Информация

Информация

Сведения об окружающем нас мире, 
протекающих в нем процессах, 
которые воспринимают живые организмы, 
управляющие машины и другие системы
в процессе жизнедеятельности и работы. 

Не вещество и не энергия...

Вы просыпаетесь утром и попадаете в мир информации: вы видите - получаете информацию; вы слышите - получаете информацию; вы разговариваете- получаете информацию. Информацию вам несут книги, журналы, газеты, реклама, кино, театры, радио, телевидение - всего не перечислишь.

С древних вемен человек окружен информацией. Не без основания можно сказать, что информация - это система сведений о реальном, о действительности, об окружающем нас мире. Весь процесс познания состоит в получении, обработке, регистрации и передаче сведений об этой реальности. И по мере развития познания эти сведения становятся все полнее и полнее.

Слово "информация" латинское. В течение своей долгой жизни оно не раз претерпевало эволюции, то расширяя, то предельно сужая свои границы. Изначальное значение - "представление", "понятие", "контур"- затем трансформировалось в "сведение", "передачу сообщений". В последние годы ученые нашли, что общечеловеческое восприятие слова "информация" слишком "эластично", и свели его к "мере определенности в сообщении".

О чем говорят эти смысловые эволюции? Об удивительном, несколько странном характере информации, выраженном в той эластичности, которая так не по душе ученым, которая так их "не устраивает". И вместе с тем это понятие настолько определенное, что его относят к главным предметам, которые изучает кибернетика, что создана даже наука - теория информации, посвященная проблемам сбора, передачи, хранения, переработки и вычисления информации.

Как бы ни варьировалось слово "информация", все равно главное в нем то, что оно несет сведения, сообщает, рассказывает, знакомит, то есть снимает, уничтожает незнание о чем-либо, снимает, уничтожает неопределенность.

Теорию информации вызвали к жизни потребности практики. Ко второй половине XX века земной шар, если можно так выразиться, гудел от передающейся информации, бегущей по телефонным и телеграфным кабелям и радиоканалам. А потом к ним подключились еще управляющие и математические машины - "переработчики" информации!

И тут своеобразный характер информации наложил свой отпечаток. При проектировании и эксплуатации средств связи, систем связи, каналов связи конструктору и инженеру недостаточно решить задачу с физических и энергетических позиций. С этих точек зрения система может быть самой совершенной и экономичной. Но грош ей цена, если проектировщики при создании передающих систем не обратили внимания на то, какое количество информации пройдет через эту передающую систему.

Да, да, не удивляйтесь, информацию можно измерить количественно, подсчитать. И поступают при подобных вычислениях самым обычным путем: абстрагируются от смысла сообщения, как отрешаются от конкретности в привычных всем нам арифметических действиях (складывая, например, два яблока и три яблока, мы переходим к сложению чисел вообще - 2 + 3).

Ученые не боятся признаться, что они "полностью игнорировали человеческую оценку информации". Последовательности из 100 букв, например, они приписывают определенное значение информации, не обращая внимания, имеет ли эта информация смысл и имеет ли, в свою очередь, смысл практическое применение. Это количественный, статистический подход - наиболее разработанная ветвь теории информации.

Ученые говорят так: "В соответствии с нашим определением совокупность 100 букв - фраза из 100 букв из газеты, пьесы Шекспира или теоремы Эйнштейна - имеет в точности одинаковое количество информации" (вспомним арифметику: там также 100+20=120, все равно, будь то яблоки, здания, люди, слова, пароходы, звезды и т. д.).

"Наше определение количества информации, - авторитетно утверждают ученые, - является в высшей степени полезным и практичным. Оно в точности соответствует задаче инженера связи, который должен передать всю информацию, содержащуюся в поданной телеграмме, вне зависимости от ценности этой информации для адресата".

Канал связи бездушен. Бездушен не только потому, что это "мертвое тело", "неодушевленная система". Бездушен он и потому, что ему безразлично, что он передает: радость или печаль, сообщение о рождении или о смерти. Передающей системе важно одно - передать нужное количество информации.

Как же вычислить количество информации в конкретном сообщении?

Оценка количества информации основывается на законах теории вероятностей. Это и понятно. Сообщение имеет ценность, несет информацию только тогда, когда мы узнаем из него об исходе события, имеющего случайный характер, когда оно в какой-то мере неожиданно. Ведь сообщение об уже известном никакой для нас информации не содержит.

Если вам, допустим, кто-то позвонит по телефону и скажет: "Сегодня суббота, а завтра воскресенье", то такое сообщение вас удивит лишь своей нелепостью, а не новостью, которую оно содержит.

Иное дело, например, результат финала в шахматном турнире на первенство школы. Кто выиграет: Иванов или Петров? Или партия закончится вничью? Исход здесь имеет случайный характер.

Чем больше интересующее нас событие имеет случайных исходов, тем ценнее будет сообщение о его результате, тем больше информации оно несет.

Сообщение о событии, у которого только два одинаково возможных исхода, содержит одну единицу информации, называемую битом. Вы, вероятно, догадались, что выбор единицы информации не случаен? Да, действительно, он связан с наиболее распространенным двоичным способом ее кодирования при передаче и обработке.

Попытаемся хотя бы в самом упрощенном виде представить себе тот общий принцип количественной оценки информации, который является краеугольным камнем всей теории информации.

Мы уже знаем, что количество информации зависит от вероятностей тех или иных исходов. Если событие, как говорят ученые, имеет два равновероятных исхода, это означает, что вероятность каждого исхода равна ¹/₂. Такова вероятность выпадения герба или решетки при бросании монеты. Если событие имеет три равновероятных исхода, как в нашем примере с шахматным турниром, то вероятность каждого равна ¹/₃. Заметьте, сумма вероятностей всех исходов всегда равна единице: ведь какой-нибудь из всех возможных исходов обязательно наступит.

Событие, как вы сами понимаете, может иметь и неравновероятные исходы. Так, при футбольном матче между сильной и слабой командами вероятность победы сильной команды велика - например ⁴/₅. Вероятность ничьей намного меньше, например ³/₂₀. Вероятность же поражения совсем мала.

Выходит, что количество информации - это мера уменьшения неопределенности некоторой ситуации. И вычисляют ее с помощью специальных формул.

Различные количества информации передаются по каналам связи, и количество проходящей через канал информации не может быть больше его пропускной способности. А пропускную способность определяют по тому, какое количество информации проходит здесь за единицу времени.

Вы, вероятно, помните, как один из героев Жюля Верна, журналист Гедеон Спиллет, передавал по телефону главу из Библии, чтобы его конкуренты не могли воспользоваться телефонной связью? В этом случае канал был загружен полностью, а количество информации было равно нулю, ибо абоненту передавались известные для него сведения. Значит, канал работал "вхолостую", пропустив строго определенное количество импульсов, ничем их не нагрузив.

А между тем, чем больше информации несет каждый из определенного числа импульсов, тем полнее используется пропускная способность канала. Но для этого нужно разумно кодировать информацию, найти экономный, скупой язык для передачи сообщений.

Для этого информацию "просеивают" самым тщательным образом. В телеграфе, например, часто встречающиеся буквы, сочетания букв, даже целые фразы изображают более коротким набором нулей и единиц, а те, что встречаются реже, - более длинным.

Но на практике довольно часто случается, что код, возникший в результате самого тщательного "просеивания", код удобный и экономный, может исказить сообщение из-за помех, которые всегда, к сожалению, бывают в каналах связи: искажения звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передаче в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, "обрушиваются" на информацию.

А от этого бывают самые невероятные неожиданности.

Магнитная буря может так исказить телеграмму, что вместо слов "я тебя люблю" в ней будет написано "я тебя убью".

Если наше сообщение "Партию выиграл Иванов", закодированное 01, в результате помех превратится в 00 -"Партию выиграл Петров", то из-за ошибки изменится весь смысл сообщения.

Поэтому для повышения надежности в передаче и обработке информации приходится вводить лишние символы - своеобразную защиту от искажений. Они - эти лишние символы- не несут действительного содержания в сообщении, они избыточны.

С точки зрения теории информации, все то, что делает язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным, - избыточность.

Как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину! Сколько в нем информационных "излишеств" для краткого и всем понятного сообщения: "Я вас люблю"!

К определению избыточности. В первом случае она максимальная - равна единице, во втором - равна половине и в третьем минимальная - равна нулю

И как информационно точен крендель, который висел обычно над входом в булочную в городах дореволюционной России!

В этой связи полезно вспомнить анекдот, рассказанный в свое время знаменитым американским ученым Франклином, о шляпочнике, пригласившем своих друзей для обсуждения проекта вывески.

Предполагалось нарисовать на вывеске шляпу и написать:

Один из друзей заметил, что слова "за наличные деньги" являются излишними - такое напоминание будет оскорбительньш для покупателя.

Другой нашел также лишним слово "продает", так как само собой понятно, что шляпочник продает шляпы, а не раздает их даром.

Третьему показалось, что слова "шляпочник" и "делает шляпы" представляют собой ненужную тавтологию, и последние слова были выкинуты.

Четвертый предложил выкинуть и слово "шляпочник" - нарисованная шляпа ясно говорит, кто такой Джон Томиюон.

Наконец, пятый уверял, что для покупателя совершенно безразлично, будет ли шляпочник называться Джоном Томпсоном или иначе, и предложил обойтись без этого указания. Таким образом, в конце концов на вывеске не осталось ничего, кроме шляпы.

Конечно, если бы люди пользовались только экономными кодами, без избыточности в сообщениях, то все "информационные формы" - книги, доклады, статьи - были бы предельно краткими. Но они проиграли бы в доходчивости и красоте.

Рассмотрим принципиальную схему передачи информации.

Всякое событие, всякое явление служит источником информации. В данном случае "источник" - очень верное слово. Отсюда начинается течение информационной реки.

Всякое событие, всякое явление может быть выражено по-разному, разным способом, разным "алфавитом". Чтобы его можно было наилучшим образом - более точно и экономно - передать по каналам связи, его надо соответственно закодировать. Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов - носителей информации. Они-то и текут по каналу. Выйдя на приемный конец канала связи, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид.

С этой целью сигналы "пробегают" декодирующее устройство, становясь сообщением для абонента.

Система связи сработала, цель достигнута.

Мы все время говорим о каналах связи, о системах связи, беря для примеров чаще всего телеграф. Но каналы связи - понятие очень широкое, включающее множество всяких систем, самых разных, самых подчас неожиданных по своей неодинаковости. Чтобы ясен был многоликий характер понятия "канал связи", достаточно привести еще несколько примеров.

Давайте разберемся в телефоне именно с этой точки зрения. При телефонной передаче источник сообщения - говорящий. Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - это микрофон. Канал, по которому передается информация, - телефонный провод. Телефон - та часть трубки, которую мы подносим к уху, - выполняет роль декодирующего устройства. Здесь электрические сигналы снова преобразуются в звуки. И, наконец, информация поступает в "принимающее устройство" - ухо человека на другом конце провода.

А вот канал связи совершенно другой природы - живой нерв. И здесь, как в технической системе, все сообщения передаются с помощью одного и того же процесса. Правда, если в технических каналах связи направление передачи информации может меняться, то по нервной системе передача идет в одном направлении.

Еще один пример - вычислительная машина. И здесь те же характерные черты. Отдельные системы вычислительной машины передают одна другой информацию с помощью сигналов. Ведь вычислительная машина - автоматическое устройство для обработки информации, как станок - устройство для обработки металла. Машина не создает никакой информации, она преобразует только то, что в нее введено.

Схема передачи информации

Мы уже знаем, что количественный подход - одно из направлений в теории информации - наиболее распространенный и наиболее разработанный. Существуют и другие подходы. Они, в противоположность количественному, стараются ухватить смысл информации, ее ценность, ее качество.

Действительно, далеко не редко случается, что количество информации в двух сообщениях может быть совершенно одинаковым, а смысл ее - разным. Два слова, например, "Мир" и "Рим" содержат одинаковое .количество информации, состоят из одних и тех же букв, но смысл слов различен.

В повседневной жизни мы, как правило, оцениваем полученные сведения со смысловой стороны: новые сведения воспринимаем не как определенное количество информации, а как новое содержание.

'Рим' и 'Мир' - два слова, содержащие одинаковое количество информации, но имеют различный смысл

Суть этой сложной схемы раскрывается просто: в теории информации много методов и идей

Посмотрите, есть ли информация - с этой точки зрения - в сообщении: "На Земле существует растительность"? Конечно, нет. Ведь здесь нет никакого нового содержания. Но вот вы передаете: "На Марсе есть растительность". Сообщение содержит информацию, потому что оно отражает вероятность знания, возможность явления, а не утверждает всем известное.

А можно ли вычислить смысл информации, подсчитать его в сообщении? Да, это пробует делать семантическая теория информации.

Вот еще один пример и еще одно направление (прагматическое - деловое) в этой науке.

Пассажиры едут в автобусе. Водитель объявляет остановку. Кое-кто выходит, остальные не обращают внимания на слова водителя - переданную им информацию. Почему? Потому, отвечают специалисты, что информация здесь имеет разную ценность для получателей, в роли которых в этом примере выступают пассажиры. Вышел тот, для кого информация была ценна. Значит, ценность можно определить как свойство информации, влияющее на поведение ее получателя.

Чтобы представить себе сегодняшнее "состояние дел", познакомиться с системой методов, подходов, идей в теории информации, взгляните на схему. Не правда ли, густая сеть, которой "ловят" информацию?

Однако ученые считают, что к современным направлениям в теории информации в будущем добавятся новые подходы, появятся новые идеи. В качестве доказательства правильности своих предположений они приводят "живой", развивающийся характер науки, указывают на то, что теория информации удивительно быстро и прочно внедряется в самые различные области человеческого знания. Она уже проникла в физику, химию, биологию, медицину, философию, лингвистику, педагогику, экономику, логику, технические науки, эстетику. Нельзя не признать, что для молодой науки это хороший старт.

Поэтому можно считать - по признанию самих специалистов, что учение об информации, возникнув в силу потребностей теории связи и кибернетики, перешагнуло со временем - и весьма скоро - их рамки. И теперь/пожалуй, мы вправе говорить об информации как о новом научном понятии, дающем в руки исследователей новый метод - теоретико-информационный, с помощью которого можно проникнуть во многие науки о живой и неживой природе, об обществе и познании, который позволит не только взглянуть на все проблемы с новой стороны, но и увидеть еще не увиденное.

Не вещество и не энергия...