Языковая форма представления данных

Наиболее распространенной, традиционной является языковая форма представления данных. Языковые системы, используемые для представления данных подразделяют на:

• естественные, например, естественные языки человеческого общения (русский, английский и др.);
• формальные (искусственные), например, математический язык, алгоритмический язык, языки программирования и др.

Языковая система − это совокупность знаков (алфавит), а также правил и соглашений, используемых для общения, отображения и передачи данных.

Алфавит − это набор знаков, используемых для отображения данных. Основные свойства алфавита:

• алфавит должен быть фиксированным и конечным;
• знаки алфавита могут иметь любую природу;
• знаки алфавита должны быть попарно различны;
• знаки алфавита не интерпретируются, т.е. не объявляется их смысл.

Примерами алфавитов могут служить: алфавиты естественных языков; цифровые алфавиты; азбука Брайля (для слепых и слабовидящих людей); знаки зодиака; знаки планет; ноты; международный семафорный и флажковый коды; и др.

Языковые системы могут включать в себя знаки разных алфавитов, например в химии используются латинские буквы, спецсимволы и цифровые знаки.

Основные правила и соглашения, принятые в языковых системах:

1. Правила интерпретации знаков алфавита (алфавитов), т.е. объявления их смысла:

Однозначного соответствия «знак − символ», принятого во всех языковых системах, не существует. Знаки могут использоваться в разных языковых системах с разным смысловым значением и наоборот.

Примеры:

· ♂ и ♀ − в биологии означают мужскую и женскую особь; в астрономии означают планеты Марс и Венера.

· I, V, X, C… − в латинском языке − буквы; в римской системе счисления − цифры.

· операция умножения обозначается разными знаками: в математике − × или ·, в языках программирования − *.

2. Правила построения из символов более сложных конструкций языковых систем − слов, словосочетаний и предложений. Слова и словосочетания конструируются в соответствии с грамматическими правилами, предложения − в соответствии с синтаксическими правилами. В естественных языковых системах эти правила не очень строгие.

Примеры:

· Многие слова в русском языке склоняются и спрягаются: вопрос − именительный падеж, ед. число; (о) вопросе − предложный падеж, ед. число; вопросы − именительный падеж, множ. число; вопросам − дательный падеж, множ. число.

· Строгих правил относительно порядка слов в русских предложениях нет, поэтому из одинаковых слов можно построить несколько правильных предложений: Я учусь в вузе. В вузе я учусь. Я в вузе учусь.

В формальных языковых системах правила очень строгие, не допускают никаких исключений.

Примеры:

· Правило записи вещественного числа в математике: сначала записывается целая часть числа, затем ставится разделитель − запятая, затем записывается дробная часть числа.

· В языке программирования Basic зарезервированные командные слова (REM, PRINT, INPUT, DIM, IF, THEN, ELSE, FOR, NEXT и др.) не склоняются и не спрягаются; правила записи операторов очень строгие.

PRINT <список вывода> Правильный оператор

<список вывода> PRINT Неправильный оператор

3. Правила выявления смыслового значения конструкций языковых систем − семантические правила. В естественных языках одинаковые конструкции могут быть неоднозначными и наоборот, разные конструкции могут иметь одинаковое значение.

Примеры:

· В русском языке, как и в других языках, широко используются слова-синонимы (разные по написанию, но одинаковые или близкие по значению), слова-омонимы (одинаковые по написанию, но разные по значению). Так слово «процесс», в значении «движение», имеет следующие синонимы: «течение», «ход», «общее направление». С другой стороны, слово «процесс» − это омоним, т.к. имеет следующие значения: «движение», «дело», «тяжба», «разбирательство», «развивающаяся болезнь».

· Разные по конструкции предложения: Я учусь в вузе. В вузе я учусь. Я в вузе учусь. − имеют одинаковое смысловое значение.

· Косой шел с косой. Сколько смысловых значений может иметь это предложение?

В формальных языковых системах семантические правила жестко связаны с грамматическими и синтаксическими правилами: смысловое значение конструкции однозначно определяется ее формой, т.е. написанием.

Пример:

· INPUT a,b Данный оператор языка Basic имеет единственное значение: ввести с клавиатуры значения переменных a и b.

КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ

Кодирование данных − это переход от исходного представления данных к более удобному представлению в каком-либо конкретном случае.

Кодирование данных осуществляют с целью:

· повышения эргономичности, достоверности и защищенности информации;

· повышения экономичности информационных процессов за счет уменьшения объемов обрабатываемых данных, увеличения скорости обработки и передачи данных;

· удобства технической реализации информационных процессов.

Указанные цели могут противоречить друг другу.

Примеры:

• Денежные суммы в бухгалтерских документах записывают цифрами и прописью: 500 руб. 48 коп. и Пятьсот руб. 48 коп. Такая запись повышает достоверность информации (ошибка в цифровой записи изменит сумму, а в словесной − нет), однако увеличивает объем данных.
• Различные сокращения и аббревиатуры, используемые в записях, уменьшают объем данных, увеличивают скорость записи, однако снижают эргономичность информации.
• Шифрование данных повышает защищенность информации, однако снижает экономичность информационных процессов.

Т.к. на разных этапах информационного процесса меняется приоритет целей, происходит постоянное кодирование и декодирование данных. Декодирование − возврат к исходному представлению данных.

Обобщенная схема процесса кодирования:

Сущность процесса кодирования − каждому знаку исходного алфавита ставится в соответствие (единственное и однозначное) кодовая комбинация из знаков кодирующего алфавита.

Кодовая комбинация − это конструкция из знаков кодирующего алфавита, соответствующая одному знаку исходного алфавита. Совокупность кодовых комбинаций, используемых для кодирования всех знаков исходного алфавита, называется кодом.

Основной характеристикой кода является его длина (разрядность) − длина кодовых комбинаций, входящих в код. Различают:

• коды переменной длины (неравномерные);
• коды постоянной длины (равномерные).

Длина кодовых комбинаций в неравномерных кодах различна. Как правило, ее подбирают с учетом частоты использования знака исходного алфавита − чем чаще используется знак, тем короче соответствующая ему кодовая комбинация. Примером неравномерного кода может служить азбука Морзе. Ее кодирующий алфавит включает два знака: точку (·) и тире (−). Часто используемой в русском языке букве «е» в азбуке Морзе соответствует комбинация из одной точки (·), реже используемой букве «ш» − комбинация из четырех тире (− − − −).

В равномерных кодах длина всех кодовых комбинаций одинакова (постоянна). Это не совсем экономично, однако упрощает техническую реализацию информационных процессов. Длина кодовых комбинаций в равномерных кодах зависит от мощности исходного и кодирующего алфавитов. Она должна быть минимальной, но достаточной, чтобы обеспечить неповторимость всех кодовых комбинаций.

Пусть N − мощность исходного алфавита, m − мощность кодирующего алфавита, тогда оптимальная длина кода k может быть рассчитана по следующей формуле: .

С помощью средств вычислительной техники обрабатываются различные типы данных: символьные (текстовые), графические, числовые, звуковые данные и их комбинации. С целью унификации формы представления данных различных типов была принята универсальная система цифрового двоичного кодирования. Кодирующий алфавит содержит два цифровых знака 0 и 1. Такая система кодирования данных имеет ряд достоинств:

• обеспечивает простоту и надежность технической реализации информационных процессов: есть сигнал электрического тока − 1, нет − 0; есть магнитное поле − 1нет − 0; есть отраженный световой сигнал − 1, нет − 0;
• предполагает использование двоичной системы счисления при обработке данных, которая отличается простотой арифметических и логических операций;
• дает удобный инструмент для измерения количества информации (данных), независимый от содержательной сущности данных.

Двоичные коды, используемые в вычислительной технике, являются равномерными. Длина кодов зависит от мощности исходного алфавита, подлежащего кодированию (N): .

СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ.