Информатика 9 класс. Босова

Учебник предназначен для изучения курса «Информатика» в 9 классе общеобразовательной школы. Он входит в состав учебно-методического комплекта по информатике для 5-9 классов, включающего авторскую программу, учебники, рабочие тетради, электронные приложения и методические пособия для учителя.

Оглавление

• Введение



Введение

Уважаемые девятиклассники!

Впереди у вас целый учебный год работы, после чего вы станете выпускниками основной школы.

Вам предстоит:

• систематизировать свои представления об информационном моделировании как основном методе приобретения знаний;
• расширить знания и укрепить навыки использования средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) для сбора, хранения, преобразования и передачи различных видов информации;
• овладеть такими универсальными умениями информационного характера, как постановка и формулирование проблемы; поиск и выделение необходимой информации, структурирование и визуализация информации; выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий; самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении проблем творческого и поискового характера.

Очень важно, чтобы вы смогли увязать учебное содержание с собственным жизненным опытом, понять роль подготовки в области информатики в современном мире, испытывали чувство личной ответственности за качество окружающей информационной среды, были готовы к повышению своего образовательного уровня и продолжению обучения с использованием средств и методов информатики и ИКТ.

Как и в предыдущих учебниках, в учебнике для 9 класса кроме основной информации содержатся многочисленные ссылки на образовательные ресурсы сети Интернет, в том числе на такие порталы, как:

1) Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (http://sc.edu.ru/);
2) Федеральный центр информационных образовательных ресурсов (http://fcior.edu.ru/);
3) сайт методической службы издательства (http://metodist.Lbz.ru).

На страницах учебника подробно рассмотрены решения типовых задач по каждой изучаемой теме. В конце каждой главы учебника приведены тестовые задания, которые помогут вам оценить, хорошо ли вы освоили теоретический материал и можете ли применять свои знания для решения возникающих проблем.

Изучая теоретический материал, работая с дополнительными материалами, отвечая на вопросы, решая задачи и выполняя практические задания на компьютере, вы сможете полностью подготовиться к сдаче выпускного экзамена по курсу информатики в форме государственной итоговой аттестации (ГИА), требования к которому размещены на сайте http://fipi.ru/. В работе с учебником вам помогут навигационные значки:

— важное утверждение или определение;

— интересная информация;

— пример решения задачи;

— информация, полезная для решения практических задач;

— ссылка на ресурс в Интернете;

— дополнительный материал к параграфу, содержащийся в электронном приложении к учебнику (http://metodist.Lbz.ru/);

— вопросы в тексте параграфа, вопросы и задания для самоконтроля;

— задания для подготовки к итоговой аттестации;

— домашний проект или исследование;

— задания для практических работ на компьютере.

Желаем успехов в изучении информатики!

Глава 1. Моделирование и формализация

§ 1.1. Моделирование как метод познания

• 1.1.1. Модели и моделирование


Модели и моделирование
Ключевые слова:
• модель
• моделирование
• цель моделирования
• натурная (материальная) модель
• информационная модель
• формализация
• классификация информационных моделей
Модели и моделирование
Человек стремится познать объекты (предметы, процессы, явления) окружающего мира, т. е. понять, как устроен конкретный объект, каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с другими объектами. Для решения многих практических задач важно знать:
• как изменятся характеристики объекта при определённом воздействии на него со стороны других объектов («Что будет, если...?»);
• какое надо произвести воздействие на объект, чтобы изменить его свойства в соответствии с новыми требованиями («Как сделать, чтобы...?»);
• какое сочетание характеристик объекта является наилучшим в заданных условиях («Как сделать лучше?»).
Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании упрощённых заменителей реальных объектов. Объект-заменитель принято называть моделью, а исходный объект — прототипом или оригиналом. Примеры моделей приведены на рис. 1.1.
К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект слишком велик (Солнечная система) или слишком мал (атом), когда процесс протекает очень быстро (переработка топлива в двигателе внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические процессы), когда исследование объекта может оказаться опасным для окружающих (атомный взрыв), привести к разрушению его самого (проверка сейсмических свойств высотного здания) или когда создание реального объекта очень дорого (новое архитектурное решение) и т. д.
Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств, отношений и особенностей поведения. Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Однако отразить в модели все признаки объекта-оригинала невозможно, а чаще всего и не нужно. Признаки объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели, определяются целью моделирования — назначением будущей модели. Эти признаки называются существенными для данной модели с точки зрения цели моделирования.
Подумайте, какие признаки объекта «театр» будут существенными при создании его модели с точки зрения: 1) строительной компании, занимающейся возведением здания театра; 2) режиссёра, готовящего постановку нового спектакля; 3) кассира, продающего билеты; 4) зрителя, собирающегося посетить представление.
Модель — это новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели моделирования признаки изучаемого предмета, процесса или явления. Моделирование — метод познания, заключающийся в создании и исследовании моделей.
Поскольку любая модель всегда отражает только часть признаков оригинала, можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Например: мяч может воспроизвести только одно свойство Земли — её форму, обычный глобус отражает ещё расположение материков, а глобус, входящий в состав действующей модели Солнечной системы, — ещё и траекторию движения Земли вокруг Солнца.
Отразить в модели признаки оригинала можно разными способами.
Во-первых, признаки можно скопировать, воспроизвести. Такую модель называют натурной (материальной). Примерами натурных моделей являются муляжи и макеты — уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид моделируемого объекта (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (радиоуправляемая модель автомобиля).
Во-вторых, признаки оригинала можно описать на одном из языков представления (кодирования) информации — дать словесное описание, привести формулу, схему или чертёж и т. д. Такую модель называют информационной. В дальнейшем мы будем рассматривать именно информационные модели.
Информационная модель — описание объекта-оригинала на одном из языков представления (кодирования) информации.


