ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский государственный педагогический университет»
(МГПУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
Теоретические основы информатики
Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальностям:
050202 Информатика с доп. спец. (СД. Ф.8)
1. Цель: Курс Теоретические основы информатики формирует у студентов элементы информационной культуры, которая включает овладение методами точного анализа, позволяющими ответить на основные вопросы, возникающие при получении, хранении, обработке, передаче и использовании информации. Данный курс предполагает определение влияния информатики на социальные, этические и правовые аспекты. Теоретическая информатика базируется на ряде разделов математики: теории автоматов и алгоритмов, математической логике, теории формальных языков и грамматик, реляционной алгебре, теории информации и др. В этом курсе предполагается знакомство с основами информационного и математического моделирования, необходимого для решения прикладных задач. Однако в рассматриваемом курсе предполагается значительная доля самостоятельной деятельности студентов с целью дать возможность научиться самостоятельно осваивать новые знания и навыки, что является важнейшей целью обучения.
2. Задачи: Важнейшей задачей курса Теоретические основы информатики является формирование у студентов определенной суммы знаний, правильного мировоззрения, мышления и умения использовать методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации. Изучение теоретических основ информатики должно помочь студенту овладеть системой умений и навыков, позволяющих передать полученные знания школьникам. Также, в целях осуществления общеобразовательного потенциала будущих учителей в курсе необходимо показать фундаментальность информатики, как науки, раскрыть межпредметные связи информатики.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины (должны знать, должны уметь):
Должны знать:
место информатики в системе наук, виды информации, методы кодирования и подсчета количества информации, системы счисления и арифметические операции в различных системах счисления, перевод чисел из одной системы счисления в другую, понятие информации, алгоритма и его свойств, способы представления алгоритмов, понятие исполнителя алгоритма и способы формализации алгоритма, сложности алгоритма и сложности задачи, верхние и нижние оценки сложности алгоритма, основные методы разработки эффективных алгоритмов, алгоритмы оптимизации на сетях и графах, понятие жадного алгоритма, полиномиальные и реально выполнимые алгоритмы.
Должны уметь:
использовать полученные знания для кодирования и подсчета количества информации выполнять арифметические операции над числами в различных системах счисления, перевод чисел из одной системы счисления в другую, представлять алгоритм различными способами, формализовывать алгоритмы различными способами, вычислять сложность алгоритма и задачи и т. п.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина):
№ п/п | Шифр и наименование специальности | Курс | Семестр | Виды учебной работы в часах | Вид итогового контроля (форма отчетности) | |||||
Трудо-емкость | Всего ауд. | ЛК | ПР/СМ | ЛБ | Сам. раб. | |||||
1. | 050202 Информатика с доп. спец. | 3 | 6 | 108 | 54 | 24 | 30 | - | 54 | Экзамен |
Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:
№ п/п | Наименование раздела, темы | Количество часов | ||||
Вариант 1 | ||||||
Всего ауд. | ЛК | ПР/СМ | ЛБ | Сам. раб. | ||
1 | Предмет информатики. Место информатики в системе наук. | 4 | 2 | 2 | 4 | |
2 | Понятие информации. Виды информационных процессов. Принципы получения, хранения, обработки и использования информации. | 4 | 2 | 4 | 4 | |
3 | Теория кодирования. Виды кодирования. Оптимальные коды. | 8 | 4 | 4 | 8 | |
4 | Теория автоматов. | 8 | 4 | 4 | 8 | |
5 | Теория распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы. | 8 | 4 | 4 | 8 | |
6 | Математическая теория распознавания образов. | 8 | 4 | 4 | 8 | |
7 | Математическая кибернетика. Информация и управление. Математические аспекты кибернетики. | 12 | 4 | 8 | 12 | |
Всего: | 54 | 24 | 30 | 54 |
5. Содержание разделов дисциплины.
1. Предмет информатики. Место информатики в системе наук.
Становление информатики. Информационное общество. Признаки информационного общества. Информационная культура. Понятие информатики. Объект и предмет изучения информатики. Место информатики в системе наук. Теоретическая информатика. Практическая информатика. Структура современной информатики.
2. Понятие информации. Виды информационных процессов. Принципы получения, хранения, обработки и использования информации.
Понятие информации. Сообщение. Символ. Слово. Единицы количества информации. Виды информации. Свойства информации. Меры информации. Структурная мера. Статистическая и семантическая меры. Информационный процесс. Передача и обработка информации. Характеристика каналов связи. Скорость передачи информации. Пропускная способность каналов связи с помехами и без помех. Информационная среда. Использование информации.
3. Теория кодирования. Виды кодирования. Оптимальные коды.
Задача кодирования. Эффективное, избыточное и помехоустойчивое кодирование. Кодирование информации. Декодирование информации. Кодирование текстовой, графической и звуковой информации. Методы эффективного кодирования. Первая теорема Шеннона. Неравномерное и равномерное двоичное кодирование. Префиксные коды. Теорема Котельникова. Кодировка методом Шеннона-Фано. Кодировка методом Хаффмена. Коды Хэмминга. Байтовый код. Вторая теорема Шеннона. Помехоустойчивые коды. Систематические коды.
4. Теория автоматов.
Способы описания автоматов. Основные структурные составляющие. Основные типы синхронных автоматов. Эквивалентные автоматы. Автоматы распознавания языков. Конечные автоматы Мили, Мура. Минимизация конечного автомата.
5. Теория распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы.
