Прикладная теория информации (стр. 1 из 12)

В.И. Дмитриев

ПРИКЛАДНАЯ ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

Москва 1989

Оглавление

Введение. 3

§ В.1. О понятии "информация". 5

§ В.2. Этапы обращения информации. 7

§ В.3. Информационные системы.. 9

§ В.4. Система передачи информации (основные понятия и определения) 11

§ В.5. Уровни проблем передачи информации. 14

§ Β.6. Теория информации. 16

Глава 1. Математические модели сигналов. 20

§ 1.1 Понятия сигнала и его модели. 20

§ 1.2 Формы представления детерминированных сигналов. 22

§ 1.3 Временная форма представления сигнала. 28

§ 1.4 Частотная форма представления сигнала. 30

§ 1.5 Соотношения между длительностью импульсов и шириной их спектров 47

§ 1.6 Спектральная плотность мощности детерминированного сигнала. 49

§ 1.7 Функция автокорреляции детерминированного сигнала. 50

§ 1.8 Случайный процесс как модель сигнала. 52

§ 1.9 Стационарные и эргодические случайные процессы.. 58

§ 1.10 Спектральное представление случайных сигналов. 61

§ 1.11 Частотное представление стационарных случайных сигналов. 64

Введение

Эффективная организация обмена информацией приобретает все большее значение, прежде всего как условие успешной практической деятельности людей. Объем информации, необходимой для нормального функционирования современного общества, растет примерно пропорционально квадрату развития производительных сил. Доля рабочей силы, занятой вопросами обеспечения информацией, в развитых странах начинает превышать долю рабочей силы, занятой непосредственно в сфере производства. Применение методов и средств автоматизации на всех этапах обращения информации позволяет существенно повысить эффективность функционирования экономики страны и высвободить значительные трудовые ресурсы.

В соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР об общегосударственной программе создания, развития производства и эффективного использования вычислительной техники и автоматизированных систем до 2000 г. в нашей стране намечен переход к широкой эксплуатации банков данных, локальных вычислительных сетей и других информационных систем. При этом особое значение приобретают системы связи и передачи данных, позволяющие обеспечить коллективный и удаленный доступ к средствам хранения и обработки информации.

Комплексная автоматизация процессов восприятия, преобразования, передачи, обработки и отображения информации с целью принятия оптимальных управляющих воздействий осуществляется в рамках создания автоматизированных систем управления (АСУ) на различных уровнях - от предприятия до народного хозяйства в целом.

Основой решения многих теоретических проблем создания АСУ является теория информации, предоставляющая возможности для комплексного информационного рассмотрения сложных систем.

Поскольку слово "информация" полисемично, возникает необходимость уточнения смысла этого понятия в рамках рассматриваемой теории.

§ В.1. О понятии "информация"

Понятие "информация" является центральным понятием кибернетики. Оно используется и в теории информации, хотя основным понятием классической теории информации следует признать "количество информации", смысла которого коснемся несколько позже.

Имеется множество определений понятия информации от наиболее общего философского, (информация есть отражение реального мира) до наиболее узкого практического (информация есть все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования).

Некоторыми зарубежными авторами информация трактуется с идеалистических позиций в отрыве от материи как некоторая субстанция, занимающая промежуточное положение между материей и сознанием.

С позиций марксистской философии информация рассматривается как характеристика такого всеобщего свойства материи, как разнообразие. Такая трактовка находится в полном соответствии с известным положением В.И. Ленина о том, что вся материя обладает свойством отражения. Она четко выявляет взаимоотношения понятий "информация" и "отражение".

Информация - это отраженное разнообразие. В понятии "отражение" акцентируется внимание на воспроизведении содержания в целом, а в понятии "информация" - на воспроизведении одной его стороны - разнообразия. Следовательно, понятие "отражение" более широкое, более содержательное.

В рамках материалистической исходной посылки при конкретизации понятия "информация" имеют место расхождения по ряду существенных вопросов: информация - это свойство индивидуального объекта (процесса) или результат взаимодействия объектов (процессов)? Присуща ли информация всем видам материи или лишь определенным образом организованной материи? Существует ли информация в любых процессах или возникает только в процессах управления? Выдвинутое академиками Глушковым В.М. [3] и Колмогоровым А.Н. [10], а также английским философом Эшби и развиваемое советскими учеными понятие информации как характеристики внутренней организованности материальной системы (по множеству состояний, которые она может принимать) позволяет оценивать потенциальные возможности систем независимо от процесса передачи или восприятия информации. Здесь подчеркивается мысль о том, что информация существует независимо от того, воспринимается она или нет. Однако справедливо отмечается, что информация проявляется только при взаимодействии объектов (процессов).

Противоречия не возникает, если информацию рассматривать как свойство объекта в потенциальном смысле - свойство, которое проявляется лишь при взаимодействии объектов (процессов). Так, в куске каменного угля содержится информация о событиях, происшедших в далекие времена, однако эта информация проявляется лишь при взаимодействии с человеком. В книге Н. Винера "Кибернетика" [1] подчеркивается, что "информация есть информация, а не материя и не энергия". В отличие от них информация может возникать и исчезать. В указанном примере с информацией в куске каменного угля она исчезнет, когда этот кусок каменного угля сгорит.

Весьма распространенным является также мнение о том, что информация присуща лишь определенным образом организованной материи, в которой возможны процессы управления. Сторонники этой точки зрения под информацией подразумевают только то, что воспринято и осмыслено, т.е. то, что целесообразно использовать для управления. Нетрудно заметить, что вопрос о существовании информации здесь неправомерно отождествляется с вопросом о способности объекта к восприятию и использованию информации. При таком подходе легко сойти на позиции субъективизма, ставящего объективно существующее в зависимость от воспринимающего субъекта.

При всех различиях в трактовке понятия информации, бесспорно то, что проявляется информация всегда в материально-энергетической форме в виде сигналов. Информацию, представленную в формализованном виде, позволяющем осуществить ее обработку с помощью технических средств, называют данными.

§ В.2. Этапы обращения информации

Хотя роль информации может ограничиваться неопределенным эмоциональным воздействием на человека, в чисто технических (автоматических) и человеко-машинных (автоматизированных) системах она чаще всего используется для выработки управляющих воздействий. При обращении информации в системах можно выделить отдельные этапы [26]. Так как материальным носителем информации является сигнал, то реально это будут этапы обращения и преобразования сигналов (рис. В.1).

На этапе восприятия информации осуществляется целенаправленное извлечение и анализ информации о каком-либо объекте (процессе), в результате чего формируется образ объекта, проводятся его опознание и оценка. При этом необходимо отделить интересующую нас в данном случае информацию от мешающей (шумов), что в ряде случаев связано со значительными трудностями. Простейшим видом восприятия является различение двух противоположных состояний: наличия ("да") и отсутствия ("нет"), более сложным - измерение.

На этапе подготовки информации проводятся такие операции, как нормализация, аналого-цифровое преобразование, шифрование. Иногда этот этап рассматривается как вспомогательный на этапе восприятия. В результате восприятия и подготовки получается сигнал в форме, удобной для передачи или обработки.

На этапах передачи и хранения информация пересылается либо из одного места в другое, либо от одного момента времени до другого. Поскольку теоретические задачи, возникающие на этих этапах, близки друг другу, этап хранения информации часто в самостоятельный этап не выделяется. При этом передача информации получает более широкое толкование. Для передачи на расстояние используются каналы различной физической природы, самыми распространенными из которых являются электрические и электромагнитные. В последнее десятилетие получил признание также перспективный оптический канал. Для хранения информации используются в основном полупроводниковые и магнитные носители. Извлечение сигнала на выходе канала, подверженного действию шумов, носит характер вторичного восприятия.

На этапах обработки информации выявляются ее общие и существенные взаимозависимости, представляющие интерес для системы. Преобразование информации на этапе обработки (как и на других этапах) осуществляется либо средствами информационной техники, либо человеком. Если процесс обработки формализуем, он может выполняться техническими средствами. В современных сложных системах эти функции возлагаются на ЭВМ и микропроцессоры. Если процесс обработки не поддается формализации и требует творческого подхода, обработка информации осуществляется человеком. В системах управления важнейшей целью обработки является решение задачи выбора управляющих воздействий (этап принятия решения).