Задача1

 По каналу связи передаются сообщения, содержащие только семь букв: А, Б, В, Г, Й, К, Л. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Кодовые слова для некоторых букв известны: Б  — 00, Г  — 010, К  — 101. Какое наименьшее количество двоичных знаков потребуется для кодирования слова БАЛАЛАЙКА?

 

Примечание. Условие Фано означает, что ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова.

Информатика 23-24гг Тема. Модели и моделирование. Графы и деревья.

 

Модели и моделирование. Графы и деревья.

Модель — это объект, который обладает существенными свойствами другого объекта, процесса или явления и используется вместо него.

Моделирование — это создание и исследование моделей с целью их изучения.

По природе модели делятся на материальные и информационные. Материальные модели обычно представляют собой физическое или предметное представление объекта. Например, архитектор, чтобы представить заказчику здание, сначала строит его уменьшенную копию. Для нас же более интересней рассмотреть именно информационные модели.

Информационные модели — это информация о свойствах оригиналах и его связях с внешним миром.

Среди таких моделей можно выделить вербальные, то есть представленные в виде слов и описаний и знаковые, то есть представленные в виде схем, карт, формул, чертежей.

Еще информационные модели можно различать по фактору времени. Статистические, то есть те, в которых интересующие нас свойства не изменяются со временем, и динамические — это модели, которые описывают движение, развитие.

Сами динамические модели могут быть дискретными и непрерывными. Дискретные модели — это модели, которые описывают поведение оригинала только в отдельные промежутки времени. Непрерывными моделями называются модели, описывающие поведение оригинала для всех промежутков времени.

По характеру связей выделяются детерминированные и стохастические (случайные).

Стохастический -случайный, зависящий от случайных обстоятельств. Стохастическим считается непредсказуемый процесс, полностью зависящий от фактора случайности.

Детерминированность (от латинского-определяющий) — определяемость. Детерминированность -это процесс, исход которого полностью определен алгоритмом.

Детерминированные модели описывают четкую связь между исходными данными и результатом, в стохастических же моделях учитываются случайные события.

При моделировании всегда возникает вопрос: «Можно ли верить полученным результата?» Для этого проверяется свойство модели — АДЕКВАТНОСТЬ.

Адекватность — это совпадение существенных свойств модели и оригинала в рассматриваемой задаче. Доказать адекватность модели можно только в сравнении с оригиналом.

Для этого проверяется:

— не противоречит ли результат моделирования выводам теории,

— подтверждается ли результат моделирования результатами эксперимента.

Таким образом, любое моделирование должно соответствовать следующей схеме.

Такое моделирование позволяет:

1. Существенно расширить круг исследуемых объектов.
2. Исследовать процессы и явления, при необходимости ускорять или замедлять процесс.
3. Находить оптимальное соотношение затрат.
4. Проводить эксперименты без риска негативных последствий.
5. Визуализировать полученные результаты.

Между данными, используемыми в той или иной информационной модели, всегда существует некоторые связи, определяющие ту или иную структуру данных.

Графом называется геометрическая фигура, состоящая из точек и соединяющих их линий. Точки называются вершинами графа, а линии — ребрами. Каждому ребру сопоставлены две вершины — концы ребра.

Граф является многосвязной структурой, обладающей следующими свойствами:

— на каждый элемент может быть произвольное количество ссылок;

— каждый элемент может иметь связь с любым количеством элементов;

— каждая связка может иметь направление и вес.

Направленная (без стрелки) линия, соединяющая вершины графа, называется ребром.

Линия направленная (со стрелкой) называется дугой.

Граф называется неориентированным, если его вершины соединены ребрами.

Граф называется ориентированным, если его вершины соединены дугами.

Граф называется взвешенным, если его вершины или ребра характеризуются некоторой дополнительной информацией — весами вершин или ребер.

Среди информационных моделей можно выделить графические информационные модели, к которым относятся карты, чертежи, схемы, диаграммы, графики и предмет сегодняшнего рассмотрения — графы.

Если рассматривать группу объектов вместе с имеющимися между ними связями как единое целое, то можно говорить о системе. Мы можем графически изобразить объекты системы вершинами, а связи между ними линиями (рёбрами). В этом случае мы получим информационную модель системы в форме графа.

Если рёбра графа имеют направление, то оно отображается стрелками, а граф называется ориентированным (направленным).

Вершины графа могут отображаться точками, кругами, прямоугольниками и т.д.

Если вершины или ребра графа характеризуются некоторой дополнительной информацией — весом вершины или ребра, то такой граф называют взвешенным.

