CC BY
222
1 Кудрина М.А., 2 Кудрин К.А., 1 Попова - Коварцева Д.А.
1 ФГБОУ ВПО "Самарский государственный аэрокосмический университет им. ак. С.П. Королева (Национальный исследовательский университет)"
2Самара, ФГУ "Самарский центр стандартизации и метрологии"
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ "ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ"
Учебно-методический комплекс дисциплины "Теория информации" включает в себя рабочие программы курса [1, 2], текст лекций, раздаточный материал к лекциям, методические указания к лабораторным работам, контрольную работу, вопросы к экзамену, экзаменационные билеты, аттестационно-педагогический измерительный материал.
Основной целью курса "Теория информации" является формирование у студентов концептуальных знаний о количественных закономерностях, связанных с получением, передачей, обработкой и хранением информации.
Задача дисциплины состоит в изучении и практическом освоении инженерных методов расчета системотехнических характеристик подсистем сбора, передачи, обработки и хранения данных.
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны знать:
характеристики источников информации и каналов передачи информации;
методы расчета информационных характеристик;
теоретические основы передачи информации в современных системах передачи;
различные методы кодирования, сжатия и шифрования сообщений.
Должны уметьрассчитывать информационные характеристики систем сбора, передачи и обработки информации .
Содержание лекционного курса.
Логически материал курса разбит на шесть основных разделов. Это - введение в теорию информации, энтропия и информация,кодирование информации,передача информации и шумозащитное кодирование, сжатие информации и шифрование информации.
Во вводной части рассматриваются основные виды информации: дискретная и аналоговая, приводится общая схема передачи информации.Изучается теорема Котельникова.
Вторая часть посвящена вероятностному подходу к измерению количества информации. Вводится понятие энтропии как меры неопределенности. Рассматриваются свойства энтропии, энтропия сложной системы, теорема сложения энтропии, условная энтропия, объединение зависимых систем. Выводятся количественные соотношения между энтропией и информацией. Рассматриваются свойства информации.
В третьей части лекционного курса приводится классификация методов кодирования информации: алфавитное равномерное двоичное кодирование с равной длительностью элементарных сигналов, алфавитное неравномерное двоичное кодирование с равной длительностью элементарных сигналов, алфавитное двоичное кодирование с неравной длительностью элементарных сигналов, неравномерное двоичное кодирование слов. Рассматривается постановка задачи кодирования,выбор наиболее удобной системы счисления, способы наиболее экономичного кодирования, метод Шеннона-Фано.
Четвертая часть теоретического раздела посвящена передаче информации в линиях связи.Данный раздел включает следующие темы: характеристики канала связи,влияние шумов на пропускную способность канала связи, теоремы Шеннона, коды, обнаруживающие ошибку, бит паритета, коды, исправляющие одиночную ошибку,код Хэмминга, код CRC, способы передачи информации в компьютерных линиях связи, канал параллельной передачи, последовательная передача данных, связь компьютеров по телефонным линиям, методы модуляции сигналов.
В пятой части рассматриваются методы сжатия информации: метод Хаффмена, метод арифметического кодирования, метод блокирования,адаптивный алгоритм Хаффмена,словарно-ориентированные методы сжатия (LZ77, LZSS, LZ78, LZW).
Шестая заключительная часть курса посвящена обзору методов шифрования информации. Рассматриваются основные виды шифров (шифры замены, шифры перестановки, ассиметричное кодирование),вводится понятие электронно-цифровой подписи.
В основу теоретической части УМКД легли источники [3, 4] и др.
Лабораторный практикум. Лабораторный практикум направлен на получение студентами практических навыков в тематических рамках, охватываемых курсом "Теория информации".
Лабораторные работы выполняются в режимах аудиторных и самостоятельных занятий по следующим темам: "Моделирование случайной величины с заданным законом распределения", "Кодирование информации с использованием различных методов", "Сжатие информации с использованием различных методов",
"Шифрование информации с использованием различных методов" и "Шумозащитное кодирование".
В рамках учебного курса разработан комплект тестов, который позволяет преподавателю легко проверить как текущие, так и остаточные знания студентов.
Для повышения уровня знаний и качества подготовки студентам рекомендуется:
При подготовке к сдаче лабораторной работы тщательно прорабатывать теоретический материал соответствующего раздела лекций. Кроме курса лекций необходимо пользоваться рекомендуемой литературой .
При решении задач контрольной работы (по теме "Энтропия и информация") широко используется математический аппарат, поэтому студентам необходимо самостоятельно повторить некоторые разделы математического анализа, теории вероятностей и математической статистики.
Самостоятельно (на основе решенных в аудитории задач) выполнять решение задач домашней работы, заданной преподавателем по изучаемым разделам.
Проводить самостоятельное тестирование по изученным разделам, готовить свои тестовые варианты контрольных вопросов и варианты ответов на них.
В дальнейшем планируется создать электронный образовательный ресурс дисциплины "Теория информации". Электронный вариант УМКД может быть использован в дистанционном и заочном образовании.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рабочая программа по курсу "Теория информации" для специальности 230102.65 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (очная форма обучения) / Составитель: Кудрина
М.А. Самара, СГАУ, 2011. - 12 с.
2. Рабочая программа по курсу "Компьютерная графика" для специальности 230100.62 "Информатика
и вычислительная техника" (очная форма обучения) / Составитель: Кудрина М.А. Самара, СГАУ, 2011. - 8 с.
3. Фурсов, В.А. Лекции по теории информации [Текст] : учеб.пособие / В. А. Фурсов ; Федер. агентство по образованию, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева. - Самара : [б. и.], 2005. - 136 с. - ISBN 5-7883-0355-9
4. Овсянников, А.С. Теория информации [Текст] : учеб.пособие / А. С. Овсянников, Федер. агентство по образованию, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева. -и.], 2005. - 131 с. - ISBN 5-7883-0351-6
А. А. Ямович; Самара : [б.