Проблема распознавания. Постановка задачи распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы.
6. Математическая теория распознавания образов.
Математическая теория распознавания образов. Алгебраический подход к задаче распознавания. Геометрические процедуры распознавания. Линейные разделяющие функции и поверхности решений. Процедуры коррекции ошибок. Выявление кластеров. Комбинаторно-логические процедуры распознавания.
7. Математическая кибернетика. Информация и управление. Математические аспекты кибернетики.
Понятие кибернетика. Математические основы кибернетики. Информация и управление. Управление в системах различной природы. Управляемые системы. Функции человека и машины в системах управления.
6. Темы для самостоятельного изучения.
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Тема | Кол-во часов | Форма самостоятельной работы | Форма контроля выполнения самостоятельной работы |
1. | Вариант 1 | ||||
2. | Предмет информатики. Место информатики в системе наук. | Виды информационных технологий. Понятия: информационная система и информационный ресурс. Элементы философского осмысления развития информатики, как науки. Правовые аспекты информатики. Социальные и этические аспекты информатики. Цели и задачи курса информатики на современном этапе развития общества. | 4 | вопросы для самостоятельного изучения | собеседование по теме |
3. | Понятие информации. Виды информационных процессов. Принципы получения, хранения, обработки и использования информации. | Информация непрерывная и дискретная. Теорема Котельникова. Дискретизация по времени непрерывного информационного потока. Отсчеты (выборка) сигналов. Структурная, статистическая и семантическая информационные меры, Содержательность, логическое количество, целесообразность и существенность информации. Формы организации информации: форматы, документы, носители, архивы. | 4 | вопросы для самостоятельного изучения | собеседование по теме |
4. | Теория кодирования. Виды кодирования. Оптимальные коды. | Современные способы кодирования и декодирования информации в вычислительной технике. История кодирования и шифрования. Системы счисления Древнего мира. Использование различных систем счисления в вычислительной технике. Самокорректирующиеся коды. | 8 | вопросы для самостоятельного изучения | собеседование по теме |
5. | Теория автоматов. | Реализация автоматных функций. Задачи диагностики конечных автоматов. | 8 | ||
6. | Теория распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы. | Структурные методы распознавания. Синтез модели эвристического алгоритма распознавания. Задачи теории распознавания образов: автоматическое чтение машинописного и рукописного текста; восприятие речи; медицинская, психологическая и педагогическая диагностика; синхронный перевод; дистанционная идентификация объектов. | 8 | вопросы для самостоятельного изучения | собеседование по теме |
7. | Математическая теория распознавания образов. | Математическая постановка задачи распознавания изображений. Метод словаря. Метод пространства признаков. | 8 | вопросы для самостоятельного изучения | собеседование по теме |
8. | Математическая кибернетика. Информация и управление. Математические аспекты кибернетики. | Общие и отличительные черты информатики и кибернетики. | 12 | вопросы для самостоятельного изучения | собеседование по теме |
Всего: | 54 |
7. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы последовательного проведения занятий: ПР, СМ, ЛБ):
Тематика практических работ:
1. Предмет информатики. Место информатики в системе наук.
2. Понятие информации. Виды информационных процессов. Принципы получения, хранения, обработки и использования информации.
3. Теория кодирования. Виды кодирования. Оптимальные коды.
4. Теория автоматов.
5. Теория распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы.
6. Математическая теория распознавания образов.
7. Математическая кибернетика. Информация и управление. Математические аспекты кибернетики.
8. Рекомендуемая литература:
· Основная:
1. Могилёв А. В., , Хеннер : Учебн. пособие для студ. пед. вузов; под ред. . 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – 848 с.
2. Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов. / , , ; Под ред. С.В. Симоновича. – СПб: Издательство "Питер", 2000.
2. Острейковский : Учебник для вузов. 3-е изд. стер. – М.: Высшая школа, 2005. – 511с.
3. Стариченко основы информатики: Учебн. пособие для вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Горячая линия – Телеком, 200с.
4. Суханова основы информатики. Учебное пособие для студентов. – Мурманск: МГПУ, 2004. – 139с.
· Дополнительная:
1. Савельев информатики: Учебник для вузов. – М.: Издательство МГТУ им. , 2001. – 328 с.
2. Информатика. Основополагающее введение: В 4-х ч. пер. с нем. – М.: Диалог-МИФИ, 1996 – 299 с.
3. Стариченко основы информатики: Учебное пособие для вузов.- 2-е изд. Перераб. И доп. – М,: Горячая линия – Телеком, 2003. – 312с.
4. Восприятие и распознавание образов: пер. с фр. – М.: Машиностроение, 1989.
5. Передача информации. В сб. «Теория информации и ее приложения».- М.: ил., 1959.
6. Хопкрофт Дж., Введение в теорию автоматов, языков и вычислений.- М.: «Вильямс», 2002.
7. -Э. Работы по теории информации и кибернетике.- М.: ил, 1963.
9. Примерные зачетные тестовые задания.
1. Информация это –
1.1 совокупность полезных сведений об окружающем мире, которые циркулируют в природе и обществе, их параметрах, свойствах, уменьшающих имеющуюся о них степень неопределенности;
1.2 конечная совокупность символов;
1.3 бесконечное разнообразие сведений, использующихся во всех без исключения сферах деятельности;
1.4 любые сообщения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования
2. Для двоичного кодирования одного символа (буквы) алфавита, состоящего из 256 символов, требуется количество информации равное
2.1 1 бит
2.2 байт
2.3 бита
2.4 килобайт
3. Вы слушаете новости по радио. Что для вас является источником информации, а что приемником?