С помощью взвешенных графов удобно изображать дороги между населенными пунктами. Например, в приведенном примере указана протяжённость дорог в километрах.

Проведём путь, проходящий по вершинам и ребрам графа так, чтобы любое ребро входило в него не более одного раза. Такой путь называется цепью. Цепь, у которой совпадают начальная и конечная вершины, называется циклом.

Граф с циклом называется сетью. Если персонажей некоторого литературного произведения, мультфильма или сериала представить вершинами графа, а связи между ними изобразить рёбрами, то получится граф, который называют семантической сетью.

Информационные модели в виде графов широко используются в повседневной жизни.

Например, при проектировании нового жилого района можно здания обозначить как вершины графа, а дороги, коммуникации и т.д. — ребрами графа. По таким графам удобно, например, прогнозировать загрузку дорог и находить оптимальные транспортные маршруты. Другим примером является схема метрополитена. Вершинами в графе в этом случае являются станции метро.

Граф, в котором отсутствуют циклы, называется деревом.

В этом случае между любыми двумя вершинами существует только один путь.

С помощью дерева удобно представлять иерархическую систему.

У дерева выделяется одна главная вершина, которую называют корнем.

Каждая вершина дерева, исключая корень, может иметь только одного предка (вершина верхнего уровня), но при этом может порождать множество потомков, отображаемых вершинами нижнего уровня. Вершины, у которых отсутствуют порожденные вершины, называются листьями.

Одним из известных применений графов является генеалогическое или родословное дерево, на котором отображаются родственные связи.

Существуют задачи, которые удобно решать с помощью графов.

Например, если мы хотим отобразить все возможные варианты трехзначных чисел, которые могут получиться из цифр 7 и 8.

С помощью графов удобно решать задачи на определение выигрышной стратегии игроков.

Задача на анализ информации, представленной в виде графа, является одной из предлагаемых на государственной итоговой аттестации по информатике.

Итак, сегодня вы узнали о том, какие бывают графы и из каких элементов они состоят, для каких целей создаются. Получили представление об ориентированных и неориентированных графах, деревьях. Научились решать задачи на определение количества путей в графе, используемые при государственной итоговой аттестации. Закрепите полученные знания на практике, выполнив упражнения.

Вводятся понятия — Граф. Вершина, ребро, путь. Ориентированные и неориентированные графы. Длина (вес) ребра и пути. Дерево. Корень, лист, вершина.

Информатика 23-24гг Тема. Системы. Компоненты систем и их взаимодействие.

 

Тема. Системы. Компоненты систем и их взаимодействие.

1.Понятие и классификация информационной системы.

2.Автоматизированные информационные системы.

 1.Понятие   и классификация информационной системы

Система - это совокупность взаимодействующих, относительно самостоятельных элементов, объединенных выполнением некоторой общей функции, не сводимой к функциям ее компонентов.

Системный подход является основой большинства частных методов познания, одним из способов обобщения фактов, позволяет сосредоточиться на выявлении интегративных качеств, возникающих в результате соединения элементов в целое.

Информационная система (ИС) - это система, построенная на базе компьютерной техники, предназначенная для хранения, поиска, обработки и передачи значительных объемов информации, имеющая определенную практическую сферу применения. Информационная система, предназначенная для хранения, поиска, обработки и выдачи информации по запросам пользователей;

Для обеспечения функционирования ИС должны существовать средства поддержки, которые делятся на системные и пользовательские. Назначение системных средств - обеспечение сохранности данных, их обновления и защиты. Назначение пользовательских средств (приложений) - обеспечение удобства работы конечных пользователей, т.е. тех людей, в интересах которых создана информационная система.

Предметом и продуктом ИС является информация.

 К информационным ресурсам ИС относится информация (управленческая, экономическая, финансовая,  кадровая ит.д.) и ее свойства  (идеальность,  преемственность,  неисчерпаемость, массовость, трансформируемость, универсальность, возможность сжатия, недостоверность, избыточность, своевременность, ценность).

Между пользователем и информационной системой может быть установлена обратная связь. В этом случае информационная система называется замкнутой. Канал обратной связи необходим, когда нужно учесть реакцию пользователя на полученную информацию. Информационная система состоит из баз данных, в которых накапливается информация, источника информации, аппаратной части ИС, программной части ИС, пользователя информации. Все системы можно разделить на две основные категории: материальные системы, абстрактные системы. Материальные системы -это совокупность материальных объектов. Среди них выделяют технические, эргатехнические и смешанные системы. В последних особого внимания заслуживает подкласс эргатехнических систем (систем  «человек-машина»)

Классификация ИС

Информационные системы можно разделить по разным признакам:

По степени распределённости отличают:

· настольные, или локальные ИС, в которых все компоненты находятся на одном компьютере;

· распределённые ИС, в которых компоненты распределены по нескольким компьютерам.

Распределённые ИС, в свою очередь, разделяют на:

· клиент-серверные ИС (ИС с архитектурой «клиент-сервер»);

· файл-серверные ИС (ИС с архитектурой «файл-сервер»).

клиент-сервер

По степени автоматизации ИС делятся на:

· автоматизированные: информационные системы, в которых автоматизация может быть неполной (то есть требуется постоянное вмешательство персонала);

· автоматические: информационные системы, в которых автоматизация является полной, то есть вмешательство персонала не требуется или требуется только эпизодически.

«Ручные ИС» («без компьютера») существовать не могут, поскольку существующие определения предписывают обязательное наличие в составе ИС аппаратно-программных средств. Вследствие этого понятия «автоматизированная информационная система», «компьютерная информационная система» и просто «информационная система» являются синонимами.

По характеру обработки данных ИС делятся на:

· информационно-справочные, или информационно-поисковые ИС, в которых нет сложных алгоритмов обработки данных, а целью системы является поиск и выдача информации в удобном виде;

· ИС обработки данных, или решающие ИС, в которых данные подвергаются обработке по сложным алгоритмам. К таким системам в первую очередь относят автоматизированные системы управления и системы поддержки принятия решений.

Пример информационно-справочной ИС. Пример ИС обработки данных

Каждой сфере применения ИС соответствует свой тип. Перечислять их всех не имеет смысла, так как количество предметных областей велико. Вот некоторые примеры:

· Экономическая информационная система, предназначенная для выполнения функций управления на предприятии.

· Медицинская информационная система - информационная система, предназначенная для использования в лечебном или лечебно-профилактическом учреждении.

· Географическая информационная система - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных).

Экономическая ИС

Географическая ИС

Медицинская ИС

· Персональная ИС предназначена для решения некоторого круга задач одного человека.

· Групповая ИС ориентирована на коллективное использование информации членами рабочей группы или подразделения.

· Корпоративная ИС автоматизирует все бизнес-процессы целого предприятия (организации). Такие системы иногда называют информационными системами предприятия и системами комплексной автоматизации предприятия.

2.     Автоматизация информационных систем

Целью автоматизации информационных процессов является повышение производительности и эффективности труда работников, улучшение качества информационной продукции и услуг, повышение сервиса и оперативности обслуживания пользователей.

Автоматизация базируется на использование средств вычислительной техники (СВТ) и необходимого ПО. Она позволяет существенно сократить время обслуживания пользователей, значительно повысить уровень их обслуживания, преобразует и видоизменяет отдельные технологические процессы, а порой – все основные традиционно используемые технологии. Автоматизация, способствуя ликвидации многих рутинных операций, повышая комфортность и одновременно эффективность работы, предоставляя пользователям новые, ранее неведомые, возможности работы с информацией, создаёт и новые проблемы, решение которых может быть осуществлено лишь на базе использования общенаучных методов и широкого использования новых информационных технологий.

 Задачи автоматизации информационных процессов

Сформулируем основные задачи автоматизации информационных процессов. Они направлены на:

·                 сокращение трудозатрат при выполнении традиционных информационных процессов и операций, то есть упрощение нужных действий для более быстрого выполнения операций;

Самый простой и хороший пример – калькулятор. На нём математические расчёты не представляют труда. Он гораздо быстрее счетов и других, более древних средств. (Калькулятор, счёты)

·                 устранение рутинных операций. Возможно внедрение разного рода макросов; Например, при постоянном расчёте зарплат в бухгалтерии, в Excel можно забить определённую модель поведения (формулу), чтобы дальше он сам выполнял необходимое вычисление

·                 ускорение процессов обработки и преобразования информации;

Вычислительная техника работает гораздо быстрее мозга – чтобы найти результат в базе данных, ей достаточно доли секунд для вывода информации.

·                 повышение оперативности и качественного уровня обслуживания пользователей;

· облегчение возможностей широкого обмена информацией, участия в корпоративных и других проектах. 

В широком смысле информационной системой можно назвать любую организационную структуру, задача которой состоит в работе с информацией, например библиотеку, справочную службу же­лезных дорог, учреждение СМИ (редакцию газеты, телецентр, радиостудию). В этом смысле информационными системами являются все подразделения управленческой структуры предприятия: бухгалтерия, отдел кадров, отдел научно-технической информации и пр. Примеры можно продолжить. Все эти службы существовали и до появления компьютеров, существуют и сейчас. Разница в том, что раньше они использовали «бумажные» технологии работы с информацией, простые средства механизации обработки данных, а сейчас все шире применяют компьютеры.

 Виды программного обеспечения компьютеров

Существует разделение вычислительных машин на две составляющие: аппаратурную и программную. Программная часть называется программным обеспечением ЭВМ. 

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера. 

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. 

 По назначению ПО разделяется на системное, прикладное и инструментальное. 

Системное ПО.

1.        Загрузчик операционной системы

2.               Операционные системы — общего назначения, реального времени, сетевые ОС, встраиваемые. Основная задача таких программ - планирование вычислительного процесса, распоряжение ресурсами машины, организация взаимодействия отдельных процессов, протекающих в машине во время выполнения программ.

3.               Сервисные программы, диагностические программы, программы для борьбы с компьютерными вирусами.

4.               Драйверы устройств Дра́йвер (англ. driver) — компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению стандартным образом. В общем случае для использования каждого устройства, подключённого к компьютеру, необходим специальный драйвер. 5.               Программы обеспечения работы в сети. Эти программы реализуют протоколы обмена информацией между машинами, работу с базами данных, телеобработку данных.

6.               Программные средства защиты:

•        Криптошлюзы (аппаратно-программный комплекс криптографической защиты трафика данных, голоса, видео на основе шифрования )

•        Средства аутентификации (проверка подлинности)

•        Средства мониторинга и аудита(контроль, проверка)

•        Сканеры защищённости

•        Средства разграничения доступа

•        Системы криптографической защиты (шифровка)

•        Антивирусные программы

Инструментальное ПО.

1.        Средства разработки программного обеспечения

2.        Системы управления базами данных (СУБД)

Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры.

 Основными функциями систем управления базами данных являются:

•        создание пустой (незаполненной, структуры базы данных)

•        предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

•        обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации

Многие системы управления базами данных (СУБД) дополнительно предоставляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки Наиболее распространенными являются Microsoft АССЕSS.

 Прикладные программы.

Прикладные программы удобно разделить на следующие классы:

1. Офисные приложения

•        Текстовые редакторы Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных.

•        Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Наиболее популярный текстовый процессор - Microsoft Word.

•        Табличные процессоры. Электронные таблицы (ЭТ) предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием. Наиболее распространены  Microsoft Excel.

•        Редакторы презентаций

2. Системы проектирования и производства

•        Системы автоматизированного проектирования  — организационно-техническая система, предназначенная для выполнения проектной деятельности с применением вычислительной техники, позволяющая создавать конструкторскую и/или технологическую документацию.

•        PDM-системы. PDM-система (Product Data Management — система управления данными об изделии) — организационно-техническая система обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолеты и ракеты, компьютерные сети и др.). PDM-системы являются неотъемлимой частью PLM-систем.

•        PLM-системы PLM (сокр. от англ. Product Lifecycle Management) — технология управления жизненным циклом изделий. Организационно-техническая система обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолеты и ракеты, компьютерные сети и др.).

•        АСУТП (Системы SCADA) Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для управления технологическим оборудованием на предприятиях.

•        АСТПП (Системы MES) MES (сокр. от англ. Manufacturing Execution System) — исполнительная система производства. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства.

3. Мультимедиа

•        Компьютерные игры

•        Музыкальные редакторы.

•        Графические редакторы. Графический редактор — программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать двумерные изображения с помощью компьютера.

•        Видео редакторы

•        Мультимедиа проигрыватели

•        Редакторы НТМL (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Программы этого класса можно также эффективно использовать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.

4. Клиенты для доступа к интернет-сервисам:

•        электронная почта

•        веб

•        мгновенная передача сообщений

•        чат-каналы

•        IP-телефония

•        P2P обмен файлами

•        потоковое вещание

•        Банк-клиент

5. Корпоративные информационные системы

•        Бухгалтерские программы

•        Системы Управления проектами (Project Management)

•        Системы автоматизации документооборота (EDM-системы)

•        Системы управления архивами документов (DWM-системы)

6. Экспертные системы. 

Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. По совокупности признаков события юридические экспертные системы могут дать правовую оценку и предложить порядок действий, как для обвиняющей стороны, так и для защищающейся.