• 1.1.2. Этапы построения информационной модели



Этапы построения информационной модели

Любая модель строится для решения некоторой задачи. Построение информационной модели начинается с анализа условия этой задачи, выраженного на естественном языке (рис. 1.2).

В результате анализа условия задачи определяется объект моделирования и цель моделирования.

После определения цели моделирования в объекте моделирования выделяются свойства, основные части и связи между ними, существенные с точки зрения именно этой цели. При этом должно быть чётко определено, что дано (какие исходные данные известны, какие данные допустимы) и что требуется найти в решаемой задаче. Также должны быть указаны связи между исходными данными и результатами.

Следующим этапом построения информационной модели является формализация — представление выявленных связей и выделенных существенных признаков объекта моделирования в некоторой форме (словесное описание, таблица, рисунок, схема, чертёж, формула, алгоритм, компьютерная программа и т. д.).

Формализация — это замена реального объекта его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Пример. Ученик 9 класса к уроку литературы должен выучить наизусть три первые строфы первой главы романа А. С. Пушкина «Евгений Онегин», содержащие 42 строки. Сколько ему потребуется времени на выполнение этого задания, если первую строку он может запомнить за 5 секунд, а на запоминание каждой следующей строки ему требуется времени на 2 секунды больше, чем на запоминание предыдущей строки?

В данном случае объектом моделирования является процесс запоминания стихотворения учеником; цель моделирования состоит в том, чтобы получить формулу для расчёта времени, необходимого ученику для заучивания стихотворения.

С точки зрения цели моделирования, существенной является следующая информация: время запоминания первой строки (5 секунд); разница во времени запоминания очередной и предыдущей строк (2 секунды); количество строк, подлежащих запоминанию (42 строки). Это исходные данные. Результатом должно стать время, необходимое для заучивания всех 42 строк фрагмента романа.

Так как время для заучивания каждой строки, начиная со второй, получается добавлением ко времени, требуемому для заучивания предыдущей строки, постоянного числа, то можно говорить об арифметической прогрессии:

5, 7, 9, 11, ...

Первым членом этой прогрессии является а₁ = 5, разность прогрессии d = 10, число членов прогрессии п = 42.

Из курса алгебры известна формула для вычисления суммы п первых членов арифметической прогрессии:

Эта формула и является искомой информационной моделью. С её помощью самостоятельно вычислите время, необходимое ученику для заучивания стихотворения.

Информационные модели существуют отдельно от объектов моделирования и могут подвергаться обработке независимо от них. Построив информационную модель, человек использует её вместо объекта-оригинала для исследования этого объекта, решения поставленной задачи.

По адресу http://earth.google.com/intl/ru/ размещено приложение «Google Планета Земля», предоставляющее возможность путешествовать по нашей планете, не вставая с кресла. Это трёхмерная модель планеты, перемещаясь по которой вы можете: просматривать спутниковые фотографии земной поверхности; осматривать города, отдельные здания и всемирно известные достопримечательности в трёхмерном изображении; исследовать отдалённые галактики, созвездия и планеты; совершать путешествия в прошлое и т. д.


• 1.1.3. Классификация информационных моделей


Классификация информационных моделей
Существует множество вариантов классификации информационных моделей. Рассмотрим некоторые из них.
Если взять за основу классификации предметную область, то можно выделить физические, экологические, экономические, социологические и другие модели.
В зависимости от учёта фактора времени выделяют динамические (изменяющиеся с течением времени) и статические (не изменяющиеся с течением времени) модели.
В зависимости от формы представления информации об объекте моделирования различают знаковые, образные и смешанные (образно-знаковые) виды информационных моделей.
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных естественных и формальных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста на естественном языке или программы на языке программирования, в виде формулы и т. д.
Образные информационные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации.
В смешанных информационных моделях сочетаются образные и знаковые элементы. Примерами смешанных информационных моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно и графические элементы, и знаки.
САМОЕ ГЛАВНОЕ Модель — это новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели моделирования признаки изучаемого предмета, процесса или явления. Моделирование — метод познания, заключающийся в создании и исследовании моделей. Цель моделирования (назначение будущей модели) определяет признаки объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели. Различают натурные и информационные модели. Натурные модели — реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение моделируемого объекта. Информационные модели — описания объекта-оригинала на одном из языков кодирования информации. Формализация — процесс замены реального объекта его формальным описанием, т. е. его информационной моделью. По форме представления различают образные, знаковые и смешанные (образно-знаковые) информационные модели.


• Вопросы и задания



Вопросы и задания: Моделирование как метод познания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Что такое модель? В каких случаях используется моделирование?

3. Подтвердите на примерах справедливость следующих высказываний:

а) одному объекту может соответствовать несколько моделей;
б) одна модель может соответствовать нескольким объектам.

4. Приведите примеры натурных и информационных моделей.

5. В приведённом перечне моделей укажите те, которые могут использоваться для:

а) представления объектов окружающего мира;
б) объяснения известных фактов;
в) проверки гипотез и получения новых знаний об исследуемых объектах;
г) прогнозирования;
д) управления.

Модели: макет застройки жилого района; фотоснимки движения воздушных масс; расписание движения поездов; модель полёта самолёта новой конструкции в аэродинамической трубе; схема строения внутренних органов человека.

6. Приведите пример информационной модели:

а) ученика вашего класса;
б) игрока баскетбольной команды;
в) пациента ветеринарной лечебницы;
г) квартиры жилого дома;
д) книги в библиотеке;
е) диска с аудиозаписями музыкальных произведений;
ж) города.

7. Опишите этапы построения информационной модели. В чём суть этапа формализации?

8. Перечислите виды информационных моделей в зависимости от формы представления информации об объекте моделирования. Приведите примеры информационных моделей каждого вида.

9. Ознакомьтесь с ЗБ-моделями, размещёнными в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (www.sc.edu.ru/). К какому классу моделей их можно отнести?

§ 1.2. Знаковые модели

• 1.2.1. Словесные модели



Словесные модели

Ключевые слова:

• словесные модели
• математические модели
• компьютерные модели

Словесные модели — это описания предметов, явлений, событий, процессов на естественных языках.

Например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, словесно описывалась следующим образом:

• Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца;
• все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце.

Множество словесных моделей содержится в ваших школьных учебниках: в учебнике истории представлены модели исторических событий, в учебнике географии — модели географических объектов и природных процессов, в учебнике биологии — модели объектов животного и растительного мира.

Произведения художественной литературы — это тоже модели, так как они фиксируют внимание читателя на определённых сторонах человеческой жизни. Анализируя литературное произведение, вы выделяете в нём объекты и их свойства, отношения между героями, связи между событиями, проводите параллели с другими произведениями и т. п. Самое непосредственное отношение к понятию модели имеет такой литературный жанр, как басня. Смысл этого жанра состоит в переносе отношений между людьми на отношения между вымышленными персонажами, например животными.

Такие особенности естественного языка, как многозначность, использование слов в прямом и переносном значении, синонимия, омонимия и т. п., придают человеческому общению выразительность, эмоциональность, красочность. Вместе с тем наличие этих особенностей делает естественный язык непригодным для создания информационных моделей во многих сферах профессиональной деятельности (например, в системах «человек — компьютер»).


• 1.2.2. Математические модели


Математические модели
Основным языком информационного моделирования в науке является язык математики.
Информационные модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.
Язык математики представляет собой совокупность множества формальных языков; с некоторыми из них (алгебраическим, геометрическим) вы познакомились в школе, другие сможете узнать при дальнейшем обучении.
Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами, записав соотношения между количественными характеристиками объекта моделирования. В школьном курсе физики рассматривается много функциональных зависимостей, которые представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.
Пример 1. Зависимость координаты тела от времени при прямолинейном равномерном движении имеет вид:
х = х₀ + υ_xt.
Изменение координаты тела х при прямолинейном равноускоренном движении в любой момент времени t выражается формулой:
С помощью языка алгебры логики строятся логические модели — формализуются (записываются в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Путём построения логических моделей удаётся решать логические задачи, создавать логические модели устройств и т. д.
Пример 2. Рассмотрите электрические схемы (рис. 1.3).
На них изображены известные вам из курса физики последовательное и параллельное соединения переключателеЗ. В первом случае, чтобы лампочка загорелась, должны быть включены оба переключателя. Во втором случае достаточно, чтобы был включён один из переключателеЗ. Можно провести аналогию между элементами электрических схем и объектами и операциями алгебры логики:
Спроектируем электрическую цепь, показывающую итог таЗного голосования комиссии в составе председателя и двух рядовых членов. При голосовании «за» каждыЗ член комиссии нажимает кнопку. Предложение считается принятым, если члены комиссии проголосуют за него единогласно либо если свои голоса «за» отдадут председатель и один из рядовых членов комиссии. В этих случаях загорается лампочка.
Решение. Пусть голосу председателя соответствует переключатель А, голосам рядовых членов — переключатели В и С. Тогда F(A, B,C) = A & B & C ∨ A & B ∨ A & C.
Упростим полученное логическое выражение:
F(A, В, С) = А & В & (С ∨ 1) ∨ A & C = A & B & 1 ∨ A & C = A & B ∨ A & C = A & (B ∨ С).
Мы получили логическую модель, позволяющую построить схему проектируемой электрической цепи, изображённую на рис. 1.4.


• 1.2.3. