Информатика

Урок 7: Формы представления информации

Наглядные формы представления информации

Информатика – наука об информации, способах ее сбора, обработки и представления в удобном для восприятия виде. Как философская категория информация связана с процессами отражения, протекающими в человеческом сознании и подразумевающими наличия воспринимающего субъекта. Освоив материал урока, вы узнаете о том, какие формы представления информации существуют, чем они отличаются друг от друга, а также научитесь выбирать оптимальный вариант представления.

Обложка урока взята с источника.


План урока:

Переход от одной формы представления к другой (что лучше понимает и запоминает человек?)

Что такое условие задачи, ее схематическое решение и ее математическая запись

Представление числовых данных на диаграммах(линейная диаграмма, столбчатая диаграмма и другие)

 

Переход от одной формы представления к другой (что лучше понимает и запоминает человек?)

gffgjfgjgj

В первоначальном варианте термин «информатика» не ассоциировался с теми или иными техническими средствами. И только с развитием ЭВМ он превратился в аналог понятия «computer science», то есть науки об использовании для обработки и представления информации компьютеров. Однако разделение это носит условный характер, так как все задачи, решаемые в информатике вообще, могут быть совершенно аналогично решены при помощи вычислительной техники. Понимание этого пришло с развитием мощных средств отображения данных на цветных мониторах, принтерах и прочих подобных устройствах. Чтобы убедиться в этом посмотрите эти простые рисунки:

1rtertert
Простая гистограмма (столбчатая диаграмма) распределения холестерина.

2reyy
Диаграмма рассеяния «рост-вес», полученная на основе статистического анализа данных параметров.

3hghj
График концентрации неорганического фосфора.

Как видим, даже на начальном этапе развития вычислительной техники формы представления информации существенно разнились друг от друга. Уже с помощью средств примитивной печати можно было добиться очень убедительной и наглядной интерпретации больших массивов чисел. В то время в ходу были так называемые алфавитно-цифровые мониторы, не приспособленные к отображению графики, а также простейшие матричные принтеры. Но даже они позволяли визуализировать график зависимости одной величины от другой и создавать различные виды чертежей.

У описанной технологии наглядного представления информации было три существенных недостатка:

  • Плохое качество изображения.
  • Необходимость вручную программировать каждый рисунок или диаграмму.
  • Отсутствие единого подхода и стандартов в области представления данных.

Преодолеть эти недостатки удалось сравнительно быстро. Первый из них был устранен входе усовершенствования мониторов и принтеров, а именно в результате появления устройств, способных к отображению цвета в высоком разрешении. От второго и третьего избавились, разработав мощные математические пакеты универсального назначения. Наверняка вы уже знакомы с одним из таких инструментов – это табличный процессор Excel.

Выше мы привели конкретные примеры представления информации: в виде графика функции, в виде столбчатой диаграммы и в виде некоего рисунка «набитого» на бумаге при помощи букв и цифр. Сколько существует способов представления вообще? Давайте посчитаем:

  • Представление данных в виде текста.
  • Представление в форме чертежа (например, чертежа дома).
  • Представление в формате произвольного изображения (фото объектов, картинки и так далее).
  • Табличное представление информации.
  • Диаграммы разных видов.
  • Схемы, составленные по определенным правилам (обычно из стандартных элементов). 
  • Графики функций.

Каждая из разновидностей представления имеет большую или меньшую степень наглядности и каждая находит себе применение. Текст нельзя заменить на рисунок, хотя сегодня и текст стал более наглядным, чем раньше. Отдельные его блоки могут быть выделены разным цветом, по-разному отформатированы абзацы и параграфы, строка может быть превращена в гиперссылку, ведущую к другому документу, в текст могут быть вставлены рисунки.  

Без чертежей не обойдешься в инженерной сфере. В этой области деятельности чертеж был и остается не просто приемлемым и общепринятым способом демонстрации объектов, но и несет в себе массу полезной информации о размерах, характеристиках материалов (вспомните об обозначениях на чертежах). Чертеж, как и прочие графические формы - есть частный случай произвольного изображения. Произвольное изображение (картинка) дает хотя и весьма общее, но очень наглядное представление об изображенном предмете. Рисунок как вид информации имеет длинную историю еще с древних времен, когда первобытные люди передавали с его помощью сведения другим людям (а чаще всего божествам). 

