Понятие информации

5.55M

Category:

informatics

1.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ»
Факультет электротехники и автоматики
Информатика
Тема 2. Понятие информации
Шевченко Алексей Владимирович
Кафедра РАПС
Санкт-Петербург, 2024 г.

2.

Что такое информация?
«Информация – это не материя и не энергия,
информация – это информация»
Норберт Винер
0 бит
1 бит
2 бита
log 2 N
3 бита
Информация – мера неоднородности
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
2

3.

Понятие объекта
Объект – результат выделения из некоторой совокупности
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
3

4.

Множество объектов
Задача счёта – натуральные числа (1, 2, 3, …)
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
4

5.

Свойства объекта
Возраст
Вес
Рост
Окраска
Задача измерения – вещественные числа
Единица
Шкала
Диапазон
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Точность
5

6.

Свойства объекта. Пример 1
Болт DIN 933 M10x70
Длина
Резьба
Размер
70 мм
М10
17 мм
Метрическая
Шевченко А. В.
10 мм
Информатика. Тема 2. Понятие информации
6

7.

Свойства объекта. Пример 2
Резистор МЛТ-2 22 кОм
Сопротивление
Мощность
Напряжение
22 кОм
2 Вт
750 В
Размеры
Допускаемое отклонение сопротивления: ±2 %
Диапазон температур: -60… +70 °С
Минимальная наработка: 30000 ч
Срок сохраняемости: 25 лет
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
7

8.

Идентификация объектов
№1
№2
№3
№4
№5
Идентификация – установление тождественности
неизвестного объекта известному на основании
совпадения признаков (философия)
Идентификация по свойствам приводит
к неоднозначности (см. Артур КонанДойль, "Голубой карбункул")
Добавление специальных
свойств, обеспечивающих
уникальность объектов
Идентификация – процесс определения какоголибо объекта путём присвоения уникального
идентификатора (компьютерные науки)
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
8

9.

Идентификация объектов. Примеры
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
9

10.

Классификация объектов
Овца
Неоднородность набора свойств –
классификация объектов.
Собака
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
10

11.

Понятие класса
Свойство 1
Класс
Свойство 2
Свойство N
Класс объединяет объекты с
одинаковым набором свойств.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
11

12.

Наследование
Базовый
класс
Производный
класс
Свойство
Свойство
Свойство
Свойство
Свойство
Свойство
Между классами могут устанавливаться
отношения наследования. Объекты производных
(дочерних) классов получают свойства базовых
(родительских) классов.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
12

13.

Обобщение и специализация
Класс
Класс
Класс
Конкретизация
Абстрагирование
Класс
Класс
Класс
Обобщение позволяет выделить у нескольких классов общие
свойства и вынести их в базовый класс.
Специализация – выделение специфических свойств у ряда объектов
некоторого класса, что приводит к появлению производного класса.
Обобщение и специализация позволяют создать иерархию классов.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
13

14.

Наследование. Пример 1
Возраст
Рост
Животное
Вес
Окраска
Овца
Собака
Как овцы, так и собаки обладают общим для всех животных
набором свойств (возраст, рост, вес, окраска). Для класса "Овца"
могут быть добавлены специфические свойства (продуктивность по
шерсти, продуктивность по молоку). Для собак присущи другие
специфические свойства (сторожевые возможности).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
14

15.

Наследование. Пример 2
Форма
Металл
Плотность
Сталь
Алюминий
7800 кг/м3
2700 кг/м3
Лист
Профиль
Длина
Длина
Ширина
Толщина
Уголок
Длина А
Стальной лист
Длина В
Алюминиевый
уголок
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Толщина
15

16.

Сложные объекты
Сложные объекты образуются из
множества более простых объектов
(стадо = овцы + пастух + собаки).
Овца
Овца
Овца
Стадо
Пастух
Собака
Собака
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
16

17.

Структура объекта
Овца
Овца
Много
Класс
1
Класс
Класс
Собака
2
Класс
Объект класса может включать в себя или ссылаться на
множество объектов, относящихся к различным классам.
Структура определяет сколько и каких объектов
включается в данный объект. Число включаемых объектов
(кардинальность) может быть конкретным (1, 2, 3…) или
произвольным (много).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
17

18.

Декомпозиция и композиция объектов
Состоит из
Декомпозиция (анализ) –
выделение в составе сложного
объекта более простых объектов и
установление связей между ними.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Образуют
Композиция (синтез) – объединение
связанных объектов с целью
получения сложного объекта.
18

19.

Декомпозиция и композиция объектов. Пример 1
Велосипед
1
1
1
2
Рама
Руль
Седло
Колесо
1
1
1
32
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Втулка
Обод
Шина
Спица
19

20.

Декомпозиция и композиция объектов. Пример 2
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
20

21.

Связи между объектами
Овца
Овца
Много
Класс 1
Класс 1
Класс 2
Класс 2
Поскольку в объект некоторого класса может входить
множество объектов другого класса, то между этими
классами существует связь, кардинальность которой
определяется соотношением входящих в связь объектов.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
21

22.

Связи между объектами. Пример 1
Группа
Студент
В группе может быть много студентов. Каждый студент входит
только в одну группу. Между объектами классов "Группа" и
"Студент" имеется связь 1:М (один ко многим).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
22

23.

Связи между объектами. Пример 2
Факультет
Кафедра
Группа
Студент
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Последовательные связи
1:М отражают иерархию
объектов.
23

24.

Связи между объектами. Пример 3
Страна
Город
СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
ул. проф. Попова, 5
Санкт-Петербург, Россия
Улица
Дом
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
24

25.

Связь между объектами. Пример 4
Дисциплина
Студент
Дисциплина
Студент
Выбранная
дисциплина
Занятия по одной дисциплине посещают много студентов. Каждый
студент посещает занятия по многим дисциплинам. Между
объектами классов "Дисциплина" и "Студент" имеется связь М:М
(многие ко многим). Эта связь может быть заменена на две связи с
классом "Выбранная дисциплина".
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
25

26.

Независимые и зависимые свойства
Независимые (ортогональные)
Зависимые (вычисляемые)
Длина
Ширина
Объем
Высота
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
26

27.

Независимые и зависимые свойства. Пример 1
Независимые (ортогональные)
Зависимые (вычисляемые)
Длина
Ширина
Объем
Высота
Материал
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Вес
Плотность
27

28.

Независимые и зависимые свойства. Пример 2
Независимые (ортогональные)
Зависимые (вычисляемые)
Длина
Ширина
Площадь
Высота
Покрытие
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Вес краски
Расход
28

29.

Независимые и зависимые свойства. Пример 3
Независимые (ортогональные)
Зависимые (вычисляемые)
Дата рождения
Возраст
Текущая дата
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
29

30.

Независимые и зависимые свойства. Пример 4
Независимые (ортогональные)
Зависимые (вычисляемые)
Цена товара
Количество
Скидка
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Стоимость
Сумма
30

31.

Темпоральность свойств
Население
Город
Территория
Название
Петроград
Санкт-Петербург
1703
Шевченко А. В.
1914
Информатика. Тема 2. Понятие информации
Ленинград
1924
Санкт-Петербург
1991
31

32.

Агрегируемость свойств
Подсчёт
Сумма
Максимум
Свойство
Объекты
Минимум
Агрегированное
свойство
Среднее
Статистические функции
Агрегативные свойства вычисляются на базе свойств множества
объектов, при этом применяются различные арифметические или
статистические функции.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
32

33.

Агрегируемость свойств. Пример 1
Число особей
Минимальный возраст
Максимальный возраст
Возраст
Средний возраст
Минимальный вес
Вес
Максимальный вес
Пол
Средний вес
Общий вес
Доля особей м. пола
Доля особей ж. пола
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
33

34.

Агрегируемость свойств. Пример 2
Дисциплина
Студент
Выбранная
дисциплина
Посещаемость
Успеваемость
Присутствие
Занятие
Оценка
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
34

35.

Табличное представление информации
Свойство 1
Свойство 2
…
Свойство K
Объект 1
Объект 2
Объект 3
Объект 4
Объект 5
…
Объект N
При табличном представлении строки таблицы соответствуют объектам, а
столбцы – их свойствам. Как правило, левые столбцы содержат
идентификаторы объектов, затем идут независимые свойства, а в правой
части – зависимые свойства. В нижних строках таблицы могут размещаться
агрегативные свойства.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
35

36.

Табличное представление информации. Пример 1
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
36

37.

Табличное представление информации. Пример 2
В ряде случаев таблица может инвертироваться, при этом столбцы
соответствуют объектам, а строки – их свойствам. Агрегированные
значения располагаются в правой части таблицы.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
37

38.

Графическое представление информации
Графическое представление позволяет наглядно отобразить информацию об
объектах и их свойствах в виде геометрических образов: линий, точек, фигур.
Их размеры и положение зависят от свойств объектов. Цвет может
использоваться как для идентификации объектов, так и для отражения свойств.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
38

39.

Линейный график
Линейный график может использоваться для визуализации темпоральных
свойств объектов. В этом случае горизонтальная ось соответствует времени, а
вертикальная – значению свойства.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
39

40.

Столбиковая диаграмма
Столбиковая диаграмма применяется как для изменяющихся во времени
свойств, так и для сравнения значений свойств множества объектов. Для
столбиковой диаграммы характерна дискретность значений по
горизонтальной оси.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
40

41.

Круговая диаграмма
Круговая диаграмма часто используется для отражения долей объектов в
агрегируемом значении некоторого свойства.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
41

42.

Ленточная диаграмма
Ленточная диаграмма (диаграмма Ганта) часто применяется для отображения
событий с привязкой ко времени. Каждому событию соответствует полоска,
начало и конец которой имеют проекцию на ось времени. Длина полоски
соответствует длительности события.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
42

43.

Процессы, связанные с информацией
Идентификатор
Свойство 1
…
Свойство K
Объект 1
Объект 2
…
Объект N
Создание
Изменение
Удаление
Основные процессы, связанные с информацией: создание, изменение,
удаление, реструктуризация.
Создание – добавление информации о новом объекте, включая
присваивание уникального идентификатора.
Изменение – изменение значений свойств объекта, за исключением его
идентификатора.
Удаление – удаление всей информации об объекте.
Реструктуризация – изменение набора свойств объекта.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
43

44.

Жизненный цикл информации об объекте
Изменение
Изменение
Изменение
Создание
Удаление
Изменение
Реструктуризация
Использование
Частота основных процессов, связанных с информацией об объекте:
Создание и удаление – однократно.
Реструктуризация – крайне редко.
Изменение – относительно редко.
Использование – относительно часто.
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
44

45.

Верификация и валидация информации
Создание
Верификация
Изменение
Валидация
Реструктуризация
Использование
После создания, изменения или реструктуризации информации могут
применяться процессы её верификации (проверки) и валидации
(разрешения на использование).
Шевченко А. В.
Информатика. Тема 2. Понятие информации
45