3.1 Диктор-слушатель
3.2 слушатель-радиоприемник
3.3 диктор-радиоприемник
3.4 радиоприемник - слушатель
3. Какое из вышеперечисленных понятий не относится к определению информационного общества?
3.1 Процесс проникновения информационных технологий во все сферы жизни и деятельности общества;
3.2 Большая часть людей занята в сфере производства информации и информационных услуг;
3.3 Каждому члену общества открыт доступ в любое время и в любом месте к нужной информации;
3.4 Общество людей, которые обмениваются информацией
4. Что является объектом изучения информатики?
4.1 Новые информационные технологии;
4.2 Информационные технологии;
4.3 Информационные системы;
4.4 Информационный ресурс
5. Что является предметом изучения информатики?
5.1 Носители информации, каналы связи, приемы кодирования, визуальное отображение информации;
5.2 Общие принципы организации и эффективность поиска данных;
5.3 Основы программирования;
5.4 Способы организации работы для получения определенной продукции
6. Какой компонент не входит в структуру современной информатики?
6.1 Теоретическая информатика и вычислительная техника;
6.2 Программирование;
6.3 Информационные системы;
6.4 Прикладная информатика
7. Какое место занимает информатика в системе наук?
7.1 Комплексная, междисциплинарная отрасль научного познания;
7.2 Отрасль изучения техники;
7.3 Фундаментальная, техническая наука, а также наука естественно-научного цикла;
7.4 Информационная отрасль познания вычислительной техники
8. Информатика– это:
8.1 Наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации;
8.2 Комплекс наук о различных аспектах работы с информацией;
8.3 Наука о законах и методах накопления, обработки и представления информации в общении людей между собой, в общении человека с ЭВМ и в жизни общества в целом;
8.4 Наука, изучающая совокупность данных, используемых человеком для получения новой информации, для работы с ЭВМ
9. Информационная культура – это:
9.1 умение человека использовать соответствующим образом весь набор информационных технологий в своей деятельности;
9.2 умение работать на персональном компьютере;
9.3 умение анализировать потоки информации в различных сложных системах, оптимизировать и структурировать;
9.4 умение управлять различными объектами в различных системах: технических, биологических, социальных и других.
10. Мировоззренческая задача курса информатики:
10.1 Формирование научного представления о мире, формирование представления о постоянных методах формализации, связь информатики с другими дисциплинами, общеобразовательная функция;
10.2 Профессиональная ориентация школьника;
10.3 Формирование навыков использования ВТ, как специфические средства решения учебных задач;
10.4 Формирование навыка решения математических задач с помощью ЭВМ
11. Выберите неправильное определение информационной технологии.
11.1 Процесс, обеспечивающий сбор, накопление, переработку, анализ и доставку информации потребителю.
11.2 Технология использования информации в науке и технике.
11.3 Получение, обработка, хранение и передача графической, текстовой, аудио и видео информации на основе средств техники и связи.
11.4 Совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи и представления информации, расширяющая знания людей и развивающая их возможности по управлению техническими и социальными процессами.
12. Свойство информации «Эргономичность» - это …
12.1 Однозначное соответствие информации объекту или явлению.
12.2 Возможность получения информации потребителем.
12.3 Удобство формы или объема информации с точки зрения потребителя.
12.4 Отсутствие скрытых ошибок.
13. Общая схема передачи информации следующая:
13.1 Источник – канал связи - приемник.
13.2 Источник – кодирующее устройство - канал связи – декодер - приемник.
13.3 Источник – кодирующее устройство –декодер - приемник.
13.4 Кодирующее устройство - канал связи – декодер.
14. К свойствам информации не относится:
14.1 Симметричность.
14.2 Релевантность.
14.3 Адекватность.
14.4 Полнота.
15. Носителем информации не может быть:
15.1 Любой материальный предмет;
15.2 Волны различной природы;
15.3 Вещество в различном состоянии;
15.4 Абонент системы передачи.
16. Информационную систему в совокупности составляют:
16.1 Источник информации, канал связи, приемник информации;
16.2 Источник информации, канал связи, код, потребитель информации;
16.3 Источник информации, кодер, канал связи, декодер, приемник;
16.4 Кодирующее устройство, канал связи, декодирующее устройство.
17. Теорема Котельникова гласит:
17.1 Непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности измерений сигнала, взятых через одинаковые интервалы времени, меньше или равные половине периода наивысшей частоты, имеющейся в сигнале.
17.2 Непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности измерений сигнала.
17.3 Если имеется источник информации с энтропией Н(х) и канал связи с пропускной способностью С, и С > Н(х), то всегда можно закодировать достаточно длинное сообщение таким образом, что оно будет передано без задержек.
17.4 При наличии помех в канале связи всегда можно найти такую систему кодирования, при которой сообщения будут переданы с заданной достоверностью; при наличии ограничения пропускная способность канала должна превышать производительность источника сообщений.
18. Сигнал – это:
18.1 сообщение, передаваемое с помощью носителя;
18.2 виртуальный процесс передачи информации;
18.3 электромагнитный импульс;
18.4 световая вспышка.
19. Сигнал будет дискретным в случае:
19.1 когда источник вырабатывает непрерывное сообщениепе;
19.2 когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений;
19.3 когда передается с помощью волны;
19.4 когда источником посылается всего один бит/c.
20. Сигнал будет непрерывным в случае:
20.1 когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений;
20.2 когда источником посылается всего один бит/c;
20.3 когда источник вырабатывает непрерывное сообщение;
20.4 когда передается с помощью волны.
21. Примером дискретного сигнала является:
21.1 видеоинформация;
21.2 музыка;
21.3 человеческая речь;
21.4 текстовая информация.
22. Примером непрерывного сигнала является:
22.1 байт;
22.2 человеческая речь;
22.3 буква;
22.4 текст.
23. Система счисления – это:
23.1 подстановка чисел вместо букв;
23.2 способ перестановки чисел;
23.3 принятый способ записи чисел и сопоставления этим записям реальных значений чисел;
23.4 правила исчисления чисел.
24. Непозиционная система счисления – это:
24.1 двоичная;
24.2 восьмеричная;
24.3 шестнадцатеричная;
24.4 римская.
25. Основанием позиционной системы счисления называется:
25.1 основание логарифма из формулы перевода чисел в системе;
25.2 количество правил вычисления в системе;
25.3 целая часть чисел;
25.4 число отличных друг от друга знаков, которые используются для записи чисел.
26. Алфавитом называются:
26.1 буквы: заглавные и малые, знаки препинания, пробел;
26.2 множество знаков в произвольном порядке;
26.3 множество знаков, в котором определен их порядок;
26.4 множество всех возможных знаков.
27. Правило, описывающее однозначное соответствие букв алфавитов при преобразовании, называется:
27.1 сообщением;
27.2 кодом;
27.3 кодировщиком;
27.4 декодировщиком.
28. Процедура преобразования сообщения из одного алфавита в другой называется:
28.1 кодом;
28.2 кодировщиком;
28.3 перекодировщиком;
28.4 перекодировкой.
29. Кодирование сообщения происходит:
29.1 в момент прохождения сообщения по каналам связи;
29.2 в момент поступления сообщения от источника в канал связи;
29.3 в момент приема сообщения получателем;
29.4 в процессе расшифровки сообщения специальной программой.
30. Декодирование сообщения происходит:
30.1 в момент прохождения сообщения по каналам связи;
30.2 в момент поступления сообщения от источника в канал связи;
30.3 в момент приема сообщения получателем;
30.4 в процессе расшифровки сообщения специальной программой.
31. Для измерения информации используют следующие параметры:
31.1 количество информации;
31.2 объем информации;
31.3 количество информации и объем данных;
31.4 количество элементарных событий.
32. Мера информации, применяемая для измерения информации простым подсчетом информационных элементов или комбинированным методом называется ____________мерой.
33. Мера информации, которая учитывает конкретные условия применения информационной системы и для измерения которой используется понятие этропия называется ____________________ мерой.
34. Мера информации, которая учитывает смысловое содержание информации, позволяет выделить полезность или ценность информационного сообщения называется _______________________ мерой.
35. Изображение, для которого количество информации определяется линейными координатами и индивидуальными свойствами является
35.1 растровым;
35.2 векторным;
35.3 фрактальным;
35.4 трехмерным.
36. Изображение, для которого количество информации определяется линейными координатами точек, длиной радиуса и индивидуальными свойствами каждой точки является
36.1 растровым;
36.2 векторным;
36.3 фрактальным;
36.4 трехмерным.
37. Команда машины Поста имеет структуру nKm, где:
37.1 n – действие, выполняемое головкой; K – номер следующей команды, подлежащей выполнению; m – порядковый номер команды;
37.2 n - порядковый номер команды; K - действие, выполняемое головкой; m - номер следующей команды, подлежащей выполнению;
37.3 n - порядковый номер команды; K - номер следующей команды, подлежащей выполнению; m - действие, выполняемое головкой;
37.4 n - порядковый номер команды; K - действие, выполняемое головкой;
m – номер клетки, с которой данную команду надо произвести.
38. Сколько существует команд у машины Поста:
38.1 2;
38.2 4;
38.3 6;
38.4 8.
39. В машине Поста останов будет результативным:
39.1 при выполнении недопустимой команды;
39.2 если машина не останавливается никогда;
39.3 если результат выполнения программы такой, какой и ожидался;
39.4 по команде «Стоп».
40. В машине Тьюринга рабочий алфавит:
40.1 A = {a40 0, b40 1, c40 2, …, w40 t};
40.2 A = {a40 0, a40 1, a40 2, …, a40 t};
40.3 A = {a40 0, a41 0, a42 0, …, a4t 0};
40.4 A = {a10 0, a20 0, a30 0, …, w90 0};
41. В машине Тьюринга состояниями являются:
41.1 {a40 0, a40 1, a40 2, …, a40 t};
41.2 {q41, q42, q43, …, q4s};
41.3 {q41, q42, q43, …, q4s, a40 0, a40 1, a40 2, …, a40 t };
41.4 {q40, q41, q42, …, q4s};
42. В машине Тьюринга предписание L для лентопротяжного механизма означает:
42.1 переместить ленту вправо;
42.2 переместить ленту влево;
42.3 остановить машину;
42.4 занести в ячейку символ.
43. В машине Тьюринга предписаниеR для лентопротяжного механизма означает:
43.1 переместить ленту вправо;
43.2 переместить ленту влево;
43.3 остановить машину;
43.4 занести в ячейку символ.
44. В машине Тьюринга предписание S для лентопротяжного механизма означает:
4переместить ленту вправо;
44.2 переместить ленту влево;
44.3 остановить машину;
44.4 занести в ячейку символ.
