Chương 1 - Thông tin và xử lý thông tinCHƯƠNG 1: THÔNG TIN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN1.1. THÔNG TINTrong cuộc sống, người ta có nhu cầu đọc báo, xem truyền hình, giao tiếp với người khác để có thông tin [information]. Thông tin là sự hiểu biết của con người về một sự kiện, mộthiện tượng nào đó thu nhận được qua nghiên cứu, trao đổi, nhận xét, học tập, truyền thụ,cảm nhận, Thông tin tự nó đã được hàm chứa và có sẵn trong mọi sự vật và tiến trình, nó mang mộttrật tự khách quan nào đó. Người nhận thông tin là phát hiện lại, biết lại tính trật tự này quasự hiểu biết chủ quan của mình.Khi tiếp nhận thông tin, người ta phải "xử lý" để có những quyết định. Một công ty phảiluôn luôn tìm hiểu thông tin về thị trường để có chiến lược kinh doanh thích hợp. Mộtngười điều khiển xe máy phải luôn nhìn đường và các đối tượng tham gia giao thông khácđể lái tới đích an toàn. Thông tin làm tăng thêm hiểu biết của con người, là nguồn gốc củanhận thức và là cơ sở của quyết định.Con người hiểu được thông tin qua lời nói, chữ viết, qua các dạng biểu diễn thông tin khácvà diễn tả thông tin thành ngôn ngữ để truyền đạt cho nhau. Thông tin được chuyển tải quacác môi trường vật lý khác nhau như ánh sáng, sóng âm, sóng điện từ, Thông tin đượcghi trên các phương tiện hữu hình như các văn bản trên giấy, băng ghi âm hay phim ảnh, Về nguyên tắc, bất kỳ cấu trúc vật chất nào hoặc bất kỳ dòng năng lượng nào cũng có thểmang thông tin. Các vật có thể mang được thông tin được gọi là giá mang tin.Thông tin có thể được truyền từ một giá mang tin này sang một giá mang tin khác. Nhưvậy thông tin có thể được nhân bản và khi nhân bản ý nghĩa của thông tin không hề suygiảm.Sự thể hiện vật lý của thông tin được gọi là tín hiệu [signal]. Thông tin và tín hiệu có mộtđộ độc lập tương đối. Có thể chuyển tải một nội dung thông tin như nhau bằng những tínhiệu khác nhau. Trên sân cỏ, động tác phất cờ của trọng tài biên [hình ảnh], tiếng còi trọngtài chính [âm thanh] có thể cùng mang thông tin báo lỗi. Ngược lại một tín hiệu như nhaucó thể chuyển tải những thông tin khác nhau. Cũng là tiếng trống, có thể là tiềng trống khaihội và cũng có thể là tiếng trống báo giờ tan trường.Dữ liệu [data] là hình thức thể hiện của thông tin trong mục đích thu thập, lưu trữ và xử lý.Trong nhiều tài liệu người ta định nghĩa dữ liệu là đối tượng xử lý của máy tính. Thông tinluôn mang một ý nghĩa xác định còn dữ liệu là các dữ kiện không có ý nghĩa rõ ràng nếunó không được tổ chức và xử lý.Tri thức [knowledge] là những hiểu biết có ý nghĩa khái quát về các mối quan hệ giữa cácthuộc tính, các sự vật, hiện tượng, mang tính “quy luật” do con người thu nhận được quaphân tích, lý giải, suy luận, Như vậy tri thức là mục đích của nhận thức trên cơ sở tiếpnhận thông tin. Quá trình xử lý thông tin chính là quá trình nhận thức để có tri thức.1.2. ĐƠN VỊ ĐO THÔNG TINThông tin về một đối tượng chính là dữ kiện về đối tượng đó, giúp chúng ta nhận biết vàhiểu được đối tượng. Vì vậy, thông tin có liên quan chặt chẽ đến khái niệm độ bất định.Mỗi đối tượng chưa được xác định hoàn toàn đều có một độ bất định nào đó. Tính bất địnhcủa một đối tượng sẽ giảm khi có thêm thông tin. Ví dụ, Trường Cao đẳng Sư phạm[CĐSP] Hùng Vương có 2000 sinh viên, trong đó có 200 sinh viên thuộc ngành Tin học.Có thông tin nói rằng, giải nhất trong kỳ thi hát hay của hội diễn văn nghệ thành phố thuộc1Chương 1 - Thông tin và xử lý thông tinvề một thông tin, người đoạt giải tiếng hát hay cũng đồng thời trước đó đã đoạt giải 3 trongkỳ thi Olympic chuyên Tin học của sinh viên toàn quốc, thì độ bất định, độ “mù mờ” đãgiảm đi vì ta biết thêm sinh viên đó thuộc ngành Tin học.Độ bất định có liên quan chặt chẽ với khái niệm xác suất - độ đo khả năng có thể xảy racủa biến cố. Một biến cố chắc chắn không bao giờ xảy ra, xác suất của nó bằng 0, ngượclại chắc chắn xảy ra, xác suất của nó bằng 1. Đại lượng xác suất có giá trị trong đoạn [0,1].Xác suất sinh viên X của trường CĐSP Hùng Vương đạt giảI hát hay là 1/2000, sau khi cóbổ sung thêm thông tin thì xác suất sẽ là 1/200.Mỗi sự vật, sự kiện đều hàm chứa một lượng thông tin. Muốn biết một đối tượng nào đó taphải biết đủ lượng thông tin về nó.Đơn vị cơ bản dùng để đo lượng thông tin gọi là bit. Lượng thông tin chứa trong một bit làvừa đủ để nhận biết chính xác một trong hai trạng thái có xác suất xuất hiện như nhau[bằng 1/2] của một biến cố.Ví dụ, xét việc tung ngẫu nhiên đồng tiền có hai mặt hoàn toàn đối xứng. Nếu ký hiệu mặtsấp là 0, mặt ngửa là 1 thì kết cục đó biểu diễn bằng một trong hai số 0 hay 1. Mỗi số 0 hay1 mang một lượng thông tin và được gọi là bit.Trong số học nhị phân ta chỉ sử dụng hai chữ số là 0 và 1. Khả năng dùng hai chữ số đó lànhư nhau. Tại mỗi thời điểm, một bit chỉ có thể chứa hoặc là chữ số 0 hoặc là chữ số 1. Từbit là từ viết tắt của “binary digit”. Như vậy, bit là một khái niệm vừa chỉ một độ đo vừachỉ một ký hiệu hoặc “0” hoặc “1”. Trong xử lý tự động ta sẽ sử dụng bit theo nghĩa thứhai.Tám bit tạo thành một byte là đơn vị đo thông tin thường được sử dụng. Ngoài ra, để đocác lượng tin lớn, người ta dùng một số đơn vị bội của byte trong Bảng 1.1.Tên gọi Viết tắt Giá trịKiloByte KB 2 10 byte [1024 byte] MegaByte MB 2 10 KB [1024 KB]GigaByte GB 2 10 MB [1024 MB]TetraByte TB 2 10 GB [1024 GB]Bảng 1.11.3. PHÂN LOẠI VÀ MÃ HOÁ THÔNG TINCó nhiều cách phân loại thông tin tùy thuộc vào các tiêu chuẩn khác nhau. Chúng ta quantâm đến cách phân loại dựa vào các đặc tính liên tục hay rời rạc của tín hiệu vật lý thể hiệnthông tin. Tương ứng, thông tin được chia thành thông tin liên tục và thông tin rời rạc. Thông tin liên tục đặc trưng cho các đại lượng mà số lượng các giá trị có thể tiếp nhậnđược là vô hạn như độ dài dịch chuyển cơ học, điện áp, Thông tin rời rạc đặc trưng chocác đại lượng mà số lượng các giá trị có thể kể ra được như số nhà trong dãy phố, số trangcủa một quyển sách, tên học sinh trong một lớp học, …Thông tin rời rạc có thể biểu diễn thông qua các bộ ký hiệu [các chữ số, các chữ cái, …]mà ta gọi là bảng chữ. Giả sử, ta có tập đối tượng X cần biểu diễn. Để làm điều này, tachọn một tập hữu hạn A các ký hiệu làm bảng chữ mà mỗi ký hiệu là một chữ. Ta sẽ gọimỗi dãy hữu hạn các chữ là một từ trên A. Ví dụ nếu A là tập các chữ số thì mỗi từ chính làmột số [cho bằng một dãy các chữ số]. Mã hoá các thông tin rời rạc của một tập X trên mộtbảng chữ A chính là cách gán cho mỗi phần tử x ∈ X một từ y trên A. Phép gán mã phảiđảm bảo tính chất: mã của hai đối tượng khác nhau phải khác nhau. Tính chất này giúp ta2Chương 1 - Thông tin và xử lý thông tincó thể tìm được đối tượng khi biết mã của chúng. Quá trình gán mã được gọi là phép lậpmã. Quá trình ngược được gọi là phép giải mã. Ví dụ, nếu X là tập các thí sinh, chọn A làtập các chữ cái và chữ số thì có thể chọn mã của mỗi thí sinh là số báo danh của thí sinhđó. Mỗi số báo danh phải cho phép xác định duy nhất một thí sinh.Như đã biết, dữ liệu là hình thức biểu diễn thông tin. Vậy mã hoá chính là con đườngchuyển thông tin thành dữ liệu. Sau này ta sẽ thấy các thông tin dưới dạng số, văn bản, âmthanh, hình ảnh đều phải chuyển dưới dạng mã phù hợp để máy tính có thể xử lý được.Vấn đề rất quan trọng là làm thế nào để mã hoá một cách có hiệu quả cho thông báo đượctruyền trong điều kiện có tiếng ồn và nhiễu sao cho việc truyền đảm bảo nhanh và nơi nhậncó thể khôi phục đúng nội dung của thông báo xuất phát. Trong phép mã hoá Moorse, người ta chỉ dùng bảng chữ có hai ký hiệu là chấm và vạch đểmã hoá mọi thứ. Mã hoá trên bảng chữ hai ký hiệu được gọi là mã hoá nhị phân. Ngườiphát minh ra mã nhị phân là nhà triết học Anh Francis Bacon [1561-1626].Trong Tin học, mã nhị phân được sử dụng rất rộng rãi. Có nhiều lý do, trong đó có lý do làmáy tính điện tử được chế tạo bằng các linh kiện vật lý có hai trạng thái như các mạchđóng hoặc ngắt dòng điện, trạng thái nhiễm từ hoặc không nhiễm từ. Bảng chữ nhị phânđược sử dụng trong Tin học chỉ gồm 2 “chữ” là chữ số 0 và chữ số 1. Với một tập hữu hạn các phần tử, để mã hoá nhị phân, cần gán cho mỗi phần tử một từ nhịphân [mã nhị phân]. Ví dụ, đối với tập 8 phần tử ta có thể gán cho mỗi phần tử một mãkhác nhau trong tập 8 [= 23] mã 3 chữ số nhị phân sau: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110,111.Một cách tổng quát, với bất cứ một tập N đối tượng chỉ cần dùng không quá [log2N] +1chữ số nhị phân để tạo ra các mã đủ phân biệt N đối tượng vì với số tự nhiên k bất kỳ, cóthể tạo được 2k mã gồm k chữ số nhị phân. 1.4. XỬ LÝ THÔNG TINXử lý thông tin là tìm ra những dạng thể hiện mới của thông tin phù hợp với mục đích sửdụng. Ví dụ, khi cho phương trình x2 + bx + c = 0 ta cần giải [xử lý] để tìm ra hai nghiệmx1 và x2. Về mặt thông tin, việc biết b và c hoàn toàn tương đương với biết x1 và x2. Tuynhiên trong mục đích sử dụng thì việc biết x1 và x2 khác hẳn với biết b và c. Như vậy xử lýthông tin hướng hiểu biết vào những khía cạnh có lợi trong hoạt động thực tiễn.Xử lý thông tin là xử lý trên những dạng thể hiện cụ thể của thông tin để rút ra được nộidung sâu sắc bên trong của nó. Việc xử lý thông tin bằng máy tính là xử lý dạng của thôngtin, thể hiện dưới dạng tín hiệu điện mô phỏng việc xử lý ký hiệu để đạt tới việc thể hiệnngữ nghĩa. Việc xử lý tiếp ý nghĩa của thông tin không thông qua dạng thể hiện là côngviệc của con người.Xử lý thông tin bằng máy tính được phát triển thêm một mức cao hơn là xử lý tri thức. Dựatrên các dữ liệu thu thập được, thông qua việc xử lý chúng, sẽ phát hiện ra các quy luật chiphối sự xuất hiện các dữ liệu đó. Xử lý tri thức là một đặc trưng mới, là một xu thế pháttriển phạm vi ứng dụng trong toàn xã hội hiện tại và tương lai.3Chương 1 - Thông tin và xử lý thông tinCâu hỏi và bài tập1. Hãy trình bày về các khái niệm: thông tin, độ bất định, tin hiệu, dữ liệu và nêu mối quanhệ giữa chúng. Hãy phân biệt khái niệm thông tin và tri thức.2. Hãy nêu một ví dụ để minh hoạ việc chuyển tải thông tin qua môi trường vật lý và chỉ ragiá mang tin trong trường hợp đó là gì.3. Hãy tìm một ví dụ minh hoạ mối quan hệ giữa các khái niệm thông tin và độ bất định.4. Hãy trình bày khái niệm và nêu các ví dụ về thông tin liên tục và thông tin rời rạc.5. Hãy trình bày về mã hoá thông tin. Cho 12 đối tượng, hãy nêu một cách mã hoá nhịphân tập 12 đối tượng đó.6. Đơn vị đo thông tin là bit. Nhưng bit lại chính là chữ viết tắt của cụm từ chữ số nhịphân "Binary Digit". Hãy trình bày mối liên hệ giữa hai điều này. 7. Hãy nêu các đơn vị đo lượng thông tin.8. Hãy nêu một ví dụ để minh hoạ xử lý thông tin là gì.9. Có thể nói rằng, xử lý tri thức cũng là xử lý thông tin nhưng ở mức cao được không?Hãy lý giải cho câu trả lời.4