Информация и данные. Понятие о структурах данных. Информационная модель объекта

При разработке программ для решения сложных задач всегда можно выделить некоторый объект, являющийся главным элементом исследо­вания. Таким объектом может быть номенклатура изделий некоторого завода, календарный план работы цеха, студенческая группа. Объект характеризуется свойствами, для исследования взаимосвязей которых и решается задача. Одним из возможных методов решения задачи яв­ляется моделирование объекта с помощью компьютера. Для этой цели строится информационная модель, в которую включается информация только о существенных для данной задачи свойствах (характеристиках, сторо­нах) объекта. Другая задача, касающаяся этого же объекта, потребует знания информации о других его свойствах - строится другая информа­ционная модель. Объединение различных информационных моделей объек­та составит его комплексную модель, предназначенную для решения выделенной совокупности задач. Модель строится для набора однородных (с одинаковым вектором свойств) объектов и является изображением, описанием объекта при решении задачи.

Элементами информационной модели являются атрибуты, описываю­щие соответствующие свойства объекта. Каждому атрибуту соответст­вует множество допустимых значений. Конкретному, выделенному экземпляру объекта соответствует экземпляр модели, где каждому ат­рибуту присвоено определенное значение.

Атрибутом является логически неделимый элемент информации об объекте, который может быть связан с другими элементами, связи между атрибутами задаются связями между свойствами объекта.

Большинство атрибутов изменяется с течением времени, т.е. как правило, необходимо учитывать динамический характер моделей. По отношению к внешней среде объекта атрибуты можно разделить на входные, внутренние и выходные. Вектор (X) входных атрибутов включает те атрибуты, через которые внешняя среда влияет на объект. Вектор (С) внутренних, собственных атрибутов определяет конфигура­цию объекта в текущей момент времени. Вектор (У) выходных атрибу­тов определяет те атрибуты, через которые объект воздействует на внешнюю среду. Алгоритмом решения задачи является некоторый опера­тор А, преобразующий входные и внутренние атрибуты в выходные.

Для таких систем, учитывающих предысторию системы и воздействий внешней среды, необходимо хранить информацию на определенных носителях.

Понятие о данных

Информация существует благодаря связи с носителем, который представляет среду, способную находиться в одном из фиксированных наборов состояний.

Данными называется изображение информации, т.е. описание сос­тояния носителя. Для превращения информации в данные и наоборот необходим язык преобразования сообщения в состояние носителя и наоборот. Алфавит такого языка состоит из набора знаков (литер), которые могут быть отображены на состояние носителя (при этом для различных носителей система, отображений может быть различной). Ин­формационное сообщение изображается в виде последовательности (стро­ки) символов на логическом уровне, а изображение информации с описа­нием состояний носителя осуществляется ни физической уровне данных. И на логическом и на физическом уровне мы оперируем абстрактными понятиями данных. На логическом уровне нас не интересует метод пре­образования символов на физическую память, а на физическом уровне нас не интересует реализация битов , управление устройством и многие другие вопросы. Знак обычно не связывается со смыслом, т.е. он представляет собой конструкцию данных, а не информации. Исключением являются знаки-цифры, несущие определенную информацию при своем появлении. Единице информации (атрибуту) соответствуем не­которое "слово" ( подстрока символов), называемое обычно элементом данных. Таким образом, информационная модель отображается на совокупность взаимосвязанных элементов данных, объединенных в ло­гическую запись. При этом каждой логической записи соответству­ет свой экземпляр объекта, набору объектов соответствует файл.

Рассмотрим случай дискретного носителя, т.е. когда носитель состоит из конечного множества элементов, способных находиться в одном из ( к ) устойчивых состояний. Будем считать, что каждое состояние обеспечивается стандартным физическим устройством. По­следовательность из ( n ) таких элементов представляет собой среду, способную находиться в устойчивых состояний. Хо­тя с ростом ( к ) растет диапазон представляемых кодов, но растет и сложность системы.

Количество стандартных устройств определяет­ся по формуле Q(k)=k[lnN/lnK].

Функция Q(k) воз­растает при к≥3 . Надежность системы P(k)=(1-q)^Q где:

q- вероятность сбоя в одном устройстве, будет максимальной при минимальном Q .

Считая стоимость системы равной S=a*Q(k) мы находим, что надежная система будет при этих предположениях и системой с минимальной стоимостью. Легко проверить, что Q(k) будет наименьшим при к=3 , однако сложность реализации троич­ных элементов привела к использованию двоичных элементов. При этом основным элементом, среды является двоичный разряд (бит). Последовательность разрядов объединяется в группу изображения (ко­дирования) знака (символа). Последовательность групп разрядов объединяется в поле для записи элемента данных, т.е. поле является элементарной, основной конструкцией - понятием данных на физи­ческом уровне. Поля объединяются в физические записи, содержащие данные логических записей. При отображении логической единицы на физическую появляется понятие проекции или отображения символов языка данных на группу двоичных разрядов. Наиболее распространен­ным случаем является использование групп одинаковой длины незави­симо от изображенного символа. Длина такой группы зависит от ко­личества символов в алфавите. Примеры систем:

М2- в которой для каждого символа отводится 6 разрядов ;

ГОСТ 13052-67 - для каждого символа используется 7 бит;

ДКОИ - для каждого символа используется 8 бит.

Таким образом, при решении задачи приходится рассматривать три области - область реального мира, область информации и область данных. В первой области основным элементом является объект с вы­деленным множеством взаимосвязанных свойств. Объект является ло­гическим понятием, с которым связаны понятия «экземпляр объекта» и «набор экземпляров объектов».

При отображении первой области на вторую объект заменяется информационной моделью, содержащей множество атрибутов и описание связей между ними. Экземпляру объекта соответствует сечение моде­ли. При отображении второй области на третью атрибуты заменяются элементами данных, а взаимосвязи атрибутов реализуются специальными средствами, так что информационная модель преобразуется в струк­турированный (организованный специальным образом) набор данных.