🎄 🎄

Решение задач на измерение информации: алфавитный подход и формула Хартли

Photo

На основе предоставленного изображения я разберу первые три задания из раздела «Задания для самостоятельной работы».


Задание 1

Условие: Найти объем информации, содержащейся в тексте из 15000 символов, написанном испанскими буквами.

Решение:
1. Для решения задачи воспользуемся алфавитным подходом. В испанском алфавите 27 букв. Чтобы закодировать один символ такого алфавита, нужно найти минимальное целое число бит $i$, такое что:
$$2^i \ge N$$
где $N$ — количество символов в алфавите.
2. Подставим значение: $2^i \ge 27$. Ближайшая степень двойки — $2^5 = 32$. Значит, на один символ приходится 5 бит.
3. Общий объем информации $I$ вычисляется по формуле: $I = K \cdot i$, где $K$ — количество символов.
$$I = 15000 \cdot 5 = 75000 \text{ бит}$$
4. Переведем в байты: $75000 / 8 = 9375 \text{ байт}$.

Ответ: 75000 бит (или 9375 байт).


Задание 2

Условие: Какое количество информации будет получено при отгадывании числа из интервала от 1 до 64; от 1 до 20?

Решение:
Количество информации $I$ при выборе одного варианта из $N$ равновероятных событий определяется формулой Хартли: $2^I = N$.

  1. Для интервала от 1 до 64:
    $N = 64$
    $2^I = 64 \Rightarrow 2^I = 2^6 \Rightarrow I = 6 \text{ бит}$.

  2. Для интервала от 1 до 20:
    $N = 20$
    $2^I \ge 20$. Так как $2^4 = 16$ (мало), а $2^5 = 32$, то для кодирования 20 вариантов необходимо 5 бит (информации будет получено $\log_2 20 \approx 4,32$ бита, но в задачах такого типа обычно округляют до целого количества бит, необходимых для кодирования).

Ответ: 6 бит; 5 бит (или $\approx 4,32$ бита).


Задание 3

Условие: Найти объем информации, содержащейся в тексте из 30000 символов, написанном итальянскими буквами.

Решение:
1. В итальянском алфавите 21 буква.
2. Определим информационный вес одного символа $i$:
$2^i \ge 21$. Ближайшая степень двойки — $2^5 = 32$. Значит, $i = 5 \text{ бит}$.
3. Вычислим общий объем:
$$I = 30000 \cdot 5 = 150000 \text{ бит}$$
4. Переведем в байты: $150000 / 8 = 18750 \text{ байт}$.

Ответ: 150000 бит (или 18750 байт).


Реши задания №4 и №5 из списка на фото с подробными пояснениями.

Конечно! Разберем задания №4 и №5 из вашего списка.


Задание 4

Условие: Какое количество информации будет получено после первого хода в игре «крестики-нолики» на поле $3 \times 3$; $4 \times 4$?

Решение:
Количество информации при выборе одной клетки из всех возможных определяется по формуле Хартли: $I = \log_2 N$, где $N$ — общее количество равновероятных событий (в данном случае — количество клеток на поле).

  1. Поле $3 \times 3$:

    • Общее количество клеток: $N = 3 \cdot 3 = 9$.
    • Используем формулу $2^i \ge N$:
      $2^i \ge 9$.
      Ближайшая целая степень двойки — это $2^4 = 16$ (так как $2^3 = 8$, чего недостаточно).
    • Следовательно, $i = 4$ бита.
    • Примечание: Если требуется точное значение, то $I = \log_2 9 \approx 3,17$ бита.
  2. Поле $4 \times 4$:

    • Общее количество клеток: $N = 4 \cdot 4 = 16$.
    • Используем формулу $2^i = N$:
      $2^i = 16 \Rightarrow 2^i = 2^4$.
    • Следовательно, $i = 4$ бита.

Ответ: 4 бита для поля $3 \times 3$; 4 бита для поля $4 \times 4$.


Задание 5

Условие: Сколько могло произойти событий, если при реализации одного из них получилось 6 бит информации?

