форма представления однотипных данных
Информатика
Именная карта банка для детей
с крутым дизайном, +200 бонусов
Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы
План урока:
Переход от одной формы представления к другой (что лучше понимает и запоминает человек?)
В первоначальном варианте термин «информатика» не ассоциировался с теми или иными техническими средствами. И только с развитием ЭВМ он превратился в аналог понятия «computer science», то есть науки об использовании для обработки и представления информации компьютеров. Однако разделение это носит условный характер, так как все задачи, решаемые в информатике вообще, могут быть совершенно аналогично решены при помощи вычислительной техники. Понимание этого пришло с развитием мощных средств отображения данных на цветных мониторах, принтерах и прочих подобных устройствах. Чтобы убедиться в этом посмотрите эти простые рисунки:
Простая гистограмма (столбчатая диаграмма) распределения холестерина.
Диаграмма рассеяния «рост-вес», полученная на основе статистического анализа данных параметров.
График концентрации неорганического фосфора.
Как видим, даже на начальном этапе развития вычислительной техники формы представления информации существенно разнились друг от друга. Уже с помощью средств примитивной печати можно было добиться очень убедительной и наглядной интерпретации больших массивов чисел. В то время в ходу были так называемые алфавитно-цифровые мониторы, не приспособленные к отображению графики, а также простейшие матричные принтеры. Но даже они позволяли визуализировать график зависимости одной величины от другой и создавать различные виды чертежей.
У описанной технологии наглядного представления информации было три существенных недостатка:
Преодолеть эти недостатки удалось сравнительно быстро. Первый из них был устранен входе усовершенствования мониторов и принтеров, а именно в результате появления устройств, способных к отображению цвета в высоком разрешении. От второго и третьего избавились, разработав мощные математические пакеты универсального назначения. Наверняка вы уже знакомы с одним из таких инструментов – это табличный процессор Excel.
Выше мы привели конкретные примеры представления информации: в виде графика функции, в виде столбчатой диаграммы и в виде некоего рисунка «набитого» на бумаге при помощи букв и цифр. Сколько существует способов представления вообще? Давайте посчитаем:
Каждая из разновидностей представления имеет большую или меньшую степень наглядности и каждая находит себе применение. Текст нельзя заменить на рисунок, хотя сегодня и текст стал более наглядным, чем раньше. Отдельные его блоки могут быть выделены разным цветом, по-разному отформатированы абзацы и параграфы, строка может быть превращена в гиперссылку, ведущую к другому документу, в текст могут быть вставлены рисунки.
Таблицы также претерпели изменения со временем. Если раньше таблица была просто статическим, специально отформатированным текстом, то нынче это, по сути, графический объект, с элементами динамики. Столбцы и строки могут менять свой размер, содержать не только числа и текст, но и картинки. Ячейки таблиц имеют разный цвет и шрифт. Понятно, что речь идет об общей тенденции взаимопроникновения разных форм представления информации.
Диаграммы бывают разных видов: столбчатые, круговые и линейные. Диаграмма позволяет быстро, не отвлекаясь на самостоятельный анализ большого объема чисел, получить впечатление об их сравнительной величине. Отсюда следует, что числа, на основе которых строится диаграмма, не могут быть произвольной природы. Иначе диаграмма теряет всякий смысл. Эти числа должны быть выражены в одной и той же единице измерения и относится к одному предмету изучения.
Схема во многих отношениях напоминает чертеж. Она обычно составлена по определенным правилам (такова например, блок-схема в программировании), но отображает, как правило, не объекты, а процессы. Отображение последовательности действий в виде схемы – это лучший способ сделать алгоритм понятным. Не обязательно составлять схему по четким правилам, простые схемы можно составлять и «на коленке». К схеме обычно прилагают описание схемы в текстовом виде – ее назначение и какие-то ее особенности (например, перечень задействованных в ней обозначений).
Важно понять следующее: что одни и те же данные (например, набор чисел) могут быть представлены совершенно по-разному. Эти числа могут быть перечислены в тексте. Могут быть занесены в таблицу. На их основе можно построить график или диаграмму. Та же числовая информация может быть представлена в чертеже. А при желании их можно превратить в цветное изображение или наглядную модель некоего процесса, в форме схемы. Об этом мы поговорим чуть дальше.
Что такое условие задачи, ее схематическое решение и ее математическая запись
Теперь вы готовы к тому, чтобы применить полученные теоретические знания на практике. Но сначала мы опишем общую схему решения всех задач визуализации данных. Выглядит она так:
Итак, краткая формулировка задачи расчета траектории снаряда будет выглядеть так: найти высоту снаряда над землей в каждый момент времени, зная угол наклона и начальную скорость полета. Если вы не изучали соответствующий раздел физики, то поверьте нам на слово в том, что формула для высоты снаряда выглядит так:
Итак, используя условие задачи и зная как записать условие задачи (сначала в виде текста, а потом и в виде формулы), мы подготовили почву для вычисления траектории. Как это можно проделать? Можно просто подставить v0 и α в нашу формулу, а, затем, подставляя в нее же различные значения времени (t) получить различные высоты траектории в эти моменты времени. Например, высоту через полсекунды после вылета, через секунду после вылета и так далее. Затем вычисленные высоты свести в таблицу или нанести на график. А можно поступить иначе – поручить расчет высот и печать таблицы (графика) машине. Например, написать такую программу на Бейсике:
Программа на smallbasic.
