Подходы к понятию информации и измерению информации. Информационные объекты различных видов

С позиции человека информация – это содержание разных сообщений, это самые разнообразные сведения, которые человек получает из окружающего мира через свои органы чувств.

Компьютер – это универсальный программно управляемый автомат для работы с информацией. Компьютер работает с двоичными кодами (1 и 0).

Термин «информация» начал широко употребляться с середины ХХ века. В наибольшей степени понятие информации обязано своим распространением двум научным направлениям: теории связи и кибернетике.

Автор теории связи Клод Шелдон, анализируя технические системы связи (телеграф, телефон, радио) рассматривал их как системы передачи информации. В таких системах информация передается в виде последовательностей сигналов: электрических или электромагнитных.

Основатель кибернетики Норберт Винер анализировал разнообразные процессы управления в живых организмах и в технических системах. Процессы управления рассматриваются в кибернетике как информационные процессы.

Информация в системах управления циркулирует в виде сигналов, передаваемых по информационным каналам.

В ХХ веке понятие информация повсеместно проникает в науку. Нейрофизиология (раздел биологии) изучает механизмы нервной деятельности животного и человека. Эта наука строит модель информационных процессов, происходящих в организме. Поступающая извне информация превращается в сигналы электрохимической природы, которые от органов чувств передаются по нервным волокнам к нейронам (нервным клеткам) мозга. Мозг передает управляющую информацию в виде сигналов той же природы к мышечным тканям, управляя органами движения. Описанный механизм хорошо согласуется с кибернетической моделью Н. Винера.

В другой биологической науке – генетике используется понятие наследственной информации, заложенной в структуре молекул ДНК, присутствующих в ядрах клеток живых организмов (растений, животных, человека). Генетика доказала, что эта структура является своеобразным кодом, определяющим функционирование всего организма: его рост, развитие, патологии и т.д. Через молекулы ДНК происходит передача наследственной информации от поколения к поколению.

Понятие информации относится к числу фундаментальных, т.е. является основополагающим для науки и не объясняется через другие понятия. В этом смысле информация встает в один ряд с такими фундаментальными научными понятиями, как вещество, энергия, пространство, время. Осмыслением информации как фундаментального понятия занимается наука философия.

Согласно одной из философских концепций, информация является свойством всего сущего, всех материальных объектов мира. Такая концепция информации называется атрибутивной (информация – атрибут всех материальных объектов). Информация в мире возникла вместе со Вселенной. С такой широкой точки зрения информация проявляется в воздействии одних объектов на другие.

Другую философскую концепцию информации называют функциональной. Согласно функциональному подходу, информация появилась лишь с возникновением жизни, так как связана с функционированием сложных самоорганизующихся систем, к которым относятся живые организмы и человеческое общество. Можно еще сказать так: информация – это атрибут, свойственный только живой природе. Это один из существенных признаков, отделяющих в природе живое от неживого.

Третья философская концепция информации – антропоцентрическая, согласно которой информация существует лишь в человеческом сознании, в человеческом восприятии. Информационная деятельность присуща только человеку, происходит в социальных системах. Создавая информационную технику, человек создает инструменты для своей информационной деятельности. Можно сказать, что употребление понятия «информация» в повседневной жизни происходит в антропологическом контексте.

Делая выбор между различными точками зрения, надо помнить, что всякая научная теория – это лишь модель бесконечно сложного мира, поэтому она не может отражать его точно и в полной мере.

Понятие информации
Теория информации	Результат развития теории связи (К. Шеннон)	Информация – содержание, заложенное в знаковые (сигнальные последовательности)
Кибернетика	Исследует информационные процессы в системах управления (Н. Винер)	Информация – содержание сигналов, передаваемых по каналам связи в системах управления
Нейрофизиология	Изучает информационные процессы в механизмах нервной деятельности животного и человека	Информация – содержание сигналов электрохимической природы, передающихся по нервным волокнам организма
Генетика	Изучает механизмы наследственности, пользуется понятием «наследственная информация»	Информация – содержание генетического кода – структуры молекул ДНК, входящих в состав клетки живого организма
Философия	Атрибутивная концепция: Информация – всеобщее свойство (атрибут) материи
Функциональная концепция: Информация и информационные процессы присущи только живой природе, являются ее функцией
Антропоцентрическая концепция: Информация и информационные процессы присущи только человеку

Существует два подхода к измерению информации: содержательный (вероятностный) и объемный (алфавитный).

Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и т.д.). Получение новой информации приводит к расширению знания или к уменьшению неопределенности знаний. Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию.

Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем. С равной вероятностью произойдет одно из двух возможных событий – монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». Можно говорить, что события равновероятны.

Перед броском существует неопределенность наших знаний (возможны два события), и, как упадет монета, предсказать невозможно. После броска наступает полная определенность, так как мы видим, что монета в данный момент находится в определенном положении (например, «орел»). Это сообщение приводит к уменьшению неопределенности наших знаний в два раза, так как до броска мы имели два вероятных события, а после броска – только одно, то есть в два раза меньше.

Чем больше неопределенна первоначальная ситуация (возможно большее количество информационных сообщений – например, бросаем не монету, а шестигранный кубик), тем больше мы получим новой информации при получении информационного сообщения (в большее количество раз уменьшится неопределенность знания).

Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений.

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

N = 2^I

За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержится в информационном сообщении, уменьшающем неопределенность знания в два раза. Такая единица названа бит.

Если вернуться к опыту с бросанием монеты, то здесь неопределенность как раз уменьшается в два раза и, следовательно, полученное количество информации равно 1 биту.

2 = 2 ¹

Бит – наименьшая единица измерения информации.

С помощью набора битов можно представить любой знак и любое число. Знаки представляются восьмиразрядными комбинациями битов – байтами.

1байт = 8 битов = 2³ битов

Байт – это 8 битов, рассматриваемые как единое целое, основная единица компьютерных данных.

Некоторые языки используют в качестве знаков не буквы и цифры, а другие символы, например химические формулы, ноты, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире (код азбуки Морзе и др.).

Представление информации может осуществляться с помощью языков, которые являются знаковыми системами. Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита и правил выполнения операций над знаками.

Знаки могут иметь различную физическую природу. Например, для представления информации с использованием языка в письменной форме используются знаки, которые являются изображением на бумаге или других носителях; в устной речи в качестве знаков языка используются различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).

При хранении и передаче информации с помощью технических устройств информация рассматривается как последовательность символов – знаков (букв, цифр, кодов цветов точек изображения и т.д.)

Набор символов знаковой системы (алфавит) можно рассматривать как различные возможные состояния (события).

Тогда, если считать, что появление символов в сообщении равновероятно, по формуле

N = 2^I

где N – это количество знаков в алфавите знаковой системы, можно рассчитать I – количество информации, которое несет каждый символ.

Информационная емкость знаков зависит от их количества в алфавите. Так, информационная емкость буквы в русском алфавите, если не использовать букву «ё», составляет:

32 = 2^I,т.е. I = 5 битов

В латинском алфавите 26 букв. Информационная емкость буквы латинского алфавита также 5 битов.

На основании алфавитного подхода можно подсчитать количество информации в сообщении I_c, для этого необходимо умножить количество информации, которое несет один символ I, на количество символов K в сообщении:

I_c = I ´ K

Например, в слове «информатика» 11 знаков (К=11), каждый знак в русском алфавите несет информацию 5 битов (I=5), тогда количество информации в слове «информатика» I_с=5х11=55 (битов).

С помощью формулы N = 2^I можно определить количество информации, которое несет знак в двоичной знаковой системе: N=2 Þ 2=2^I Þ 2¹=2^I Þ I=1 бит

Таким образом, в двоичной знаковой системе 1 знак несет 1 бит информации. При двоичном кодировании объем информации равен длине двоичного кода.

Интересно, что сама единица измерения количества информации бит (bit) получила свое название от английского словосочетания BI nary digi Т, т.е. двоичная цифра.