Решение:
Здесь нам известна величина информации $I = 6$ бит, и нужно найти количество равновероятных событий $N$. Воспользуемся основной формулой информатики:
$$N = 2^I$$

  1. Подставим известное значение $I$:
    $$N = 2^6$$
  2. Вычислим значение:
    $$2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 = 64$$

Ответ: 64 события.



Реши задания на упорядочивание величин (№6, №7, №8), переведя всё в единую единицу измерения.

Для решения заданий на упорядочивание (№6, №7, №8) необходимо привести все значения к одной единице измерения. Удобнее всего переводить всё в биты или байты.

Важные правила перевода:
* 1 байт = 8 бит
* 1 Кбайт (Килобайт) = 1024 байта
* 1 Мбайт (Мегабайт) = 1024 Кбайта
* 1 Гбайт (Гигабайт) = 1024 Мбайта


Задание 6

Условие: Расположите в порядке возрастания: 1 Мб, 1010 Кб, 10 000 бит, 1 Гб, 512 байт.

Перевод в байты:
1. 512 байт = $512$ байт.
2. 10 000 бит = $10000 / 8 = 1250$ байт.
3. 1010 Кб = $1010 \cdot 1024 = 1\,034\,240$ байт.
4. 1 Мб = $1 \cdot 1024 \cdot 1024 = 1\,048\,576$ байт.
5. 1 Гб = $1 \cdot 1024^3$ байт (очень большое число).

Сравнение: $512 < 1250 < 1\,034\,240 < 1\,048\,576 < 1 \text{ Гб}$.

Ответ: 512 байт, 10 000 бит, 1010 Кб, 1 Мб, 1 Гб.


Задание 7

Условие: Упорядочите по убыванию: 5 байт, 25 бит, 1 Кбайт, 1010 байт.

Перевод в биты:
1. 1 Кбайт = $1024 \cdot 8 = 8192$ бит.
2. 1010 байт = $1010 \cdot 8 = 8080$ бит.
3. 5 байт = $5 \cdot 8 = 40$ бит.
4. 25 бит = $25$ бит.

Сравнение (по убыванию): $8192 > 8080 > 40 > 25$.

Ответ: 1 Кбайт, 1010 байт, 5 байт, 25 бит.


Задание 8

Условие: Упорядочите по возрастанию: 2 Мбайта, 13 байт, 48 бит, 2083 Кбайт.

Перевод в Кбайты (приблизительно для наглядности):
1. 48 бит = $48 / 8 = 6$ байт (ничтожно мало).
2. 13 байт = $13$ байт.
3. 2 Мбайта = $2 \cdot 1024 = 2048$ Кбайт.
4. 2083 Кбайт = $2083$ Кбайт.

Сравнение: $48 \text{ бит} < 13 \text{ байт} < 2 \text{ Мбайта} < 2083 \text{ Кбайт}$.

Ответ: 48 бит, 13 байт, 2 Мбайта, 2083 Кбайт.



Выполни задания на перевод (№9) и сравнение (№10) величин, используя эти правила.

Конечно! Разберем задания №9 и №10, сосредоточившись на правилах перевода между единицами измерения информации.


Задание 9

Условие: Переведите значения в указанные единицы измерения.

Решение:

  1. 2,5 байта = ___ бит
    • В 1 байте 8 бит.
    • $2,5 \cdot 8 = 20$ бит.
  2. 20 Кб = ___ байт
    • В 1 Кбайте 1024 байта.
    • $20 \cdot 1024 = 20\,480$ байт.
  3. 2048 байт = ___ Кб
    • Чтобы перевести байты в Кбайты, нужно разделить на 1024.
    • $2048 / 1024 = 2$ Кб.
  4. 2560 Кбайт = ___ Мб
    • Чтобы перевести Кбайты в Мбайты, нужно разделить на 1024.
    • $2560 / 1024 = 2,5$ Мб.

Ответ: 20 бит; 20 480 байт; 2 Кб; 2,5 Мб.


Задание 10

Условие: Сравните величины (поставьте знак отношения: $<$, $>$ или $=$).

Решение:

  1. 3 байта ___ 24 бита
    • Переведем байты в биты: $3 \cdot 8 = 24$ бита.
    • $24 \text{ бита} = 24 \text{ бита}$.
    • Знак: $=$
  2. 1536 бит ___ 1,5 килобайта
    • Переведем 1,5 Кб в биты: $1,5 \cdot 1024 \cdot 8 = 1536 \cdot 8 = 12\,288$ бит.
    • $1536 \text{ бит} < 12\,288 \text{ бит}$.
    • Знак: $<$
  3. 8192 байта ___ 1 Кбайт
    • Переведем 8192 байта в Кбайты: $8192 / 1024 = 8$ Кбайт.
    • $8 \text{ Кбайт} > 1 \text{ Кбайт}$.
    • Знак: $>$

Ответ: $=$, $<$, $>$.



Заполни все пустые ячейки в таблице №11, используя формулы перевода.

Для заполнения таблицы в задании №11 нам нужно последовательно переводить значения между битами, байтами и Кбайтами.

Напоминание формул:
* Из Кбайт в Байты: умножаем на $1024$ ($2^{10}$).
* Из Байт в Биты: умножаем на $8$ ($2^3$).
* Из Бит в Байты: делим на $8$.
* Из Байт в Кбайты: делим на $1024$.


Задание 11

Рассчитаем каждую строку таблицы:

  1. Строка 1 (дано 1 Кбайт):

    • Байты: $1 \cdot 1024 = 1024$ байта.
    • Биты: $1024 \cdot 8 = 8192$ бита.
  2. Строка 2 (дано 1536 байт):

    • Биты: $1536 \cdot 8 = 12\,288$ бит.
    • Кбайты: $1536 / 1024 = 1,5$ Кбайт.
  3. Строка 3 (дано 16 384 бита):

    • Байты: $16384 / 8 = 2048$ байт.
    • Кбайты: $2048 / 1024 = 2$ Кбайта.
  4. Строка 4 (дано 2560 байт):

    • Биты: $2560 \cdot 8 = 20\,480$ бит.
    • Кбайты: $2560 / 1024 = 2,5$ Кбайта.
  5. Строка 5 (дано $2^{15}$ бит):

    • Байты: $2^{15} / 2^3 = 2^{12} = 4096$ байт.
    • Кбайты: $2^{12} / 2^{10} = 2^2 = 4$ Кбайта.
  6. Строка 6 (дано $2^3$ Кбайт):

    • Байты: $2^3 \cdot 2^{10} = 2^{13} = 8192$ байта.
    • Биты: $2^{13} \cdot 2^3 = 2^{16} = 65\,536$ бит.

Итоговая таблица

Бит Байт Кбайт
8 192 1 024 1
12 288 1 536 1,5
16 384 2 048 2
20 480 2 560 2,5
$2^{15}$ (32 768) 4 096 4
65 536 8 192 $2^3$ (8)


Реши финальное задание №12 (Варианты 1 и 2) с использованием степеней двойки.

Для решения задания №12 необходимо использовать свойства степеней. В информатике это самый быстрый и точный способ перевода больших объемов данных.

Основные константы в степенях двойки:
* $1 \text{ байт} = 2^3 \text{ бит}$
* $1 \text{ Кбайт} = 2^{10} \text{ байт}$
* $1 \text{ Мбайт} = 2^{10} \text{ Кбайт} = 2^{20} \text{ байт}$
* $1 \text{ Гбайт} = 2^{10} \text{ Мбайт} = 2^{30} \text{ байт}$


Задание 12

Вариант 1

Нужно заполнить пропуски, используя правила сложения степеней при умножении ($2^a \cdot 2^b = 2^{a+b}$) и вычитания при делении ($2^a / 2^b = 2^{a-b}$).

