Кодирование слов с помощью цифр: Как закодировать слово информатика

Содержание

Как закодировать слово информатика

С точки зрения ЭВМ текст состоит из отдельных символов. К числу символов принадлежат не только буквы (заглавные или строчные, латинские или русские), но и цифры, знаки препинания, спецсимволы типа «=», «(«, «&» и т.п. и даже (обратите особое внимание!) пробелы между словами. Да, не удивляйтесь: пустое место в тексте тоже должно иметь свое обозначение.

Вспомним некоторые известные нам факты:

Множество символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом.

Число символов в алфавите – это его мощность.

Формула определения количества информации: N = 2 b ,

где N – мощность алфавита (количество символов),

b – количество бит (информационный вес символа).

В алфавит мощностью 256 символов можно поместить практически все необходимые символы. Такой алфавит называется достаточным.

Т.к. 256 = 2 8 , то вес 1 символа – 8 бит.

Единице измерения 8 бит присвоили название 1 байт:

Двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт памяти.

Каким же образом текстовая информация представлена в памяти компьютера?

Тексты вводятся в память компьютера с помощью клавиатуры. На клавишах написаны привычные нам буквы, цифры, знаки препинания и другие символы. В оперативную память они попадают в двоичном коде. Это значит, что каждый символ представляется 8-разрядным двоичным кодом.

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111. Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер – по их коду.

Удобство побайтового кодирования символов очевидно, поскольку байт – наименьшая адресуемая часть памяти и, следовательно, процессор может обратиться к каждому символу отдельно, выполняя обработку текста. С другой стороны, 256 символов – это вполне достаточное количество для представления самой разнообразной символьной информации.

Теперь возникает вопрос, какой именно восьмиразрядный двоичный код поставить в соответствие каждому символу.

Понятно, что это дело условное, можно придумать множество способов кодировки.

Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255. Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Этот код просто порядковый номер символа в двоичной системе счисления.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки.

Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки.

Международным стандартом для ПК стала таблица ASCII (читается аски) (Американский стандартный код для информационного обмена).

Таблица кодов ASCII делится на две части.

Международным стандартом является лишь первая половина таблицы, т.е. символы с номерами от 0 (00000000), до 127 (01111111).

Структура таблицы кодировки ASCII

Порядковый номер

Символ

0 – 31

00000000 – 00011111

Символы с номерами от 0 до 31 принято называть управляющими.
Их функция – управление процессом вывода текста на экран или печать, подача звукового сигнала, разметка текста и т.п.

32 – 127

00100000 – 01111111

Стандартная часть таблицы (английский). Сюда входят строчные и прописные буквы латинского алфавита, десятичные цифры, знаки препинания, всевозможные скобки, коммерческие и другие символы.
Символ 32 – пробел, т.е. пустая позиция в тексте.
Все остальные отражаются определенными знаками.

128 – 255

10000000 – 11111111

Альтернативная часть таблицы (русская).
Вторая половина кодовой таблицы ASCII, называемая кодовой страницей (128 кодов, начиная с 10000000 и кончая 11111111), может иметь различные варианты, каждый вариант имеет свой номер.
Кодовая страница в первую очередь используется для размещения национальных алфавитов, отличных от латинского. В русских национальных кодировках в этой части таблицы размещаются символы русского алфавита.

Первая половина таблицы кодов ASCII

Обращаю ваше внимание на то, что в таблице кодировки буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке, а цифры упорядочены по возрастанию значений. Такое соблюдение лексикографического порядка в расположении символов называется принципом последовательного кодирования алфавита.

Для букв русского алфавита также соблюдается принцип последовательного кодирования.

Вторая половина таблицы кодов ASCII

К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO). Из-за этого часто возникают проблемы с переносом русского текста с одного компьютера на другой, из одной программной системы в другую.

Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 («Код обмена информацией, 8-битный»). Эта кодировка применялась еще в 70-ые годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80-х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX.

От начала 90-х годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP866 («CP» означает «Code Page», «кодовая страница»).

Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку Mac.

Кроме того, Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO 8859-5.

Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251.

С конца 90-х годов проблема стандартизации символьного кодирования решается введением нового международного стандарта, который называется Unicode. Это 16-разрядная кодировка, т.е. в ней на каждый символ отводится 2 байта памяти. Конечно, при этом объем занимаемой памяти увеличивается в 2 раза. Но зато такая кодовая таблица допускает включение до 65536 символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Чаще всего кодированию подвергаются тексты, написанные на естественных языках (русском, немецком и др.).

Основные способы кодирования текстовой информации

Существует несколько основных способов кодирования текстовой информации:

  1. графический, в котором текстовая информация кодируется путем использования специальных рисунков или знаков;
  2. символьный, в котором тексты кодируются с использованием символов того же алфавита, на котором написан исходник;
  3. числовой, в котором текстовая информация кодируется с помощью чисел.

Процесс чтения текста представляет собой процесс, обратный его написанию, в результате которого письменный текст преобразуется в устную речь. Чтение – это ничто иное, как декодирование письменного текста.

А сейчас обратите внимание на то, что существует много способов кодирования одного и того же текста на одном и том же языке.

Поскольку мы русские, то и текст привыкли записывать с помощью алфавита своего родного языка. Однако тот же самый текст можно записать, используя латинские буквы. Иногда это приходится делать, когда мы отправляем SMS по мобильному телефону, клавиатура которого не содержит русских букв, или же электронное письмо на русском языке за границу, если у адресата нет русифицированного программного обеспечения. Например, фразу «Здравствуй, дорогой Саша!» можно записать как: «Zdravstvui, dorogoi Sasha!».

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Стенография

Стенография — это один из способов кодирования текстовой информации с помощью специальных знаков. Она представляет собой быстрый способ записи устной речи. Навыками стенографии могут владеть далеко не все, а лишь немногие специально обученные люди, которых называют стенографистами. Эти люди успевают записывать текст синхронно с речью выступающего человека, что, на наш взгляд, достаточно сложно. Однако для них это не проблема, поскольку в стенограмме целое слово или сочетание букв могут обозначаться одним знаком. Скорость стенографического письма превосходит скорость обычного в $4-7$ раз. Расшифровать (декодировать) стенограмму может только сам стенографист.

На рисунке представлен пример стенографии, в которой написано следущее: «Говорить умеют все люди на свете. Даже у самых примитивных племен есть речь. Язык — это нечто всеобщее и самое человеческое, что есть на свете»:

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Стенография позволяет не только вести синхронную запись устной речи, но и рационализировать технику письма.

Приведёнными примерами мы проиллюстрировали важное правило: для кодирования одной и той же информации можно использовать разные способы, при этом их выбор будет зависеть от цели кодирования, условий и имеющихся средств.

Если нам нужно записать текст в темпе речи, сделаем это с помощью стенографии; если нужно передать текст за границу, воспользуемся латинским алфавитом; если необходимо представить текст в виде, понятном для грамотного русского человека, запишем его по всем правилам грамматики русского языка.

Также немаловажен выбор способа кодирования информации, который, в свою очередь, может быть связан с предполагаемым способом её обработки.

Рассмотрим пример представления чисел количественной информации. Используя буквы русского алфавита, можно записать число «тридцать пять». Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, запишем: $35$. Допустим нам необходимо произвести вычисления. Естественно, что для выполнения расчётов мы выберем удобную для нас запись числа арабскими цифрами, хотя можно примеры описывать и словами, но это будет довольно громоздко и не практично.

Заметим, что приведенные выше записи одного и того же числа используют разные языки: первая — естественный русский язык, вторая — формальный язык математики, не имеющий национальной принадлежности. Переход от представления на естественном языке к представлению на формальном языке можно также рассматривать как кодирование.

Криптография

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью.

Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование — процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука криптография.

Криптография — это наука о методах и принципах передачи и приема зашифрованной с помощью специальных ключей информации. Ключ — секретная информация, используемая криптографическим алгоритмом при шифровании/расшифровке сообщений.

Числовое кодирование текстовой информации

В каждом национальном языке имеется свой алфавит, который состоит из определенного набора букв, следующих друг за другом, а значит и имеющих свой порядковый номер.

Каждой букве сопоставляется целое положительное число, которое называют кодом символа. Именно этот код и будет хранить память компьютера, а при выводе на экран или бумагу преобразовывать в соответствующий ему символ. Помимо кодов самих символов в памяти компьютера хранится и информация о том, какие именно данные закодированы в конкретной области памяти. Это необходимо для различия представленной информации в памяти компьютера (числа и символы).

Используя соответствия букв алфавита с их числовыми кодами, можно сформировать специальные таблицы кодирования. Иначе можно сказать, что символы конкретного алфавита имеют свои числовые коды в соответствии с определенной таблицей кодирования.

Однако, как известно, алфавитов в мире большое множество (английский, русский, китайский и др.). Соответственно возникает вопрос, каким образом можно закодировать все используемые на компьютере алфавиты.

Чтобы ответить на данный вопрос, нам придется заглянуть назад в прошлое.

В $60$-х годах прошлого века в американском национальном институте стандартизации (ANSI) была разработана специальная таблица кодирования символов, которая затем стала использоваться во всех операционных системах. Эта таблица называется ASCII (American Standard Code for Information Interchange, что означает в переводе с английского «американский стандартный код для обмена информацией»).

В данной таблице представлен $7$-битный стандарт кодирования, при использовании которого компьютер может записать каждый символ в одну $7$-битную ячейку запоминающего устройства. При этом известно, что в ячейке, состоящей из $7$ битов, можно сохранять $128$ различных состояний. В стандарте ASCII каждому из этих $128$ состояний соответствует какая-то буква, знак препинания или же специальный символ.

В процессе развития вычислительной техники стало ясно, что $7$-битный стандарт кодирования достаточно мал, поскольку в $128$ состояниях $7$-битной ячейки нельзя закодировать буквы всех письменностей, имеющихся в мире.

Чтобы решить эту проблему, разработчики программного обеспечения начали создавать собственные 8-битные стандарты кодировки текста. За счет дополнительного бита диапазон кодирования в них был расширен до $256$ символов. Во избежание путаницы, первые $128$ символов в таких кодировках, как правило, соответствуют стандарту ASCII. Оставшиеся $128$ – реализуют региональные языковые особенности.

Как мы знаем национальных алфавитов огромное количество, поэтому и расширенные таблицы ASCII-кодов представлены множеством вариантов. Так для русского языка существует также несколько вариантов, наиболее распространенные Windows-$1251$ и Koi8-r. Большое количество вариантов кодировочных таблиц создает определенные трудности. К примеру, мы отправляем письмо, представленное в одной кодировке, а получатель при этом пытается прочесть его в другой. В результате на экране у него появляется непонятная абракадабра, что говорит о том, что получателю для прочтения письма требуется применить иную кодировочную таблицу.

Существует и другая проблема, которая заключается в том, что алфавиты некоторых языков содержат слишком много символов, которые не позволяют помещаться им в отведенные позиции с $128$ до $255$ однобайтовой кодировки.

Следующая проблема возникает тогда, когда в тексте используют несколько языков (например, русский, английский и немецкий). Нельзя же использовать обе таблицы сразу.

Для решения этих проблем в начале $90$-х годов прошлого столетия был разработан новый стандарт кодирования символов, который назвали Unicode. С помощью этого стандарта стало возможным использование в одном тексте любых языков и символов.

Данный стандарт для кодирования символов предоставляет $31$ бит, что составляет $4$ байта за минусом $1$ бита. Количество возможных комбинаций при использовании данной кодировочной таблицы очень велико: $231 = 2 147 483 684$ (т.е. более $2$ млрд.). Это возможно стало в связи с тем, что Unicode описывает алфавиты всех известных языков, даже «мертвых» и выдуманных, включает многие математические и другие специальные символы. И все-таки информационная емкость $31$-битового Unicode слишком велика, И как следствие, наиболее часто используют именно сокращенную $16$-битовую версию ($216 = 65 536$ значений), в которой представлены все современные алфавиты. В Unicode первые $128$ кодов совпадают с таблицей ASCII.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

1. Основные понятия

Закодировать текст – значит сопоставить ему другой текст. Кодирование применяется при передаче данных – для того, чтобы зашифровать текст от посторонних, чтобы сделать передачу данных более надежной, потому что канал передачи данных может передавать только ограниченный набор символов (например, – только два символа, 0 и 1) и по другим причинам.

При кодировании заранее определяют алфавит, в котором записаны исходные тексты (исходный алфавит) и алфавит, в котором записаны закодированные тексты (коды), этот алфавит называется кодовым алфавитом. В качестве кодового алфавита часто используют двоичный алфавит, состоящий из двух символов (битов) 0 и 1. Слова в двоичном алфавите иногда называют битовыми последовательностями.

2. Побуквенное кодирование

Наиболее простой способ кодирования – побуквенный. При побуквенном кодировании каждому символу из исходного алфавита сопоставляется кодовое слово – слово в кодовом алфавите. Иногда вместо «кодовое слово буквы» говорят просто «код буквы». При побуквенном кодировании текста коды всех символов записываются подряд, без разделителей.

Пример 1. Исходный алфавит – алфавит русских букв, строчные и прописные буквы не различаются. Размер алфавита – 33 символа.

Кодовый алфавит – алфавит десятичных цифр. Размер алфавита – 10 символов.

Применяется побуквенное кодирование по следующему правилу: буква кодируется ее номером в алфавите: код буквы А – 1; буквы Я – 33 и т.д.

Тогда код слова АББА – это 1221.

Внимание: Последовательность 1221 может означать не только АББА, но и КУ (К – 12-я буква в алфавите, а У – 21-я буква). Про такой код говорят, что он НЕ допускает однозначного декодирования

Пример 2. Исходный и кодовый алфавиты – те же, что в примере 1. Каждая буква также кодируется своим номером в алфавите, НО номер всегда записывается двумя цифрами: к записи однозначных чисел слева добавляется 0. Например, код А – 01, код Б – 02 и т.д.

В этом случае кодом текста АББА будет 01020201. И расшифровать этот код можно только одним способом. Для расшифровки достаточно разбить кодовый текст 01020201 на двойки: 01 02 02 01 и для каждой двойки определить соответствующую ей букву.

Такой способ кодирования называется равномерным. Равномерное кодирование всегда допускает однозначное декодирование.

Далее рассматривается только побуквенное кодирование

3. Неравномерное кодирование

Равномерное кодирование удобно для декодирования. Однако часто применяют и неравномерные коды, т.е. коды с различной длиной кодовых слов. Это полезно, когда в исходном тексте разные буквы встречаются с разной частотой. Тогда часто встречающиеся символы стоит кодировать более короткими словами, а редкие – более длинными. Из примера 1 видно, что (в отличие от равномерных кодов!) не все неравномерные коды допускают однозначное декодирование.

Есть простое условие, при выполнении которого неравномерный код допускает однозначное декодирование.

Код называется префиксным, если в нем нет ни одного кодового слова, которое было бы началом (по-научному, – префиксом) другого кодового слова.

Код из примера 1 – НЕ префиксный, так как, например, код буквы А (т.е. кодовое слово 1) – префикс кода буквы К (т.е. кодового слова 12, префикс выделен жирным шрифтом).

Код из примера 2 (и любой другой равномерный код) – префиксный: никакое слово не может быть началом слова той же длины.

Пример 3. Пусть исходный алфавит включает 9 символов: А, Л, М, О, П, Р, У, Ы, -. Кодовый алфавит – двоичный. Кодовые слова:

Кодовые слова выписаны в алфавитном порядке. Видно, что ни одно из них не является началом другого. Это можно проиллюстрировать рисунком

На рисунке изображено бинарное дерево. Его корень расположен слева. Из каждого внутреннего узла выходит два ребра. Верхнее ребро имеет пометку 0, нижнее – пометку 1. Таким образом, каждому узлу соответствует слово в двоичном алфавите. Если слово X является началом (префиксом) слова Y, то узел, соответствующий слову X, находится на пути из корня в узел, соответствующий слову Y. Наши кодовые слова находятся в листьях дерева. Поэтому ни одно из них не является началом другого.

Теорема (условие Фано). Любой префиксный код (а не только равномерный) допускает однозначное декодирование.

Разбор примера (вместо доказательства). Рассмотрим закодированный текст, полученный с помощью кода из примера 3:

Будем его декодировать таким способом. Двигаемся слева направо, пока не обнаружим код какой-то буквы. 0 – не кодовое слово, а 01 – код буквы М.

0100010010001110110100100111000011100

Значит, исходный текст начинается с буквы М: код никакой другой буквы не начинается с 01! «Отложим» начальные 01 в сторону и продолжим.

Далее таким же образом находим следующее кодовое слово 00 – код буквы А.

Доведите расшифровку текста до конца самостоятельно. Убедитесь, что он расшифровывается (декодируется) однозначно.