45. В алгоритме Маркова ассоциативным исчислением называется:
45.1 совокупность всех слов в данном алфавите;
45.2 совокупность всех допустимых систем подстановок;
45.3 совокупность всех слов в данном алфавите вместе с допустимой системой подстановок;
45.4 когда все слова в алфавите являются смежными.
46. В алгоритме Маркова дана цепочка Р Р1 Р2…Рk. Если слова Р1, Р2,…,Рk-1 смежные, то цепочка называется:
46.1 ассоциативной;
46.2 эквивалентной;
46.3 индуктивной;
46.4 дедуктивной.
47. В алгоритме Маркова дана цепочка Р Р1 Р2…Рk. Если слова Р1, Р2,…,Рk-1 смежные и цепочка существует и в обратную сторону, то слова Р и Рk называют:
47.1 ассоциативной;
47.2 эквивалентной;
47.3 индуктивной;
47.4 дедуктивной.
48. В алгоритмах Маркова дана система подстановок в алфавите А ={a, b, c}:
48.1 abc – c
48.2 ba – cb
48.3 ca – ab
49. Преобразуйте с помощью этой системы слово bacaabc:
49.1 cbc;
49.2 ccbcbbc;
49.3 cbacba;
49.4 cbabc.
50. Распознавание образов – это:
50.1 совокупность методов и средств автоматического восприятия и анализа окружающего мира.
50.2 процесс отнесения объекта по фиксированной группе его свойств к одному объекту из множества образов по заранее оговоренному правилу.
50.3 автоматическое чтение машинописного или рукописного текстов.
50.4 автоматический синхронный перевод с одного языка на другой
51. Какие классы образов выделяют в теории распознавания образов:
51.1 абстрактные;
51.2 перцептивные;
51.3 конкретные;
51.4 концептуальные.
52. Какая из перечисленных задач не относится к теории распознавания образов:
52.1 автоматическое чтение машинописного или рукописного текстов;
52.2 восприятие речи;
52.3 педагогическая диагностика;
52.4 автоматический синхронный перевод с одного языка на другой;
52.5 анализ средств вычислительной техники.
53. Распознавание образов применяется в следующих областях:
53.1 Биоинформатика: поиск шаблонов в ДНК.
53.2 Базы данных: поиск и классификация.
53.3 Обработка текстов: тематическая классификация.
53.4 Анализ средств решения задачи с использованием терминов и понятий определенной области деятельности.
54. Установить соответствие шагов процедуры распознавания и их пояснения.
Восприятие образа.
Выделение характеристик
Предварительная обработка
Классификация
(Измерения характеристических свойств объекта (длина, цвет рыбы).
Принятие решения.
Получение значений характеристических свойств объекта.
Удаление шумов, представление изображения в черно-белом варианте, обрезание ненужных частей изображения.
55. Расположить в нужном порядке процедуру разработки системы распознавания.
1. Достать тренировочную коллекцию.
2. Разработать классифицирующее правило.
3. Выбрать значимые характеристики.
4. Выбрать модель представления объектов.
5. Проверить качество.
6. Оптимизация алгоритма.
7. Обучение алгоритма.
56. Какой из методов не относится к теории распознавания образов.
1. Сравнение с образцом.
2. Семантические методы.
3. Статистические методы.
4. Нейронные сети.
5. Структурные и синтаксические методы.
57. Кибернетика это:
57.1 наука об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.
57.2 использование различных математических методов для обоснования решений в различных областях человеческой деятельности.
57.3 наука об информационной деятельности, информационных процессах и их организации в человеко-машинных системах.
58. Какой раздел не рассматривается в кибернетике?
58.1 исследование операций;
58.2 системы автоматического регулирования;
58.3 информационные технологии;
58.4 распознавание образов;
58.5 искусственный интеллект.
59. Свойством системы является:
59.1 целостность;
59.2 наличие связей между ее частями(элементами);
59.3 единство с внешними объектами;
59.4 оптимизация.
60. Какое понятие не относится к системным?
60.1 элемент;
60.2 избыточность;
60.3 связь;
60.4 подсистема;
60.5 состав.
61. Какие типы задач решаются в системах управления:
61.1 регулирование (стабилизация);
61.2 выполнение программы;
61.3 слежение;
61.4 рассуждение;
61.5 оптимизация.
10. Примерный перечень вопросов к экзамену.
1. Общая структура современной информатики. Этапы и основные направления развития информатики.
2. Место информатики в системе наук. Вопросы, рассматриваемые теоретической и прикладной информатикой.
3. «Информационное общество». Основные признаки информационного общества.
4. Определение информатики. Предмет и объект изучения информатики. Роль государственного образовательного стандарта для информатики.
5. Определение понятия «информационная культура». Мировоззренческая и общеобразовательная задача курса.
6. Определение понятия информация в широком и узком смысле. Понятие информации в информатике. Виды представления информации. Понятия: слово, символ, сообщение.
7. Общая схема передачи информации. Свойства информации. Виды информации.
8. Понятия информационной среды и информационной технологии.
9. Информационные меры: структурная, статистическая и семантическая.
10. Измерение количества информации комбинированной, геометрической и мерой Хартли.
11. Форма представления информации в компьютере. Принцип кодирования, лежащий в основе работы современного компьютера. Дискретизации непрерывной информации.
12. Кодирование информации с использованием двоичного алфавита. Понятия: информационный процесс, энтропия.
13. Кодирование: текстовой, звуковой и графической информации в компьютере. Структура кодовой таблицы символов ASCII.
14. Передача информации по каналам связи с помехами и без помех Пропускная способность каналов связи с помехами и без помех, скорость передачи информации.
15. Позиционные и не позиционные системы счисления. Примеры позиционных и не позиционных систем счисления.
16. Запись произвольного числа в К-ичной системе счисления. Правила выполнения арифметических действий над числами в любой позиционной системе счисления.
17. Почему для описания конечного автомата требуется задание двух автоматных функций? Возможны ли ситуации, когда функция преобразования будет единственной?
18. Почему рассматриваемые в теории автоматов устройства называются дискретными?
19. В чем состоит отличие комбинационных схем и конечных автоматов?
20. Какие автоматы называются эквивалентными? Какой автомат из эквивалентных является минимальным? Всегда ли возможно построение минимального автомата?
21. Побуквенное кодирование. Задача кодирования. Первая теорема Шеннона.
22. Неравномерное и равномерное двоичное кодирование.
23. Префиксные коды. Код Хафмана. Байтовый код.
24. Вторая теорема Шеннона. Помехоустойчивые коды.
25. Систематические коды. Коды Хэмминга.
26. Конечные автоматы. Способы описания автоматов.
27. Основные структурные составляющие.
28. Основные типы синхронных автоматов.
29. Эквивалентные автоматы.
30. Автоматы распознавания языков.
31. Проблема распознавания. Постановка задачи распознавания.
32. Общая характеристика задач распознавания и их типы.
33. Математическая теория распознавания образов.
34. Алгебраический подход к задаче распознавания.
35. Геометрические процедуры распознавания.
36. Линейные разделяющие функции и поверхности решений.
37. Процедуры коррекции ошибок.
38. Выявление кластеров.
39. Комбинаторно-логические процедуры распознавания.
40. Математические аспекты кибернетики.
41. Понятие «кибернетика». Предмет Кибернетики.
42. Место кибернетики в теории автоматического управления и регулирования.
43. Понятие «система». Свойства системы. Что такое «система управления»?
44. Основные системные понятия.
45. Абстрактная кибернетическая система.
46. Основы методологии системного анализа.
47. Основные компоненты системного анализа.
48. Методика проведения системного анализа.
49. Характеристика задач, возникающих в системах управления.
50. Место человека и ЭВМ в человеко-машинных системах.
51. Характеристика научных разделов кибернетики.
11. Примерная тематика рефератов
1. История развития информатики. Термины информатика и кибернетика. Общие и различные черты информатики и кибернетики.
2. Информатика как наука и технология. Понятия новые информационные технологии и информационные технологии. Наиболее известные виды информационных технологий.
3. Место информатики в системе наук. Объект и предмет информатики. Понятия: информационная система и информационный ресурс.
4. Элементы философского осмысления развития информатики, как науки. Информатика, как искусство. Информатика, как составная часть мировоззрения.
5. Правовые аспекты информатики. Авторские и имущественные права. Виды компьютерных преступлений. Защита информации.
6. Социальные и этические аспекты информатики. Место дисциплины «Теоретические основы информатики» в науке и педагогике.
7. Структура современной информатики. Информатика в системе дошкольного, начального, среднего и высшего образования. Требования рынка труда к выпускникам средней школы, ВУЗа.
8. Цели и задачи курса информатика на современном этапе государственного и общественного развития России.
9. Изучение информатики за рубежом. Современное состояние проблемы и перспективы развития.
10. Информационное общество и его признаки. Понятия информационная культура и компьютерная грамотность. Формирование индустрии информатики. Развитие интеллектуального и информационного рынков.
11. Современный этап развития информатики, ближайшие и отдаленные перспективы прикладной информатики. Планирование научных исследований.
12. Информационный процесс и схема передачи информации. Понятия: информация, сообщение, сигналы, данные, канал связи, кодирующее и декодирующие устройства.
13. Информационные технологии. Информационный цикл, среда, поле, поток, система. Система информационных терминов.
14. Дискуссионные вопросы, связанные с определением понятия, сущности и содержания информации. Свойства и виды информации.
15. Организация информации. Форматы. Документы. Носители. Архивы.
16. Аксиоматика информатики.
17. Информация непрерывная (аналоговая) и дискретная (цифровая). Теорема Котельникова.
18. Дискретизация по времени непрерывного информационного потока. Отчеты (выборка) сигналов. Интервалы взятия отсчетов.
19. Структурная информационная мера, в том числе геометрическая, комбинаторная и аддитивная. Примеры подсчета количества информации.
20. Статистическая мера информации. Примеры подсчета количества информации.
21. Семантическая мера информации, в том числе: содержательность, логическое количество, целесообразность и существенность информации. Примеры подсчета количества информации.
22. Передача информации по каналу связи. Непрерывный и дискретный каналы связи. Основные элементы канала связи. Способы повышения достоверности передачи информации.
23. Современные способы кодирования и декодирования информации в вычислительной технике. Алфавит. Двоичные и десятичные коды. Код Грея.
24. Системы байтового кодирования. Примеры использования.
25. История кодирования и шифрования.
26. Системы счисления Древнего мира. История десятичной системы счисления.
27. Десятичная, двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и смешанная позиционные системы счисления.
28. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Перевод целой и дробной части.
29. Арифметические операции над числами в различных позиционных системах счисления.
30. Использование различных систем счисления в вычислительной технике.
31. Форматы данных в ЭВМ. Признаки и различия логических кодов, чисел с фиксированной и с плавающей запятой.
32. Представление чисел в формате с плавающей запятой. Суммирование и умножение. Операция нормализации результата и скрытая единица.
33. Числовая система ЭВМ. Представление чисел со знаком и без знака. Перенос (заем) и переполнение. Флаг четности. Основной, обратный и дополнительный коды.
34. Умножение чисел на двоичном сумматоре. Алгоритм Бута. Ускорение операции умножения. Деление и извлечение квадратного корня как модифицированное умножение.
35. Теоретические исследования эффективного кодирования К. Шеннона.
36. ОЗУ с кодом четности. «Садовая» модель исправления ошибок. CRC. Код Хэминга. Коды Рида-Соломона и т. п.
37. Формализация понятия алгоритм. Известные подходы, их краткая характеристика и сравнение.
38. Автоматическое чтение машинописного и рукописного текстов, как задача распознавания образов.
39. Независимое от особенностей языка и диктора восприятие речи с точки зрения распознавания образов.
40. Медицинская, психологическая и педагогическая диагностика, одна из задач распознавания образов.
41. Задача распознавания образов: автоматический синхронный перевод с одного языка на другой.
42. Рассмотрение задачи распознавания образов - дистанционная идентификация объектов.
43. Описание класса объектов на языке признаков в теории распознавания образов.
44. Алгоритм распознавания, обеспечивающий отнесение распознаваемого объекта к тому или иному классу или их некоторой совокупности.
45. Метод словаря в теории распознавания образов.
46. Распознавание изображений в теории распознавания образов.
47. Порождающие и распознающие грамматики в теории распознавания образов.
48. Синтаксическое распознавание заданной цепочки некоторого языка.
49. Конечные автоматы-распознаватели в теории распознавания образов.
12. Содержательный компонент теоретического материала.
Информатика как наука.
Объект информатики.
Предмет информатики.
Место информатики в системе наук.
2. Теория информации.
Общие сведения об информации.
Виды информационных процессов.
Передача и обработка информации.
3. Теория кодирования.
Виды кодирования.
Представление и кодирование информации в компьютере.
Методы эффективного кодирования.
4. Теория автоматов.
Абстрактные автоматы
Конечные автоматы.
5. Теория распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы.
Основы теории распознавания образов.
Задачи распознавания образов.
Порождающие и распознающие грамматики.
Конечные автоматы-распознаватели.
6. Математическая теория распознавания образов.
Алгебраический подход к задаче распознавания.
Геометрические процедуры распознавания.
7. Математическая кибернетика. Информация и управление.
Кибернетические аспекты информатики.
Управляемые системы.
Функции человека и машины в системах управления.
Математические аспекты кибернетики.
13. Словарь терминов (глоссарий).
1. Предмет информатики. Место информатики в системе наук.
Информатика– это фундаментальная естественная наука, изучающая общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача).
Информатизация – это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и поддержание уровня информированности всех членов общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе.
Информационная культура - это умение человека использовать соответствующим образом весь набор информационных технологий в своей деятельности. В том числе "информационная культура" предполагает, что человек использует информационные технологии при решении задач, которые он ставит для достижения целей своей деятельности. ...может планировать последовательность действий, необходимых для достижения поставленной цели, ...уметь организовать поиск информации, необходимой для решения задачи, ... уметь работать с отобранной информацией, структурировать её, систематизировать, обобщать и представлять в виде, понятном другим людям, ...уметь общаться с другими людьми с помощью современных средств информатики.
Информационные технологии - совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи и представления информации, расширяющая знания людей и развивающая их возможности по управлению техническими и социальными процессами.
2. Понятие информации. Виды информационных процессов. Принципы получения, хранения, обработки и использования информации.
Информация – это содержание сообщения, понижающего неопределенность некоторого опыта с неоднозначным исходом; убыль связанной с ним энтропии является количественной мерой информации.
Сообщение – последовательность сигналов.
Энтропия является мерой неопределенности опыта, в котором проявляются случайные события, и равна средней неопределенности всех возможных его исходов.
Сигнал – изменение характеристики носителя, которое используется для представления информации.
Материальный носитель это материальный объект или среда, которые служат для представления или передачи информации.
Источник информации – это субъект или объект, порождающий информацию и представляющий ее в виде сообщения.
Приемник информации – это субъект или объект, принимающий сообщение и способный правильно его интерпретировать.
Код – правило, описывающее соответствие знаков или их сочетаний первичного алфавита знакам или их сочетаниям вторичного алфавита.
Кодирование – перевод информации, представленной сообщением в первичном алфавите, в последовательность кодов.
Декодирование – операция, обратная кодированию, т. е. восстановление информации в первичном алфавите по полученной последовательности кодов.
Кодер – устройство, обеспечивающее выполнение операции кодирования.
Декодер – устройство, производящее декодирование.
Канал связи – это совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.
Структурная мера – мера, которая применяется для измерения информации простым подсчетом информационных элементов или комбинированным методом.
Статистическая мера – это мера, которая учитывает конкретные условия применения информационных систем.
Семантическая мера – это мера учитывающая смысловое содержание информации и позволяющая выделить полезность или ценность информационного сообщения.
Информационный процесс – это изменение с течением времени содержания информации или представляющего его сообщения.
Аналоговый сигнал – это сигнал, у которого параметр может принимать любое значение в пределах некоторого интервала.
Дискретный сигнал – это сигнал, у которого параметр может принимать конечное число значений в пределах некоторого интервала.
Дискретизация по времени называют операцию, переводящую информацию непрерывного вида в информацию дискретного вида.
Квантование по уровню – это отображение вещественных значений параметра сигнала в конечное множество чисел, кратных некоторой постоянной величине – шагу квантования.
3. Теория кодирования. Виды кодирования. Оптимальные коды.
Эффективное кодирование – это кодирование, при котором путем устранения избыточности информации существенно снижается среднее число символов, приходящееся на единицу сообщения.
Избыточное кодирование. – это кодирование при котором декодер обеспечивает заданную достоверность при передаче или хранении информации путем введения дополнительной избыточности информации.
Пропускная способность системы передачи информации – это наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по каналу связи за единицу времени.
Достоверность передачи информации – это передача информации без ее искажения.
Надежность системы передачи информации – полное и правильное выполнение системой всех своих функций.
Принцип декомпозиции – это разложение произвольного цвета на основные составляющие.
Избыточность кода – это разность величин: среднего числа символов на букву и энтропии.
4. Теория автоматов.
Автомат – это устройство, выполняющее без непосредственного участия человека определенную последовательность операций, в результате которой происходит преобразование материальных объектов, энергии или информации.
Конечный автомат – это система <X, Y, Q, Y, Q>, в которой X и Y являются конечными входным и выходным алфавитом, Q – конечным множеством внутренних состояний, Y(x, q) – функцией переходов и Q(x, q) – функцией выходов.
Алфавит – конечное не пустое множество символов.
Цепочка – конечная последовательность символов некоторого алфавита.
Язык – множество цепочек L, каждая из которых принадлежит множеству всех цепочек над алфавитом S.
Конечный функциональный преобразователь – это устройство, реализующее отображение Ф: А ® В, где А – некоторое множество элементов информации, представленных тем или иным образом, В – другое множество элементов информации, Ф – функция преобразования.
Автомат Мили – это шестерка объектов А = {S, X, Y, s0, d, v}, где S – конечное непустое множество (состояний); X – конечное непустое множество входных сигналов (входной алфавит); Y –конечное непустое множество выходных сигналов (выходной алфавит); s0 < S – начальное состояние; d: S x X ® S – функция переходов; v: S x X ® Y – функция выходов.
Автомат Мура – это другой класс моделей, с точки зрения вычислительной мощности полностью эквивалентный классу автоматов Мили, но в нем функция v определяется не на паре (состояние, входной сигнал), а только на состоянии v: X ® Y.
Минимизация конечного автомата называют задачу нахождения минимального автомата, который реализует заданное автоматное отображение.
5. Теория распознавания. Общая характеристика задач распознавания и их типы.
Распознавание образов – это совокупность методов и средств автоматического восприятия и анализа окружающего мира.
Конкретные образы – все реальные объекты окружающего мира, их изображения и описания.
Абстрактные образы – понятия, категории, мнения, пожелания и т. д.
Синтаксическое распознавание – это синтаксическое распознавание заданной цепочки некоторого языка в смысле его грамматики.
Конечный автомат-распознаватель – это пятерка объектов: А = {S, X, s0, d, F}, где S – конечное непустое множество (состояний); X – конечное непустое множество входных сигналов (входной алфавит); s0 < S – начальное состояние; d: S x X ® S – функция переходов; F – множество заключительных состояний.
Автоматный язык – это язык, для которого существует распознающий его конечный автомат.
6. Математическая теория распознавания образов.
Класс – это некоторое множество объектов или их состояний, объединенных
общими свойствами.
Алфавит классов – полный перечень классов в заданной предметной области.
Признак – свойство объекта, позволяющее отличать его от других объектов
в процессе распознавания.
Априорный словарь признаков – весь перечень признаков, используемый для
описания объектов в алфавите классов.
Рабочий словарь признаков - (подмножество априорного словаря) – признаки,
регистрируемые доступными средствами наблюдения.
Эталонное описание – формализованное описание объектов алфавита классов
в пространстве рабочего словаря признаков.
Реализация - совокупность значений признаков распознаваемого объекта.
Решающее правило - процедура или аналитическое выражение, позволяющее
определить количественно степень сходства реализации с каждым классом
алфавита и ее классифицировать.
Байесовские задачи распознавания - задачи распознавания образов, в которых по известным статистическим характеристикам распознаваемых объектов требуется указать алгоритм принятия решения, минимизирующий математическое ожидание потерь.
Основные задачи технической диагностики сводятся к оценке текущего состояния, прогнозированию состояния и поиску первичных неисправностей для определения долговечности работы оборудования, для расчетов оптимальных сроков их технического обслуживания и ремонта.
7. Математическая кибернетика. Информация и управление. Математические аспекты кибернетики.
Кибернетика – это наука об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.
Система – совокупность взаимодействующих компонентов, каждый из которых в отдельности не обладает свойствами системы в целом, но является ее неотъемлемой частью.
Управление – это воздействие на объект, выбранное из множества возможных воздействий на основе имеющейся для этого информации, улучшающее функционирование или развитие данного объекта.
Алгоритм управления называется совокупность правил, по которым информация, поступающая в управляющее устройство, перерабатывается в сигналы управления.
Разомкнутые системы управления – это системы, в которых для формирования управляющих воздействий не используется информация о значениях, которые управляемые величины принимают в процессе управления.
Искусственный интеллект – это система, заменяющая человека, обладающая интеллектом, в какой-то мере подобном человеку.
