Подходы к измерению количества информации.

Термодинамическая мера.

Термодинамическая мера. Информационно-термодинамический подход связывает величину энтропии (Энтропия в теории информации — мера хаотичности информации, неопределённость появления какого-либо символа первичного алфавита. При отсутствии информационных потерь численно равна количеству информации на символ передаваемого сообщения) системы с недостатком информации о её внутренней структуре (не восполняемым принципиально, а не нерегистрируемым). При этом число состояний определяет, по существу, степень неполноты наших сведений о системе.

Пусть дана термодинамическая система (процесс) S, и Н₀, Н₁ – термодинамические энтропии системы S в начальном (равновесном) и конечном состояниях термодинамического процесса, соответственно. Тогда термодинамическая мера информации (негэнтропия) определяется формулой:

Н(Н₀,Н₁)=Н₀ — Н₁.

Эта формула универсальна для любых термодинамических систем. Уменьшение Н(Н₀,Н₁) свидетельствует о приближении термодинамической системы S к состоянии статического равновесия (при данных доступных ей ресурсах), а увеличение - об удалении.

Поставим некоторый вопрос о состоянии некоторой термодинамической системы. Пусть до начала процесса можно дать p1 равновероятных ответов на этот вопрос (ни один из которых не является предпочтительным другому), а после окончания процесса - p2 ответов. Изменение информации при этом:

D I = k ln(p1 / p2) = k (ln p1 — ln p2 ).

Если p1 > p2 (D I >0) - прирост информации, т.е. сведения о системе стали более определёнными, а при p1

Пример. Предположим, что имеется термодинамическая система - газ в объёме 10 (м³), который расширяется до объёма 20 (м³). Нас интересует вопрос о координате некоторой молекулы газа. В начале мы знали ответ на вопрос и поэтому p1=1 (ln p1=0). Число ответов было пропорционально [ln 10]. После поднятия заслонки мы знаем координату, микросостояние, т.е. изменение информации о состоянии системы равно D I=-k ln(20/10)=-k ln2 (нат). Это известное в термодинамике выражение для прироста энтропии в расчёте на одну молекулу и оно подтверждает второе начало термодинамики. Энтропия - мера недостатка информации о микросостоянии статической системы.

Величина D I может быть интерпретирована как количество информации, необходимой для перехода от одного уровня организации системы к другой (при D I>0 - более высокой, а при D I<0>

Термодинамическая мера (энтропия) применима к системам, находящимся в тепловом равновесии. Для систем, далёких от теплового равновесия, например, живых биосистем, мера - энтропия - менее подходящая.

Понятие энтропии впервые было введено Клаузиусом как мера необратимого рассеяния энергии. Для обратимых (квазиравновесных) процессов оно было определено так:

,

где ΔS — изменение энтропии, ΔQ — изменение теплоты, T — абсолютная термодинамическая температура.

В дифференциальной форме энтропия представляется как:

и, в отличие от первого, оно применимо не только к изотермическим процессам.

Интегральная форма энтропии для обратимых (квазиравновесных) процессов имеет вид:

,

где SA и SB — энтропия начального (A) и конечного (B) состояния соответственно.

Несмотря на то, что энтропия выражается через процессы, она является функцией состояния, то есть каждому состоянию соответствует определённое её значение. Однако, как видно из формул, она определена с точностью до константы, и выбор состояния с нулевым значением условен. Основываясь на третьем начале термодинамики, за нулевое значение энтропии принимают таковое у системы с температурой, равной абсолютному нулю.

Для необратимых процессов выполняется неравенство (следующее из неравенства Клаузиуса):

,

из которого следует закон неубывания энтропии.

2. Этические аспекты информатики.

В связи с массовой информатизацией современного общества все большую актуальность приобретает знание нравственно-этических норм и правовых основ использования средств новых информационных технологий в повседневной практической деятельности. Наглядными примерами, иллюстрирующими необходимость защиты информации и обеспечения информационной безопасности, являются участившиеся сообщения о компьютерных «взломах» банков, росте компьютерного пиратства, распространении компьютерных вирусов.

Число компьютерных преступлений растет, также увеличиваются масштабы компьютерных злоупотреблений. Умышленные компьютерные преступления составляют заметную часть преступлений, но злоупотреблений компьютерами и ошибок еще больше.

Основной причиной потерь, связанных с компьютерами, является недостаточная образованность в области безопасности.

Под информационной безопасностью понимается защищенность информации от случайных или преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, чреватых нанесением ущерба владельцам или пользователям информации.

Цель информационной безопасности - обезопасить ценности системы, защитить и гарантировать точность и целостность информации и минимизировать разрушения, которые могут иметь место, если информация будет модифицирована или разрушена.

На практике важнейшими являются три аспекта информационной безопасности:

• доступность (возможность за разумное время получить требуемую информационную услугу);

• целостность (ее защищенность от разрушения и несанкционированного изменения);

• конфиденциальность (защита от несанкционированного прочтения).

Кроме того, использование информационных систем должно производиться в соответствии с существующим законодательством.

Формирование режима информационной безопасности - проблема комплексная. Меры по ее решению можно разделить на четыре уровня:

• законодательный (законы, нормативные акты, стандарты и т.п.);

• административный (действия общего характера, предпринимаемые руководством организации);

• процедурный (конкретные меры безопасности, имеющие дело с людьми);

• программно-технический (конкретные технические меры).

Далеко не все правила, регламентирующие деятельность в сфере информатики, можно свести к правовым нормам. Очень многое определяется соблюдением (зачастую неписанных) правил поведения тех, кто причастен к миру компьютеров. Впрочем, в этом отношении информатика ничуть не отличается от любой другой сферы жизни человека и общества.

Как и в любой другой большой и разветвленной сфере человеческой деятельности, в информатике к настоящему времени сложились определенные морально-этические нормы поведения и деятельности.

Этика - система норм нравственного поведения человека.

Морально-этические нормы в среде специалистов от информатики отличает от этики повседневной жизни несколько большая открытость, альтруизм, обязывающие оказать помощь в случае, если в ней есть потребность. Большинство нынешних специалистов информатиков сформировались и приобрели свои знания и квалификацию при помощи бескорыстных консультаций и содействия других специалистов, так что они под влиянием чувства морального долга готовы оказать бескорыстную помощь, дать совет или консультацию, предоставить компьютер для выполнения каких-либо манипуляций с дискетами и т.д.

Ярким примером особой психологической атмосферы в среде информатиков является расширяющееся международное движение программистов, предоставляющих созданные ими программные средства для свободного распространения.

Это - положительные аспекты, но есть и масса отрицательных. Начнем с разговора о языке. Сленг российских информатиков построен в основном на искаженных под русское произношение англоязычных терминах и аббревиатурах, введенных иностранными фирмами - разработчиками компьютеров и программного обеспечения в технической документации. Одновременно формируется и словарный запас сленговых слов, заимствованных из русского языка на основе аналогий и ассоциаций по сходству и смежности (например: архивированный - "утоптанный", компьютер - "железо" или "тачка" и т.д.).

С тем, что многие специальные термины пришли к нам из США, приходится мириться. Никто сегодня уже не перейдет от термина "принтер" к более-менее аналогичному "автоматическое печатающее устройство" (которым пользовались не так уж давно). Приживаемости подобных слов в отечественной литературе способствует, в частности, их относительная краткость. Однако трудно понять, зачем в телеконференции учителя иногда именуют себя "тичерами" от этого они лучше не становятся. Подобных примеров можно привести массу. Итак, одно из этических правил - не искажай родной язык.

Не следует декларировать отсутствие законопослушности в сфере профессиональной деятельности (равно как и ни в какой другой). Бравада типа "воровал программы и буду воровать" не может быть оправдана недостаточностью финансирования. Задумайтесь: ведь подавляющее большинство тех, кто занимается незаконным копированием программного обеспечения, никогда не позволит себе украсть компьютер.

Особую остроту этические проблемы приобретают при работе в глобальных телекоммуникационных сетях. Вскрыть защиту чужой базы данных - уголовное преступление. А позволять себе нецензурные выражения? Коммерческую рекламу в некоммерческой телеконференции? Независимо от того, предусмотрено за это законом возмездие или нет, порядочный человек этого делать не станет.

НЕСКОЛЬКО ПРАВИЛ ПРИ РАБОТЕ В СЕТЯХ

1. Не делайте сами того, чего вы не хотели бы, чтобы делали другие.

2. Не забывайте об авторских правах на копируемые вами и получаемые от вас материалы сети.

3. В сети считается неэтичным: "взламывать" системы, т. е. осуществлять несанкционированный доступ в удаленный компьютер путем подбора входного имени и пароля, удалять чужые файлы, нарушать конфиденциальность переписки, использовать без особой надобности информационные ресурсы Internet в часы пиковой нагрузки.

4. Пишите кратко, грамотно и аккуратно.

5. Используйте только стандартные текстовые символы — чем проще, тем лучше.

6. Заботьтесь о секретности вашей информации. Не пишите в электронном письме ничего такого, чего вы не написали бы на почтовой открытке.

7. Помните, что если вы отправили письмо, вернуть его практически невозможно.

8. Не используйте в телеконференциях прямую рекламу.

9. Не цитируйте письмо другого человека, пока вы не получили его разрешение на это.

10. Будьте предельно вежливы.

11. Вступая в спор с кем-либо, не забывайте о существующих культурных различиях между людьми. Спор может возникнуть просто из-за непонимания друг друга.

12. Не распространяйте в сети файлы с нецензурной информацией и др.

Итог:

Человек говорит себе: я не прочту содержимое дискеты, которую мой сосед забыл на рабочем месте, не потому, что это грозит мне наказанием, а потому, что это безнравственный поступок; я не скопирую программу, когда ее хозяин отвернулся, не потому, что он может подать на меня в суд, а потому, что стану неприятен сам себе, и т.д. Всякий раз, собираясь совершить сомнительный поступок в сфере профессиональной деятельности, человек должен задуматься, соответствует ли он этическим нормам, сложившимся в профессиональном сообществе.