Хартли впервые предложил в качестве меры количества информации принять логарифм числа возможных последовательностей символов.I=log mk=log N(1)К.Шеннон попытался снять те ограничения, которые наложил Хартли. На самом деле в рассмотренном выше случае равной вероятности и независимости символов при любом k все возможные сообщения оказываются также равновероятными, вероятность каждого из таких сообщений равна P=1/N. Тогда количество информации можно выразить через вероятности появления сообщений I=log P.Формула Хартли определяет количество информации, содержащееся в сообщении длины n.Имеется алфавит А, из букв которого составляется сообщение:{\displaystyle |A|=m}Количество возможных вариантов разных сообщений:{\displaystyle N=m^{n}}где N — возможное количество различных сообщений, шт; m — количество букв в алфавите, шт; n — количество букв в сообщении, шт.Пример: Алфавит состоит из двух букв «B» и «X», длина сообщения 3 буквы — таким образом, m=2, n=3. При выбранных нами алфавите и длине сообщения можно составить {\displaystyle N=m^{n}=2^{3}=8} разных сообщений «BBB», «BBX», «BXB», «BXX», «XBB», «XBX», «XXB», «XXX» — других вариантов нет.Формула Хартли определяется: {\displaystyle I=\log _{2}N=n\log _{2}m,} где I — количество информации, бит.При равновероятности символов {\displaystyle p={\frac {1}{m}},m={\frac {1}{p}}} формула Хартли переходит в .Формула Хартли была предложена в 1928 году как один из научных подходов к оценке сообщений.Допустим, нам требуется что-либо найти или определить в той или иной системе. Есть такой способ поиска, как «деление пополам». Например, кто-то загадывает число от 1 до 100, а другой должен отгадать его, получая лишь ответы «да» или «нет». Задаётся вопрос: «число меньше N?». Любой из ответов «да» и «нет» сократит область поиска вдвое. Далее по той же схеме диапазон снова делится пополам. В конечном счёте загаданное число будет найдено.Сколько вопросов надо задать, чтобы найти задуманное число от 1 до 100. Допустим загаданное число 27. Вариант диалога:Больше 50? Нет.Больше 25? Да.Больше 38? Нет.Меньше 32? Да.Меньше 29? Да.Меньше 27? Нет.Это число 28? Нет.Если число не 28 и не меньше 27, то это явно 27. Чтобы угадать методом «деления пополам» число от 1 до 100, нам потребовалось 7 вопросов.Можно просто спрашивать: это число 1? Это число 2? И т. д. Но тогда вам потребуется намного больше вопросов. «Деление пополам» — самый оптимальный способ нахождения числа. Объём информации, заложенный в ответ «да»/«нет», равен одному биту (действительно, ведь бит имеет два состояния: 1 или 0). Итак, для угадывания числа от 1 до 100 нам потребовалось семь бит (семь ответов «да»/«нет»).{\displaystyle N=2^{k}}Такой формулой можно представить, сколько вопросов (бит информации) потребуется, чтобы определить одно из возможных значений. N — это количество значений, а k — количество бит. Например, в нашем примере 27 меньше, чем 28, однако больше, чем 26. Да, нам могло бы потребоваться и всего 6 вопросов, если бы загаданное число было 28.Формула Хартли:{\displaystyle k=log_{2}N}.Количество информации (k), необходимой для определения конкретного элемента, есть логарифм по основанию 2 общего количества элементов (N). Оборудование: Персональный компьютер, методические указания для выполнения ЛПЗ, литератураПорядок выполнения лабораторной работы:1. Ответить на контрольные вопросы (письменно).2. Выполнить задание.Задание.

Составить рассчет задания в электронной таблице: В коробке 32 карандаша, все карандаши разного цвета. Наугад вытащили красный. Какое количество информации при этом было получено?

Составить рассчет задания в электронной таблице: В коробке 27 шарика, все разного цвета. Наугад вытащили желтый. Какое количество информации при этом было получено?

