Информация и информационные процессы

Человек кодирует информацию с помощью естественных и формальных языков.
Язык – знаковая система, состоящая из упорядоченного набора знаков, который называется алфавит. Полное количество символов алфавита называется мощностью алфавита.
Кодирование – это перевод информации с одного языка на другой (запись в другой системе символов, в другом алфавите). Каждый символ исходного алфавита (мощности N) при кодировании представляет последовательность символов кодового алфавита (мощности М), которая называется кодовым словом. Иногда кодовое слово называется кодом.
Обычно кодированием называют перевод информации с «человеческого» языка на формальный, а декодированием – обратный переход

один символ исходного сообщения может заменяться одним символом нового кода или несколькими символами, а может быть и наоборот – несколько символов исходного сообщения заменяются одним символом в новом коде (китайские иероглифы обозначают целые слова и понятия)

Способы кодирования:
Графический – с помощью специальных рисунков или значков;
Числовой – с помощью чисел;
Символьный – с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.
2 Х 2=4
Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется.

Цели кодирования:
1. Выполнение математических вычислений

2. Быстрый способ записи
Цели кодирования:
Стенография - способ письма посредством особых знаков и целого ряда сокращений, дающий возможность быстро записывать устную речь.

Цели кодирования:
3. Засекречивание информации (защита от несанкционированного доступа)
обычный текст – информация в исходном виде, также называемая открытым текстом.
шифрованный текст – информация, подвергнутая действию алгоритма шифрования.
алгоритм – метод, используемый для преобразования открытого текста в шифрованный текст.
ключ – входные данные, посредством которых с помощью алгоритма происходит преобразование открытого текста в шифрованный или обратно.
шифрование – процесс преобразования открытого текста в шифр.
дешифрование – процесс преобразования шифра в открытый текст.
Шифрование
Методами шифрования занимается наука криптография

Задание 1
Шифр Цезаря. Этот шифр реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется следующей после неё буквой ав алфавите, который считается записанный по кругу.
Используя шифр Цезаря, запишите следующую фразу:
Делу время – потехе час.

Задание 2
Шифр перестановки. Кодирование осуществляется перестановкой букв в слове по одному и тому же правилу. Восстановить слова и определить правило перестановки:
НИМАРЕЛ, ЛЕТОФЕН, НИЛКЙЕА, НОМОТИР, РАКДНАША

4. Передача по техническим каналам связи
Цели кодирования:
Телеграфный код
Сэмюэл Финли Бриз Морзе
Неравномерный код
(Азбука Морзе)
Равномерный код
(Код Бодо)
Жан Морис Эмиль Бодо

При равномерном кодировании все символы кодируются кодами равной длины. Расшифровать такое сообщение не составит труда, но сообщение становится длиннее.
Если мощность кодового алфавита равна М, а длина кода – I, можно составить N = Mi различных кодовых слов.

ЕГЭ В 4
Для передачи сообщения на флоте используют специальные сигнальные флаги, вывешиваемые в одну линию. Какое количество различных сигналов может передать корабль при помощи пяти сигнальных флагов, если на корабле имеются флаги трёх различных видов
Задание 3
Решение:
Мощность кодового алфавита М = 3 (количество различных видов флагов), длина кодового слова I =5(количество сигнальных флагов). Количество различных сигналов определим по формуле
N = Mi = 35 = 243

При неравномерном кодировании разные символы могут кодироваться кодами разной длины, это затрудняет декодирование.
Для того, чтобы можно было декодировать такое сообщение без специального разделения кодов символов, используют префиксные коды.
Префиксный код – это код со словами переменной длины, в котором ни одно слово не является началом другого кодового слова.
Префиксный код для алфавита из 3-х символов: 0, 10, 11
Сообщение 100111011010 однозначно декодируется
10 0 11 10 11 0 10

Сообщения, закодированные префиксными кодами, можно декодировать «на лету», не дожидаясь получения всего сообщения целиком. Префиксные коды используются для кодирования аудио- и видеофайлов, поэтому можно слушать музыку или смотреть видео до того, как файл загрузится целиком.

Закодированное сообщение можно однозначно декодировать с начала, если выполняется условие Фано: никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова;
закодированное сообщение можно однозначно декодировать с конца, если выполняется обратное условие Фано: никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова;
Условие Фано – это достаточное, но не необходимое условие однозначного декодирования.

Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В, Г и Д, используется неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать полученную двоичную последовательность. Вот этот код: А–00, Б–010, В–011, Г–101, Д–111. Можно ли сократить для одной из букв длину кодового слова так, чтобы код по-прежнему можно было декодировать однозначно? Коды остальных букв меняться не должны. Выберите правильный вариант ответа.
1) для буквы Б – 01 2) это невозможно
3) для буквы В – 01 4) для буквы Г – 01
Задание 4
ЕГЭ А9

Решение :
Для однозначного декодирования достаточно, чтобы выполнялось условие Фано или обратное условие Фано;
1. Проверяем последовательно варианты 1, 3 и 4; если ни один из них не подойдет, придется выбрать вариант 2 («это невозможно»);
3. проверяем вариант 1: А–00, Б–01, В–011, Г–101, Д–111.
«прямое» условие Фано не выполняется (код буквы Б совпадает с началом кода буквы В);
«обратное» условие Фано не выполняется (код буквы Б совпадает с окончанием кода буквы Г); поэтому этот вариант не подходит;
4. проверяем вариант 3: А–00, Б–010, В–01, Г–101, Д–111.
«прямое» условие Фано не выполняется (код буквы В совпадает с началом кода буквы Б);
«обратное» условие Фано не выполняется (код буквы В совпадает с окончанием кода буквы Г); поэтому этот вариант не подходит;
5. проверяем вариант 4: А–00, Б–010, В–011, Г–01, Д–111.
«прямое» условие Фано не выполняется (код буквы Г совпадает с началом кодов букв Б и В); но «обратное» условие Фано выполняется (код буквы Г не совпадает с окончанием кодов остальных буквы); поэтому этот вариант подходит;
правильный ответ – 4

Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В, Г и Д, решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать двоичную последовательность, появляющуюся на приёмной стороне канала связи. Использовали код:
А–1, Б–000, В–001, Г–011. Укажите, каким кодовым словом должна быть закодирована буква Д. Длина этого кодового слова должна быть наименьшей из всех возможных. Код должен удовлетворять свойству однозначного декодирования.
1) 00 2) 01 3)11 4) 010
Задание 5

Решение:
заметим, что для известной части кода выполняется условие Фано – никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова
если Д = 00, такая кодовая цепочка совпадает с началом Б = 000 и В = 001, невозможно однозначно раскодировать цепочку 000000: это может быть ДДД или ББ; поэтому первый вариант не подходит
если Д = 01, такая кодовая цепочка совпадает с началом Г = 011, невозможно однозначно раскодировать цепочку 011: это может быть ДА или Г; поэтому второй вариант тоже не подходит
если Д = 11, условие Фано тоже нарушено: кодовое слово А = 1 совпадает с началом кода буквы Д, невозможно однозначно раскодировать цепочку 111: это может быть ДА или ААА; третий вариант не подходит
для четвертого варианта, Д = 010, условие Фано не нарушено;
правильный ответ – 4.

Чем отличаются естественные языки от формальных?
Что такое кодирование и декодирование?
Какие способы кодирования вы знаете?
От чего может зависеть способ кодирования?
Какие цели кодирования вы знаете?
Дайте определение равномерного и неравномерного кода.