Таблицы также претерпели изменения со временем. Если раньше таблица была просто статическим, специально отформатированным текстом, то нынче это, по сути, графический объект, с элементами динамики. Столбцы и строки могут менять свой размер, содержать не только числа и текст, но и картинки. Ячейки таблиц имеют разный цвет и шрифт. Понятно, что речь идет об общей тенденции взаимопроникновения разных форм представления информации.

Диаграммы бывают разных видов: столбчатые, круговые и линейные. Диаграмма позволяет быстро, не отвлекаясь на самостоятельный анализ большого объема чисел, получить впечатление об их сравнительной величине. Отсюда следует, что числа, на основе которых строится диаграмма, не могут быть произвольной природы. Иначе диаграмма теряет всякий смысл. Эти числа должны быть выражены в одной и той же единице измерения и относится к одному предмету изучения.

Схема во многих отношениях напоминает чертеж. Она обычно составлена по определенным правилам (такова например, блок-схема в программировании), но отображает, как правило, не объекты, а процессы. Отображение последовательности действий в виде схемы – это лучший способ сделать алгоритм понятным. Не обязательно составлять схему по четким правилам, простые схемы можно составлять и «на коленке». К схеме обычно прилагают описание схемы в текстовом виде – ее назначение и какие-то ее особенности (например, перечень задействованных в ней обозначений).

Наконец, графики функций - наглядная форма информации, знакомая нам по урокам математики. Наглядность информации в них обеспечивается благодаря тому, что мы можем непосредственно проследить характер зависимости одной величины от другой (или сразу от нескольких).

Большинство описанных форм можно рассматривать как рисунок содержащий информацию. То есть отображающий некие исходные данные в доступном и легко воспринимаемом виде.  Иногда по определенным правилам, а иногда без них. Итак, машинная графика – это вид информации,воспринимаемый зрением и несущий некие полезные сведения об исходных данных. В 99% случаев - источник информации рисунок. Так происходит потому, что зрение – основной способ контакта человека с внешним миром. На него приходится что-то около 70% от общего объема восприятия.

Важно понять следующее: что одни и те же данные (например, набор чисел) могут быть представлены совершенно по-разному. Эти числа могут быть перечислены в тексте. Могут быть занесены в таблицу. На их основе можно построить график или диаграмму. Та же числовая информация может быть представлена в чертеже. А при желании их можно превратить в цветное изображение или наглядную модель некоего процесса, в форме схемы. Об этом мы поговорим чуть дальше.

 

Что такое условие задачи, ее схематическое решение и ее математическая запись

Теперь  вы готовы к тому, чтобы применить полученные теоретические знания на практике. Но сначала мы опишем общую схему решения всех задач визуализации данных.  Выглядит она так:

  • На первом этапе осуществляется формулировка задачи.
  • На втором описывается схематическое решение задачи.
  • На третьем схематическое решение переводится в математическую запись.
  • На четвертом в полученные формулы подставляются исходные данные и вычисляются результаты.
  • На пятом выбирается форма наглядного представления.
  • И лишь на шестом это наглядное представление визуализируется при помощи того или иного инструмента.

Понятно, что условие задачи – итог ее правильной формулировки. Оно может содержать различное количество подробностей. Например, краткое условие задачи включает минимум таких подробностей. Минимум, необходимый для перевода этого условия на язык математических формул. Условие задачи опирается на модель объекта или процесса, модель – это такое описание объекта или процесса, в котором отбрасываются несущественные подробности. К примеру, при построении траектории полета снаряда мы можем учитывать, или не учитывать сопротивление воздуха, наличие ветра или изменение силы тяжести с высотой. Но есть некоторый минимум исходных данных, без которого решить задачу нельзя вовсе. Нам обязательно понадобится величина угла наклона пушки к горизонту и скорость, с которой снаряд вылетает из жерла.

Итак, краткая формулировка задачи расчета траектории снаряда будет выглядеть так: найти высоту снаряда над землей в каждый момент времени, зная угол наклона и начальную скорость полета. Если вы не изучали соответствующий раздел физики, то поверьте нам на слово в том, что формула для высоты снаряда выглядит так:

4gfgfg

где v0 – начальная скорость снаряда, α – угол наклона пушки, t–время, а g – ускорение свободного падения. Пусть вас не пугают эти термины и запись «sin» - это всего лишь синус угла α (обозначаемый «sinα»). У каждого угла есть синус и его можно отыскать в специальной таблице. Все остальное в этой формуле простые арифметические действия умножения, возведения в квадрат и вычитания. Хотя запись математических выражений может содержать в себе и совсем непонятные знаки и символы. Чем больше таких символов вы знаете и понимаете – тем больше подобных задач способны решить.

Итак, используя условие задачи и зная как записать условие задачи (сначала в виде текста, а потом и в виде формулы), мы подготовили почву для вычисления траектории. Как это можно проделать? Можно просто подставить vи α в нашу формулу, а, затем, подставляя в нее же различные значения времени (t) получить различные высоты траектории в эти моменты времени. Например, высоту через полсекунды после вылета, через секунду после вылета и так далее. Затем вычисленные высоты свести в таблицу или нанести на график. А можно поступить иначе – поручить расчет высот и печать таблицы (графика) машине. Например, написать такую программу на Бейсике:

5fdfgdfg
Программа на smallbasic.

Которая напечатает нам таблицу высот в различные моменты времени (это будет длинная таблица, мы покажем лишь ее кусок):

6ytuyu
Итог работы программы на Бейсике.

При расчете мы положили, что пушка наклонена под углом 45 градусов к горизонту, а снаряд вылетает со скоростью 100 м/c. Языка математической записи довольно просто трансформировался в простую программу, из результата которой мы извлекли массу полезных сведений. Например, мы узнали, что полет снаряда занял 14.44 секунды. Также мы можем определить максимальную высоту снаряда, просто разглядывая выведенную программой таблицу. Подставляя в программу иные начальные данные мы получим другие результаты, не затратив никаких усилий.

Трудно ли нанести полученные точки на график и нарисовать траекторию? Конечно, нет, и это тоже можно поручить машине! Имейте в виду, что запись математических формул должна быть полной и точной. Не содержать в себе никакой двусмысленности и отвечать условию поставленной задачи. Машина думать не умеет (думаем за нее мы), и если мы подсунем ей неправильные формулы, то и посчитает она, бог знает что. Математические записи всегда прилагают к схеме решения задачи, чтобы было понятно, откуда они взялись.

 

Представление числовых данных на диаграммах(линейная диаграмма, столбчатая диаграмма и другие)

Диаграммы лучше всего строить в Excel. Этот инструмент как будто специально создан для построения диаграммы. Рисунок ниже даст представление о том, какие диаграммы можно построить в Excel-e (линейна я диаграмма, круговая диаграмма, столбчатая диаграмма и другие):

7sasdew
Источник Подсказка к типам диаграмм Excel.

На любой диаграмме представлены некоторые числовые данные (не числовые типы данных в них не используются). Перед построением диаграммы нужно найти числовые данные любым способом (например, так, как мы искали высоты снаряда), и произвести обработку числовых данных, чтобы на их основе составить диаграмму. Это можно сделать или в самой программе Excel,или заранее. А затем выбрать нужный тип представления и автоматически сформировать диаграмму. Например, линейную диаграмму Excel, наподобие графика функции.

Итак, на диаграмме показано представление числовых данных в удобной для восприятия форме.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Как быстрей всего построить траекторию полета снаряда из задачи урока
1Попросить это сделать «отличника»
2Написать для этого программу
3Построить график вручную
4Представить траекторию в уме
5Занести данные в Excelи попросить Excel построить линейную диаграмму
Ответить
5
Вопрос: 2
Сколько всего видов представления существует:
12
23
37
45
56
Ответить
3
Вопрос: 3
Чем отличается чертеж от схемы?
1Ничем
2Всем
3Формой представления данных
4Назначением
5Размером листа бумаги
Ответить
4
Вопрос: 4
На что похожа линейная диаграмма?
1На прямую линию
2На кривую линию
3Не знаю
4На график функции
5На шляпу дяди Сэма
Ответить
4
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Как быстрей всего построить траекторию полета снаряда из задачи урока
1) Попросить это сделать «отличника» 2) Написать для этого программу 3) Построить график вручную 4) Представить траекторию в уме 5) Занести данные в Excelи попросить Excel построить линейную диаграмму
2 вопрос:

Сколько всего видов представления существует:
1) 2 2) 3 3) 7 4) 5 5) 6
3 вопрос:

Чем отличается чертеж от схемы?
1) Ничем 2) Всем 3) Формой представления данных 4) Назначением 5) Размером листа бумаги
4 вопрос:

На что похожа линейная диаграмма?
1) На прямую линию 2) На кривую линию 3) Не знаю 4) На график функции 5) На шляпу дяди Сэма
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Занести данные в Excelи попросить Excel построить линейную диаграмму
2 вопрос: 7
3 вопрос: Назначением
4 вопрос: На график функции