Замечание. В расшифрованном тексте 14 букв. Т.к. в алфавите 9 букв, то при равномерном двоичном кодировании пришлось бы использовать кодовые слова длины 4. Таким образом, при равномерном кодировании закодированный текст имел бы длину 56 символов – в полтора раза больше, чем в нашем примере (у нас 37 символов).

4. Как все это повторять. Задачи на понимание

Знание приведенного выше материала достаточно для решения задачи 5 из демо-варианта и близких к ней (см. здесь). Повторять (учить) этот материал стоит в том порядке, в котором он изложен. При этом нужно решать простые задачи – до тех пор, пока не будет достигнуто полное понимание. Ниже приведены возможные типы таких задач. Опытные учителя легко придумают (или подберут) конкретные задачи таких типов. Если будут вопросы – пишите.

1) Понятие побуквенного кодирования.

Дан алфавит Ф и кодовые слова для всех слов в алфавите Ф. Закодировать заданный текст в алфавите Ф. Коды могут быть с использованием разных кодовых алфавитов, равномерные и неравномерные.

2) Префиксные неравномерные коды.

2.1) Дан алфавит Ф и двоичный префиксный код для этого алфавита. Построить дерево кода (см. рис.1) и убедиться, что код – префиксный.

2.2) Дан алфавит Ф и двоичный префиксный код для этого алфавита. Декодировать (анализом слева направо) данный текст в кодовом алфавите.

2.3) Дан алфавит Ф и кодовые слова для всех слов в алфавите Ф. Определить, является ли данный код префиксным, или нет. В качестве примеров полезно приводить:

2.4) Решать задачи для самостоятельного решения, например, отсюда

Информатика — Кодирование

1. Основные понятия

Закодировать текст – значит сопоставить ему другой текст. Кодирование применяется при передаче данных – для того, чтобы зашифровать текст от посторонних, чтобы сделать передачу данных более надежной, потому что канал передачи данных может передавать только ограниченный набор символов (например, — только два символа, 0 и 1) и по другим причинам.

При кодировании заранее определяют алфавит, в котором записаны исходные тексты (исходный алфавит) и алфавит, в котором записаны закодированные тексты (коды), этот алфавит называется кодовым алфавитом. В качестве кодового алфавита часто используют двоичный алфавит, состоящий из двух символов (битов) 0 и 1. Слова в двоичном алфавите иногда называют битовыми последовательностями.

 2. Побуквенное кодирование

Наиболее простой способ кодирования – побуквенный. При побуквенном кодировании каждому символу из исходного алфавита сопоставляется кодовое слово – слово в кодовом алфавите. Иногда вместо «кодовое слово буквы» говорят просто «код буквы». При побуквенном кодировании текста коды всех символов записываются подряд, без разделителей.

Пример 1. Исходный алфавит – алфавит русских букв, строчные и прописные буквы не различаются. Размер алфавита – 33 символа.

Кодовый алфавит – алфавит десятичных цифр. Размер алфавита  — 10 символов.

Применяется побуквенное кодирование по следующему правилу: буква кодируется ее номером в алфавите: код буквы А – 1; буквы Я – 33 и т.д.

Тогда код слова АББА – это 1221.

Внимание: Последовательность 1221 может означать не только АББА, но и КУ (К – 12-я буква в алфавите, а У – 21-я буква). Про такой код говорят, что он НЕ допускает однозначного декодирования

Пример 2.  Исходный и кодовый алфавиты – те же, что в примере 1. Каждая буква также кодируется своим номером в алфавите, НО номер всегда записывается двумя цифрами: к записи однозначных чисел слева добавляется 0. Например, код А – 01, код Б – 02 и т.д.

В этом случае кодом текста АББА будет 01020201. И расшифровать этот код можно только одним способом. Для расшифровки достаточно разбить кодовый текст 01020201 на двойки:  01 02 02 01 и для каждой двойки определить соответствующую ей букву.

Такой способ кодирования называется равномерным. Равномерное кодирование всегда допускает однозначное декодирование.

 Далее рассматривается только побуквенное кодирование

 3. Неравномерное кодирование

Равномерное кодирование удобно для декодирования. Однако часто применяют и неравномерные коды, т.е. коды с различной длиной кодовых слов. Это полезно, когда в исходном тексте разные буквы встречаются с разной частотой. Тогда часто встречающиеся символы стоит кодировать более короткими словами, а редкие – более длинными. Из примера 1 видно, что (в отличие от равномерных кодов!) не все неравномерные коды допускают однозначное декодирование.

Есть простое условие, при выполнении которого неравномерный код допускает однозначное декодирование.

Код называется префиксным,  если в нем нет ни одного кодового слова, которое было бы началом (по-научному, — префиксом) другого кодового слова.

Код из примера 1 – НЕ префиксный, так как, например, код буквы А (т.е. кодовое слово 1) – префикс кода буквы К (т.е. кодового слова 12, префикс выделен жирным шрифтом).

Код из примера 2 (и любой другой равномерный код) – префиксный: никакое слово не может быть началом слова той же длины.

Пример 3. Пусть исходный алфавит включает 9 символов: А, Л, М, О, П, Р, У, Ы, -.  Кодовый алфавит – двоичный. Кодовые слова:

А: 00
М: 01
-: 100
Л: 101
У: 1100
Ы: 1101
Р: 1110
О: 11110
П: 11111

Кодовые слова выписаны в алфавитном порядке. Видно, что ни одно из них не является началом другого. Это можно проиллюстрировать рисунком

На рисунке изображено бинарное дерево. Его корень расположен слева. Из каждого внутреннего узла выходит два ребра. Верхнее ребро имеет пометку 0, нижнее – пометку 1. Таким образом, каждому узлу соответствует слово в двоичном алфавите. Если слово X является началом (префиксом) слова Y, то узел, соответствующий слову X, находится на пути из корня в узел, соответствующий слову Y. Наши кодовые слова находятся в листьях дерева. Поэтому ни одно из них не является началом другого.

Теорема (условие Фано). Любой префиксный код (а не только равномерный) допускает однозначное декодирование.

Разбор примера (вместо доказательства). Рассмотрим закодированный текст, полученный с помощью кода из примера 3:

0100010010001110110100100111000011100

    Будем его декодировать таким способом. Двигаемся слева направо, пока не обнаружим код какой-то буквы. 0 – не кодовое слово, а 01 – код буквы М.

0100010010001110110100100111000011100

            Значит, исходный текст начинается с буквы М: код никакой другой буквы не начинается с 01! «Отложим» начальные 01 в сторону и продолжим.                         

                                                                        01 00010010001110110100100111000011100
                                                                         М

Далее таким же образом находим следующее кодовое слово 00 – код буквы А.

            01 00010010001110110100100111000011100
            М  А

Доведите расшифровку текста до конца самостоятельно.  Убедитесь, что он расшифровывается (декодируется) однозначно.

Замечание. В расшифрованном тексте 14 букв. Т.к. в алфавите 9 букв, то при равномерном двоичном кодировании пришлось бы использовать кодовые слова длины 4. Таким образом, при равномерном кодировании закодированный текст имел бы длину 56 символов – в полтора раза больше, чем в нашем примере (у нас 37 символов).

4. Как все это повторять. Задачи на понимание

Знание приведенного выше материала достаточно для решения задачи 5 из демо-варианта и близких к ней (см. здесь). Повторять (учить) этот материал стоит в том порядке, в котором он изложен. При этом нужно решать простые задачи – до тех пор, пока не будет достигнуто полное понимание. Ниже приведены возможные типы таких задач. Опытные учителя легко придумают (или подберут) конкретные задачи таких типов. Если будут вопросы – пишите.

1) Понятие побуквенного кодирования.

Дан алфавит Ф и кодовые слова для всех слов в алфавите Ф. Закодировать заданный текст в алфавите Ф. Коды могут быть с использованием разных кодовых алфавитов, равномерные и неравномерные.

2) Префиксные неравномерные коды.

2.1) Дан алфавит Ф и двоичный префиксный код для этого алфавита. Построить дерево кода (см. рис.1) и убедиться, что код – префиксный.

2.2) Дан алфавит Ф и двоичный префиксный код для этого алфавита. Декодировать (анализом слева направо) данный текст в кодовом алфавите.

2.3) Дан алфавит Ф и кодовые слова для всех слов в алфавите Ф. Определить, является ли данный код префиксным, или нет. В качестве примеров полезно приводить:

                        — Равномерный код.
                        — Неравномерный префиксный код (полезно нарисовать депево этого кода как на рис.1).
                        — Различные пополнения данного неравномерного префиксного кода с помощью кода еще одной буквы так, чтобы полученный код либо оставался префиксным, либо переставал им быть. При анализе дополнительной буквы полезно использовать дерево исходного кода. Полезно рассмотреть различные варианты «потери префиксности»: (а) новый код – начало одного из старых; (б) один из старых кодов – начало нового.

            2.4) Решать задачи для самостоятельного решения, например, отсюда

 

 

 

 

Задача №5. Кодирование в различных системах счисления, расшифровка сообщений, выбор кода.

Автор материалов — Лада Борисовна Есакова.

Кодирование – это перевод информации, представленной символами первичного алфавита, в последовательность кодов.

Декодирование (операция, обратная кодированию) – перевод кодов в набор символов первичного алфавита.

Кодирование может быть равномерное и неравномерное. При равномерном кодировании каждый символ исходного алфавита заменяется кодом одинаковой длины. При неравномерном кодировании разные символы исходного алфавита могут заменяться кодами разной длины.

Код называется однозначно декодируемым, если любое сообщение, составленное из кодовых слов, можно декодировать единственным способом.

Равномерное кодирование всегда однозначно декодируемо.

Для неравномерных кодов существует следующее достаточное (но не необходимое) условие однозначного декодирования:

Сообщение однозначно декодируемо с начала, если выполняется условие Фано: никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова.

Сообщение однозначно декодируемо с конца, если выполняется обратное условие Фано: никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова.

 

Кодирование в различных системах счисления

Пример 1.

Для кодирования букв О, В, Д, П, А решили использовать двоичное представление

чисел 0, 1, 2, 3 и 4 соответственно (с сохранением одного незначащего нуля в случае одноразрядного представления). Если закодировать последовательность букв ВОДОПАД таким способом и результат записать восьмеричным кодом, то получится

1) 22162

2) 1020342

3) 2131453

4) 34017

Решение:

Представим коды указанных букв в дво­ич­ном коде, добавив незначащий нуль для одноразрядных чисел:

О

В

Д

П

А

0

1

2

3

4

00

01

10

11

100

Закодируем по­сле­до­ва­тель­ность букв: ВО­ДО­ПАД — 010010001110010.

Разобьём это пред­став­ле­ние на трой­ки спра­ва на­ле­во и пе­ре­ведём каждую тройку в восьмеричное число.

010 010 001 110 010 — 22162.

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 1.

Ответ: 1

Пример 2.

Для пе­ре­да­чи по ка­на­лу связи со­об­ще­ния, со­сто­я­ще­го толь­ко из сим­во­лов А, Б, В и Г, ис­поль­зу­ет­ся по­сим­воль­ное ко­ди­ро­ва­ние: А-10, Б-11, В-110, Г-0. Через канал связи пе­ре­даётся со­об­ще­ние: ВАГ­БА­А­ГВ. За­ко­ди­руй­те со­об­ще­ние дан­ным кодом. По­лу­чен­ное дво­ич­ное число пе­ре­ве­ди­те в шест­на­дца­те­рич­ный вид.

            1) D3A6

2) 62032206

3) 6A3D

4) CADBAADC

 

Решение:

За­ко­ди­ру­ем по­сле­до­ва­тель­ность букв: ВАГ­БА­А­ГВ — 1101001110100110. Разобьем это пред­став­ле­ние на четвёрки спра­ва на­ле­во и пе­ре­ведём каждую четверку в шестнадцатеричное число:

 

1101 0011 1010 01102 = D3A616

 

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 1.

Ответ: 1

Расшифровка сообщений

Пример 3.

Для 5 букв ла­тин­ско­го ал­фа­ви­та за­да­ны их дво­ич­ные коды (для не­ко­то­рых букв – из двух бит, для не­ко­то­рых – из трех). Эти коды пред­став­ле­ны в таб­ли­це:

 

a

b

c

d

e

100

110

011

01

10

Опре­де­ли­те, какой набор букв за­ко­ди­ро­ван дво­ич­ной стро­кой 1000110110110, если из­вест­но, что все буквы в по­сле­до­ва­тель­но­сти – раз­ные:

1) cbade

2) acdeb

3) acbed

4) bacde

 

Решение:

Мы видим, что усло­вия Фано и об­рат­ное усло­вие Фано не вы­пол­ня­ют­ся, зна­чит код можно рас­ко­ди­ро­вать не­од­но­знач­но.

Значит, будем перебирать варианты, пока не получим подходящее слово :

1) 100 011 01 10 110

Пер­вая буква опре­де­ля­ет­ся од­но­знач­но, её код 100: a.

Пусть вто­рая буква — с, тогда сле­ду­ю­щая буква — d, потом — e и b.

Такой ва­ри­ант удо­вле­тво­ряет усло­вию, зна­чит, окон­ча­тель­но по­лу­чи­ли ответ: acdeb.

 

Ответ: 2

Пример 4.

Для пе­ре­да­чи дан­ных по ка­на­лу связи ис­поль­зу­ет­ся 5-би­то­вый код. Со­об­ще­ние со­дер­жит толь­ко буквы А, Б и В, ко­то­рые ко­ди­ру­ют­ся сле­ду­ю­щи­ми ко­до­вы­ми сло­ва­ми: А — 11010, Б — 10111, В — 01101.

При пе­ре­да­че воз­мож­ны по­ме­хи. Од­на­ко не­ко­то­рые ошиб­ки можно по­пы­тать­ся ис­пра­вить. Любые два из этих трёх ко­до­вых слов от­ли­ча­ют­ся друг от друга не менее чем в трёх по­зи­ци­ях. По­это­му если при пе­ре­да­че слова про­изо­шла ошиб­ка не более чем в одной по­зи­ции, то можно сде­лать обос­но­ван­ное пред­по­ло­же­ние о том, какая буква пе­ре­да­ва­лась. (Го­во­рят, что «код ис­прав­ля­ет одну ошиб­ку».) На­при­мер, если по­лу­че­но ко­до­вое слово 10110, счи­та­ет­ся, что пе­ре­да­ва­лась буква Б. (От­ли­чие от ко­до­во­го слова для Б толь­ко в одной по­зи­ции, для осталь­ных ко­до­вых слов от­ли­чий боль­ше.) Если при­ня­тое ко­до­вое слово от­ли­ча­ет­ся от ко­до­вых слов для букв А, Б, В более чем в одной по­зи­ции, то счи­та­ет­ся, что про­изо­шла ошиб­ка (она обо­зна­ча­ет­ся ‘х’).

 

По­лу­че­но со­об­ще­ние 11000 11101 10001 11111. Де­ко­ди­руй­те это со­об­ще­ние — вы­бе­ри­те пра­виль­ный ва­ри­ант.

 

1) АххБ

2) АВхБ

3) хххх

4) АВББ

 

Решение:

Де­ко­ди­ру­ем каж­дое слово со­об­ще­ния. Пер­вое слово: 11000 от­ли­ча­ет­ся от буквы А толь­ко одной по­зи­ци­ей. Вто­рое слово: 11101 от­ли­ча­ет­ся от буквы В толь­ко одной по­зи­ци­ей. Тре­тье слово: 10001 от­ли­ча­ет­ся от любой буквы более чем одной по­зи­ци­ей. Четвёртое слово: 11111 от­ли­ча­ет­ся от буквы Б толь­ко одной по­зи­ци­ей.

Таким об­ра­зом, ответ: АВхБ.

Ответ: 2

Однозначное кодирование

Пример 5.

Для пе­ре­да­чи по ка­на­лу связи со­об­ще­ния, со­сто­я­ще­го толь­ко из букв А, Б, В, Г, ре­ши­ли ис­поль­зо­вать не­рав­но­мер­ный по длине код: A=1, Б=01, В=001. Как нужно за­ко­ди­ро­вать букву Г, чтобы длина кода была ми­ни­маль­ной и до­пус­ка­лось од­но­знач­ное раз­би­е­ние ко­ди­ро­ван­но­го со­об­ще­ния на буквы?

1) 0001

2) 000

3) 11

4) 101

 

Решение:

Для анализа соблюдения условия однозначного декодирования (условия Фано) изобразим коды в виде дерева. Тогда однозначность выполняется, если каждая буква является листом дерева:

 

Видим, что ближайший от корня дерева свободный лист (т.е. код с минимальной длиной) имеет код 000.

Ответ: 2

Пример 6.

Для ко­ди­ро­ва­ния не­ко­то­рой по­сле­до­ва­тель­но­сти, со­сто­я­щей из букв У, Ч, Е, Н, И и К, ис­поль­зу­ет­ся не­рав­но­мер­ный дво­ич­ный пре­фикс­ный код. Вот этот код: У — 000, Ч — 001, Е — 010, Н — 100, И — 011, К — 11. Можно ли со­кра­тить для одной из букв длину ко­до­во­го слова так, чтобы код по-преж­не­му остал­ся пре­фикс­ным? Коды осталь­ных букв ме­нять­ся не долж­ны.

Вы­бе­ри­те пра­виль­ный ва­ри­ант от­ве­та.

При­ме­ча­ние. Пре­фикс­ный код — это код, в ко­то­ром ни одно ко­до­вое слово не яв­ля­ет­ся на­ча­лом дру­го­го; такие коды поз­во­ля­ют од­но­знач­но де­ко­ди­ро­вать по­лу­чен­ную дво­ич­ную по­сле­до­ва­тель­ность.

1) ко­до­вое слово для буквы Е можно со­кра­тить до 01

2) ко­до­вое слово для буквы К можно со­кра­тить до 1

3) ко­до­вое слово для буквы Н можно со­кра­тить до 10

4) это не­воз­мож­но

 

Решение:

Для анализа соблюдения условия однозначного декодирования (условия Фано) изобразим коды в виде дерева. Тогда однозначность выполняется, если каждая буква является листом дерева:

 

Легко заметить, что если букву Н перенести в вершину 10, она останется листом. Т.е. ко­до­вое слово для буквы Н можно со­кра­тить до 10.

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 3.

Ответ: 3

Ты нашел то, что искал? Поделись с друзьями!

Урок №2. Тексты. Кодирование

Май
10
2013

Как решать некоторые задачи разделов A и B экзамена по информатике

Урок №2. Тексты. Кодирование

В основе каждого текста лежит алфавит – конечное множество символов. В основе текстов на русском языке лежит алфавит, называемый кириллицей, состоящий из 33 строчных и 33 заглавных букв алфавита. Тексты английского языка построены на основе латиницы – алфавита, содержащего 26 строчных и 26 заглавных букв. Конечно алфавит, на основе которого строятся тексты на естественных языках, содержит не только буквы, но и цифры, знаки операций и множество других специальных символов.

Пусть задан алфавит T, содержащий m символов:

T = { t1, t2, …tm}

Словом S в алфавите T называют любую последовательность символов алфавита:

S  = s1s2…sk,

где si – это символы алфавита. Число символов в слове – k называют длиной слова.

Справедливо утверждение:

    Число различных слов длины k, которые можно построить в алфавите из m символов, равно: N = mk

Справедливость утверждения легко доказывается по индукции.

Базис индукции: при k = 1, утверждение справедливо, поскольку словами длины 1 являются m символов алфавита.

Шаг индукции: Пусть утверждение справедливо при некотором k. Это означает, что построено  mk слов длины k. Из каждого слова можно построить m новых слов длины k +1, приписывая к слову поочерёдно m символов алфавита. Таким образом, слов длины k + 1 будет:

N = mk * m = mk+1

Это простое, но важное утверждение, которое в том или ином виде используется при решении различных задач.

Алфавит компьютера

Тексты, которые хранятся в памяти компьютера, используют один из самых примитивных алфавитов, состоящий всего из двух символов:

T2  = {0, 1}

С другой стороны мы знаем, что в памяти компьютера можно хранить не только тексты на различных естественных языках, но и графику, музыку и другую информацию различного вида. Как такое возможно? Разберемся с текстами. Пусть есть два алфавита – T, состоящий из m символов и алфавит T2. Представление текстов в алфавите T текстами в алфавите T2 называется кодированием. Простейший способ кодирования состоит в том, чтобы символы алфавита T кодировать словами конечной длины алфавита T2. Умея кодировать каждый символ, можно кодировать любой текст символ за символом.

Какова должна быть минимальная длина слов в алфавите T2, чтобы было возможно этими словами закодировать алфавит из m символов? Очевидно, что длина может быть определена из условия:

2k >= m

Если, например, m = 30, то наименьшее возможное значение k равно 5.

Долгое время при работе с текстами, сохраняемыми в компьютере, использовался код ASCII, в котором каждый символ алфавита кодировался словом из 8 бит (одним байтом). Такой алфавит, содержащий  256 различных символов, мог включать латиницу и кириллицу, цифры, знаки операций, знаки препинания, скобки и другие символы. Но все-таки этого алфавита явно недостаточно, чтобы можно было хранить в памяти компьютера тексты на любых естественных языках. Чтобы такое было возможно, необходимо, чтобы алфавит включал алфавиты всех известных естественных языков, в том числе алфавит украинского языка, готику, греческий алфавит, алфавит языка иврит, арабского языка, китайские и японские иероглифы.

В сегодняшних компьютерах для хранения текстов используется кодировка из двух байтов, называемая UNICODE кодировкой, позволяющая словами из 16 битов кодировать алфавит, содержащий 216 — 65536 символов. Для большинства существующих естественных языков такого алфавита хватает для представления текстов, записанных на этих языках.

    Задача 9:

     Автомобильный номер состоит из 7 символов. В качестве символов используются 30 букв и 10 цифр. Символ кодируется минимально возможным набором битов. Номер представляется целым числом байтов. Какую память требуется иметь для хранения 1000 номеров.

    Ответ: Примерно 6 Кб.

Решение: Алфавит для записи текстов, представляющих номера автомобилей, содержит 40 символов (30 букв и 10 цифр). Для кодировки такого алфавита потребуются двоичные слова длины 6 (26 > 40). Для кодировки всего номера потребуется 6*7 = 42 бита. Округляя в большую сторону до целого числа байтов, получим, что для хранения одного номера потребуется 6 байтов. Для хранения 1000 номеров достаточно 6 Кб.

    Задача 10:

    В командной олимпиаде по информатике участвуют ученики из школ, номера которых заданы двузначными цифрами. В команде может быть не более 7 учеников. Какой минимальный объем памяти потребуется для хранения 500 номеров  участников олимпиады, если каждый номер представляется целым числом байтов?

    Ответ: Достаточно 1 Кб.

Решение:  Номер участника может состоять из номера школы и номера участника в данной школе. Для 100 номеров школ достаточно 7-и битов (27 > 100). Для номера участника в школе достаточно 3-х битов (23 > 7). Поэтому для хранения номера участника достаточно 10 битов. Округляя в большую сторону до целого числа байтов, получим, что 2-х байтов достаточно для хранения номера. Для хранения 500 номеров достаточно одного килобайта.

    Задача 11:

    Алфавит состоит из 4-х букв {М, У, Х, А} Слова длины 5 перечисляются в лексикографическом порядке. Нумерация слов начинается с единицы. Какое слово в этом перечислении стоит под номером 1016, под номером 365?

Ответ: ХХХМХ; ММУХА

Решение: Число различных слов длины 5 в 4-х буквенном алфавите равно 45 = 210 = 1024. При перечислении их в алфавитном (лексикографическом) порядке под номером 1 стоит слово ААААА, под номером 1024 – слово ХХХХХ. В задачах экзамена ЕГЭ обычно требуется указать слово, стоящее близко к концу перечисления, что имеет место в нашей задаче, в которой требуется назвать слово под номером 1016, стоящее в первом десятке с конца перечисления. Поэтому для решения задачи достаточно выписать десять слов в обратном лексикографическом порядке, что и дает слово ХХХМХ.

Для ответа на второй вопрос, где требуется найти слово, стоящее в середине перечисления,  такой явный способ выписывания слов не подходит. В этом случае следует применять более общий подход, применимый для всех случаев. Для его понимания нужно вспомнить системы счисления.

Поставим в соответствие буквам алфавита цифры (А – 0, М – 1, У – 2, Х -3). При задании этого соответствия учитывается принятый порядок следования букв в алфавите. Число букв задает число используемых цифр, а тем самым задает основание системы счисления. Введенное соответствие букв и цифр порождает соответствие между словами в алфавите и числами в соответствующей системе счисления, в нашем случае – четверичной системе счисления. При лексикографическом перечислении слов длины k слову, стоящему под номером N, соответствует число N-1 в четверичной системе счисления, содержащее k цифр, включая незначащие нули. Так, слову под номером 1, состоящему из 5 букв, соответствует число 0, записанное как 00000, или, после замены цифр буквами, — ААААА. Поэтому для решения задачи, зная N, достаточно получить запись числа N-1 в четверичной системе, а затем заменить цифры буквами.

Получим решение задачи этим способом для N = 1016 и N = 365.

N — 1 = 1015 = 3* 44 + 3* 43 +3* 42 + 1* 41 + 3 = 333134 = ХХХМХ

N -1 = 364 = 1* 44 + 1* 43 +2* 42 +3* 41 + 0 = 112304 = ММУХА

    Задача 12:

    Алфавит состоит из 3-х букв {А,М, П} Слова длины 4 перечисляются в лексикографическом порядке. Нумерация слов начинается с единицы. Под каким номером стоит слово МАМА, слово — ПАПА?

Ответ: 31; 61

Решение: В троичной системе слову МАМА соответствует число 10103 = 33 + 3 = 30. В перечислении, где нумерация начинается с 1, номер этого слова равен 31.

Слову ПАПА соответствует число 20203 = 60.

    Кодирование словами переменной длины

Кодировка символов алфавита T словами алфавита Т2 фиксированной длины k имеет то преимущество, что закодированный текст легко поддается расшифровке – декодированию. Действительно, достаточно закодированный текст разбить на группы длины k, и каждой группе поставить в соответствие символ алфавита. Недостатком такого способа является некоторая неэффективность процедуры кодирования, — каждому символу алфавита всегда соответствует k битов алфавита Т2. Память компьютера достаточно дешевая, поэтому жертвуют неэффективностью использования памяти ради удобства декодирования.

В других ситуациях эффективность важнее удобства декодирования. Примерами являются азбука Брайля, азбука Морзе. В азбуке Морзе, где для передачи информации используется алфавит из двух символов – точки и тире, для однозначного декодирования вводится третий символ – пауза. При передаче данных по телеграфу, использующему азбуку Морзе, точке, тире и паузе соответствуют сигналы разной длительности.

Рассмотрим пример неоднозначного кодирования. Пусть у нас есть алфавит из 3-х символов – А, М, П. Введем следующую кодировку: А – 0, М – 1, П – 10. Рассмотрим закодированный текст: 1010. Этому тексту соответствуют два слова – МАМА и ПП. Как видите, введенная кодировка не обеспечивает однозначное декодирование.

Можно ли при использования кодировки словами переменной длины  наложить ограничения на способ кодирования, чтобы декодирование было однозначным? Ответ положителен. Если при кодировании выполняется условие Фано, то декодирование однозначно. Кодирование называется префиксным, если при кодировании существует пара символов, такая, что код одного символа является префиксом кода другого символа. В нашем примере кодирование является префиксным, поскольку для символов М и П код символа М является префиксом (началом) кода символа П. Условие Фано выполняется, если кодирование не является префиксным. Условие Фано является достаточным условием для однозначного декодирования. Оно не является необходимым условием.

Рассмотрим несколько задач, решение которых предполагает использование условия Фано.

    Задача 13:  

   Для трехбуквенного алфавита {А, М, П} используется кодировка А – 01, М – 10, П – 001. Какой код минимальной длины следует задать для кодировки буквы Т, добавляемой в алфавит?

Ответ: Т – 11.

Решение: Используемая кодировка удовлетворяет условию Фано, — ни один код не является префиксом другого кода, что гарантирует однозначность декодирования. Для нового символа, добавляемого в алфавит, нельзя использовать код, состоящий из одного символа, поскольку будет нарушено условие Фано. Для кода, состоящего из двух символов, возможен только один вариант, удовлетворяющий условию Фано, — Т – 11.  

    Задача 14:  

    Для четырехбуквенного алфавита {А, М, П, Т} используется кодировка А – 01, М – 10, П – 001, Т — 11. Можно ли уменьшить длину кода одного из символов, сохраняя однозначность декодирования?

Ответ: Можно. П – 00.

Решение: Используемая кодировка удовлетворяет условию Фано, — ни один код не является префиксом другого кода, что гарантирует однозначность декодирования. Не нарушая условия Фано, для кодирования буквы П можно использовать код 00. Заметьте, в этом случае все символы кодируются словами постоянной длины. Для такой кодировки условие Фано выполняется автоматически, поскольку все слова различны и имеют одинаковую длину, так что ни одно из них не может быть префиксом другого слова.

10 задач для самостоятельной работы

  1. Представьте в кодировке Unicode следующий текст: «Иван да Марья».
    Напомню правила кодировки:
  1. За исключением буквы «ё» кодировка алфавита кириллицы плотная. Это означает, что код буквы, следующей в алфавите, на единицу больше кода предшествующей буквы.
  2. Кодировка больших букв предшествует кодировке малых букв.
  3. Кодировка ASCII (первые 128 символов) является подмножеством кодировки Unicode. В обеих кодировках код пробела равен 20 в шестнадцатеричной системе (32 в десятичной системе).
  4. Код первой буквы алфавита кириллицы в кодировке Unicode равен 410 в шестнадцатеричной системе.
  • Определите способ шифрования и декодируйте следующий текст: «молымушамалымамам».
  • Декодируйте текст, зашифрованный кодом Цезаря:
    «цщччропеднареоуъфцтёшорёетёшктёшорё».
    Исходный текст содержал пробелы и символы алфавита кириллицы. При шифровании заглавные и строчные буквы не различались. Символ «пробела» считался предшествующим символам алфавита.
  • Кодом Грея называется код, в котором коды каждых двух соседних символов отличаются только в одном разряде. Первый и последний символы считаются соседними. Предложите код Грея для кодирования цифр шестнадцатеричной системы счисления.
  •  В алфавите из четырех букв {А, У, М, П} частоты вхождения символов алфавита в тексты различны и составляют соответственно {0,5; 0,25; 0,125; 0,125}. Постройте неравномерный двоичный код, соблюдая условие Фано.
  • В биоинформатике генетический код рассматривается как последовательность слов, называемых кодонами или триплетами. Каждый триплет представляет слово длины 3 в алфавите из четырех букв { А, Ц, Г, Т}. Содержательно, каждый символ алфавита соответствует одному из четырех нуклеотидов {аденин, цитозин, гуанин, тимин}. Содержательно, каждый триплет однозначно задает одну из двадцати стандартных аминокислот, из которых синтезируются белки. Поскольку различных аминокислот 20, а триплетов 64, то возникает избыточность, — разные триплеты могут задавать одну и ту же аминокислоту. Какая кислота имеет максимальную степень избыточности и сколько триплетов задают эту кислоту? Найдите эту информацию в интернете.
  • Для идентификации автомобилей использовались семизначные цифровые номера. Две последние цифры задавали номер региона, пять первых цифр задавали номер автомобиля в данном регионе. В связи с ростом автомобильного парка номеров стало не хватать, и было принято решение изменить нумерацию, добавив буквенные символы. Все старые номера автомобилей сохранялись. Два последних символа по-прежнему задавали номер региона. Пять первых символов могли быть буквенными. Для благозвучности номера и его лучшего запоминания нечетные символы номера составлялись из 20 согласных букв, четные символы номера – второй и четвертый – могли быть одной из 7 гласных букв. Во сколько раз такая реформа увеличивала число номеров?
  • Все старые номера автомобилей (смотри задачу 7) хранились в памяти компьютера. Сколько памяти требуется отвести для хранения новых номеров, если для каждого номера отводится целое число байтов, а каждый символ номера с учетом его специфики кодируется минимально возможным числом битов?
  • В алфавите из пяти символов {Д, Е, И, Л, Р} слова выписаны в лексикографическом порядке. Какие слова стоят под номерами 334 и 2134?
  • Память фотоаппарата составляет 512 Мб. Вы хотите хранить в памяти 1000 снимков. Какое возможное разрешение следует установить для снимков (1024 * 1024, 1024 * 512, 512 * 512, 512 * 256, 256 * 256, 128* 128)? Для хранения цвета одной точки используется схема RGB, где каждый оттенок красного, зеленого и голубого цвета задается числом в пределах от 0 до 255.

  Ответы к задачам

  1. 41843243043D204344302041C43044044C44F
  2. Текст: «Мама мыла Машу мылом». При кодировании пробелы игнорируются. Порядок слов меняется на обратный. Заглавные и строчные буквы не различаются. Порядок букв в каждом слове меняется на обратный.
  3. Текст: «Русский язык информатика математика». Константа кода Цезаря, определяющая сдвиг по алфавиту, равна 6.
  4. 0 → 0000; 1 → 0001; 2 → 0011; 3 → 0010; 4 → 0110; 5 → 0111; 6 → 0101;                7 → 0100; 8 → 1100; 9 → 1101; A → 1111; B → 1110; C → 1010; D → 1011;
    E → 1001; F → 1000;
  5. Чаще встречаемые символы кодируются короткими кодовыми словами. Код, удовлетворяющий условию Фано, может быть следующим:
    А → 0; У → 10; М → 110; П → 111;
  6. Такой кислотой является, например, серин, задаваемый 6-ю различными кодонами.
  7. Почти в пять раз, k = (203 *72 +105) /105.
  8. Примерно 160 Мб. (4 байта на номер).
  9. ДИЛЕР и ЛИДЕР
  10. 512 * 256

Скачать урок №2 можно здесь.

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор: bivant •
Информатика, ЕГЭ. •
0

Кодирование чисел и текста — Информатика, информационные технологии

Кодирование чисел

Бит – наименьшая единица информации, которая выражает логическое «Да» или «Нет» и обозначается 1 или 0. Компьютер преобразует цифровую информацию, представленную в десятичной системе счисления в последовательность 0 и 1, а дальше уже работает с ними.

Системой счисления называют совокупность символов (цифр) и правил их использования для представления чисел.

Пример 1. Число 29 перевести из десятичной системы счисления в двоичную. Перевод осуществляется последовательным делением числа 29 на 2 и записью остатков от деления справа налево, как показано на схеме (рис. 3).

29 : 2 = 14 + 1

14 : 2 = 7 + 0

7 : 2 = 3 + 1

3 : 2 = 1 + 1

1 = 1

Рис. 3. Схема перевода числа из десятичной системы счисления в двоичную

Двоичная система исчисления является позиционной.

Читается: 20 – 1; 21 – 0; 22 – 1; 23 – 1; 24 – 1;

1х20 +0х21 +1х22 + 1х23 +1х24 =1+0+4+8+16=29.

Пример 2. Число 1011, заданное в двоичной системе, перевести в десятичную систему счисления.

1011 a одна единица, одна двойка, нуль четверок и одна восьмерка.

1х20 + 1х21 + 0х22 + 1х23 = 11.

Байт– группа из 8 битов.

Если учесть, что важны не только нули и единицы, но и позиции, в которых они стоят, то с помощью одного байта можно выразить 28 = 256 единиц информации:

0000 0000 = 0

0000 0001 = 1

0000 0010 = 2

0000 0011 = 3

0000 0100 = 4

0000 0101 = 5

………………

1111 1100 = 252

1111 1101 = 253

1111 1110 = 254

11111111 = 255 Писать (или набирать на клавиатуре компьютера) длинные цепочки единиц и нулей при задании чисел в двоичном формате довольно утомительно. Так же неудобно просматривать содержимое памяти компьютера, представленное в двоичном формате. Поэтому был разработан такой метод представления двоичных данных, когда каждый байт разбивается пополам и каждая 4-битовая его половина записывается в 16-ричной системе счисления. Для ее осуществления цифровой алфавит 10-тичной системы счисления дополнили шестью цифрами, условившись, что: 10 – это A, 11 – это B, 12 – это C, 13 – это D, 14 – это E, 15 – это F. Пример 3. Десятичное число 42936 в двоичном формате имеет вид 1010011110111000. После записи полубайтов 1010 0111 1011 1000 16-ричными цифрами получаем компактную запись представленного числа – A7B8.

Кодирование текста

С помощью одного байта, как было показано, можно кодировать 256 значений. Первые 128 кодов (с 0 до 127) – стандартные и обязательные для всех стран. Эту половину таблицы кодов называют таблицей ASCII (стандартный код информационного обмена США) – ввел ее американский институт стандартизации ANSI. В этой части таблицы размещаются прописные и строчные буквы английского алфавита, символы чисел от 0 до 9, все знаки препинания, символы арифметических операций, специальные коды. Коды читают а-эс-цэ-и (аски- коды). Первых 32 кода – управляющие, которые не используются для представления информации (от 0 до 31), а 32 символ – пробел.

33 – 47 – специальные символы, знаки препинания.

48 – 57 – цифры.

58 – 64 – математические символы и знаки препинания.

65 – 90 – прописные буквы английского алфавита.

91 – 96 – специальные символы.

97 – 122 – строчные буквы английского алфавита.

123 – 127 – специальные символы.

Остальные 128 кодов используются для специальных символов и букв национальных алфавитов (в том числе русского). И поскольку общепринятого стандарта для этого не было, возникло много различных кодировок, в том числе, несколько для кириллицы. Для кириллицы используют следующие кодировки: Кириллица (Windows), Кириллица (ISO), Кириллица (KOI8–R). Кириллица (ISO) используется редко. Кириллица (Windows) используется на ПК, работающих на платформе Windows. Де-факто Кириллица(Windows) стала стандартной в российском секторе World Wide Web. Кириллица (KOI8–R) де-факто является стандартной в сообщениях электронной почты и телеконференций.

В такой ситуации, когда используются различные кодировки кириллицы, на помощь приходят программы – конверторы. Они заменяют двоичный код каждого символа на код, которым такой символ представляется в другой кодировке. Это соответствие определяется таблицей перекодировки. Пользователь должен указать, из какой кодировки в какую идет преобразование, однако есть программы, автоматически определяющие кодировку исходного текста.

Следует отметить, что все рассмотренные кодировки текста ограничены набором кодов (256). Более широкими возможностями обладает система кодировки текста UNICODE, основанная на 16-разрядном кодировании символов. Шестнадцать разрядов обеспечивают кодирование 216 =65536 символов.

Чтобы рисунок буквы был виден на экране, его цвет должен отличаться от цвета фона, на котором он изображается. Поэтому коды символов (порядковые номера в таблице кодирования) необходимо дополнить кодами цвета фона и цвета рисунков. Для этих кодов цветов добавили еще один байт памяти и разделили его пополам – младшую (левую) половину из четырех битов отвели для кодирования цвета рисунка, а старшую для кодирования цвета фона. Этот байт назвали байтом атрибутов символа. Он всегда присутствует вместе с кодом символа в двух байтовых кодах символов, передаваемых в видеопамять для отображения на экране.

Четырьмя байтами можно закодировать 16 цветов, а при необходимости кодирования большего количества цветов применяют многоступенчатую систему кодирования. Содержимое байта атрибутов удобно записывать в 16-ричном формате, у которого первая цифра в этом случае обозначает цвет фона, а вторая – цвет рисунка символа. Например, 16-ричное число 4E кодирует желтые (код желтого цвета Е или 14 в 10-й системе) буквы на красном (код красного цвета равен 4) фоне.

Двухбайтовые кодовые группы каждой буквы текста, содержащие код символа и код атрибутов его изображения для вывода на экран, записываются в память устройства управления, которое называют дисплейным адаптером, а саму память – видеопамятью или видеобуфером.

Последнее название подсказывает, что для постоянного обновления изображения на экране из этого буфера с частотой примерно 25 (или более) раз в секунду считываются коды символов и преобразуются в рисунки букв на экране. Чтобы такое преобразование стало возможным, приходится закодировать и разместить в памяти компьютера и сами рисунки букв. Для изображения символов обычно отводится в зависимости от типа видеосистемы от 8 до 16 строк по 8 пикселов в строке. О каждом пикселе в изображении символа дисплейный адаптер должен знать, относится он к фону или рисунку – то есть достаточно одного бита с двумя состояниями. Если бит содержит 0, то это пиксел фона, а если 1 – то это пиксел рисунка.

256 кодовых групп символов текста хранятся в памяти для рисунков всех изображаемых символов, и вся эта область памяти называется буфером знакогенератора. Адаптер дисплея «узнает» начальный адрес этого буфера (порядковый номер его начального байта, отсчитанный от начала памяти), берет из видеопамяти код символа, означающий порядковый номер его кодовой группы в буфере знакогенератора, умножает на число пиксельных строк в изображении символа и прибавляет полученное число к начальному адресу буфера знакогенератора. Полученное число есть начальный адрес кодовой группы изображения символа. Далее видеоадаптер берет каждый байт кодовой группы изображения и работает уже с отдельными битами байта – для нулевых битов выводит пиксел цветом фона, а для единичных – цветом рисунка (коды цвета фона и рисунка он тоже берет из видеопамяти – из байта атрибутов). Вот так появляются на экране дисплея рисунки букв, как и все в компьютере, закодированные двоичными числами. При выводе изображений символов на печать коды изображений символов и их порядковые номера хранятся в памяти печатающего устройства либо постоянно, либо заносятся туда из памяти компьютера перед началом печати.

Статьи к прочтению:

Кодирование текстовой информации

Похожие статьи:

/привет/мир/etc: Код

Какое число представлено на следующей картинке?

Верно ли следующее выражение?

101 - 11 = 10

А что такое «почахо»?

Отвечу по порядку.

Десять разогнутых пальцев представляют число 10 или 1023, в зависимости от того, ведется счет в десятичной или двоичной системе (см. Считаем до 1000… на пальцах).

Выражение 101 - 11 = 10 верно, если числа в нем записаны в двоичной системе счисления, и неверно, если это десятичная запись чисел.

«Почахо» — это слово «РОСНАНО», написанное кириллицей и ошибочно прочитанное, как будто оно написано латинскими буквами.

Все три примера демонстрируют различные коды и тот факт, что для правильного восприятия кодов нужно знать, какой именно код перед нами.

Код — это способ представления информации.

Музыкальные звуки кодируются (то есть, представляются) с помощью нотых знаков. Слова на письме кодируются с помощью графических символов: букв или иероглифов. Числа кодируются при помощи цифр, десятичной запятой, знаков плюс и минус. Информация о дорожной ситуации кодируется дорожными знаками; выражаемые нами эмоции — мимикой, жестами, звуками и интонацией; звук, передаваемый по радио — модуляцией напряженности электро-магнитного поля.

Код, или система кодирования, определяет не только набор символов (знаков), но и правила использования этих символов для представления информации. Непосредственно с помощью цифр от 0 до 9 кодируются только десять чисел, от нуля до девяти. А для кодирования других чисел необходимы правила записи многозначных чисел (а также дробных и отрицательных). Для чтения слов «night» или «busy» также недостаточно знать латинские буквы, а нужно знать правила чтения на английском языке и, возможно, исключения из этих правил. Иными словами, необходимо знать правила составления кодовых слов из кодовых символов.

Любое кодированное сообщение (то есть, представление информации в том или ином виде) состоит из кодовых слов. А кодовые слова составляются из кодовых символов.

Кодовые слова — строительные блоки кодированного сообщения.

Напрашивается аналогия с обычным текстом, ведь он тоже состоит из слов естественного языка. А также из пробелов и знаков препинания. И эта аналогия не случайна: слова естественного языка, пробелы и знаки препинания являются кодовыми словами, а обычный текст — кодированным сообщеним, представлющим информацию. Кстати, код, с помощью которого написан данный текст, — письменный русский язык.

Использование любого кода связано с двумя операциями: кодирование и декодирование. Мы кодируем информацию, когда представляем ее как последовательность кодовых слов: записываем музыку нотами, числа — комбинациями цифр, выражаем эмоции мимикой, мысли — речью, устной или письменной. И, наоборот, мы декодируем сообщение, когда извлекаем заложенную в нем информацию: читаем ноты, числа, чужие эмоции, воспринимаем речь.

Системы счисления, с которыми мы познакомились в предыдущих статьях, для представления чисел используют числовые коды: десятичный, шестиричный, двоичный.

Каждый из числовых кодов определяет набор кодовых символов и правила составления кодовых слов из этих символов. Десятичный код использует цифры от 0 до 9 для записи чисел в виде одного и более десятичных разрядов (то есть, разрядов, способных вместить десять разных значений). А двоичный код использует цифры 0 и 1 для записи чисел в виде одного и более двоичных разрядов.

Числовое кодирование, когда одни и те же цифры в разных разрядах имеют разные значения, называется позиционным кодированием. Так, в десятичной записи числа 55 цифра 5 в младшем разряде, или позиции, обозначает пять единиц, а цифра 5 во втором разряде — пять десятков.

До сих пор мы представляли числа только с помощью позиционного числового кодирования, и будем этого придерживаться в дальнейшем. Позиционное числовое кодирование удобно для восприятия, для проведения арифметических операций в столбик, наконец, оно наиболее привычно для нас.

Пример непозиционного числового кодирования — римская запись чисел, использующая римские цифры. Хотите развлечься? Тогда скажите, какое это число: MMXIV? А это: DCCCLXXXVIII? Если справились, тогда попробуйте вычесть из него XLVII (можно в столбик)!

Далее рассмотрим, как с помощью позиционных числовых кодов можно представлять самую разную информацию. Представляемая информация совсем не обязательно должна быть числовой по своей природе.

Начнем с простейшего случая (он же самый фундаментальный). Один двоичный разряд содержит 0 или 1. Этими значениями можно закодировать любые две отличные друг от друга величины или состояния: «вкл.» и «выкл.», «светло» и «темно», «достаточно» и «недостаточно», «занято» и «свободно», «истина» и «ложь». Значения, которые мы приписываем кодовым словам 0 и 1, зависят от нашего желания.

Двоичный разряд называется бит (от английсикх слов binary digit).

Для кодирования более чем двух значений нам понадобится более одного бита. Два бита позволяют закодировать 4 различных значения (22 = 4). Например:

0 00 север
1 01 восток
2 10 юг
3 11 запад

или

0 00 я
1 01 ты
2 10 он
3 11 она

Здесь, параллельно с двоичными кодовыми словами представлены также десятичные — для полноты восприятия и для напоминания о том, что для кодирования годятся числа с любым основанием.

Если мы захотим закодировать семь цветов радуги, нам понадобится поставить их в соответствие семи разным числам:

0 000 красный
1 001 оранжевый
2 010 желтый
3 011 зеленый
4 100 голубой
5 101 синий
6 110 фиолетовый

Нам потребовались три бита для двоичного кодирования семи цветов радуги. При этом еще одно трехразрядное двоичное кодовое слово, 111, осталось неиспользованным. Задействуем и его, приняв, что 0 обозначает отсутствие информации о цвете:

0 000 нет информации
1 001 красный
2 010 оранжевый
3 011 желтый
4 100 зеленый
5 101 голубой
6 110 синий
7 111 фиолетовый

Все просто, не так ли? В таком случае, какие три цвета закодированы в следующем сообщении?

001011100

Ответьте на этот вопрос, прежде чем читать дальше.

А если прочитать трехразрядные кодовые слова справа налево? Последовательность цветов будет иной: 100 — зеленый, 011 — желтый, 001 — красный. Это еще одно напоминание о том, что, кроме таблицы кодов, нужно определить и придерживаться правил кодирования-декодирования. Одно из них определяет направление записи кодированного сообщения, справа налево или слева направо.

В рассмотренных примерах числовые коды кодируют значения или «смыслы» из некоторой предметной области: стороны света, цвета радуги. Но существует и другой подход к кодированию, когда кодовые слова соответствуют не смыслам, а символам (знакам) из некоторого набора символов.

Набор символов принято называть алфавитом. В случае кодирования символов, система кодирования сопоставляет кодовые слова символам исходного алфавита. Заметим, что сами кодовые слова также состоят из символов некоторого алфавита, назовем его кодовым.

Примером кодирования символов, а не смыслов, может быть кодирование букв русского алфавита. В соответствие буквам поставим двухразрядные десятичные числа от 01 до 33, а в соответствие пробелу — число 34.

01 а 18 р
02 б 19 с
03 в 20 т
04 г 21 у
05 д 22 ф
06 е 23 х
07 ё 24 ц
08 ж 25 ч
09 з 26 ш
10 и 27 щ
11 й 28 ь
12 к 29 ы
13 л 30 ъ
14 м 31 э
15 н 32 ю
16 о 33 я
17 п 34

Здесь тридцать три строчные русские буквы и пробел — символы исходного алфавита. А соответствующие им кодовые слова от 01 до 34 составлены из символов кодового алфавита — цифр от 0 до 9.

Теперь фразу «привет мир» можем записать так (проверьте!):

17181003062034141018

Для полноценного кодирования русскоязычного текста приведенной кодовой таблицы явно недостаточно: в ней нет знаков препинания и прописных букв. Также в ней нет цифр.

Для представления 33 прописных букв, 10 цифр, 9 знаков препинания .,;:!?-"" и скобок () нам понадобится еще 54 кодовых слова. Для кодирования текста нам также нужны коды, обозначающие конец строки и отступ, например, для красной строки. И неплохо было бы иметь коды для знаков арифметических операций, фигурных {} и квадратных скобок [], а также таких символов, как , %, $ и некоторых других.

Примерно так и рассуждали создатели первых кодировок для хранения в компьютере текстовой информации. В результате их усилий родился стандарт ASCII (American Standard Code for Information Interchange) — американский стандартный код для обмена информацией. ASCII использует 128 чисел, от 0 до 127, для кодирования букв латинского алфавита, цифр, знаков препинания и ряда специальных символов:

0 NULL 32 Space 64 @ 96 `
1 SOH 33 ! 65 A 97 a
2 STX 34 66 B 98 b
3 ETX 35 # 67 C 99 c
4 EOT 36 $ 68 D 100 d
5 ENQ 37 % 69 E 101 e
6 ACK 38 & 70 F 102 f
7 BEL 39 71 G 103 g
8 BS 40 ( 72 H 104 h
9 TAB 41 ) 73 I 105 i
10 LF 42 * 74 J 106 j
11 VT 43 + 75 K 107 k
12 FF 44 , 76 L 108 l
13 CR 45 77 M 109 m
14 SO 46 . 78 N 110 n
15 SI 47 / 79 O 111 o
16 DLE 48 0 80 P 112 p
17 DC1 49 1 81 Q 113 q
18 DC2 50 2 82 R 114 r
19 DC3 51 3 83 S 115 s
20 DC4 52 4 84 T 116 t
21 NAK 53 5 85 U 117 u
22 SYN 54 6 86 V 118 v
23 ETB 55 7 87 W 119 w
24 CAN 56 8 88 X 120 x
25 EM 57 9 89 Y 121 y
26 SUB 58 : 90 Z 122 z
27 ESC 59 ; 91 [ 123 {
28 FS 60 < 92 124 |
29 GS 61 = 93 ] 125 }
30 RS 62 > 94 ^ 126 ~
31 US 63 ? 95 _ 127 DEL

Все современные компьютерные программы понимают и используют кодировку ASCII. Подробнее познакомиться с таблицей ASCII можно в Википедии.

Кодирование текста при помощи ASCII предполагает, что каждое кодовое слово имеет фиксированную длину. Например, если мы запишем «Hello World» с помошью десятичных кодов ASCII, мы должны сделать этот так:

072101108108111032087111114108100

Каждое кодовое слово здесь имеет три разряда. Значит, мы всегда можем сказать, где кончается одно кодовое слово и начинается другое, что и позволяет однозначно декодировать текст:

072 101 108 108 111 032 087 111 114 108 100
 H   e   l   l   o       W   o   r   l   d

Что касается кодирования букв русского алфавита для хранения в компьютере, то эта поразительная тема требует отдельной статьи!

А из этой статьи мы узнали

  • о вездесущности кодов — они повсюду, где в том или ином виде представлена какая-то информация,
  • о двух типах кодов: первый кодирует смыслы, а второй — символы,
  • о том, что десятичная запись чисел, которой нас научили в первом классе, есть десятичный позиционный числовой код,
  • и что рассмотренные в предыдущих статьях способы записи чисел по различным основаниям — варианты позиционного числового кода.

Кроме того, мы разработали несколько кодов для кодирования смыслов и символов. Не боги горшки обжигают!

В заключение, три вопроса в качестве напоминания о том, что для правильной интерпретации закодированного сообщения нужно знать, какой именно код использован для его кодирования:

  1. Сколько будет 5 + 3, если известно, что ‘+’ означает операцию сложения, а числа записаны НЕ в десятичном коде?
  2. Что такое «АБЫРВАЛГ»?
  3. Если индиец в ответ на ваш вопрос покачал головой из стороны в сторону, что он имел в виду?

Кодирование по учебнику-тетради А.В. Горячева «Информатика в играх и задачах»

Цели:

  • познакомить с понятиями «кодирование» и «декодирование»;
  • научить действиям «кодированию» и «декодированию»,
    т.е ставить в соответствие предметам или
    действиям другие предметы или действия;
  • расширять кругозор, пополнять словарный запас,
    укреплять межпредметные связи;
  • развивать психические процессы: внимание,
    память, воображение, мышление;
  • через различные виды деятельности и формы
    организации урока прививать интерес к предмету,
    показать необходимость получения данных умений
    и навыков, которые помогут правильно
    ориентироваться в жизни.

Оборудование: «Презентация», тетради,
цветные карандаши, сигналы, карточки с алфавитом,
картинки с предметами, ребусы, карточки с буквами
и цветными квадратиками, карточки со словами,
толковый словарь С.И.Ожегова, дорожные знаки,
светофор, рисунок с изображением радуги.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Учитель. Здравствуйте, ребята!

Ученики. Здравствуйте!

Учитель. Ответьте на такие вопросы.

– Какое сегодня число? (21)

– А какой день недели был вчера? (Среда)

– Закончится месяц февраль и наступит? (Март)

– У кого одна нога, да и та без башмака? (Гриб)

– На берёзе 5 огурцов, а на осине на 2 огурца
больше. Сколько огурцов на осине? (Не растут)

– Если яблоко больше груши, то, что из них меньше? (Груша)

– В названии  какого хвойного дерева
содержится призыв о помощи? (Сосна)

– Чтобы сварить одно яйцо вкрутую нужно 3 минуты.
Сколько времени необходимо затратить для того,
чтобы сварить три таких яйца? (3 минуты)

Учитель.

Прозвенел уже звонок  

Начинать пора урок.

Ученики.

Ох, как хочется трудиться

Делать всё охота

Чтоб трудом своим гордиться

Пусть кипит работа!

Учитель. Садитесь. Урок – информатика.
(Приложение. Слайд 1).
Давайте приступим к работе. На уроке нужно
выполнить № 41, № 46, № 47, № 42 (а, б), № 43, № 44.

Для тех,  кто закончит раньше № 46, № 48, № 50, (№ 49
– дома)

II. Сообщение темы и цели урока (Приложение. Слайд 2)

Учитель. Тема сегодняшнего урока –
«Кодирование». Цель: научиться производить
операции «кодирование» и «декодирование». А
чтобы работа у нас с вами ладилась, наметим такой
план.

План.

1. Кодирование – декодирование.

2. Способы кодирования:

К –

Ц –

Б –

З –

Ц –

3. Применение полученных знаний в жизни.

Учитель. Узнать, что значит
кодирование, декодирование.

– Какие бывают способы
кодирования.              


– Как думаете, что обозначают эти буквы? (Ответы
детей)


– Какие способы кодирования есть узнаем, когда
разгадаем эти буквы.

III. Основная часть (Приложение.
Слайд 3)

Учитель. Какое слово спряталось в
слове кодирование?

Ученики. Код.

Учитель. Где могли в жизни
встречаться, когда  нужен код?

Может кто-то из вас скажет, что обозначает слово
кодирование? (Ответы детей)

Кодирование – когда одно множество полностью
или частично заменяется другим множеством.

Ученик (зачитывает в словаре): В
словаре С.И. Ожегова написано: «Кодировать –
значит зашифровать при помощи кода».

Учитель. Декодирование – действие,
обратное кодированию. Декодировать – значит
расшифровать.

1) Задание № 41 (кодирование картинками)

Учитель. Откройте тетради и
посмотрите на задание № 41. Это текст. Что в нём
интересного?

Ученики. Слова  зашифрованы
картинками.

Учитель. Наша задача декодировать, т.е.
расшифровать этот текст и прочитать его.

(Ученики читают текст, заменяя картинки
словами)

Учитель. Таких интересных рассказов
много в журнале «Весёлые картинки». Можете взять
и почитать. Делаем вывод: слова или даже
целые предложения можно закодировать
картинками.

– А вы научились сначала рисовать или писать?

Ученики. Сначала научились рисовать.

Учитель. Да,  люди не умели писать,
поэтому сообщение передавали с помощью рисунков.
Так с помощью рисунков было написано первое
письмо девочкой Таффи.

(Приложение. Слайд 4)

– Подробнее узнать можете из книги «Как было
написано первое письмо»

– Посмотрите, что обозначают эти картинки, эти
знаки. (Показать дорожные знаки)

– Вспомните, где в жизни, в быту, в технике можно
встретить картинки или значки, которые заменяют
слова или целые предложения? (Ответы детей) (Показать
коробки, ярлыки от одежды, строительных
материалов и т. д.)


– Разберём, что обозначают картинки, знаки,
изображённые в ваших тетрадях?  С.18. № 41( б) (Ответы
детей)

Учитель. К нам в гости пришли живые
картинки. По первым буквам этих картинок
угадайте слова. (Выходят дети с картинками, две
группы – два слова)

Топор, ручка, улитка,
д
ятел – труд; шары, арбуз,
г
усь, ива – шаги.

2) Задание № 46 (а, б)

Учитель. А теперь откройте с.20 № 46 ( а.
б) Прочитайте задание и выполните
самостоятельно.

 – Проверка задания. (Приложение.
Слайд 5)

IV. Проверка домашнего задания

Учитель. Дома вы собрали слова из букв.
(с.17. №40) Назовите слова.( дети называют слова)

V. Продолжение изучения новой темы

3) Кодирование буквами.

Учитель. Что у меня в руке?

Ученики. Буква.

Учитель. Давайте теперь попробуем
зашифровать слово с помощью букв. Придумайте
любое слово на букву:

Г – гусь (слова записывать на доске)

Р – ручка

О – окно

М – машина

– Мы провели с вами операцию кодирование.

– А теперь ваша задача декодировать,
расшифровать задуманное слово.

Ученики. Гром.

Учитель. Самостоятельно выполните
задание № 47.

Проверка задания (Приложение.
Слайд 6)

Вывод:Мы  производили операцию
кодирование с помощью букв.

Учитель. Давайте вспомним, а где ещё
при кодировании используются буквы? (Ответы
детей)


– Каждый звук человеческого голоса обозначается
одной или несколькими буквами и поэтому мы можем
сначала записать свою речь, а потом прочитать её.
Например: телеграф передаёт написанный текст в
виде точек и тире. Так называется азбука Морзе.
Когда люди попадали в беду, то отправляли сигнал
о помощи – СОС.

В военном деле буквы и слова  могут
передаваться флажками, специальными движениями
сигнальщика, световыми сигналами. ((Приложение.
Слайды 7, 8)  Более подробно об этом  будете
учить в пятом классе на уроках информатики.

Вывод: кодировать можно при помощи
букв.

4) Кодирование цифрами. Задание № 42.

Учитель. Перед вами два множества.
Какие?

Ученики. 1 множество – букв, 2
множество – цифр.

Учитель. Мы узнали, что можно
кодировать картинками, значками, буквами.

–  А здесь посмотрите, что ещё появились?

Ученики. Цифры.

Учитель. Значит, кодирование можно
осуществлять с помощью цифр. Нам дан код,
состоящий из цифр. Скажите хором. Наша задача
расшифровать, т. е. цифру заменить буквой.

– Что означает цифра 3?

Ученики. Букву Б. (Подписывают)

Учитель. Выполните самостоятельно.
Если затрудняетесь, обращайтесь за помощью к
другу.

Проверка  задания.(дети показывают сигнал)

Вывод: Нам был дан код, а мы выполняли
операцию декодирование.

– А теперь наоборот, слово зашифруем цифрами.

– Откуда возьмём слова? Давайте составим их из
букв слова Буратино.

Ученики. Кора, рано, бра, рот, нота,
утро, работа, тина, нора.

Учитель. Запишите слово буквами в
нижнем ряду клеток, а вверху зашифруйте цифрами.

Проверка  слова и кода (карточка у учителя)

                   
6    8  2  5

                
   Н  О Р  А

VI. Физминутка

1. Повторить ритм хлопками за учителем.

2. Нарисовать глазами фигуры: круг, квадрат,
треугольник.

3. Кодирование предметов: карандаш – руки вверх,
мел – присесть, указка – руки  на пояс,
коробочка – хлопнуть в ладоши.

5) Задание № 43.

Учитель. С помощью чего зашифрован
предмет?

Ученики. С помощью цифр.

Учитель. Как думаете, что означает
цифра?

Ученики. Номер буквы.

Учитель. А раз нет никакого текста под
рукой, никакой вспомогательной книги, значит
здесь имеют ввиду общесуществующий порядок букв,
т.е. алфавит.Будем расшифровывать, ошибаться
нельзя, иначе информация будет искажена.
Работаем дружно в группах.

Проверка. (Приложение.
Слайд 9)

6) Задание № 44

Учитель. Дана координатная сетка. По
координатам найти букву. Вспомним: цифры по
горизонтали показывают номер столбика или
подъезда, расположенные по вертикали –  номер
строки или этажа. Работаем самостоятельно. Если
трудно, берём помощь друга.

Проверка задания. (Приложение.
Слайд 9)

Учитель. Зашифруйте сами любой
предмет.

(Ученики выполняют самостоятельно)

Проверка задания. (показать сигнал)

Вывод: можно кодировать картинками,
знаками, буквами, цифрами.

7) Кодирование цветом

Учитель. Что это за предмет?

Ученики. Светофор.

Учитель. Как закодированы в светофоре
слова красный, жёлтый, зелёный?

Ученики. Цветом.

Учитель. Поиграем. Красный – стоп,
зелёный – шагаем, жёлтый – хлопаем.

Учитель. Однажды на уроке рисования я
вам сказала: каждый охотник желает знать, где
сидит фазан.

– Что я зашифровала этими словами?

Ученики. Цвета радуги.  

Учитель. С ней вы поиграете дома.

Учитель. Посмотрите на карточку.
Каждая буква в слове зашифрована цветом. Ваша
задача цветными квадратиками зашифровать слово
утро, наклеить цветные квадратики на полоске.
Работа в группах.

Проверка задания. Сверить полоску с оригиналом.

8) Задание № 45.

Учитель. Что это?

Ученики. Ребус.

Учитель. В ребусе с помощью картинок
или особого положения слогов закодированы части
слов. Попробуйте отгадать сами. (Приложение.
Слайд 10)

(Объяснить значение слов: трибуна – то место,
откуда выступают, трикотаж – ткань)

– Ребята  придумали свои ребусы. Попробуйте
отгадать. (Дети загадывают ребусы)

VII. Заключительная часть. Итог (Приложение. Слайд 11)

Учитель. Что обозначает слово
кодировать?

Ученики. Зашифровать.

Учитель. Что значит декодировать?

Ученики. Расшифровать.

Учитель. Какие способы кодирования вы
узнали?

Ученики. Картинками, знаками, буквами,
цифрами, цветом.

Учитель. Нужно ли кодирование в жизни?

Ученики. Да. Им очень удобно
пользоваться, т.к. содержит краткую нужную

информацию для человека.

Учитель. Зачем мне учителю нужно
кодирование?

Ученики. Ставить отметку.

Учитель. Где вы встречаетесь с
кодированием?
(Ответы детей)

Учитель. С помощью цвета закодируйте
своё настроение.(дети показывают цветной
квадрат)

Прозвенел опять звонок

Мы закончили урок.

как преобразовывать текст в числа

В области обработки естественного языка мы хотим создавать компьютерные программы, которые понимают, генерируют и, в более общем плане, работают с человеческими языками. Звучит здорово! Но возникает проблема: мы, люди, общаемся словами и предложениями; Между тем компьютеры понимают только числа.

По этой причине мы должны сопоставить эти слова (иногда даже предложения) с векторами: просто набором чисел. Это называется векторизация текста , и вы можете прочитать о ней в этом руководстве для начинающих.Но подождите, не празднуйте так быстро, это не так просто, как присвоить число каждому слову, гораздо лучше, если этот вектор чисел представляет слова и предоставленную информацию.

Что означает слово? И что еще более важно, как мы это делаем? Если вы задаете себе эти вопросы, я рад, что вы читаете этот пост.

Встраивание слов в сравнении с одним горячим кодировщиком

Самый простой способ кодирования слова (или почти всего чего-либо в этом мире) называется одним горячим кодированием: вы предполагаете, что вы будете кодировать слово из предопределенного и конечных наборов возможных слов.В машинном обучении это обычно определяется как все слова, которые появляются в ваших обучающих данных. Вы подсчитываете, сколько слов в словаре, скажем, 1500, и устанавливаете для них порядок от 0 до этого размера (в данном случае 1500). Затем вы определяете вектор i-го слова как все нули, кроме 1 в позиции i .

Представьте, что весь наш словарный запас состоит из 3 слов: обезьяна, обезьяна и банан. Вектор для Monkey будет [1, 0, 0]. Один для Ape [0, 1, 0].И да, вы правильно угадали: тот, что для Banana [0, 0, 1].

Это так просто, но работает! Алгоритмы машинного обучения настолько мощны, что могут генерировать множество потрясающих результатов и приложений.

Однако представьте, что мы пытаемся понять, что ест животное, анализируя текст в Интернете, и обнаруживаем, что «обезьяны едят бананы». Наш алгоритм должен понимать, что информация в этом предложении очень похожа на информацию «обезьяны едят фрукты».Наша интуиция подсказывает нам, что они в основном одинаковы. Но если вы сравните векторы, генерируемые одним горячим кодировщиком из этих предложений, единственное, что вы обнаружите, — это то, что между двумя фразами нет совпадения слов. В результате наша программа будет понимать их как две совершенно разные части информации! У нас, людей, никогда не было бы такой проблемы.

Даже когда мы не знаем слова, мы можем догадаться, что оно означает, зная контекст , где оно используется. В частности, мы знаем, что значение одного слова похоже на значение другого слова, если мы можем поменять их местами, это называется распределительной гипотезой.

Например, представьте, что вы читаете, что «Путерия широко распространена в тропических регионах мира, и обезьяны едят их плоды». Возможно, вы не знали, что такое Путерия, но держу пари, вы уже поняли, что это дерево.

Гипотеза распределения является основой того, как создаются векторы слов, и мы владеем, по крайней мере, частью этого Джона Руперта Ферта, и, эй, это не было бы правильным постом встраивания слов, если бы мы не цитировали его:

слово характеризуется компанией, которую оно составляет — Джон Руперт Ферт

В идеале нам нужны векторные представления, в которых похожих слов заканчиваются аналогичными векторами .Для этого мы создадим плотных векторов (где значениями являются не только нули и единицы, но и любые десятичные числа между ними). Итак, вместо того, чтобы иметь вектор для Monkey , равный [1, 0, 0], как раньше, у нас будет что-то вроде [0,96, 0,55… 0,32], и у него будет размер (количество чисел), который мы выбрали.

Еще лучше, мы хотели бы иметь больше похожих представлений, когда слова имеют некоторые общие свойства, например, являются ли они множественным или единственным числом, глаголами или прилагательными, или если оба они относятся к мужчине.Все эти характеристики могут быть закодированы в векторах. И это именно то, что Word2Vec продемонстрировал в 2013 году и изменил поле векторизации текста.

Цели и показатели оценки

Итак, мы хотим, чтобы векторы лучше отображали слова, но что это означает? И как мы узнаем, что у него все хорошо?

Есть два основных способа узнать, как они работают: явные методы и неявные методы.

Явные методы

  • Оценка человеком: Первый метод так же прост, как взять несколько слов, измерить расстояние между векторами, сгенерированными для каждого из них, и спросить кого-нибудь, что они думают об этом.Если они лингвисты, тем лучше. Однако это не масштабируемо, отнимает много времени и требует тысячи, даже миллионов слов каждый раз, когда вы получаете новые векторы.
  • Синтаксические аналогии : Как бы глупо это ни звучало, помните, что векторы слов являются векторами, поэтому мы можем их складывать и вычитать. Таким образом, мы генерируем тесты вида « есть, — это , есть , так как прогон, — ___», затем выполняем операцию есть — есть + запускаем и находим вектор, наиболее близкий к этому результату.Как вы уже догадались, это должен быть тот, кто соответствует , работающему с .
  • Семантические аналогии: Они почти такие же, как и синтаксические, но в этом случае аналогии будут больше похожи на « обезьяна — это животное как банан — ___», и мы ожидаем плодов в результате. Мы можем даже провести более сложные аналогии: обезьяна + еда = банан .

Подумайте об этом: если мы можем добиться успеха наших векторов в таких тестах, это означает, что они улавливают форму и значение слов.Как будто они понимают слова .

Неявные методы

Но, эй, как бы захватывающе и чудесно это ни звучало, кажется маловероятным, что наличие слов-векторов является реальным решением реальной проблемы. Это всего лишь инструмент, позволяющий делать все крутые и действительно полезные вещи, которые мы можем делать с помощью НЛП.

Итак, неявные методы так же просты, как использование векторов слов в некоторой задаче НЛП и измерение их воздействия. Если они заставят ваш алгоритм работать лучше, они будут хорошими!

Если вы работаете, например, с классификатором анализа тональности, неявный метод оценки будет заключаться в обучении того же набора данных, но с изменением однократной кодировки, с использованием вместо этого векторов встраивания слов и измерения повышения вашей точности.Если ваш алгоритм дает лучшие результаты, то эти векторы подходят для вашей проблемы. Кроме того, вы можете тренировать или получить новый набор векторов и снова тренироваться с ними, и сравнивать, какой из них дает лучшие результаты, что означает, что они даже лучше для этого случая.

Как вы понимаете, это может быть очень дорого, потому что требует множества экспериментов и тестирования того, что работает лучше. Таким образом, это означает не только создание различных наборов векторов, но и обучение вашего алгоритма с каждым из них (возможно, много раз, поскольку вы хотите настроить гиперпараметры, чтобы они были справедливыми при сравнении).Это требует много времени и вычислительных ресурсов.

Просто обезьяна ест банан, чего еще вы хотите?

Как создаются словесные векторы?

Что ж, мы знаем, что такое векторы слов, мы знаем, почему они нам нужны, и знаем, какими они должны быть. Но как их получить?

Как мы уже говорили, основная идея состоит в том, чтобы тренировать большой объем текста и фиксировать взаимозаменяемость слов и то, как часто они, как правило, используются вместе. Вам интересно, сколько стоит «много текста»? Обычно это порядка миллиардов слов .

Есть три больших семейства векторов слов, и мы кратко опишем каждое из них.

Статистические методы

Статистические методы работают путем создания матрицы совместной встречаемости. То есть: они устанавливают размер окна N (обычно от 2 до 10). Затем они просматривают весь текст и подсчитывают, сколько раз каждая пара из двух слов находится вместе, то есть их разделяет до N слов.

Скажем для примера, что весь наш обучающий набор состоит только из двух текстов: «Я люблю обезьян» и «Обезьяны и обезьяны любят бананы», и мы установили размер окна N = 2.Наша матрица будет выглядеть так:

Матрица совпадения I любовь обезьяны и обезьяны 40

I 0 1 1 0 0 0
любовь 1 0 2 69 1 1 1 обезьяны 1 2 0 1 1 1
и 0 1 1 0 1 1 0 9017 обезьяны 0 0 1 1 0 0
запрет anas 0 1 1 0 0 0

Затем вы применяете некоторый метод уменьшения размерности матрицы, такой как разложение по сингулярным значениям и voilà , каждая строка вашего матрица — это вектор слова.Если вам интересно, что такое уменьшение размерности: когда в матрице есть избыточные данные, вы можете сгенерировать меньшую матрицу с почти такой же информацией. Есть много алгоритмов и способов сделать это, обычно все они связаны с поиском собственных векторов.

Однако все не так просто, как сказал бы Заза Пачулия, и у нас все еще есть некоторые проблемы, которые нужно решить:

  • Одно только число совпадений не является хорошим числом для измерения вероятности совпадения двух слов, потому что оно не примите во внимание, сколько раз происходит каждое из них.Представьте себе слова «the» и «обезьяна», их совместное появление в текстах будет очень большим, но это в основном потому, что «the» встречается очень часто (мы его часто используем).
    Чтобы решить эту проблему, обычно мы вызываем PMI (Pointwise Mutual Information) и оцениваем вероятности на основе совпадений.

    Подумайте так: p («the») настолько велико, что знаменатель будет намного больше, чем числитель, поэтому число будет близко к log (0) = отрицательное число.
    С другой стороны, p («обезьяна») и p («банан») не будут даже ближе к p («the»), потому что мы не используем их так часто, поэтому они не будут так часто встречаться. в текстах.Кроме того, мы найдем много текстов, где они встречаются вместе. Другими словами: вероятность совпадения будет высокой, поэтому PMI для «обезьяны» и «банана» также будут высокими.
    Наконец, когда два слова встречаются очень редко, результатом будет логарифм, близкий к 0: очень низкое отрицательное число.

  • Этот метод PMI приводит к множеству записей журнала (0) (т.е. −∞) (каждый раз, когда два слова не встречаются одновременно). Кроме того, матрица плотная, в ней не так много нулей, что не очень хорошо с точки зрения вычислений, и помните, что мы говорим о матрице HUGE .Иногда для решения обеих проблем используют положительный PMI, просто max (PMI, 0). Интуиция, лежащая в основе PPMI, заключается в том, что слова с отрицательным PMI имеют «меньшее, чем ожидалось» совпадение, что не является очень ценной информацией и может быть просто вызвано недостаточным количеством текста.
  • Время вычислений для подсчета всего этого очень дорогое, особенно если это делается наивно. К счастью, есть способы сделать это, требуя всего лишь одного прохода через весь корпус для сбора статистики.

Методы прогнозирования

Методы прогнозирования работают, обучая алгоритм машинного обучения делать прогнозы на основе слов и их контекстов. Затем они используют некоторые веса, которые алгоритм узнает для представления каждого слова. Иногда их называют нейронными методами, потому что они обычно используют нейронные сети.

На самом деле использование нейронных сетей для создания встраивания слов не ново: идея была представлена ​​в этой статье 1986 года. Однако, как и во всех областях, связанных с глубоким обучением и нейронными сетями, вычислительные мощности и новые методы значительно улучшили их за последние годы.

Первые подходы обычно делались с использованием нейронных сетей и обучения их предсказанию следующего слова в тексте с учетом предыдущих N слов. Здесь важно то, что нейронная сеть обучена лучше справляться с этой задачей, но на самом деле вас не волнует этот результат: все, что вам обычно нужно, — это веса матрицы, представляющей слова.

Одним из ярких примеров такого подхода является статья, опубликованная Bengio et. al. в 2003 г. вышла очень важная статья в этой области, где для этого использовалась нейронная сеть с одним скрытым слоем.

И затем прорыв, работа, которая поместила встраивание слов в классный статус , тот, которого вы, вероятно, ждали: Word2vec.

Миколов и др. сосредоточились на производительности: они удалили скрытые слои нейронной сети, чтобы они обучались намного быстрее. Это может звучать как потеря «способности к обучению», и на самом деле — это , но тот факт, что вы можете тренироваться с огромным объемом данных, даже с сотнями миллиардов слов, не только компенсирует это, но и доказал свою полезность. дают лучших результатов .

Кроме того, они представили два варианта обучения и множество оптимизаций, которые применимы к ним обоим. Давайте подробнее рассмотрим каждый из них:

Непрерывный пакет слов (CBOW)

Основная идея здесь состоит в том, чтобы установить скользящее окно размером N, в данном случае, скажем, N равно 2. Затем вы берете огромное количество text и обучите нейронную сеть предсказывать слово, вводя N слов с каждой стороны.

Представьте, что у вас есть текст «Обезьяна ест банан», вы попытаетесь предсказать, что слово будет , учитывая, что два предыдущих слова — , и , обезьяна , а следующие два — , которые едят и а .Кроме того, вы научитесь предсказывать , съев , зная, что четыре окружающих слова: обезьяна , , и банан . И продолжай со всем текстом.

И помните, нейронная сеть очень маленькая, давайте рассмотрим ее шаг за шагом:

В CBOW мы пытаемся предсказать слово «еда» с учетом быстро закодированных векторов его контекста. В skip-грамме мы пытаемся предсказать контекст с учетом слова «ест»

  • Он имеет входной слой, который принимает четыре быстро закодированных слова размерности V (размер словаря).
  • Он усредняет их, создавая один входной вектор.
  • Этот входной вектор умножается на матрицу весов W (которая имеет размер VxD, а D не меньше размера векторов, которые вы хотите создать). Это дает вам в результате D-мерный вектор.
  • Затем вектор умножается на другую матрицу, размер которой DxV. Результатом будет новый V-мерный вектор.
  • Этот V-мерный вектор нормализован, чтобы сделать все записи числами от 0 до 1, и что все они суммируют 1, используя функцию softmax, и это результат.В i-й позиции он имеет прогнозируемую вероятность того, что i-е слово в словаре окажется посередине для данного контекста.

Вот и все. О, вам интересно, где там векторы слов? Ну, они в той весовой матрице W . Помните, мы сказали, что его размер равен VxD, поэтому строка i представляет собой D-мерный вектор, представляющий слово i в словаре.

На самом деле, подумайте, что если бы у вас было только одно слово, используемое в качестве контекста, ваш входной вектор был бы однократно закодированным представлением этого слова, и умножение его на W было бы похоже на выбор соответствующего вектора слов: все имеет смысл , верно?

Skipgram

Skipgram — это то же самое, что CBOW, но с одной большой разницей: вместо того, чтобы предсказывать слово в середине по всем остальным, вы тренируетесь предсказывать все остальные по одному в середине.

Да, зная всего одно слово, он пытается угадать четыре. Я уже давно знаком с word2vec, и эта идея до сих пор поражает меня. Это кажется абсурдным, но, эй, работает! И он действительно работает немного лучше, чем CBOW.

Помимо алгоритмов, word2vec предложил много оптимизаций для них, например:

  • Придать больший вес более близким словам в окне.
  • Удалите из текстов редкие слова (которые встречаются всего несколько раз).
  • Обработка пар общих слов, таких как «Нью-Йорк», как одного слова.
  • Отрицательная выборка: это метод, позволяющий сократить время обучения. Когда вы тренируетесь с одним словом и контекстом, вы обычно обновляете все веса в нейронной сети (помните, что их много!). При отрицательной выборке вы просто обновляете веса, которые соответствуют фактическому слову, которое должно было быть предсказано, и некоторым другим случайно выбранным словам (предлагается выбрать от 2 до 20 слов), оставляя большинство из них такими, какие они есть. Подробнее об отрицательной выборке, я рекомендую вам прочитать об этом хороший пост в блоге.Отрицательная выборка настолько важна, что вы часто будете встречать алгоритм, называемый SGNS (Skip-Gram with Negative Sampling).

Комбинированные методы

Как обычно, когда два метода дают хорошие результаты, вы можете добиться еще лучших результатов, комбинируя их. В данном случае это означает обучение модели машинного обучения и получение векторов слов из ее весов, но вместо использования скользящего окна для получения контекстов тренируйтесь с использованием матрицы совместной встречаемости.

Самым важным из этих комбинированных методов является GloVe.Они создали алгоритм, который состоит из очень простого алгоритма машинного обучения (взвешенная регрессия наименьших квадратов), который обучается создавать векторы, удовлетворяющие тому, что если вы возьмете вектор из двух слов i и j и умножите их, результат будет следующим: аналогично логарифму записи ij в матрице совпадения, т. е. количеству совпадений этих двух слов.

Они также делают некоторые оптимизации, такие как добавление некоторого веса, чтобы предотвратить редкие совпадения, вызывающие шум, и очень частые, слишком большие искажения цели.

Они создают явные и неявные методы тестирования (помните их?), Чтобы получить действительно хорошие результаты.

5 мифов, которым не следует верить

Я надеюсь, что к этому времени вы знаете, что такое векторы слов, как узнать, хорош ли какой-то набор векторов, и иметь хотя бы представление о том, как они созданы.

Но, как обычно бывает, когда что-то получает классный статус , есть некоторые широко распространенные идеи, которые я хотел бы прояснить, но которые не соответствуют действительности:

1. Word2vec — лучший алгоритм векторных слов

чувства.В самом простом смысле: word2vec — это не алгоритм, это группа связанных моделей, тестов и кода. Они фактически представили в word2vec два разных алгоритма, как мы объясняли ранее: Skip-gram и CBOW.
Кроме того, когда он был впервые опубликован, результаты были определенно лучше, чем современные. Но важно отметить, что они представили, помимо алгоритмов, множество оптимизаций, которые были преобразованы в статистические методы, улучшающие их результаты до сопоставимого (иногда даже лучшего) уровня.В этой замечательной статье объясняется, что это за оптимизации и как они использовались для улучшения статистических методов.

2. Словарные векторы создаются с помощью глубокого обучения

Это просто неправда. Как вы знаете, если вы вдумчиво прочитали этот пост, некоторые векторы создаются с помощью статистических методов, и в них даже не задействована нейронная сеть, не говоря уже о глубокой нейронной сети.

И, собственно, одним из самых важных изменений в методах прогнозирования, введенных в word2vec, было удаление скрытых слоев нейронных сетей, поэтому было бы неправильно называть эту нейронную сеть «глубокой».

3. Словарные векторы используются только при глубоком обучении.

Словесные векторы отлично подходят для использования в качестве входных данных для моделей глубокого обучения, но это не исключение. Они также отлично подходят для использования в SVM, MNB или почти любой другой модели машинного обучения, о которой вы только можете подумать.

4. Статистические и прогнозные методы не имеют ничего общего друг с другом

Они были созданы отдельно как разные подходы к проблеме создания векторов, но их можно комбинировать, как мы видели с GloVe, и некоторые методы могут быть применимо к ним обоим.

Фактически было доказано, что Skip-Gram с отрицательной выборкой неявно факторизует матрицу PMI, сдвинутую на глобальную константу. Очень важный результат, потому что он связывает два мира статистических и прогнозных методов.

5. Существует идеальный набор векторов слов, который можно использовать в каждом проекте НЛП.

Вы добрались до последней части этого поста, поэтому я предполагаю, что вы уже это знаете: векторы слов зависят от контекста, они создаются на основе текста.

Итак, если вы тренировали свои векторы с английскими новостями, вектор футбол будет похож, скажем, на гол , нападающий, полузащитник, вратарь и Месси .С другой стороны, если вы тренировали свои векторы на американских новостях, вектор футбол будет аналогичен тачдауну, квотербеку, защитнику и Брэди .

Это характеристика, которую необходимо учитывать, особенно при работе с проблемами конкретной предметной области.

Сказав это, одно из самых больших воздействий векторов слов состоит в том, что они действительно действительно хороши при использовании в трансферном обучении: области использования полученных знаний для решения одной проблемы для решения другой.Более того, очень необычно обучать свои векторы с нуля при запуске проекта, в большинстве случаев вы начинаете с набора уже созданных векторов и тренируете их с вашими конкретными текстами.

Заключение

Вложения слов не новость, но прогресс, достигнутый в этой области за последние годы, подтолкнул их к современному уровню НЛП. Не только вычислительная мощность позволила обучать их намного быстрее и обрабатывать огромные объемы текста, но также было создано множество новых алгоритмов и оптимизаций.

В этом посте мы представили основы работы большинства этих алгоритмов, но есть много других хитростей и хитростей, которые необходимо обнаружить. Кроме того, есть новые тенденции, такие как встраивание уровней подслов, реализованное в библиотеке FastText (я говорю вам, мы любим FastText здесь, в MonkeyLearn, это , так что быстро!), Другие библиотеки, такие как StarSpace, и многие другие интересные вещи.

Вложения слов забавны, их не так сложно понять и они очень полезны в большинстве задач НЛП, поэтому я надеюсь, что вам понравилось узнавать о них!

Базовый 26 шифр (число ⬌ слов)

Поиск инструмента

Базовый 26 шифр

Инструмент для расшифровки / шифрования в Base 26.База 26 использует 26 символов, используя букву алфавита, шифр Base 26 может зашифровать слова цифрами и наоборот.

Результаты

Базовый 26 шифр — dCode

Тэги: Криптография, Арифметика

Поделиться

dCode и другие

dCode является бесплатным, а его инструменты являются ценным подспорьем в играх, математике, геокэшинге, головоломках и задачах, которые нужно решать каждый день!
Предложение? обратная связь? Жук ? идея ? Запись в dCode !

Base 26 Декодер / преобразователь

Base 26 Энкодер

Ответы на вопросы (FAQ)

Как зашифровать с помощью шифра Base 26

Кодирование с шестнадцатеричным числом (имя с основанием 26, ) использует арифметическое изменение основания с по основанию 26, , по основанию 10.0 = 1415626 $

Этот метод является наиболее строгим с математической точки зрения, но может вызвать проблемы при шифровании слов, начинающихся с A (что соответствует символу 0 в базе 10), и поэтому обычно игнорируется в начале числа (001 = 1). Иногда считается, что для некоторых приложений в криптографии используется «A = 1».

Как расшифровать шифр Base 26

Расшифровка

в шестнадцатеричной системе счисления ( base26 ) состоит из преобразования из базы 10 в базу 26 (с использованием слов как шестнадцатеричных чисел с 26 буквами алфавита в качестве базовых символов).0 $, поэтому [3,2,14,3,4] в base 26 и 3 = D, 2 = C, 14 = O, 3 = D, 4 = E. Простое сообщение — DCODE.

Как распознать шифротекст Base 26?

Зашифрованное сообщение состоит из чисел, относительно больших (для длинных слов)

Обычные слова могут появляться несколько раз с одним и тем же значением в длинном тексте.

Расчет значений по модулю 26 каждого слова позволяет найти значение последней буквы, которая должна быть E или S (наиболее распространенные конечные буквы)

Что такое вариант букв в обратном порядке?

Вместо обычного преобразования можно рассмотреть обратный порядок букв (или слово в обратном порядке):

Пример: DCODE = $ 3 \ times 26 ^ 0 + 2 \ times 26 ^ 1 + 14 \ times 26 ^ 2 + 3 \ times 26 ^ 3 + 4 \ times 26 ^ 4 = 18 $ (это эквивалентно к кодированию EDOCD).0 = 1 и 1 = B

Добавьте ноль в начало числа, чтобы указать букву A в начале слова.

Задайте новый вопрос

Исходный код

dCode сохраняет за собой право собственности на исходный код онлайн-инструмента Base 26 Cipher. За исключением явной лицензии с открытым исходным кодом (обозначенной CC / Creative Commons / free), любой алгоритм, апплет или фрагмент кода Base 26 Cipher (преобразователь, решатель, шифрование / дешифрование, кодирование / декодирование, шифрование / дешифрование, переводчик) или любой другой алгоритм Base 26 Cipher. 26 Cipher ‘(вычислить, преобразовать, решить, расшифровать / зашифровать, расшифровать / зашифровать, декодировать / закодировать, перевести), написанную на любом информационном языке (Python, Java, PHP, C #, Javascript, Matlab и т. Д.)), и никакая загрузка данных, скрипт, копирование и доступ к API для Base 26 Cipher не будут бесплатными, то же самое для автономного использования на ПК, планшете, iPhone или Android! dCode распространяется бесплатно и онлайн.

Нужна помощь?

Пожалуйста, посетите наше сообщество dCode Discord для получения помощи!
NB: для зашифрованных сообщений проверьте наш автоматический идентификатор шифра!

Вопросы / комментарии

Сводка

Похожие страницы

Поддержка

Форум / Справка

Ключевые слова

основание, основание26,26, шестнадцатеричное, алфавит, число, слово

Ссылки

Источник: https: // www.dcode.fr/base-26-cipher

© 2021 dCode — Идеальный «инструментарий» для решения любых игр / загадок / геокэшинга / CTF.

Базовый 26 шифр (число ⬌ слов)

Поиск инструмента

Базовый 26 шифр

Инструмент для дешифрования / шифрования в Base 26. Base 26 использует 26 символов, используя букву алфавита, шифр Base 26 может шифровать слова с числами и наоборот.

Результаты

Базовый 26 шифр — dCode

Тэги: Криптография, Арифметика

Поделиться

dCode и другие

dCode является бесплатным, а его инструменты являются ценным подспорьем в играх, математике, геокэшинге, головоломках и задачах, которые нужно решать каждый день!
Предложение? обратная связь? Жук ? идея ? Запись в dCode !

Base 26 Декодер / преобразователь

Base 26 Энкодер

Ответы на вопросы (FAQ)

Как зашифровать с помощью шифра Base 26

Кодирование с шестнадцатеричным числом (имя с основанием 26, ) использует арифметическое изменение основания с по основанию 26, , по основанию 10.0 = 1415626 $

Этот метод является наиболее строгим с математической точки зрения, но может вызвать проблемы при шифровании слов, начинающихся с A (что соответствует символу 0 в базе 10), и поэтому обычно игнорируется в начале числа (001 = 1). Иногда считается, что для некоторых приложений в криптографии используется «A = 1».

Как расшифровать шифр Base 26

Расшифровка

в шестнадцатеричной системе счисления ( base26 ) состоит из преобразования из базы 10 в базу 26 (с использованием слов как шестнадцатеричных чисел с 26 буквами алфавита в качестве базовых символов).0 $, поэтому [3,2,14,3,4] в base 26 и 3 = D, 2 = C, 14 = O, 3 = D, 4 = E. Простое сообщение — DCODE.

Как распознать шифротекст Base 26?

Зашифрованное сообщение состоит из чисел, относительно больших (для длинных слов)

Обычные слова могут появляться несколько раз с одним и тем же значением в длинном тексте. 4 = 18 $ (это эквивалентно к кодированию EDOCD).0 = 1 и 1 = B

Добавьте ноль в начало числа, чтобы указать букву A в начале слова.

Задайте новый вопрос

Исходный код

dCode сохраняет за собой право собственности на исходный код онлайн-инструмента Base 26 Cipher. За исключением явной лицензии с открытым исходным кодом (обозначенной CC / Creative Commons / free), любой алгоритм, апплет или фрагмент кода Base 26 Cipher (преобразователь, решатель, шифрование / дешифрование, кодирование / декодирование, шифрование / дешифрование, переводчик) или любой другой алгоритм Base 26 Cipher. 26 Cipher ‘(вычислить, преобразовать, решить, расшифровать / зашифровать, расшифровать / зашифровать, декодировать / закодировать, перевести), написанную на любом информационном языке (Python, Java, PHP, C #, Javascript, Matlab и т. Д.)), и никакая загрузка данных, скрипт, копирование и доступ к API для Base 26 Cipher не будут бесплатными, то же самое для автономного использования на ПК, планшете, iPhone или Android! dCode распространяется бесплатно и онлайн.

Нужна помощь?

Пожалуйста, посетите наше сообщество dCode Discord для получения помощи!
NB: для зашифрованных сообщений проверьте наш автоматический идентификатор шифра!

Вопросы / комментарии

Сводка

Похожие страницы

Поддержка

Форум / Справка

Ключевые слова

основание, основание26,26, шестнадцатеричное, алфавит, число, слово

Ссылки

Источник: https: // www.dcode.fr/base-26-cipher

© 2021 dCode — Идеальный «инструментарий» для решения любых игр / загадок / геокэшинга / CTF.

Базовый 26 шифр (число ⬌ слов)

Поиск инструмента

Базовый 26 шифр

Инструмент для дешифрования / шифрования в Base 26. Base 26 использует 26 символов, используя букву алфавита, шифр Base 26 может шифровать слова с числами и наоборот.

Результаты

Базовый 26 шифр — dCode

Тэги: Криптография, Арифметика

Поделиться

dCode и другие

dCode является бесплатным, а его инструменты являются ценным подспорьем в играх, математике, геокэшинге, головоломках и задачах, которые нужно решать каждый день!
Предложение? обратная связь? Жук ? идея ? Запись в dCode !

Base 26 Декодер / преобразователь

Base 26 Энкодер

Ответы на вопросы (FAQ)

Как зашифровать с помощью шифра Base 26

Кодирование с шестнадцатеричным числом (имя с основанием 26, ) использует арифметическое изменение основания с по основанию 26, , по основанию 10.0 = 1415626 $

Этот метод является наиболее строгим с математической точки зрения, но может вызвать проблемы при шифровании слов, начинающихся с A (что соответствует символу 0 в базе 10), и поэтому обычно игнорируется в начале числа (001 = 1). Иногда считается, что для некоторых приложений в криптографии используется «A = 1».

Как расшифровать шифр Base 26

Расшифровка

в шестнадцатеричной системе счисления ( base26 ) состоит из преобразования из базы 10 в базу 26 (с использованием слов как шестнадцатеричных чисел с 26 буквами алфавита в качестве базовых символов).0 $, поэтому [3,2,14,3,4] в base 26 и 3 = D, 2 = C, 14 = O, 3 = D, 4 = E. Простое сообщение — DCODE.

Как распознать шифротекст Base 26?

Зашифрованное сообщение состоит из чисел, относительно больших (для длинных слов)

Обычные слова могут появляться несколько раз с одним и тем же значением в длинном тексте. 4 = 18 $ (это эквивалентно к кодированию EDOCD).0 = 1 и 1 = B

Добавьте ноль в начало числа, чтобы указать букву A в начале слова.

Задайте новый вопрос

Исходный код

dCode сохраняет за собой право собственности на исходный код онлайн-инструмента Base 26 Cipher. За исключением явной лицензии с открытым исходным кодом (обозначенной CC / Creative Commons / free), любой алгоритм, апплет или фрагмент кода Base 26 Cipher (преобразователь, решатель, шифрование / дешифрование, кодирование / декодирование, шифрование / дешифрование, переводчик) или любой другой алгоритм Base 26 Cipher. 26 Cipher ‘(вычислить, преобразовать, решить, расшифровать / зашифровать, расшифровать / зашифровать, декодировать / закодировать, перевести), написанную на любом информационном языке (Python, Java, PHP, C #, Javascript, Matlab и т. Д.)), и никакая загрузка данных, скрипт, копирование и доступ к API для Base 26 Cipher не будут бесплатными, то же самое для автономного использования на ПК, планшете, iPhone или Android! dCode распространяется бесплатно и онлайн.

Нужна помощь?

Пожалуйста, посетите наше сообщество dCode Discord для получения помощи!
NB: для зашифрованных сообщений проверьте наш автоматический идентификатор шифра!

Вопросы / комментарии

Сводка

Похожие страницы

Поддержка

Форум / Справка

Ключевые слова

основание, основание26,26, шестнадцатеричное, алфавит, число, слово

Ссылки

Источник: https: // www.dcode.fr/base-26-cipher

© 2021 dCode — Идеальный «инструментарий» для решения любых игр / загадок / геокэшинга / CTF.

Базовый 26 шифр (число ⬌ слов)

Поиск инструмента

Базовый 26 шифр

Инструмент для дешифрования / шифрования в Base 26. Base 26 использует 26 символов, используя букву алфавита, шифр Base 26 может шифровать слова с числами и наоборот.

Результаты

Базовый 26 шифр — dCode

Тэги: Криптография, Арифметика

Поделиться

dCode и другие

dCode является бесплатным, а его инструменты являются ценным подспорьем в играх, математике, геокэшинге, головоломках и задачах, которые нужно решать каждый день!
Предложение? обратная связь? Жук ? идея ? Запись в dCode !

Base 26 Декодер / преобразователь

Base 26 Энкодер

Ответы на вопросы (FAQ)

Как зашифровать с помощью шифра Base 26

Кодирование с шестнадцатеричным числом (имя с основанием 26, ) использует арифметическое изменение основания с по основанию 26, , по основанию 10.0 = 1415626 $

Этот метод является наиболее строгим с математической точки зрения, но может вызвать проблемы при шифровании слов, начинающихся с A (что соответствует символу 0 в базе 10), и поэтому обычно игнорируется в начале числа (001 = 1). Иногда считается, что для некоторых приложений в криптографии используется «A = 1».

Как расшифровать шифр Base 26

Расшифровка

в шестнадцатеричной системе счисления ( base26 ) состоит из преобразования из базы 10 в базу 26 (с использованием слов как шестнадцатеричных чисел с 26 буквами алфавита в качестве базовых символов).0 $, поэтому [3,2,14,3,4] в base 26 и 3 = D, 2 = C, 14 = O, 3 = D, 4 = E. Простое сообщение — DCODE.

Как распознать шифротекст Base 26?

Зашифрованное сообщение состоит из чисел, относительно больших (для длинных слов)

Обычные слова могут появляться несколько раз с одним и тем же значением в длинном тексте. 4 = 18 $ (это эквивалентно к кодированию EDOCD).0 = 1 и 1 = B

Добавьте ноль в начало числа, чтобы указать букву A в начале слова.

Задайте новый вопрос

Исходный код

dCode сохраняет за собой право собственности на исходный код онлайн-инструмента Base 26 Cipher. За исключением явной лицензии с открытым исходным кодом (обозначенной CC / Creative Commons / free), любой алгоритм, апплет или фрагмент кода Base 26 Cipher (преобразователь, решатель, шифрование / дешифрование, кодирование / декодирование, шифрование / дешифрование, переводчик) или любой другой алгоритм Base 26 Cipher. 26 Cipher ‘(вычислить, преобразовать, решить, расшифровать / зашифровать, расшифровать / зашифровать, декодировать / закодировать, перевести), написанную на любом информационном языке (Python, Java, PHP, C #, Javascript, Matlab и т. Д.)), и никакая загрузка данных, скрипт, копирование и доступ к API для Base 26 Cipher не будут бесплатными, то же самое для автономного использования на ПК, планшете, iPhone или Android! dCode распространяется бесплатно и онлайн.

Нужна помощь?

Пожалуйста, посетите наше сообщество dCode Discord для получения помощи!
NB: для зашифрованных сообщений проверьте наш автоматический идентификатор шифра!

Вопросы / комментарии

Сводка

Похожие страницы

Поддержка

Форум / Справка

Ключевые слова

основание, основание26,26, шестнадцатеричное, алфавит, число, слово

Ссылки

Источник: https: // www.dcode.fr/base-26-cipher

© 2021 dCode — Идеальный «инструментарий» для решения любых игр / загадок / геокэшинга / CTF.

CS101 — Кодировка текста

Мы рассмотрели, как представлять числа в двоичном формате; в этом разделе мы исследуем представление текста в виде битов. Под «текстом» мы подразумеваем алфавиты и другие системы письма, которые используются везде, от обновлений статуса и текстовых сообщений до электронной почты и электронных книг.

Для начала мы можем предложить способ сопоставления букв и других символов (знаков препинания, пробела и т. Д.).) к числам. Например, пусть A будет представлен как число 1, B как 2, C как 3 и так далее. В английском алфавите 26 букв, поэтому нам понадобится всего 5 бит. (2⁵ равно 32, так что у нас даже осталось несколько цифр для знаков препинания.)

