Информатика

Тема: Информация вокруг нас

Урок: Систематизация и поиск информации. Получение новой информации

1. Работа с информацией. Систематизация информации

На предыдущем уроке мы обсудили способы представления информации: текст, таблица, наглядные способы представления (диаграммы, схемы и т. д.). Сегодня мы поговорим о том, как необходимо работать с информацией. В частности, коснёмся вопросов поиска и систематизации информации, а также получения новой информации.

Каждый день мы получаем большой объем информации. Это и телевизионные новости, и прогноз погоды, и оценки в школе… Если бы человек не умел обрабатывать полученную информацию, то к концу дня наша голова была бы забита огромным количеством бесполезной информации, и любые мыслительные процессы были бы крайне затруднительны.

Чтобы работа с информацией была продуктивной, необходимо научиться ее обрабатывать. К обработке информации относится ее систематизация, поиск и кодирование (Рис. 1).

 

Рис. 1. Основные методы работы с информацией (Источник)

На данном уроке мы познакомимся с систематизацией и поиском информации.

Для того чтобы лучше понять смысл систематизации информации, разберем такой пример. Представьте себе большую кучу беспорядочно сложенных книг, журналов, фотографий (Рис. 2).

 

Рис. 2. (Источник)

В таком большом количестве информации очень тяжело разобраться, поэтому необходимо разделить эти вещи по каким-то признакам на группы. Например, фотографии – отдельно, книги – отдельно, журналы – отдельно (Рис. 3-5).

 

Рис. 3. Фотографии (Источник)

 

Рис. 4. Книги (Источник)

 

Рис. 5. Журналы (Источник)

Это деление по признаку «форма представления информации».

После этого каждую отдельную группу также можно разбить на более мелкие части. Например, книги – по автору, фотографии – по датам и т. п.

Такое деление и называется систематизацией (информации, данных, предметов и т. д.).

Систематизация информации – приведение информации в порядок. Окружающие нас объекты можно систематизировать различными способами. Например, их можно разделить на техногенные (созданные человеком) и природные объекты. Природные объекты можно разделить на неживые и живые и так далее (Рис. 6).

 

Рис. 6. Разделение на группы (Источник)

2. Сортировка

К систематизации относятся сортировка и разбиение на группы. Рассмотрим, какие существуют виды сортировок:

· по алфавиту (в порядке следования букв в алфавите);

· по номерам (в порядке возрастания или убывания чисел);

· в хронологической последовательности (по дате и по времени) (Рис. 7).

 

Рис. 7. Виды сортировки (Источник)

С сортировкой по алфавиту все знакомы. Это, например, список учащихся в классном журнале. В порядке убывания роста строятся школьники на уроке физкультуры. В хронологической последовательности изучаются события на уроках истории.

3. Разбиение на группы

Разбиение на группы – это разделение информации на части по какому-то признаку, например, по форме, по цвету, по назначению.

Попробуйте ответить, как могут быть систематизированы следующие объекты:

1. Книги в библиотеке (по году издания, по автору, по темам).

2. Фотографии в альбоме (по датам, по событиям, по людям).

3. Список телефонов (по фамилиям, по группам).

4. Товары в магазине (по назначению, по размеру, по цвету).

5. Расписание поездов (по направлению, по времени прибытия).

6. Список учащихся (по алфавиту, по среднему баллу).

7. Объекты окружающего мира (по форме, материалу, по одушевленности, по роду, по назначению).

Сортировка информации

Мы часто пользуемся сортировкой информации, часто даже сами того не подозревая. Например, многие хранят музыку на компьютере, располагая её в папках по музыкальному стилю (Рок, Поп-музыка, Рэп, Классика и т. п.) (Рис. 8).

 

Рис. 8. Примеры сортировки музыки (Источник)

А кто-то предпочитает такие классификации, как: Весёлая/Лирическая; Отечественная/Зарубежная (Рис. 9, 10).

Рис. 9, 10. Примеры сортировки музыки (Источник)

Самые терпеливые даже распределяют аудиозаписи по исполнителям.

Некоторые люди носят деньги в кошельке в порядке возрастания (убывания) номинала купюр. То есть, сначала 10, потом 50 и т. д. до 5000 рублей.

Для выполнения всех указанных действий необходимо выполнить сортировку. Перечисленные выше классификации достаточно просты и не требуют особо сложных действий для сортировки. Понятно, что, к примеру, композиции Григория Лепса разместятся в папке с названием «Отечественная музыка», а песня «Gangnam Style» – в папке «Зарубежная музыка». Однако иногда сортировка может быть затруднена, если предложенная классификация слишком узкая. Например, песня Димы Билана «Never let you go» может быть отнесена как к отечественной музыке, так как исполняется нашим певцом, так и к зарубежной, так как исполняется на английском языке.

Пожалуй, ни одна задача не породила такого количества решений, как задача сортировки информации. Существует множество программных методов сортировки (метод пузырька, метода Шелла, Хоара и т. п.) (Рис. 11).

 

Рис. 11. Методы сортировки (Источник)

Все эти методы отличаются сложностью реализации, скоростью сортировки и т. п. Может возникнуть вопрос: а так ли важна скорость сортировки? Безусловно, в приведенных выше примерах сортировка производится достаточно быстро. Но представьте, что нам нужно отсортировать в порядке возрастания большой массив чисел. Если делать это «в лоб» – каждое следующее число сравнивать с предыдущими и размещать в нужном месте – то такая сортировка может занимать очень много времени. Поэтому очень важно выбрать наиболее оптимальный путь сортировки элементов, чтобы сам процесс занял наименьшее время.

Рассмотрим пример сортировки информации.

Задача. Расположите указанные события в хронологическом порядке:

1. Начало Великой Отечественной войны

2. Битва под Полтавой

3. Бородинское сражение

4. Дуэль Пушкина и Дантеса

5. Начало работы портала InternetUrok.ru

6. Чемпионат мира по футболу в ЮАР

7. Победа Зенита в Кубке УЕФА

Прежде, чем располагать в хронологическом порядке, необходимо понять, что же такое хронологический порядок.

Это порядок, при котором события располагаются в том же порядке, в котором они происходили с течением времени.

То есть, для сортировки нам понадобятся даты (по возможности, наиболее точные) указанных событий. Некоторые из них являются общеизвестными, а для поиска других необходимо воспользоваться Интернетом или библиотекой.

Итак:

1. ВОВ началась 22 июня 1941 года

2. Битва под Полтавой произошла 27 июня 1709 года

3. Бородинское сражение произошло 26 августа 1812 года

4. Дуэль Пушкина и Дантеса произошла 27 января 1837 года

5. Портал InternetUrok.ru начал свою работу в сентябре 2009 года

6. Чемпионат мира по футболу в ЮАР прошёл в июне 2010 года

7. Зенит выиграл Кубок УЕФА 14 мая 2008 года

Теперь нам уже не составит труда расположить эти даты в хронологическом порядке:

1. Битва под Полтавой

2. Бородинское сражение

3. Дуэль Пушкина и Дантеса

4. Великая Отечественна война

5. Зенит выиграл Кубок УЕФА

6. Портал InternetUrok.ru начал свою работу

7. Чемпионат мира по футболу в ЮАР

4. Поиск информации

Сортировка и разбиение информации производится также для того, чтобы облегчить поиск информации. Поиск – это еще один способ обработки информации. Вы осуществляете поиск информации, когда ищете нужное слово в словаре или читаете книгу с целью что-то узнать. Также к поиску информации относится обращение в справочную службу для того, чтобы узнать номер нужного вам телефона. Если вы заглянули с той же целью в свою записную книжку – это тоже поиск информации.

Существуют следующие методы поиска (Рис. 12):

· наблюдение;

· общение;

· чтение литературы;

· просмотр телепередач;

· работа в библиотеках.

 

Рис. 12. Методы поиска информации (Источник)

Существуют целые организации и службы, созданные с целью поиска информации. Например, космические спутники постоянно снимают данные о различных явлениях, происходящих на поверхности Земли, и посылают их в специальные учреждения. Там полученные данные обрабатывают и получают информацию о лесных пожарах, наводнениях и других стихийных бедствиях, чтобы вовремя оказать необходимую помощь пострадавшим.

Обычно поиск информации производится в каком-то хранилище информации – телефонном справочнике, словаре, энциклопедии, сети Интернет (Рис. 13-15).

 

Рис. 13. Телефонный справочник (Источник)

Рис. 14. Библиотека (Источник)

 

Рис. 15. Энциклопедия (Источник)

Из всего множества представленной там информации вам необходимо выбрать нужную, удовлетворяющую некоторым требованиям, – телефон одноклассника, перевод слова «открытие» на английский язык, годы жизни полководца Суворова, стоимость нужной вам модели роликовых коньков.

Если информация в хранилище систематизирована, то ее поиск осуществляется достаточно быстро.

Разбиение информации по признакам на группы

Очень часто нам приходится разбивать информацию на группы, руководствуясь определёнными признаками. Например, выбирая фрукты в супермаркете, мы делим их на свежие и гнилые, спелые и неспелые, большие и маленькие – и в зависимости от целей покупки, отбираем необходимые нам.

Это один из самых простых и бытовых примеров разбиения информации на группы. Вместе с тем, задачи такого рода возникают при решении совершенно разных примеров.

Пример 1.

Укажите наиболее «сильные» признаки, по которым объединены следующие объекты:

1. Лето, осень, зима, весна

2. Дождь, град, гроза, снегопад

3. Информатика, математика, русский язык, природоведение

4. Футбол, баскетбол, волейбол, гандбол, хоккей

5. Футбол, баскетбол, волейбол, гандбол, регби

6. Саша, Женя, Паша, Глеб, Игорь

7. Саша, Женя, Паша

С 1 группой всё более-менее очевидно: перечислены времена года.

Аналогично и со 2 группой – это явления природы.

Третий ряд также не вызывает сложностей: школьные предметы.

А вот 4 и 5 группы кажутся практически одинаковыми.

Объекты обоих этих рядов можно объединить по признаку: виды спорта. Однако для 5 группы есть более «сильный» признак: виды спорта с мячом.

Группы 6 и 7 тоже похожи, и объекты в них объединены по признаку: имена. Однако в 7 группе можно выделить более общий признак: имена, которые являются одновременно мужскими и женскими.

При этом существует ещё огромное количество признаков, по которым можно объединять указанные объекты. Например, все эти слова являются словами русского языка, что тоже является признаком, по которому можно объединить все эти объекты.

Пример 2.

Выберите лишнее число в последовательности:

1. Птица, самолет, пчела, машина, бабочка

2. Смотреть, глядеть, таращиться, моргать, наблюдать

3. Дождь, снег, град, молния, изморозь

4. Хлопок, шерсть, нейлон, лен, шелк

5. Бросать, пинать, швырять, метать, раскидывать

6. Бук, ясень, ель, ива, клен

7. Вишневый, алый, красный, малиновый, шафрановый

8. Мерин, волчица, лань, кобыла, овца

Ответы: 1. машина (не может «летать»), 2. моргать (остальные слова – синонимы слова «смотреть»), 3. молния (не связана с водой), 4. нейлон (искусственный материал), 5. пинать (остальные слова синонимичны слову «бросать»), 6. ель (вечнозелёное дерево), 7. шафрановый (не является оттенком красного), 8. мерин (мужской род).

5. Получение новой информации

Во многих случаях в результате обработки имеющейся (входной) информации мы получаем новую (выходную) информацию.

Рассмотрим пример: красный сигнал светофора. Какую информацию мы получили? Мы получили зрительную информацию, мы ее обработали и приняли решение – нужно остановиться. Красный свет – входная информация, а решение остановиться – выходная (Рис. 16).

Рис. 16. Пример преобразования информации (Источник)

Аналогичное преобразование информации происходит при совершении покупок, при планировании отдыха и т. п.

Преобразование информации может осуществляться по заданным правилам. Например, рассмотрим задачу:

В треугольнике АВС АВ=18 см, ВС на 3 см меньше АВ, АС в 3 раза меньше АВ. Чему равен периметр треугольника АВС (Рис. 17)?

Периметр треугольника - сумма длин всех его сторон: Р = АВ + ВС + АС. Найдем стороны: ВС = 18 - 3 = 15 (см), АС = 18:3=6 (см) и вычислим периметр: Р = 18+15+6=39 (см).

 

Рис. 17. Преобразование информации в задаче (Источник)

Таким образом, в результате преобразования исходных данных по известным нам правилам (формуле подсчета периметра) мы получили новую информацию о том, чему равен периметр треугольника.

Преобразование информации по определённым правилам. Алгоритмы

Преобразование информации кажется нам делом очень простым. Однако, на самом деле это далеко не так.

Особенно это касается составления алгоритма для правильного преобразования информации.

Простейшим примером такого алгоритма является инструкция пользователя к любому предмету (Рис. 18). Если она составлена некачественно, то пользователь рискует либо поломать предмет из-за неправильной эксплуатации, либо не научиться с ним работать.

 

Рис. 18. Инструкция пользователя (Источник)

Многие скажут, что составить инструкцию для готового прибора очень легко. Однако будут неправы. Почему? Всё очень просто: большинству людей гораздо проще сделать что-то самим, чем объяснить остальным, как это делается.

Действительно, сегодня практически любой школьник легко умеет пользоваться мобильным телефоном: вставить или поменять сим-карту, пополнить счёт, позвонить, отправить смс. И это кажется простым и интуитивно понятным. Однако попробуйте объяснить, как пользоваться мобильным телефоном человеку, который никогда им не пользовался. Это вызовет массу вопросов, о которых вы даже не подозреваете.

Давайте рассмотрим пример, который позволит нам понять, с какими трудностями сталкиваются люди при составлении алгоритмов для преобразования информации.

Задание. Составить алгоритм приготовления кофе для робота (Рис. 19).

 

Рис. 19. Чашка кофе (Источник)

Думаю, многие из Вас мысленно составили следующую модель алгоритма:

1. Взять чашку

2. Положить в неё кофе

3. Насыпать сахар

4. Залить кипятком

5. Помешать ложкой

6. Разбавить кипячёной водой

И этот алгоритм будет практически нереализуем. Почему? Очень просто: робот не обладает «здравым смыслом» в виде опыта, который накапливает человек. Поэтому даже фраза взять чашку будет для него сложной проблемой: где взять, какого размера должна быть чашка. Предположим, робот взял чашку, но это значит, что он держит её в руках, ведь в алгоритме не было сказано поставить чашку на стол.

Далее – положить кофе можно ложкой, можно руками. Кроме того, не сказано: сколько кофе необходимо положить, то есть робот может бросить маленькую щепотку, а может засыпать полную чашку.

Аналогичная ситуация с сахаром и кипятком. В общем, вырисовывается целый ряд проблем.

Именно с такими проблемами и сталкиваются «специалисты» при составлении инструкций для «неспециалистов».

Попытаемся составить более полный алгоритм (хотя и его можно совершенствовать практически до бесконечности):

1.  Взять в серванте прозрачную чашку с надписью «Моя»!

2. Поставить чашку на кухонный стол дном вниз.

3. Достать из шкафа, который расположен слева от серванта, контейнеры с надписью «Кофе» и «Сахар» и поставить их на стол рядом с чашкой.

4. Взять в серванте чайную ложку.

5. Насыпать в чашку одну полную чайную ложку вещества из контейнера с надписью «Кофе», а затем одну чайную ложку вещества из контейнера с надписью «Сахар».

6. Взять только что закипевший чайник и налить из него кипятка в чашку так, чтобы она была заполнена примерно на 2/3.

7. Чайной ложкой равномерно и не спеша помешать кофе в чашке в течение минуты.

8. Вынуть чайную ложку из чашки и положить в раковину.

9. Взять с кухонного стола графин с кипячённой водой и налить из него воду в чашку так, чтобы она была заполнена приблизительно на 90%.

Безусловно, этот алгоритм не является совершенным и предполагает знание роботом многих вещей, однако даже он показывает, насколько трудно описать те вещи, которые каждый из нас умеет делать с раннего детства. Возможно, именно поэтому создание полноценного искусственного интеллекта имеет весьма отдалённые перспективы. Это связано, в первую очередь, с тем, что нужно научить компьютер «думать» и «анализировать», как человек, потому что полностью «вложить» в него все человеческие знания практически невозможно. А ещё сложнее научиться ими распоряжаться.

6. Преобразование информации путём рассуждений

Решение задач, то есть преобразование входной информации в выходную, может проходить путём логических рассуждений.

Вначале мы анализируем имеющуюся информацию, выделяем значимые объекты и устанавливаем между ними связи. Рассуждая, мы взвешиваем различные варианты и делаем некоторый выбор. При этом мы задействуем не только знания, полученные в школе, но и свой жизненный опыт.

В качестве примера рассмотрим следующую задачу.

Задача. На столе поставлены в ряд бутылка минеральной воды, кружка, чашка, стакан и кувшин, причём точно в таком порядке, в каком они перечислены (Рис. 20).

 

Рис. 20. Условие задачи (Источник)

В них находятся различные напитки: кофе, чай, молоко, квас и минеральная вода, но неизвестно, какой напиток в каком сосуде (кроме, разумеется, минеральной воды). Если стакан поставить между чаем и молоком (в данный момент он не стоит между ними), то по соседству с молоком будет квас, а кофе будет точно в середине. Определите, в какую посуду что налито.

Решение

Для удобства рассуждений пронумеруем места всех сосудов (рис. 21).

 

Рис. 21. Ход решения задачи (Источник)

Чтобы стакан мог оказаться между сосудами с чаем и молоком, он должен переместиться на место 3 (а чашка, соответственно, – на место 4), так как на месте 2 он будет между минеральной водой и ещё чем-нибудь.

Таким образом, он встанет точно в середине. Из этого можно сделать вывод, что в стакане находится кофе. Молоко из условия задачи, во-первых, рядом со стаканом, во-вторых, рядом с сосудом с квасом (Рис. 22).

 

Рис. 22. Решение задачи (Источник)

Значит, в кружке находится чай, в чашке – молоко, в кувшине – квас. Задача решена.

Результаты рассуждений при решении задач бывает удобно фиксировать с помощью таблиц, о чём мы уже говорили на прошлом уроке.

7. Разработка плана действий и его запись

Во многих информационных задачах требуется установить правило преобразования входных данных в выходные, разработать план действий, обеспечивающий нужный результат. Рассмотрим примеры.

Задача 1. Петя и Коля играют в следующую игру: Петя задумывает правило преобразования текстовой информации. Коля может сообщать Пете любые тексты и узнавать результаты преобразования. Вопросы Коли и ответы Пети в этой игре: а – б; мама – нбнб; весна – гётоб.

Отгадайте, какое правило задумал Петя.

Решение

Анализ первой пары «а – б» позволяет предположить, что Петя каждую букву в исходном тексте заменяет на следующую по алфавиту (Рис. 23).

 

Рис. 23. Установление правил преобразования данных. Решение задачи (Источник)

Проверим наше предположение на второй и третьей парах. Теперь можно сформулировать правило преобразования информации: каждая буква в исходном тексте заменяется на следующую по алфавиту.

Таким образом, мы установили возможное правило преобразования входной информации в выходную.

На самом деле, можно предложить ещё большое количество правил, которые удовлетворяют приведённым примерам. Однако чаще всего мы пользуемся при решении подобных задач здравым смыслом и жизненным опытом.

Существует даже игра «Еду – не еду», правила которой построены на преобразовании информации. Её правила просты: один из участников задумывает условие. А остальные участники называют слова. Загадывающий отвечает «еду – не еду» в зависимости от того, удовлетворяет ли названное слово задуманному условию. Анализируя ответы, остальные участники должны угадать, какое же условие было задумано.

Вариантов условий для этой игры может быть масса. Например, вторая буква слова должна быть гласной; слово должно быть именем собственным. А могут быть условия, и не связанные с самими словами. К примеру, условием может являться то, что называющий слово человек – девушка или то, что называющий слово сидит рядом с тем, кто загадывал условия.

На этом уроке мы познакомились с методами работы с информацией: сортировкой, преобразованием, систематизацией, поиском. Кроме того, мы узнали, как получать новую информацию. На следующем уроке мы поговорим о кодировании информации и единицах измерения информации.

 

Список литературы

1. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 5 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
2. Босова Л.Л. Информатика: Рабочая тетрадь для 5 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
3. Босова Л.Л., Босова А.Ю. Уроки информатики в 5-6 классах: Методическое пособие. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал Nsportal.ru (Источник).
2. Интернет-портал Inftis.narod.ru (Источник).
3. Интернет-портал Nsportal.ru (Источник).

 

Домашнее задание

1. §1.13., 1.14. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 5 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
2. Для чего используется сортировка информации? Какие виды сортировки вы знаете?
3. Составьте алгоритм действий для робота, которому дали задание сварить компот.