  1. $2 \text{ Кбайта} = 2^1 \cdot 2^{10} \text{ байт} = 2^{11} \text{ байт} = 2^{11} \cdot 2^3 \text{ бит} = 2^{14} \text{ бит}$

    • Пояснение: 2 — это $2^1$. Переход к байтам — это $+10$ к степени, к битам — еще $+3$.
  2. $2 \text{ Гбайта} = 2^1 \cdot 2^{10} \text{ Мбайт} = 2^{11} \text{ Мбайт} = 2^{11} \cdot 2^{10} \text{ Кбайт} = 2^{21} \text{ Кбайт}$

    • Пояснение: Каждый шаг вниз по иерархии (Гб $\to$ Мб $\to$ Кб) добавляет $10$ к показателю степени.
  3. $1/2 \text{ Мбайта} = 2^{-1} \cdot 2^{20} \text{ байт} = 2^{19} \text{ байт} = 2^{19} \cdot 2^3 \text{ бит} = 2^{22} \text{ бит}$

    • Пояснение: $1/2$ — это $2^{-1}$. Мбайт в байты — это $2^{20}$. Итого: $20 - 1 = 19$.

Вариант 2

Аналогично переводим значения, используя степени.

  1. $4 \text{ Кбайта} = 2^2 \cdot 2^{10} \text{ байт} = 2^{12} \text{ байт} = 2^{12} \cdot 2^3 \text{ бит} = 2^{15} \text{ бит}$

    • Пояснение: $4 = 2^2$. Добавляем $10$ для байт и $3$ для бит.
  2. $8 \text{ Мбайт} = 2^3 \cdot 2^{10} \text{ Кбайт} = 2^{13} \text{ Кбайт} = 2^{13} \cdot 2^{10} \text{ байт} = 2^{23} \text{ байт}$

    • Пояснение: $8 = 2^3$. Два перехода вниз по $10$ единиц степени каждый.
  3. $1/4 \text{ Гбайта} = 2^{-2} \cdot 2^{10} \text{ Мбайт} = 2^8 \text{ Мбайт} = 2^8 \cdot 2^{20} \text{ байт} = 2^{28} \text{ байт}$

    • Пояснение: $1/4 = 2^{-2}$. Гбайт в Мбайт — это $2^{10}$. Гбайт в байт — это $2^{30}$. $30 - 2 = 28$.


Все задачи с листа решены. Какую следующую тему по информатике мы разберем?

Поздравляю! Мы успешно разобрали все 12 заданий из вашего списка. Вы теперь умеете рассчитывать количество информации по формуле Хартли, переводить единицы измерения и работать со степенями двойки.

Поскольку мы завершили блок «Измерение информации», логичным продолжением будут следующие темы, которые обычно идут следом в школьной или студенческой программе:

1. Системы счисления

Это база всей компьютерной техники. Мы научимся переводить числа между двоичной, восьмеричной, десятичной и шестнадцатеричной системами.
* Пример: Почему число 10 в двоичной системе — это 2 в десятичной?

2. Кодирование текстовой информации

Разберем, как символы превращаются в нули и единицы. Узнаем разницу между кодировками ASCII, Windows-1251 и Unicode.
* Пример: Сколько памяти занимает фраза «Привет, мир!», если один символ весит 16 бит?

3. Кодирование графики и звука

Узнаем, как рассчитывается объем видеопамяти для хранения картинки и сколько весит аудиофайл в зависимости от частоты дискретизации.
* Пример: Как найти объем файла фотографии, зная её разрешение (например, 1920x1080) и глубину цвета?

4. Основы логики (Алгебра логики)

Познакомимся с операциями И (конъюнкция), ИЛИ (дизъюнкция) и НЕ (инверсия). Научимся строить таблицы истинности.


Реши следующие 3 задания из списка на фотографии с подробными пояснениями.

Для того чтобы я мог продолжить решение, пожалуйста, пришлите фотографию или текст следующих заданий.

На данный момент мы полностью разобрали задания с №1 по №12, которые были в вашем предыдущем контексте. Если на фото есть задания №13, №14, №15 и далее, я готов приступить к ним немедленно.

Пока вы готовите условия, напомню основные инструменты, которые нам понадобятся для следующих задач:

  1. Формула Хартли: $N = 2^i$, где $N$ — количество вариантов, $i$ — вес одного варианта в битах.
  2. Объем сообщения: $I = K \cdot i$, где $K$ — количество символов.
  3. Степени двойки: знание таблицы степеней (от $2^0=1$ до $2^{10}=1024$) сильно ускоряет решение.

thinking img
progress gif

Текст скопирован
Готово
Ошибка
×