Кодирование и декодирование информации

cover
13844
Кодирование и декодирование информации? Мы что, в шпионском фильме? А вот и нет, никаких тайн и заговоров, только удобный способ передачи данных. А как это все работает, будем разбираться. Погнали.
29 декабря 2023 г.
Содержание статьи

Кодирование

Давай представим, что у тебя есть классные фотографии, и ты хочешь показать их другу. Как бы сделали наши родители? Распечатали бы, добавили в альбом и показали, когда друг заглянул бы в гости. Но теперь все проще, мы можем поделиться фотографиями и любой другой информацией буквально в считанные секунды, даже если друг находится на другом конце земного шара. Нам повезло, у нас есть компьютеры. Но как же удается сделать это так быстро? С помощью кодирования данных, конечно!


Кодирование — это процесс преобразования информации из одной формы в другую с использованием определенных правил и символов. Оно позволяет представить информацию в виде последовательности символов или чисел, что делает ее удобной для передачи и обработки. 


Основной целью этого процесса является сжатие информации и обеспечение безопасности при передаче. 


Есть разные типы преобразования данных. Например, двоичное кодирование представляет информацию в виде последовательности нулей и единиц, что является основой для работы компьютеров. Ты, наверное, видел такие коды, которые образуют бессвязные на первый взгляд наборы цифр? Так вот, на самом деле, в этих комбинациях нулей и единиц зашифрованы данные. Фотография, которую ты отправляешь другу — это тоже набор из 0 и 1. 


Или, например, мы хотим сообщить тебе важную текстовую информацию. Для каждой буквы есть свое сочетание нулей и единиц.


Вот так будет выглядеть наше сообщение для тебя в двоичном коде: 

11010001 10000010 11010001 10001011 100000 11010001 10000001 11010000 10110100 11010000 10110000 11010001 10001000 11010001 10001100 100000 11010000 10110101 11010000 10110011 11010001 10001101.


Но ты ведь не компьютер, поэтому в тот момент, когда сообщение приходит к тебе, его нужно что? Правильно, декодировать. Но об этом мы поговорим позже. А сейчас давай разберемся с методами кодирования.

Основные методы кодирования

Методы, которые используют в программировании для преобразования данных могут быть разными, они отличаются сложностью и могут использоваться в разных сферах для определенных нужд.


Безусловный


Этот метод характеризуется тем, что любому значению в исходных данных присваивается свой код. И здесь совершенно неважно, что именно нужно кодировать, содержание исходных данных не имеет значения.


Двоичный или бинарный код — пример безусловного кодирования, так как каждый символ или код имеет свой уникальный набор единиц и нулей. 


Условный


Этот метод подразумевает более сложные коды, так как каждому значению исходных данных присваивается определенный символьный код, и он зависит от того, что именно нужно кодировать.


Блочный


При использовании этого метода всю информацию разбивают на блоки и кодируют каждый блок отдельно независимо от других блоков.

Декодирование

Вот мы и добрались до расшифровки. Как мы уже упомянули, ты не сможешь понять закодированную информацию, поэтому нужна обратная операция, которая поможет перевести компьютерный код в понятный для человека формат.


Декодирование — это обратный процесс, при котором закодированная информация восстанавливается в исходное состояние. Для успешного декодирования необходимо знать какие методы использовались при кодировании. 


Декодирование позволяет получить доступ к информации. То есть мы отправили фотографию другу, и когда он получает ее, программа позволяет компьютеру показать ее в именно в виде картинки, а не в виде нулей и единиц. 


То же самое и с текстовыми данными. Помнишь, в начале мы отправляли тебе закодированное сообщение. Пришло время декодировать его. Итак, все эти 0 и 1 после декодирования превращаются в понятную тебе фразу на русском языке: ты сдашь егэ. 


Посмотрим, что у нас по методам декодирования.


Однозначное декодирование


Однозначное декодирование означает, что каждому коду соответствует только одна информационная единица, и декодирование происходит без ошибок. 


Для того чтобы можно было легко и однозначно декодировать информацию должно выполняться условие Фано. О нем мы тоже тебе расскажем.


Этот метод часто используется в коммуникационных системах, где важна точность передачи информации.


Равномерное кодирование


Равномерное кодирование — это метод, при котором каждому символу присваивается равное количество кодовых символов. Это позволяет достичь оптимального использования ресурсов при передаче информации.


Опять же, стоит сказать, что в случае равномерного кода должно выполняться условие Фано. Так что же это такое и зачем оно нам так нужно? Сейчас узнаем.



Условие Фано


Условие Фано — это метод, при котором коды для символов выбираются таким образом, чтобы ни один код не был префиксом другого. То есть конечные символы кода одного значения не должны совпадать с начальными символами кода другого значения.


Это обеспечивает однозначное, равномерное декодирование и эффективное использование битов при передаче информации.

Решение задач

Это может показаться сложным, все эти условия и методы. Но давай рассмотрим простой пример, чтобы разложить все по полочкам и понять, как это работает.


Нам дано слово «ЕГЭ» которой должна быть закодировано и затем декодировано. 


Часть 1: Кодирование


1. Определим, сколько различных символов используется в исходном слове.

ЕГЭ — мы имеем 3 разных символа.


2. Определим частоту встречаемости каждого символа в слове.

Каждый символ в нашем слове встречается один раз.


3. Создадим некий код для каждого символа.


Е — 11, Г — 01, Э — 10


4. Теперь закодируем все слово и посмотрим, выполняются ли все условия.


110110


Итак, каждой букве мы присваиваем по 2 символа кода, значит, у нас равномерный код. Конец кода предыдущей буквы не совпадает с началом следующего — условие Фано соблюдено. Поэтому мы переходим к простой расшифровке.


Часть 2: Декодирование


1. Используя созданные ранее битовые коды, декодируем слово. Мы знаем, что код был создан равномерно, и у нас есть по два символа на букву, поэтому легко разбиваем и смотрим, какой букве соответствует код.


11 — Е, 01 — Г, 10 — Э


Мы получили ЕГЭ. 


А теперь посмотрим, с какими трудностями мы столкнулись бы при декодировании, если бы код был неравномерным и не соблюдалось бы условие.


Допустим, мы ввели бы такой код: Е — 11, Г – 101, Э — 0.

И имели бы такой код: 111010.

Сложно было бы сказать при расшифровке, здесь ЕЭЭ или ЕГЭ, правда?

А получить нужные баллы за ЕГЭ по информатике поможет Сотка. С нами ты будешь говорить с компьютером на одном языке. А еще сможешь готовиться к 4 предметам по цене 1. Начни заниматься уже сегодня.

Проверь себя

Что такое кодирование?

– процесс преобразования информации в специальные символы с целью быстрой и удобной передачи и хранения данных;

– процесс шифрования информации, чтобы о ней никто никогда ничего не узнал.

– процесс преобразования данных у шпионов.


Что такое декодирование?

– процесс, который помогает хакерам взломать систему;

– снова что-то из шпионского фильма;

– процесс преобразования кодированных данных, чтобы вернуть их в исходное состояние.


Мы даем тебе несколько кодов для букв: К – 101, Т — 100, Д — 010, О — 011. Какое слово тут зашифровано: 101011010.

— ок;

— код;

— кот.

Admin1