Которая напечатает нам таблицу высот в различные моменты времени (это будет длинная таблица, мы покажем лишь ее кусок):
Итог работы программы на Бейсике.
Трудно ли нанести полученные точки на график и нарисовать траекторию? Конечно, нет, и это тоже можно поручить машине! Имейте в виду, что запись математических формул должна быть полной и точной. Не содержать в себе никакой двусмысленности и отвечать условию поставленной задачи. Машина думать не умеет (думаем за нее мы), и если мы подсунем ей неправильные формулы, то и посчитает она, бог знает что. Математические записи всегда прилагают к схеме решения задачи, чтобы было понятно, откуда они взялись.
Представление числовых данных на диаграммах(линейная диаграмма, столбчатая диаграмма и другие)
Диаграммы лучше всего строить в Excel. Этот инструмент как будто специально создан для построения диаграммы. Рисунок ниже даст представление о том, какие диаграммы можно построить в Excel-e (линейна я диаграмма, круговая диаграмма, столбчатая диаграмма и другие):
Подсказка к типам диаграмм Excel.
На любой диаграмме представлены некоторые числовые данные (не числовые типы данных в них не используются). Перед построением диаграммы нужно найти числовые данные любым способом (например, так, как мы искали высоты снаряда), и произвести обработку числовых данных, чтобы на их основе составить диаграмму. Это можно сделать или в самой программе Excel,или заранее. А затем выбрать нужный тип представления и автоматически сформировать диаграмму. Например, линейную диаграмму Excel, наподобие графика функции.
Итак, на диаграмме показано представление числовых данных в удобной для восприятия форме.
Форма представления однотипных данных
Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той или иной форме.
Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник — в картине.
Форма представления информации очень важна при ее передаче: если человек плохо слышит, то передавать ему информацию в звуковой форме нельзя; если у собаки слабо развито обоняние, то она не может работать в розыскной службе. В разные времена люди передавали информацию в различной форме с помощью: речи, дыма, барабанного боя, звона колоколов, письма, телеграфа, радио, телефона, факса. Независимо от формы представления и способа передачи информации, она всегда передается с помощью какого-либо языка.
На уроках математики вы используете специальный язык, в основе которого — цифры, знаки арифметических действий и отношений. Они составляют алфавит языка математики. На уроках физики при рассмотрении какого-либо физического явления вы используете характерные для данного языка специальные символы, из которых составляете формулы. Формула — это слово на языке физики.
На уроках химии вы также используете определенные символы, знаки, объединяя их в «слова» данного языка.
Существует язык глухонемых, где символы языка — определенные знаки, выражаемые мимикой лица и движениями рук.
Основу любого языка составляет алфавит — набор однозначно определенных знаков (символов), из которых формируется сообщение. Языки делятся на естественные (разговорные) и формальные. Алфавит естественных языков зависит от национальных традиций. Формальные языки встречаются в специальных областях человеческой деятельности (математике, физике, химии и т. д.). В мире насчитывается около 10 000 разных языков, диалектов, наречий. Многие разговорные языки произошли от одного и того же языка. Например, от латинского языка образовались французский, испанский, итальянский и другие языки.
Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена информация.
В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число языков. Примеры языков:
Язык –– это знаковая система, используемая для целей коммуникации и познания. Основой большинства языков является алфавит – набор символов, из которых можно составлять слова и фразы данного языка.
Все языки можно разделить на естественные и искусственные.
Естественными называются “обычные”, “разговорные” языки, которые складываются стихийно и в течение долгого времени. История каждого такого языка неотделима от истории народа, владеющего им. Естественный язык, предназначенный, прежде всего, для повседневного общения, имеет целый ряд своеобразных черт:
Основными функциями естественного языка являются:
Искусственные языки создаются людьми для специальных целей либо для определенных групп людей: язык математики, морской семафор, язык программирования. Характерной особенностью искусственных языков является однозначная определенность их словаря, правил образования выражений и правил придания им значений.
Любой язык –– и естественный и искусственный –– обладает набором определенных правил. Они могут быть явно и строго сформулированными (формализованными), а могут допускать различные варианты их использования.
Формализованный (формальный) язык –– язык, характеризующийся точными правилами построения выражений и их понимания. Он строится в соответствии с четкими правилами, обеспечивая непротиворечивое, точное и компактное отображение свойств и отношений изучаемой предметной области (моделируемых объектов).
В отличие от естественных языков формальным языкам присущи четко сформулированные правила семантической интерпретации и синтаксического преобразования используемых знаков, а также то, что смысл и значение знаков не изменяется в зависимости от каких-либо прагматических обстоятельств (например, от контекста).
Большинство формальных языков (созданных конструкций) строится по следующей схеме. сначала выбираетсяалфавит, или совокупность исходных символов, из которых будут строиться все выражения языка; затем описываетсясинтаксис языка, то есть правила построения осмысленных выражений. Буквами в алфавите формального языка могут быть и буквы алфавитов естественных языков, и скобки, и специальные знаки и т.п. Из букв, по определенным правилам можно составлять слова и выражения. Осмысленные выражения получаются в формальном языке, только если соблюдены определенные в языке правила образования. Для каждого формального языка совокупность этих правил должна быть строго определена и модификация любого из них приводит чаще всего к появлению новой разновидности (диалекта) этого языка.
Формальные языки широко применяются в науке и технике. В процессе научного исследования и практической деятельности формальные языки обычно используются в тесной взаимосвязи с естественным языком, поскольку последний обладает гораздо большими выразительными возможностями. В то же время формальный язык является средством более точного представления знаний, чем естественный язык, а следовательно, средством более точного и объективного обмена информацией между людьми.
Формальные языки часто конструируются на базе языка математики. Веком бурного развития различных формальных языков можно считать XX век.
С точки зрения информатики, среди формальных языков наиболее значительную роль играют формальный язык логики(язык алгебры логики) и языки программирования.
Возникновение языков программирования приходится на начало 50-х годов XX века.
Языков программирования и их диалектов (разновидностей) насчитывается несколько тысяч. Классифицировать их можно по-разному. Некоторые авторы разбивают все многообразие языков программирования на процедурные и декларативные. В процедурных языках преобразование данных задается с помощью описания последовательности действий над ними. В декларативных языках преобразование данных задается посредством описания отношений между самими данными. Согласно другой классификации, языки программирования можно разделить на процедурные, функциональные, логические, объектно-ориентированные. Однако любая классификация несколько условна, поскольку, как правило, большинство языков программирования включает в себя возможности языков разных типов.Особое место среди языков программирования занимают языки, обеспечивающие работу систем управления базами данных (СУБД). Часто в них выделяют две подсистемы: язык описания данных и язык манипулирования
Теория кодирования – это раздел теории информации, связанный с задачами кодирования и декодирования сообщений, поступающих к потребителям и посылаемых из источников информации.
Теория кодирования близка к древнейшему искусству тайнописи – криптографии. Над разработкой различных шифров трудились многие известные ученые: философ Ф. Бэкон, математики Д.Кардано, Д. Валлис. Одновременно с развитием методов шифровки развивались приемы расшифровки, или криптоанализа.
В середине ХIХ в. ситуация изменилась. Изобретение телефона и искрового телеграфа поставило перед учеными и инженерами проблему создания новой теории кодирования. Первой ориентированной на технику системой кодирования оказалась азбука Морзе, в которой принято троичное кодирование (точка, тире, пауза).
Двоичное кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.
Двоичный алфавит состоит из двух цифр 0 и 1.
Цифровые ЭВМ (персональные компьютеры относятся к классу цифровых) используют двоичное кодирование любой информации. В основном это объясняется тем, что построить техническое устройство, безошибочно различающее 2 разных состояния сигнала, технически оказалось проще, чем то, которое бы безошибочно различало 5 или 10 различных состояний.
К недостаткам двоичного кодирования относят очень длинные записи двоичных кодов, что затрудняет работу с ними.
ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ СИМВОЛЬНОЙ (ТЕКСТОВОЙ) ИНФОРМАЦИИ
При сравнении символов наиболее важными аспектами являются уникальность кода для каждого символа и длина этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически не имеет значения.
Для кодирования текстов используются различные таблицы перекодировки. Важно, чтобы при кодировании и декодировании одного и того же текста использовалась одна и та же таблица.
Наиболее популярные таблицы перекодировки: ДКОИ-8, ASCII, CP1251, Unicode.
Исторически сложилось, что в качестве длины кода для кодирования символов было выбрано 8 бит или 1 байт. Поэтому чаще всего одному символу текста, хранимому в компьютере, соответствует один байт памяти.
Различных комбинаций из 0 и 1 при длине кода 8 бит может быть 28 = 256, поэтому с помощью одной таблицы перекодировки можно закодировать не более 256 символов. При длине кода в 2 байта (16 бит) можно закодировать 65536 символов.
В настоящее время большая часть пользователей при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др.
т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.
Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.
Одному и тому же двоичному коду ставится в соответствие различные символы.
| Двоичный код | Десятичный код | КОИ8 | СР1251 | СР866 | Мас | ISO |
| 11000010 | 194 | б | В | — | — | Т |
