Что значит формула n 2i в информатике
Что значит формула n 2i в информатике
Определение количества информации
Определение количества информационных сообщений. По формуле N=2 i можно легко определить количество возможных информационных сообщений, если известно количество информации. Например, на экзамене вы берете экзаменационный билет, и учитель сообщает, что зрительное информационное сообщение о его номере несет 5 битов информации. Если вы хотите определить количество экзаменационных билетов, то достаточно определить количество возможных информационных сообщений об их номерах по формуле:
Таким образом, количество экзаменационных билетов равно 32.
Определение количества информации. Наоборот, если известно возможное количество информационных сообщений N, то для определения количества информации, которое несет сообщение, необходимо решить уравнение относительно I.
Представьте себе, что вы управляете движением робота и можете задавать направление его движения с помощью информационных сообщений: «север», «северо-восток», «восток», «юго-восток», «юг», «юго-запад», «запад» и «северо-запад». Какое количество информации будет получать робот после каждого сообщения?
Всего возможных информационных сообщений 8, поэтому формула N=2 i принимает вид уравнения относительно I:
Разложим стоящее в левой части уравнения число 8 на сомножители и представим его в степенной форме:
Равенство левой и правой частей уравнения справедливо, если равны показатели степени числа 2. Таким образом, I = 3 бита, т. е. количество информации, которое несет роботу каждое информационное сообщение, равно 3 битам.
Алфавитный подход к определению количества информации
При алфавитном подходе к определению количества информации отвлекаются от содержания информации и рассматривают информационное сообщение как последовательность знаков определенной знаковой системы.
Т.е. для того чтобы посчитать количество информации в сообщение надо воспользоваться формулой:
Ic = i*K, где Ic – информационный вес сообщения, I – информационный вес 1 символа, K – количество символов в сообщении (пробел тоже считается символом).
Пример: Какое количество информации несёт двоичный код 10101010?
Решение: Воспользуемся формулой: Ic = i*K (1)
Для вычисления информационного веса сообщения необходимо посчитать количество символов в нём (K) и информационный вес 1 символа (i).
K = 8 (10101010).
Чтобы найти i понадобится формула – N=2 i . N=2 (двоичный код), подставим это значение в формулу: 2=2 i => i=1бит.
Подставляем значения в формулу (1), Ic=i*k=1*8=8 бит.
Ответ: информационный вес сообщения 8 бит.
Я к вам пишу – чего же боле? Что я могу ещё сказать?
Решения и ответы, в любом из электронных вариантов (текст, рисунок, фото), можно передать по любому из предложенных вариантов:
Количество информации
Передача данных
Количество информации
Информационный объём текстового сообщения
N=2 i
N- количество символов в алфавите
Информационный объём растрового графического изображения
I – это информационный объём растрового графического изображения, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах;
K – количество пикселей (точек) в изображении, определяющееся разрешающей способностью носителя информации (экрана монитора, сканера, принтера);
i – глубина цвета, которая измеряется в битах на один пиксель.Глубина цвета задаётся количеством битов, используемым для кодирования цвета точки.
N – это количество цветов в палитре.
Информационный объём звукового файла
Временная дискретизация – процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.
Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц).
Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.
Общая схема решения задач на количество информации
Задачи, связанные с определением количества информации, занимают довольно большое место как в общем курсе 9-11 классов, так и при итоговой аттестации разного типа.
Обычно решение подобных задач не представляет трудности для учащихся с хорошими способностями к анализу ситуаций. Но большинство учеников поначалу путаются в понятиях и не знают, как приступить к решению.
Тем не менее, к 9-му классу учащиеся уже имеют определенный опыт решения задач по другим предметам (более всего – физика) с применением формул. Определить, что в задаче дано, что необходимо найти, и выразить одну переменную через другую – действия довольно привычные, и с ними справляются даже слабые ученики. Представляется возможным ввести некоторые дополнительные формулы в курсе информатики и найти общий стиль их применения в решении задач.
При этом формула может применяться в решении задач разного типа, если правильно определить систему обозначений.
Выделим в системе задач на количество информации задачи следующих типов:
Все задачи группы A (в случае, если мы имеем дело с равновероятными событиями) решаются непосредственно по формуле Хартли с ее привычными обозначениями:
Причем в задаче может быть определена любая из переменных с заданием найти вторую. В случае если число N не является непосредственно числом, представляющим ту или иную степень числа 2, количество бит нам необходимо определить «с запасом». Так для гарантированного угадывания числа в диапазоне от 1 до 100 необходимо задать минимально 7 вопросов (27=128).
Решение задач для случаев неравновероятных событий в этой статье не рассматривается.
Для решения задач групп B-E дополнительно введем еще одну формулу:
и определим систему обозначений для задач разного типа.
Для задач группы B значение переменных в формуле Хартли таково:
Рассмотрим структуру решения по формуле:
Задача 1: Сколько существует различных последовательностей из символов «плюс» и «минус» длиной ровно в пять символов?
Каждый элемент в последовательности для кодирования несет один бит информации.
Очевидно, что при определении количества элементов, необходимых для кодирования N положений, нас всегда интересует минимально необходимое для этого количество бит.
При однократном кодировании необходимого количества положений мы определяем необходимое количество бит и ограничиваемся формулой Хартли. Если кодирование проводится несколько раз, то это количество мы обозначаем как k и, определяя общее количество информации для всего кода (Q), применяем вторую формулу.
Задача 2: Метеорологическая станция ведет наблюдение за влажностью воздуха, результатом которых является целое число от 1 до 100%, которое кодируется посредством минимально возможного количества бит. Станция сделала 80 измерений. Какой информационный объем результатов наблюдений.
По формуле Хартли i = 7 (с запасом); Q = 80 * 7 = 560
(Если в задаче даны варианты ответов с использованием других единиц измерения количества информации, осуществляем перевод: 560 бит = 70 байт).
Отметим дополнительно, что, если для кодирования используются нe «двоичные», а скажем, «троичные» элементы, то мы меняем в формуле основание степени.
Задача 3: Световое табло состоит из лампочек. Каждая из лампочек может находиться в одном из трех состояний («включено», «выключена» или «мигает»). Какое наименьшее количество лампочек должно находиться на табло, чтобы с его помощью можно было передать 18 различных сигналов.
В данном случае N = 18, основание степени – 3. Необходимо найти i. Если логарифмы еще не знакомы, определяем методом подбора – 5. Ответ: 5 лампочек
Далее рассмотрим решение задач на кодирование текстовой, графической и звуковой информации.
Здесь важно провести параллели:
Информация, которая обрабатывается на компьютере, должна быть представлена в виде конечного множества элементов (символ для текста, точка – для графики, фрагмент звуковой волны – для звука), каждый из которых кодируется отдельно с использованием заданного количества бит. Зависимость количества элементов, которые могут быть закодированы, от количества бит, отводимых, на кодирование одного элемента, как и раньше, определяем по формуле Хартли.
А путем умножения количества элементов (k) на «информационный вес» одного из них, определяем общее количество информации в текстовом, графическом, звуковом фрагменте (Q).
Каждую задачу можно решить, обозначив заданными переменными известные данные, и выразив одну переменную через другую. Только необходимо помнить, что непосредственно расчеты чаще всего производятся в минимальных единицах измерения (битах, секундах, герцах), а потом, если необходимо, ответ переводится в более крупные единицы измерения.
Рассмотрим конкретные примеры:
Алфавитный подход позволяет определить количество информации, заключенной в тексте. Причем под «текстом» в данном случае понимают любую конечную последовательность знаков, несущую информационную нагрузку. Поэтому обозначения переменных для задач группы C одинаково применимы как для задач на передачу обычной текстовой информации посредством компьютера (i = 8, N = 256 или i = 16, N = 16256) так и для задач на передачу сообщений посредством любых других алфавитов (здесь и далее используются разные названия, встречающиеся в задачах):
Задача 4: Объем сообщения – 7,5 кбайт. Известно, что данное сообщение содержит 7680 символов. Какова мощность алфавита?
Q = 7,5 Кбайт = 7680 байт ( в данном случае нет необходимости перевода в биты);
Решение: i = Q / k = 1 байт = 8 бит; N = 2 8 = 256
Задача 5: Дан текст из 600 символов. Известно, что символы берутся из таблицы размером 16 на 32. Определите информационный объем текста в битах.
N = 2 4 * 2 5 = 2 9 ; i = 9; Q = 600 * 9 = 5400 бит;
Задача 6: Мощность алфавита равна 64. Сколько кбайт памяти потребуется, чтобы сохранить 128 страниц текста, содержащего в среднем 256 символов на каждой странице?
64 = 2 i ; i = 6; Q = 128 * 256 * 6 = 196608 бит = 24576 байт = 24 Кбайт;
Задача 7: Для кодирования нотной записи используется 7 значков-нот. Каждая нота кодируется одним и тем же минимально возможным количеством бит. Чему равен информационный объем сообщения, состоящего из 180 нот?
7 = 2 i ; i = 3 (с запасом); Q = 180 * 3 = 540 бит;
Рассматривая задачи групп D и E, вспоминаем, что при кодировании графики и звука производится дискретизация, то есть разбиение изображения на конечное множество элементов (пикселей) и звуковой волны на конечное множество отрезков, количество которых зависит от количества измерений в секунду уровня звука (частоты дискретизации) и времени звучания звукового файла.
Рассмотрим всю систему обозначений для данного типа задач:
Задача 8: Для хранения растрового изображения размером 64 на 64 пикселя отвели 512 байтов памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
k = 64 * 64 = 212; Q = 512 байтов = 29 * 23 = 212 бит;
i = Q / k = 2 12 / 2 12 = 1; N = 21 = 2
Задача 9: Сколько памяти нужно для хранения 64-цветного растрового графического изображения размером 32 на 128 точек?
i = 6 (по формуле Хартли); Q = 32 * 128 * 6 = 24576 бит = 3072 байт = 3 Кбайт
Задача 10: Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если глубина кодирования равна 16 бит при частоте дискретизации 8 кГц
Q = 60 * 8000 * 16 = 7680000 бит = 960000 байт = 937,5 Кбайт
(Если файл стерео, Q будет больше в 2 раза).
Задача 11: Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 625 Кбайт
i = 16; k = 32000 * t; Q = 625 кбайт = 640000 байт = 5120000 бит;
k = Q / i; k = 5120000 / 16 = 320000; t = 320000 / 32000 = 10 сек
В эту же схему укладывается решение задач на скорость передачи информации любого типа, если в хорошо известной учащимся формуле:
S = V * t принять S = Q (количество переданной информации вместо расстояния).
Задача 12: Сколько секунд потребуется обычному модему, передающему сообщения со скоростью 28800 бит/сек, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640 на 480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами?
V = 28800 бит/сек; k = 640 * 480; i = 3 байт = 24 бит;
t = S (Q) / V; Q = k * i = 640 * 480 * 24 = 7372800 бит; t = 7372800 / 28800 = 256 сек.
В заключение отметим, что после определенной тренировки решения задач по формулам, многие учащиеся перестают нуждаться в их прописывании в задаче, сразу определяя порядок необходимых арифметических действий для ее решения.
Формулы и Задачи (Информатика 10)
Формулы
N = 2 i
I = K * i
Q = N L
Формула Хартли:
I = log2N
Римская система счисления
I – 1 (палец),
V – 5 (раскрытая ладонь, 5 пальцев),
X – 10 (две ладони),
L – 50,
C – 100 (Centum),
D – 500 (Demimille),
M – 1000 (Mille)
Перевод чисел из других систем счисления в десятичную систему счисления
Развернутая запись целого числа:
a 3a 2a 1a 0 = a 3 * p 3 + a 2 * p 2 + a 1 * p 1 + a 0 * p 0
Запись через схему Горнера:
Пример:
6 3 7 5 10 = 6 * 10 3 + 3 * 10 2 + 7 * 10 1 + 5 * 10 0
6 3 7 5 10 = (( 6 * 10 + 3 ) * 10 + 7 ) * 10 + 5
1 2 3 4 5 = 1 * 5 3 + 2 * 5 2 + 3 * 5 1 + 4 * 5 0 = 19410
1 2 3 4 5 = (( 1 * 5 + 2 ) * 5 + 3 ) * 5 + 4 = 19410
Развернутая запись дробного числа:
Запись через схему Горнера:
Пример:
Задачи
Алфавитный подход к измерению количества информации
Определить количество информации в 10 страницах текста (на каждой странице 32 строки по 64 символа) при использовании алфавита из 256 символов.
Системы счисления
Логические операции
Логической операцией называется выбор решения (действия), исходя из заданной ситуации, определяемой набором факторов (условий).
Зависимости между логическими функциями (операциями) и логическими переменными устанавливаются с помощью таблиц истинности. Используются следующие логические операции: НЕ, И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, тождество.
Логическая операция НЕ (инверсия, операция логического отрицания). Действие, которое определяется операцией НЕ произойдет, если отсутствует фактор его определяющий.
Таблица истинности для операции НЕ имеет вид:
| A |  |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Действие, связанное с операцией НЕ можно записать следующим образом:
Логическая операция И ( конъюнкция, операция логического умножения). Действие, которое определяется операцией И произойдет, если выполняются все влияющие на него факторы (условия).
Таблица истинности для операции И имеет вид:
| A | B | X=A^B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Действие, связанное с операцией И можно записать следующим образом:
Логическая операция ИЛИ ( дизъюнкция, операция логического сложения). Действие, которое определяется операцией ИЛИ произойдет, если выполняются хотя бы одно (любое), определяющее его условие.
Таблица истинности для операции ИЛИ имеет вид:
| A | B | X=A v B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Действие, связанное с операцией ИЛИ можно записать следующим образом:
Логическая операция Исключающее ИЛИ. Операция Исключающее ИЛИ осуществляет суммирование по модулю два т.е. без учета переноса в старший разряд.
Таблица истинности имеет вид:
| A | B | X=A B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Действие, связанное с операцией Исключающее ИЛИ можно записать следующим образом:
X = A B
Действие, связанное с операцией Импликации можно записать следующим образом:
Таблица истинности Импликации имеет вид:
| A | B | A → B |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Операция тождество. Операция тождество определяет тождественность аргументов.
Таблица истинности для операции тождество имеет вид:
| A | B | A Ξ B |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Действие, связанное с операцией тождество можно записать следующим образом:
X = A 
B.
Диаграммы Венна (круги Эйлера)
Поиск номера сети
Необходимо найти номер сети по IP-адресу 12.16.196.10 и маске 255.255.224.0.
Определение информационного объема сообщения
Определение информационного объема сообщения. Информатика в 7 классе.
Тема: «Измерение информации»
Формулы
Для определения информационного объема сообщения потребуются две формулы:
1. \( N= 2^i \)
N — мощность алфавита
i — информационный объём одного символа в алфавите
2. \( I = k * i \)
I — информационный объём сообщения
k — количество символов в сообщении
i — информационный объём одного символа в алфавите
Формула нахождения k:
Формула нахождения i:
Задачи
Задача №1. Сообщение, записанное буквами из 128-символьного алфавита, содержит 30 символов. Найти информационный объем всего сообщения?
Решение. Запишем, что дано по условию задачи и что необходимо найти:
Сначала найдем вес одного символа по формуле:
\( i = 7 \) бит. Какая степень двойки, такой вес одного символа в алфавите. Далее определяем информационный объем сообщения по формуле:
\( I = k * i \) = 30 * 7 = 210 бит
Ответ: 210 бит
Задача №2. Информационное сообщение объемом 4 Кбайта содержит 4096 символов. Сколько символов содержит алфавит, при помощи которого было записано это сообщение?
Решение. Запишем, что дано по условию задачи и что необходимо найти:
Очень важно перевести все числа в степени двойки:
\( I = 4 \) Кб = \( 2^2 \) * \( 2^ <13>\) = \( 2^ <15>\) бит
Сначала найдем вес одного символа по формуле:
Далее находим мощность алфавита по формуле:
Ответ: 256 символов в алфавите.
Задача №3. Сколько символов содержит сообщение, записанное с помощью 16-символьного алфавита, если его объем составляет 1/16 Мб?
Решение. Запишем, что дано по условию задачи и что необходимо найти:
Представим \( I = \frac<\mathrm 1> <\mathrm 16>\) Мб в степень двойки:
Сначала найдем вес одного символа по формуле:
Теперь найдём количество символов в сообщении k:
Ответ: 131072 символов в сообщении.
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.