Репортаж с ничейной земли. Рассказы об информации

Ценой незначительных усложнений мы можем заставить это устройство учитывать корреляцию бука. Для этого нам придется использовать еще одну пару пластин, отклоняющих луч слева направо. Первый сигнал (например, буква с) отклоняет луч вверх. А следующий сигнал, соответствующий, допустим, букве т, попадет на боковые пластины и заставит луч переместиться слева направо (Чтобы оба сигнала отклоняли луч одновременно, сигнал, соответствующий с, подается на пластину с задержкой по времени). Луч попадет в определенную точку экрана. Сочетание ст встречается в тексте довольно часто - в этой точке прозрачность должна быть невелика.

Такое устройство сможет не только учесть вероятность двухбуквенных сочетаний, но и произвести укрупнение сигнала, посылая определенный импульс взамен каждых двух букв. Чем чаще встречается в тексте данное сочетание, тем меньше будет посылаемый импульс.

Сообщения и предсназания

Вы заметили, что жители Нового Города называют информацию двумя различными именами? В одних случаях ее величают «мерой неопределенности»: чем больше неопределенность событий, тем больше информации дают сообщения об этих событиях. В других случаях говорят, что это «мера неведения»: события могут следовать друг за другом в определенном порядке, но, пока порядок нам неизвестен, информация о событиях будет для нас опять-таки велика. Пока мы не изучили порядка, существующего в буквенных текстах, каждая буква будет давать нам целых 5 бит. И только когда сообщения имеют строгий порядок, который заранее нам известен, информация равна нулю.

За июлем следует август - вот пример сообщения о событиях, которые всегда соблюдают один и тот же неизменный порядок. Был, конечно, такой момент, когда мы впервые узнали о 12 месяцах года. Но это случилось однажды, и с тех пор это сообщение не несет нам никаких новостей. Предварительная информация исчерпала всю неопределенность событий, и потому, приняв первые слова сообщения, мы безошибочно предскажем, что дальше последует слово август. А все, что можно предсказать до получения сообщений, не несет никакой дополнительной информации - это всего лишь ненужный, избыточный груз. Как избавиться от него? Способы могут быть разные. Мы рассмотрим самый простой.

Автомат включил плавильную печь и передает на пульт управления сообщения об изменении температуры. Каждую секунду он посылает импульсы. По величине этих импульсов можно судить о температуре печи.

До последнего времени такие системы применялись повсюду, и никто не искал в них «излишеств». Казалось, все сделано очень разумно: во сколько раз увеличится температура, во столько раз возрастет и сигнал. Но жители Нового Города обнаружили в этом сигнале колоссальный «избыточный груз».

На много ли изменяется температура в течение каждой секунды? Давайте отметим все приращения на нашем рисунке. Получается «лесенка», ступеньки которой показывают, как возрастает температура. «Лесенка» выглядит довольно обычно. А жителям Нового Города она показалась громоздкой и неуклюжей. Если бы подобную лестницу решили построить в подъезде многоэтажного дома, она заняла бы почти все здание: ведь каждая ее ступенька идет от пола нижнего этажа. А сколько ушло бы лишнего материала! Нет, никто из строителей не пошел бы на такие расходы.

Почему же инженеры-связисты должны мириться с таким положением? Разве энергия, которая расходуется при передаче ступенек, растущих от самого нижнего уровня, не требует лишних средств? Ведь можно построить «лестницу», которая станет ажурней, дешевле и легче. Можно предвидеть заранее, что температура будет расти плавно и каждая новая ступенька будет отличаться от предыдущей на небольшую величину. И передавать надо не весь уровень, а только его приращение; тогда ступеньки окажутся меньше в несколько раз. А приемное устройство будет «пристраивать» ступеньку к ступеньке и восстановит весь ход кривой.

А если на обоих концах линии связи установить автоматы, которые смогут хотя бы весьма приблизительно предсказать величины этих ступенек, то «лесенка» станет еще ажурней.

Пусть известно, что в какой-то момент времени температура составляет 500 градусов Цельсия. Автомат, установленный в конце линии (назовем его «К»), уже «изучил» характер процесса и может «предвидеть», что в течение каждой секунды температура возрастет в среднем на 10 градусов. Не дожидаясь новых сигналов, он добавляет эту ступеньку к полученным ранее сообщениям и «запоминает» новое значение - 510 градусов.

Автомат, установленный в начале линии связи (автомат «Н»), делает то же самое: прибавив 10 градусов к прежнему значению, он «запоминает» температуру 510 градусов. А затем начинает сравнивать с истинной температурой. Если «предсказание» подтвердилось, посылать сигнал незачем:'автомат «К» уже отметил эту величину. Но предсказывать можно лишь приблизительно. Точное значение температуры может составить и 508 и 511 градусов. Тогда автомат «Н» зафиксирует разницу между истиной и ее предсказанием и пошлет по линии связи малюсенькую ступеньку - поправку на 1 - 2 градуса. Эти крошечные ступеньки позволят в течение всего периода наблюдений точно фиксировать истинную температуру, не расходуя лишней энергии на «избыточный груз».

А нельзя ли с помощью предсказаний облегчить и «словесный груз»? Ведь просто же, прочитав слова что посеешь..., предсказать, что дальше последует ...то и пожнешь. Может быть, это смогут делать и автоматы?

Иногда можно точно предсказать значение целого слова по сочетанию нескольких букв. Лев Кассиль в своей повести «Кондуит и Швамбрания» вспоминает такой эпизод. Учитель словесности имел забавное прозвише - Длинношеее. Один из учеников задал ему вопрос: можно ли в русском языке найти слово, в котором три раза подряд повторялась бы буква «е»? И, к великому удовольствию класса, не подозревающий подвоха учитель произнес свое прозвище: «Длинношеее». Озорной гимназист рассчитал весьма точно: сочетание это встречается редко, поэтому можно почти безошибочно предсказать, каков будет ответ.

Но подобное слово - лишь редкое исключение. В большинстве случаев значение слов и букв словесного текста предсказать невозможно. Если бы во всех случаях жизни мы могли предвидеть, какие слова последуют дальше, мы не могл# бы из книги, газеты или доклада извлечь для себя никаких новостей.

Упаковка должка быть надежной

Как же все-таки избавить тексты от «лишнего груза»? Предсказания сбываются редко. Электронная трубка устраняет избыточность только частично, потому что при «сортировке» она учитывает лишь вероятность двух букв. Чтобы устранить избыточность полностью, пришлось бы «сортировать» и слова и даже целые фразы: ведь надо учитывать, что после слова черный слово снег появляется очень редко, а вслед за словом производительность почти всегда произносят слово труда. Но стоит ли заниматься такой кропотливой работой? Много ли выиграют сообщения, если мы полностью избавим их от избытка? Нет, от этого они могут лишь проиграть.

Большинство передаваемых сообщений переводятся путем кодирования на язык импульсов. Любая внешняя причипа (например, излучение близ расположенных радиостанций) может изменить величину какого-то электромагнитного импульса. В случае передачи словесных текстов это приведет к изменению или исчезновению какой-то буквы.

Пусть, например, мы приняли по радиотелеграфу следующую последовательность букв:

т, о, м, к, о, е.

По всей видимости, в это сообщение вкралась ошибка. Можно предположить, что вместо м передавалось н или п. Посмотрим, что последует дальше. Если передадут слово стекло, значит ранее было передано слово тонкое; если - болото, то вместо м следует читать букву п.

Чтобы восстановить значение одной искаженной буквы, нам пришлось использовать не только связь ее с другими буквами, но и связь между словами.

Предположим, что для передачи сообщений разработан какой-то новый, лишенный избыточности язык, то есть язык, в котором любая комбинация букв соответствует новому значению слова. Ис-кажение любой буквы в таком «языке» приводило бы к появлению нового слова, и было бы чрезвычайно затруднительно при чтении принятого текста восстановить его первоначальный вид. Оказывается, в целом ряде случаев приходится специально увеличивать избыточность, чтобы избавиться от помех. Например, при разговоре по телефону мы часто повторяем несколько раз неразборчивые слова. Информация от этого не увеличивается: ведь оттого, что вам три раза подряд произнесут слово быстро, вы не получите никаких добавочных сведений о скорости процесса, о котором шла речь. От этого возрастет лишь «объем сигнала», потому что увеличится «тара», в которой упакован «словесный груз». Зато в такой «таре» груз прибудет в полной сохранности: ведь и обычная транспортная упаковка станет прочней и надежней, если увеличить ее толщину.