3. Оформить отчет.Требования к оформлению результатов (отчета):Отчет формируется в электронном виде в текстовом файле формата doc, docx, odt, и включаетв себя :

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Описание выполнения задания, подробно по всем пунктам, а также илюстрации (схемы, графики, скриншоты экрана и другие необходимые материалы)

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. Что такое количество информации?2. Какие существуют подходы к измерению количества информации?3. Что собой представляет вероятностный подход?4. Что собой представляет объемный подход?5. Как используется формула хартли?6. Какие ограницения есть на использование формулы Хартли?7. Что собой представляет формула Шеннона? И в каких случаях она используется?Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

2. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учебник [Электронный ресурс]. / В.А. Гвоздева. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 544 с. Режим доступа: Преподаватель: Щеголева Е.В. Методические указания для проведения лабораторного занятия № 2по дисциплине «Основы теории информации»Тема: Применение алфавитного подхода к измерению информации (2часа)Цель: Получение навыков работы и применения формулы ХартлиТребования по технике безопасности: Основные теоретические положения: Алфавитный (объёмный) подход к измерению информации позволяет определить количество информации, заключенной в тексте, записанном с помощью некоторого алфавита.Алфавит - множество используемых символов в языке.Обычно под алфавитом понимают не только буквы, но и цифры, знаки препинания и пробел.Мощность алфавита (N) - количество символов, используемых в алфавите.Например, мощность алфавита из русских букв равна 32 (буква ё обычно не используется).Если допустить, что все символы алфавита встречаются в тексте с одинаковой частотой (равновероятно), то количество информации, которое несет каждый символ, вычисляется по формуле Хартли:i=log2N, где N - мощность алфавита.Формула Хартли задает связь между количеством возможных событий N и количеством информации i:N=2iИз базового курса информатики известно, что в компьютерах используется двоичное кодирование информации. Для двоичного представления текстов в компьютере чаще всего используется равномерный восьмиразрядный код. С его помощью можно закодировать алфавит из 256 символов, поскольку 256=28.В стандартную кодовую таблицу (например, ASCII) помещаются все необходимые символы: английские и русские прописные и строчные буквы, цифры, знаки препинания, знаки арифметических операций, всевозможные скобки и пр.В двоичном коде один двоичный разряд несет одну единицу информации, которая называется 1 бит.Например, в 2-символьном алфавите каждый символ «весит» 1 бит (log22=1); в 4-символьном алфавите каждый символ несет 2 бита информации (log24=2); в 8-символьном - 3 бита (log28=3) и т. д.Один символ из алфавита мощностью 256 (28) несет в тексте 8 битов информации. Такое количество информации называется байтом.1 байт =8 битовИнформационный объем текста в памяти компьютера измеряется в байтах. Он равен количеству знаков в записи текста.Для измерения информации используются и более крупные единицы: Единицы измерения количества информации, в названии которых есть приставки «кило», «мега» и т. д., с точки зрения теории измерений не являются корректными, поскольку эти приставки используются в метрической системе мер, в которой в качестве множителей кратных единиц используется коэффициент 10, где n=3,6,9 и т. д. Для устранения этой некорректности Международная электротехническая комиссия, занимающаяся созданием стандартов для отрасли электронных технологий, утвердила ряд новых приставок для единиц измерения количества информации: киби (kibi), меби (mebi), гиби (gibi), теби (tebi), пети (peti), эксби (exbi). Однако пока используются старые обозначения единиц измерения количества информации, и требуется время, чтобы новые названия начали широко применяться. Оборудование: Персональный компьютер, методические указания для выполнения ЛПЗ, литератураПорядок выполнения лабораторной работы:1. Ответить на контрольные вопросы (письменно).2. Выполнить задание.Задание.

Составить рассчет задания в электронной таблице: Дан текст, рассчитать количество информации.

Текст: Информация сведения независимо от формы их представленияНесмотря на широкую распространённость, понятие информации остаётся одним из самых дискуссионных в науке, а термин может иметь различные значения в разных отраслях человеческой деятельностиИнформация — это не материя и не энергия, информация — это информацияОпределений информации существует множество, причём академик Моисеев даже полагал, что в силу широты этого понятия нет и не может быть строгого и достаточно универсального определения информацииВ международных и российских стандартах даются следующие определениязнания о предметах, фактах, идеях и т. д., которыми могут обмениваться люди в рамках конкретного контекстазнания относительно фактов, событий, вещей, идей и понятий, которые в определённом контексте имеют конкретный смысл сведения, воспринимаемые человеком и (или) специальными устройствами как отражение фактов материального или духовного мира в процессе коммуникации Хотя информация должна обрести некоторую форму представления (то есть превратиться в данные чтобы ею можно было обмениваться, информация есть в первую очередь интерпретация такого представления Поэтому в строгом смысле информация отличается от данных, хотя в неформальном контексте эти два термина очень часто используют как синонимыПервоначально информация сведения передаваемые людьми устным, письменным или другим способом с середины двадцатого века термин информация превратился в общенаучное понятие включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке от организма к организму одно из основных понятий кибернетики3. Оформить отчет.Требования к оформлению результатов (отчета):Отчет формируется в электронном виде в текстовом файле формата doc, docx, odt, и включаетв себя :

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. Что собой представляет формула Шеннона?2. При каких условиях используется формула Шеннона?3. Что необходимо заранее рассчитать перед использованиек формулы Шеннона?4. Опишите алгоритм применения формулы Шеннона.Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

Для общения в языке племени Мумбо-Юмбо используется 13 основных понятий и 5 связок, позволяющие соединять эти понятия. Для передачи сообщений племя использует двоичный код: сочетание звонких и глухих звуков барабана. Сообщения передаются порциями – понятие + связка.

Сколько ударов требуется для кодировки каждой порции сообщения? 3. Оформить отчет.Требования к оформлению результатов (отчета):Отчет формируется в электронном виде в текстовом файле формата doc, docx, odt, и включаетв себя :

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. Как рассчитывается количество информации в общем случае?2. В каких случаях для измерения информации используется формула Хартли?3. В каких случаях для измерения количества информации используется формула Шеннона?4. Что собой представляет закон аддитивности информации? Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

2. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учебник [Электронный ресурс]. / В.А. Гвоздева. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 544 с. Режим доступа: Преподаватель: Щеголева Е.В. Методические указания для проведения лабораторного занятия № 4по дисциплине «Основы теории информации»Тема: Использование кодирования информации. (2 часа)Цель: Познакомиться с различными кодировками символов, используя текстовые редакторы, выполнить задания в различных текстовых приложенияхТребования по технике безопасности: Основные теоретические положения: Правило цифрового представления символов следующее: каждому символу ставится в соответствие некоторое целое число, то есть каждый символ нумеруется.Пример:Рассмотрим последовательность строчных букв русского алфавита: а, б, в, г, д, е, ё, ж, з, и, й. к, л, м. н. о, п, р, с, т, у, ф, х, ц, ч, ш, щ, ъ, ы, в, э, ю, я. Присвоив каждой букве номер от 0 до 33. получим простейший способ представления символов. Последнее число - 32 в двоичной форме имеет вид 100000, то есть для хранения символа в памяти понадобится 6 бит.Так как с помощью шести бит можно представить число 26 - 1 = 63, то шести бит будет достаточно для представления 64 букв.Имеются разные стандарты для представления, символов, которые отличаются лишь порядком нумерации символов. Наиболее распространён американский стандартный код для информационного обмена - ASCII [American Standard-Code for Information Interchange] введён в США в 1963г. В 1977 году в несколько модифицированном виде он был принят в качестве всемирного стандарта Международной организации стандартов [International Standards Organization -. ISO] под названием ISO-646. Согласно этому стандарту каждому символу поставлено в соответствие число от 0 до 255. Символы от 0 до 127 - латинские буквы, цифры и знаки препинания - составляют постоянную часть таблицы. Остальные символы используются для представления национальных алфавитов. Конкретный состав этих символов определяется кодовой страницей. В русской версии ОC Windows95 используется кодовая, страница 866. В ОС Linux для представления русских букв более употребительна кодировка КОИ-8. Недостатки такого способа кодировки национального, алфавита очевидны. Во-первых, невозможно одновременное представление русских и ,например, французских букв. Во-вторых, такая кодировка совершенно непригодна для представления, китайских иероглифов. В 1991 году была создана некоммерческая организация Unicode, в которую входят представители ряда фирм (Borland. IBM, Noyell, Sun и др) и которая занимается развитием и внедрением нового стандарта. Кодировка Unicode использует 16 разрядов ,и может содержать 65536 символов. Это символы большинства народов мира, элементы иероглифов, спецсимволы, 5000 – мест для частного использования, резерв из 30000 мест.Пример: ASCII-код символа А= 6510 =4116= 010001112;Unicode-код символа С= 6710=00000000011001112Оборудование: Персональный компьютер, методические указания для выполнения ЛПЗ, литератураПорядок выполнения лабораторной работы:1. Ответить на контрольные вопросы (письменно).2. Выполнить задание.Задание.

Закодируйте свое имя, фамилию и отчество с помощью одной из таблиц (win-1251, KOI-8)

Раскодируйте ФИО соседа

Закодируйте следующие слова, используя таблицы ASCII-кодов: ИНФОРМАТИЗАЦИЯ, МИКРОПРОЦЕССОР, МОДЕЛИРОВАНИЕ

Раскодируйте следующие слова, используя таблицы ASCII-кодов:

88 AD E4 AE E0 AC A0 E2 A8 AA A050 72 67 72 61 6D43 6D 70 75 74 65 72 20 49 42 4D 20 50 435. Открыть блокнот.а) Используя клавишу Alt и малую цифровую клавиатуру раскодировать фразу: 145 170 174 224 174 255 170 160 173 168 170 227 171 235; 3. Оформить отчет.Требования к оформлению результатов (отчета):Отчет формируется в электронном виде в текстовом файле формата doc, docx, odt, и включаетв себя :

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. Какие возможности предоставляет текстовые редакторы по работе с символами?2. Какие вы знаете алгоритмы кодирования информации?3. Где применяется алгоритм кодирования информации? Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

2. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учебник [Электронный ресурс]. / В.А. Гвоздева. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 544 с. Режим доступа: Преподаватель: Щеголева Е.В. Методические указания для проведения лабораторного занятия № 5по дисциплине «Основы теории информации»Тема: Кодирование информации с помощью программных средств (4 часа)Цель: познакомиться с различными кодировками звуковой информации и с характеристиками звуковых файловТребования по технике безопасности: Основные теоретические положения: С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, может сохранять в виде файлов (файл - это определённое количество информации, хранящееся на диске и имеющее имя) и воспроизводить звуковую информацию. С помощью специальных программных средств (редакторов аудио файлов) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи, и появляется возможность управления компьютером голосом. Именно звуковая плата (карта) преобразует аналоговый сигнал в дискретную фонограмму и наоборот, «оцифрованный» звук – в аналоговый (непрерывный) сигнал, который поступает на вход динамика. При двоичном кодировании аналогового звукового сигнала непрерывный сигнал дискретизируется, т.е. заменяется серией его отдельных выборок - отсчётов. Качество двоичного кодирования зависит от двух параметров: количества дискретных уровней сигнала и количества выборок в секунду. Количество выборок или частота дискретизации в аудиоадаптерах бывает различной: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др. Если количество уровней равно 65536, то на один звуковой сигнал рассчитано 16 бит (216). 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный. Количество бит, необходимое для кодирования одного уровня звука, называется глубиной звука. Объём моноаудиофайла (в байтах) определяется по формуле: При стереофоническом звучании объём аудиофайла удваивается, при квадрофоническом звучании – учетверяется. По мере усложнения программ и увеличения их функций, а также появления мультимедиа-приложений, растёт функциональный объём программ и данных. Если в середине 80-х годов обычный объём программ и данных составлял десятки и лишь иногда сотни килобайт, то в середине 90-х годов он стал составлять десятки мегабайт. Соответственно растёт объём оперативной памяти.Пример решения: Подсчитать, сколько места будет занимать одна минута цифрового звука на жестком диске или любом другом цифровом носителе, записанного с частотойа) 44.1 кГц;б) 11 кГц;в) 22 кГц;г) 32 кГци разрядностью 16 бит. Решение. а) Если записывают моносигнал с частотой 44.1 кГц, разрядностью 16 бит (2 байта), то каждую минуту аналого-цифровой преобразователь будет выдавать 441000 * 2 * 60 = 529 000 байт (около 5 Мб) данных об амплитуде аналогового сигнала, который в компьютере записываются на жесткий диск.Если записывают стереосигнал, то 1 058 000 байт (около 10 Мб). Оборудование: Персональный компьютер, методические указания для выполнения ЛПЗ, литератураПорядок выполнения лабораторной работы:1. Ответить на контрольные вопросы (письменно).2. Выполнить задание.Задание.

Запишите звуковой моноаудиофайл длительностью 20 с, с "глубиной" кодирования 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц.

Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD) если известно, что объем стериоаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. Равен 940 Кбайт;

Оцените информационный объем стериоаудиофайла длительностью звучания 30 с, если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

Запишите звуковой файл длительностью 30с с "глубиной" кодирования 8бит и частотой дискретизации 8 кГц. Вычислите его объем и сверьтесь с полученным на практике значением.

Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?

Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:

16 бит и 48 кГц.

Запишите звуковой моноаудиофайл длительностью 1 минута с "глубиной" кодирования 16 бит и частотой дискретизации 48 кГц.

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. С какими звуковыми форматами вы встречаетесь чаще в повседневной жизни?2. Дайте определение аудиоадаптеру?3. Что значит оцифровка звука? Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

2. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учебник [Электронный ресурс]. / В.А. Гвоздева. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 544 с. Режим доступа: Преподаватель: Щеголева Е.В. Методические указания для проведения лабораторного занятия № 6по дисциплине «Основы теории информации»Тема: Сжатие и восстановление графической и видео информации. (4 часа)Цель: Получение навыков работы и применения формулы ХартлиТребования по технике безопасности: Основные теоретические положения: Сжатие данных (англ. data compression) — алгоритмическое преобразование данных, производимое с целью уменьшения их объёма. Применяется для более рационального использования устройств хранения и передачи данных. Синонимы — упаковка данных, компрессия, сжимающее кодирование, кодирование источника. Обратная процедура называется восстановлением данных (распаковкой, декомпрессией). Сжатие основано на устранении избыточности, содержащейся в исходных данных. Простейшим примером избыточности является повторение в тексте фрагментов (например, слов естественного или машинного языка). Подобная избыточность обычно устраняется заменой повторяющейся последовательности ссылкой на уже закодированный фрагмент с указанием его длины. Другой вид избыточности связан с тем, что некоторые значения в сжимаемых данных встречаются чаще других. Сокращение объёма данных достигается за счёт замены часто встречающихся данных короткими кодовыми словами, а редких — длинными (энтропийное кодирование). Сжатие данных, не обладающих свойством избыточности (например, случайный сигнал или белый шум, зашифрованные сообщения), принципиально невозможно без потерь. В основе любого способа сжатия лежит модель источника данных, или, точнее, . Иными словами, для сжатия данных используются некоторые априорные сведения о том, какого рода данные сжимаются. Не обладая такими сведениями об источнике, невозможно сделать никаких предположений о преобразовании, которое позволило бы уменьшить объём сообщения. Модель избыточности может быть статической, неизменной для всего сжимаемого сообщения, либо строиться или параметризоваться на этапе сжатия (и восстановления). Методы, позволяющие на основе входных данных изменять модель избыточности информации, называются адаптивными. Неадаптивными являются обычно узкоспециализированные алгоритмы, применяемые для работы с данными, обладающими хорошо определёнными и неизменными характеристиками. Подавляющая часть достаточно универсальных алгоритмов являются в той или иной мере адаптивными.Все методы сжатия данных делятся на два основных класса:

При использовании сжатия без потерь возможно полное восстановление исходных данных, сжатие с потерями позволяет восстановить данные с искажениями, обычно несущественными с точки зрения дальнейшего использования восстановленных данных. Сжатие без потерь обычно используется для передачи и хранения текстовых данных, компьютерных программ, реже — для сокращения объёма - и , и т. п., в случаях, когда искажения недопустимы или нежелательны. Сжатие с потерями, обладающее значительно большей, чем сжатие без потерь, эффективностью, обычно применяется для сокращения объёма аудио- и видеоданных и цифровых фотографий в тех случаях, когда такое сокращение является приоритетным, а полное соответствие исходных и восстановленных данных не требуется.Системные требования алгоритмовРазличные алгоритмы могут требовать различного количества ресурсов вычислительной системы, на которых они реализованы:

оперативной памяти (под промежуточные данные);

постоянной памяти (под код программы и константы);

процессорного времени.

В целом, эти требования зависят от сложности и «интеллектуальности» алгоритма. Общая тенденция такова: чем эффективнее и универсальнее алгоритм, тем большие требования к вычислительным ресурсам он предъявляет. Тем не менее, в специфических случаях простые и компактные алгоритмы могут работать не хуже сложных и универсальных. Системные требования определяют их потребительские качества: чем менее требователен алгоритм, тем на более простой, а следовательно, компактной, надёжной и дешёвой системе он может быть реализован.Так как алгоритмы сжатия и восстановления работают в паре, имеет значение соотношение системных требований к ним. Нередко можно усложнив один алгоритм значительно упростить другой. Таким образом, возможны три варианта:Алгоритм сжатия требует больших вычислительных ресурсов, нежели алгоритм восстановления.Это наиболее распространённое соотношение, характерное для случаев, когда однократно сжатые данные будут использоваться многократно. В качестве примера можно привести цифровые аудио- и видеопроигрыватели.Алгоритмы сжатия и восстановления требуют приблизительно равных вычислительных ресурсов.Наиболее приемлемый вариант для линий связи, когда сжатие и восстановление происходит однократно на двух её концах (например, в цифровой телефонии).Алгоритм сжатия существенно менее требователен, чем алгоритм восстановления.Такая ситуация характерна для случаев, когда процедура сжатия реализуется простым, часто портативным устройством, для которого объём доступных ресурсов весьма критичен, например, космический аппарат или большая распределённая сеть датчиков. Это могут быть также данные, распаковка которых требуется в очень малом проценте случаев, например запись камер видеонаблюдения.Алгоритмы сжатия данных неизвестного форматаИмеется два основных подхода к сжатию данных неизвестного формата.

На каждом шаге сжатия очередной сжимаемый символ либо помещается в выходной буфер сжимающего кодера как есть (со специальным флагом, помечающим, что он не был сжат), либо группа из нескольких сжимаемых символов заменяется ссылкой на совпадающую с ней группу из уже закодированных символов. Поскольку восстановление сжатых таким образом данных выполняется очень быстро, такой подход часто используется для создания самораспаковывающихся программ.

Для каждой сжимаемой последовательности символов однократно либо в каждый момент времени собирается статистика её встречаемости в кодируемых данных. На основе этой статистики вычисляется вероятность значения очередного кодируемого символа (либо последовательности символов). После этого применяется та или иная разновидность , например, или , для представления часто встречающихся последовательностей короткими кодовыми словами, а редко встречающихся — более длинными.

Метод RLE.Наиболее известный простой подход и алгоритм сжатия информации обратимым путем - это кодирование серий последовательностей (Run Length Encoding - RLE). Суть методов данного подхода состоит в замене цепочек или серий повторяющихся байтов или их последовательностей на один кодирующий байт и счетчик числа их повторений. Проблема всех аналогичных методов заключается лишь в определении способа, при помощи которого распаковывающий алгоритм мог бы отличить в результирующем потоке байтов кодированную серию от других - некодированных последовательностей байтов. Решение проблемы достигается обычно простановкой меток в начале кодированных цепочек. Такими метками могут быть, например, характерные значения битов в первом байте кодированной серии, значения первого байта кодированной серии и т.п. Данные методы, как правило, достаточно эффективны для сжатия растровых графических изображений (BMP, PCX, TIF, GIF), т.к. последние содержат достаточно много длинных серий повторяющихся последовательностей байтов. Недостатком метода RLE является достаточно низкая степень сжатия или стоимость кодирования файлов с малым числом серий и, что еще хуже - с малым числом повторяющихся байтов в сериях. Оборудование: Персональный компьютер, методические указания для выполнения ЛПЗ, литератураПорядок выполнения лабораторной работы:1. Ответить на контрольные вопросы (письменно).2. Выполнить задание.Задание.А. С помощью сжатия по методу RLE.1 последовательность:ssssoooeeerroooaayyyyyddddoeuuuuuwwwwjjjorruuuuuuuuuuxxxkhhhhhhmmmmmmgggllllllljjjj2 последовательность:FFFFFFFFKKKKKSSSSUURERRRRRRRRRPPPPPPPPDDDDKKKKKKGLDDDDDDDDKKKKKKKKGGGGMGMMMM3. Оформить отчет.Требования к оформлению результатов (отчета):Отчет формируется в электронном виде в текстовом файле формата doc, docx, odt, и включаетв себя :

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. Запишите какие Вы знаете методы сжатия информации?2. Перечислите основные программы применяемые для сжатия информации? Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

2. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учебник [Электронный ресурс]. / В.А. Гвоздева. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 544 с. Режим доступа: Преподаватель: Щеголева Е.В. Методические указания для проведения лабораторного занятия № 7по дисциплине «Основы теории информации»Тема: Архивация информации (4 часа)Цель: Получение навыков работы с архиваторами RAR, ARJ и ZIP, и ознакомление с основными алгоритмами сжатия информации.Требования по технике безопасности: Основные теоретические положения: Архиватор — это программа, осуществляющая упаковку одного и более файлов в архив или серию архивов для удобства переноса или хранения, а также распаковку архивов. Большинство современных архиваторов также реализуют сжатие упакованных в архив данных.К основным функциям архиваторов относятся : • архивация указанных файлов или всего текущего каталога ; • извлечение отдельных или всех файлов из архива ; • просмотр содержимого архивного файла; • проверка целостности архивов; • восстановление поврежденных архивов; • ведение многотомных архивов; • вывод файлов из архива на экран или на печать ; • парольная защита архива . Архиватор ARJ не имеет графического интерфейса , и вся работа с ним осуществляется с командной строки . Формат команд имеет следующий вид : arj <команда > [- <спецификация 1> [ - <спецификация 2>]…] < имя архива> [< имя файла >…] Подробную информацию о списке команд архиватора можно получить, набрав в командной строке: arj /? Рассмотрим наиболее популярные команды архиватора: Для архивации файлов: arj a < имя архива> <имя файла 1> < имя файла 2> Для извлечения файлов из архива: arj e < имя архива> <имя файла 1> < имя файла 2> Для просмотра содержимого архивного файла: arj l < имя архива> Для проверки целостности архива: arj t < имя архива> Для восстановления испорченного архива : arj -jr < имя архива> Для создания многотомного архива: arj a –v< размер тома> <имя архива> <имя файла 1> < имя файла 2> Для вывода файла из архива на экран: arj p < имя архива> <имя файла > Для создания архива с паролем: arj a –g< пароль> <имя архива> <имя файла > или arj a –g? < имя архива> <имя файла > в последнем случае пароль будет запрошен отдельной строкой. Для создания самораспаковывающихся архивов: arj a -je <имя архива> <имя файла 1> < имя файла 2> Архиватор RAR имеет версии , как для Dos, Win 3.XX так и для Windows 95/98. Последние версии WinRar имеют графический интерфейс и работа с ними очень проста и понятна. Данный архиватор позволяет создавать как архивы *.rar так и архивы *.zip К достоинствам данного архиватора можно отнести: • графический интерфейс; • высокую степень сжатия, даже мультимедийных файлов; • возможность оценить размер архива, не производя архивирование. • большую вероятность восстановления поврежденных архивов. Оборудование: Персональный компьютер, методические указания для выполнения ЛПЗ, литератураПорядок выполнения лабораторной работы:1. Ответить на контрольные вопросы (письменно).2. Выполнить задание.Задание.

Найдите на компьютере не менее 5-ти текстовых файлов ( расширение .txt)

Произведите их сжатие архиватором RAR в обычный и SFX- архив.

Зафиксируйте размер файла до сжатия и после него.

Вычислите коэффициент сжатия ( отношение размера исходного файла к размеру сжатого файла)

Повторите пункты 1-4 для графических файлов ( расширение .bmp)

Повторите пункты 1-4 для графических файлов ( расширение .jpg)

Повторите пункты 1-4 для звуковых файлов ( расширение .wav)

Сведите полученные результаты в таблицу. Сделайте выводы о том, какие файлы сжимаются лучше.

Тему занятия (количество часов)

Цель занятия

Перечень оборудования

Ответы на контрольные вопросы

Форматирование текста отчета должно быть:

Шрифт Times New Roman – 14

Межстрочный интервал – Одинарный

Отступ красной строки – 1.25

Поля - Обычные

Контрольные вопросы:1. Зачем нужно архивировать информацию ? 2. На чем основана работа архиваторов. По какому принципу они сжимают информацию. 3. Каковы функции архиваторов. 4. Чем отличаются SFX – архивы.

Как создать самораспаковывающий архив?

Приведите примеры альтернативных программ архивации.

В чем особенность альтернативных программ архивации.

Что понимается под интеграцией служебных и прикладных программ с OC?

Используемая литература.

Новожилов О.П. Информатика: учебник для студ. СПО. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2016. – 620 с..

Для улучшения работы сайта и его взаимодействия с пользователями мы используем файлы cookie. Продолжая работу с сайтом, Вы разрешаете использование cookie-файлов. Вы всегда можете отключить файлы cookie в настройках Вашего браузера.