Упражнение: , используя схему, описанную выше, декодировать слово, представленное битами 00011 00001 10100

Если в наших текстовых сообщениях нужно различать прописные и строчные буквы, нам понадобится более 5 бит.Верхний регистр A – Z составляет 26 символов, нижний регистр a – z — это еще 26, так что всего 52. 2⁶ равно 64, так что 6 бит охватывают его, и, опять же, некоторые из них доступны для пунктуации.

А как насчет включения чисел в наш текст? Если мы хотим отправить текстовое сообщение «Amazon имеет 20% скидку на учебники», мы не сможем представить это «20» как 10100 в двоичном формате, потому что это будет противоречить представлению буквы «T».

Вместо этого нам нужно добавить пространство для стандартных десяти цифр в виде символов.Включение символов с прописными и строчными буквами означает, что нам нужно как минимум 62 символа. Технически это умещается в 6 битах, но у нас будет очень мало места для знаков препинания и символа, представляющего пробел. Так что для практических целей мы используем до 7 бит на символ. 2⁷ равно 128, так что теперь есть много места для других символов.

Кстати, может быть способ «повторно использовать» буквенные представления в качестве цифр. Нам просто нужно поставить перед ними маркер, означающий «это число», или потребовать, чтобы получатель угадал из контекста.Так обстоит дело с шрифтом Брайля, системой письма для слабовидящих, основанной на 6-битных символах. (Каждое из шести мест может быть поднято или нет.) Символ Брайля для «A» совпадает с числом «1».

Простые кодировки, которые я предложил в предыдущем разделе, основаны на фиксированном числе бит на символ — будь то 5, 6 или 7. Один из способов проиллюстрировать это как дерево — см. Этот файл:

Деревья — это часто используемая структура данных в информатике, но они немного отличаются от органических деревьев, к которым они относятся.Прежде всего, мы обычно рисуем деревья с корнем вверху, а они растут вниз по странице. Каждый раз, когда круг разделяется на два пути, мы называем это ветвью . Дерево заканчивается в нижней части ряда из листьев.

Это конкретное дерево является двоичным деревом , значение означает, что каждый узел является либо листом, либо ветвью с ровно двумя дочерними элементами. Самое приятное в двоичном дереве состоит в том, что пути от корня к листу точно соответствуют двоичным числам.Просто представьте, что ноль идет слева в дереве, а единица — направо. Тогда номер 01101 (например) соответствует левому-правому-правому-левому-правому, который попадает на лист с отметкой N . Расшифруйте сообщение в двоичном формате, написанном под деревом.

Вы можете сказать, что предыдущее дерево имеет фиксированную ширину, потому что каждый путь от корня к листу представляет собой ровно 5 переходов. Теперь сравните это с переменным битовым деревом в этом файле:

В этом случае разные буквы могут иметь очень разное количество представляющих их битов.Например, E — кратчайший путь, представляющий всего 3 бита. X — очень длинный путь, представляющий 10 бит. Расшифруйте слово, данное в двоичном формате в правом верхнем углу страницы.

На раздаточном материале слово напечатано с пробелами между буквами, но на самом деле в них нет необходимости. Биты 11100001001 могут быть декодированы, хотя я не подчеркивал, где заканчивается один символ и начинается следующий. Вы просто идете по тропинке на дереве, пока не приземлитесь на лист.Затем начните снова сверху для следующего бита.

Это конкретное дерево переменной ширины создано таким образом, что в целом оно сжимает английского текста. Это работает, потому что наиболее часто используемые буквы представлены пропорционально укороченными битовыми строками. Например, давайте сравним кодировки с использованием обоих деревьев последовательности слов:

  слово: фиксированная кодировка: переменная кодировка:
   THE 100110011100100 15 бит 11100001001 11 бит
   ТРАВА 001101000100000 11010000001100
             1001010010 25 бит 01000100 22 бит
   IS 0100010010 10 бит 01110100 8 бит
   ЗЕЛЕНЫЙ 001101000100100 1101000000001
             0010001101 25 бит 0010110 20 бит
   САИД 100100000001000 010011000111
             00011 20 бит 11011 17 бит
   QUUX 100001010010100 1111100001
             10111 20 бит 111111111111
                                         1111100010 32 бита

   всего: 115 бит 110 бит  

При фиксированной кодировке каждый символ составляет ровно 5 бит, поэтому вся последовательность слов составляет 115 бит.(В этом упражнении мы не учитываем кодирование пробелов между словами.)

Сравните это с кодировкой переменных. Почти каждое слово имеет более короткое представление. Единственное исключение — «QUUX», что, конечно, не совсем английское слово. Но он представляет собой случай слова с редко используемыми буквами, и кодирование этого слова существенно увеличилось в размере с 20 до 32 бит. В целом, второе дерево по-прежнему сжимается, если вы в основном используете английские слова с часто встречающимися буквами.

Это подводит нас к наиболее популярным и влиятельным кодам с фиксированным битом. Он называется ASCII (произносится как , «ключ-задница», ), что означает Американский стандартный код для обмена информацией. Он был разработан в начале 1960-х годов и включает 7-битное отображение букв верхнего и нижнего регистра, цифр, различных символов и «управляющих символов». Вы можете увидеть их все в таблице на http://www.asciitable.com/

.

Управляющие символы находятся в диапазоне 0–31 (основание десять).У них нет визуального представления, но вместо этого они направляют устройство отображения определенным образом. Многие из них уже устарели, но, пожалуй, наиболее важным является 10₁₀ = A₁₆ = 0001010₂, символ «новой строки». Каждый раз, когда вы нажимаете клавишу ВВОД, чтобы перейти к следующей строке, этот символ вставляется в ваш документ.

Символ 32 — это пробел, а символы 33-63 содержат в основном знаки препинания. Цифры находятся в позициях с 48 по 57. Их легко распознать в двоичном формате: все они начинаются с 011, а затем младшие четыре бита соответствуют цифре.Таким образом, вы можете сразу сказать, что 0110101₂ = 35₁₆ — это цифра «5».

Диапазон 64–95 состоит в основном из прописных букв, а 96–127 — в основном из нижнего регистра. (Оба диапазона включают еще несколько знаков пунктуации и скобок.) Эти числа соответствуют битовым строкам, начинающимся с 10 для прописных букв и 11 для строчных. Остальные 5 бит определяют позицию буквы в алфавите. Итак, 10 01011₂ = 4B₁₆ — это одиннадцатая буква (заглавная «K»), а 11 01011₂ = 6B₁₆ — соответствующая строчная буква «k».

ASCII относительно хорошо работал в англоязычном мире, но у других народов и культур есть потребности в других символах, акцентах, алфавитах и ​​других символах. Невозможно написать niño или cafe в кодировке ASCII, или польское имя Michał, , и это безнадежно для греческого слова ἀλήθεια, или китайского 福.

Компьютерные архитектуры в конечном итоге остановились на восьми битах в качестве наименьшего адресуемого блока памяти, известного как байт . Поскольку ASCII был 7-битным, стало возможным использовать этот восьмой бит для указания дополнительных 128 символов.

Это привело к появлению большого количества несовместимых 8-битных кодировок для разных языков. Они в основном согласились с тем, что первые 128 символов совместимы с ASCII, но в остальном это был хаос. Все это описано в разных частях данной спецификации:

То есть ISO 8859-1 был для западноевропейских языков, 8859-2 для центральноевропейских, 8859-4 для североевропейских, 8859-5 для кириллицы, 8859-7 для греческого и т. Д.Отправка документов между этими языковыми группами была сложной, и было невозможно создать единый документ, содержащий несколько языков, из несовместимых кодировок.

В качестве небольшого примера возьмем символ в позиции EC₁₆ = 236₁₀. Все эти кодировки расходятся во мнениях относительно того, каким оно должно быть:

  • ISO 8859-1: ì — СТРОЧНАЯ ЛАТИНСКАЯ БУКВА I С ТЯЖЕЛЫМ
  • ISO 8859-2: ě — СТРОЧНАЯ ЛАТИНСКАЯ БУКВА E с КАРОН
  • ISO 8859-4: ė — СТРОЧНАЯ ЛАТИНСКАЯ БУКВА E С ТОЧКОЙ ВЫШЕ
  • ISO 8859-5: ü — КИРИЛИЧЕСКАЯ СТРОЧНАЯ БУКВА МЯГКИЙ ЗНАК
  • ISO 8859-7: μ — ГРЕЧЕСКАЯ СТРОЧНАЯ БУКВА MU
  • Mac OS Роман: Ï — ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА I С ДИАРЕЗОМ
  • IBM PC: — БЕСКОНЕЧНОСТЬ

Вы все еще можете увидеть остатки этой старой несовместимой системы кодирования в меню вашего браузера.Большинство веб-страниц сегодня будут в Юникоде — мы скоро вернемся к этому, — но браузер по-прежнему поддерживает эти в основном устаревшие кодировки, поэтому он может показывать вам веб-страницы, написанные с их помощью. Обратите внимание, что даже для одного и того же языка часто доступно несколько вариантов кодировки.

Чтобы справиться с этой проблемой несовместимых кодировок в разных языковых группах, Консорциум Unicode был основан с удивительной и благородной целью разработки одной кодировки , которая будет содержать каждые символа и символа, используемые в на каждом языке на планете.

Вы можете получить представление о разнообразии и масштабах этой цели, просмотрев таблицы кодов на веб-сайте Unicode:

Каждый из них представляет собой файл PDF, относящийся к определенному региону, языку или системе символов. В общей сложности это около ста тысяч символов.

В кодовых таблицах каждому возможному символу присваивается отдельный номер, но все еще остается вопрос, как кодировать эти числа как биты. Большинство чисел умещается в 16-битном формате, поэтому в кодовых таблицах они выражены четырьмя шестнадцатеричными цифрами (например, 1F30 для греческой йоты с акцентом: ).Но 2¹⁶ — это 65 536, и мы сказали, что было около 100 000 символов, поэтому, очевидно, 16 бит недостаточно. Большую часть времени Unicode представлен в виде многобайтовой (переменной) кодировки под названием UTF-8. Исходные символы ASCII по-прежнему представлены в виде одного байта, но установка восьмого бита позволяет использовать умный механизм, который указывает, сколько байтов следует за ними. Вот хорошее объяснение Unicode и UTF-8 от Тома Скотта на Computerphile:

В настоящее время Unicode работает практически везде, и почти весь новый контент использует его.По-прежнему возникает случайная проблема с тем, установлены ли на вашем компьютере правильные шрифты, содержащие все необходимые символы. Иногда вместо неподдерживаемого символа появляется поле. Вот один и тот же текст, отображаемый в трех разных системах:

На приведенном выше изображении отлично видны все персонажи. В приведенном ниже не хватает нескольких символов.

Наконец, приведенная ниже система не может отображать какие-либо символы, кроме символов ASCII.

Text Encoding: Обзор.Авторы: Розария Силипо и Катрин… | Автор: Розария Силипо

Авторы: Розария Силипо и Катрин Мельчер

Ключом к выполнению любой операции интеллектуального анализа текста, такой как определение темы или анализ тональности, является преобразование слов в числа, последовательности слов в последовательности чисел. Когда у нас есть числа, мы снова возвращаемся в хорошо известную игру анализа данных, где алгоритмы машинного обучения могут помочь нам с классификацией и кластеризацией.

Здесь мы сосредоточимся именно на той части анализа, которая преобразует слова в числа и тексты в числовые векторы: кодирование текста.

Для кодирования текста доступно несколько методов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы, и каждый из них лучше всего подходит для конкретной задачи. В простейших методах кодирования не сохраняется порядок слов, в то время как в других сохраняется. Некоторые методы кодирования бывают быстрыми и интуитивно понятными, но размер результирующих векторов документа быстро растет вместе с размером словаря.Другие методы кодирования оптимизируют размерность вектора, но теряют интерпретируемость. Давайте проверим наиболее часто используемые методы кодирования.

1. Быстрая или частотная векторизация документа (не заказывается)

Одним из наиболее часто используемых методов кодирования текста является векторизация документа. Здесь словарь строится из всех слов, доступных в коллекции документов, и каждое слово становится столбцом в векторном пространстве. Затем каждый текст становится вектором из нулей и единиц. 1 кодирует наличие слова, а 0 — его отсутствие.Такое числовое представление документа называется быстрой векторизацией документа.

Вариант этой быстрой векторизации использует частоту каждого слова в документе, а не только его наличие / отсутствие. Этот вариант называется векторизацией на основе частоты.

Хотя эту кодировку легко интерпретировать и создавать, она имеет два основных недостатка. Он не сохраняет порядок слов в тексте, и размерность конечного векторного пространства быстро растет вместе со словарем словаря.

Порядок слов в тексте важен, например, для учета отрицаний или грамматических структур. С другой стороны, некоторые более примитивные техники НЛП и алгоритмы машинного обучения могут в любом случае не использовать порядок слов.

Кроме того, быстро растущий размер векторного пространства может стать проблемой только для больших словарей. И даже в этом случае количество слов можно ограничить до максимума, например, путем очистки и / или извлечения ключевых слов из текстов документов.

2. Быстрое кодирование (заказанное)

Некоторые алгоритмы машинного обучения могут создавать внутреннее представление элементов в последовательности, например упорядоченных слов в предложении. Например, рекуррентные нейронные сети (RNN) и уровни LSTM могут использовать порядок последовательностей для улучшения результатов классификации.

В этом случае нам нужно перейти от быстрой векторизации документа к горячей кодировке, где порядок слов сохраняется. Здесь текст документа снова представлен вектором наличия / отсутствия слов, но слова вводятся в модель последовательно.

При использовании метода горячего кодирования каждый документ представляется тензором. Каждый тензор документа состоит из, возможно, очень длинной последовательности векторов 0/1, что приводит к очень большому и очень разреженному представлению корпуса документа.

3. Кодирование на основе индексов

Другой кодировкой, сохраняющей порядок слов в предложениях, является кодирование на основе индексов. Идея кодирования на основе индекса состоит в том, чтобы сопоставить каждое слово с одним индексом, т.е.е., ряд.

Первым шагом является создание словаря, который отображает слова в индексы. На основе этого словаря каждый документ представлен последовательностью индексов (чисел), каждый номер кодирует одно слово. Основным недостатком кодирования на основе индекса является то, что оно вводит числовое расстояние между текстами, которого на самом деле не существует.

Обратите внимание, что кодирование на основе индекса позволяет документировать векторы разной длины. Фактически, последовательности индексов имеют переменную длину, в то время как векторы документов имеют фиксированную длину.

4. Встраивание слов

Последний метод кодирования, который мы хотим изучить, — это встраивание слов. Вложения слов — это семейство методов обработки естественного языка, направленных на отображение семантического значения в геометрическое пространство.1 Это достигается путем связывания числового вектора с каждым словом в словаре, так что расстояние между любыми двумя векторами захватывает часть семантики. отношения между двумя связанными словами. Геометрическое пространство, образованное этими векторами, называется пространством вложения.Самыми известными методами встраивания слов являются Word2Vec и GloVe.

На практике мы проецируем каждое слово в непрерывное векторное пространство, создаваемое выделенным слоем нейронной сети. Уровень нейронной сети учится связывать векторное представление каждого слова, которое полезно для его общей задачи, например, для предсказания окружающих слов.2

Вспомогательные методы предварительной обработки

Многие алгоритмы машинного обучения требуют фиксированной длины входные векторы.Обычно максимальная длина последовательности определяется как максимальное количество слов, разрешенное в документе. Более короткие документы дополняются нулями. Более длинные документы усекаются. Таким образом, заполнение нулями и усечение являются двумя полезными вспомогательными этапами подготовки к анализу текста.

Заполнение нулями означает добавление столько нулей, сколько необходимо для достижения максимально допустимого количества слов.

Усечение означает отсечение всех слов после того, как будет достигнуто максимальное количество слов.

Резюме

Мы исследовали четыре наиболее часто используемых метода кодирования текста:

  • Векторизация документа
  • Одноразовое кодирование
  • Индексное кодирование
  • Встраивание слов

Векторизация документа — единственный метод, не сохраняющий порядок слов во входном тексте.Однако его легко интерпретировать и легко генерировать.

One-Hot кодирование — это компромисс между сохранением порядка слов в последовательности и поддержанием легкой интерпретируемости результата. Цена, которую нужно заплатить, — это очень редкий и очень большой входной тензор.

Кодирование на основе индексов пытается решить проблему как уменьшения размера входных данных, так и сохранения порядка последовательности, отображая каждое слово в целочисленный индекс и группируя последовательность индекса в столбец типа коллекции.

Наконец, встраивание слов проецирует кодирование на основе индекса или горячее кодирование в числовой вектор в новом пространстве с меньшей размерностью.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *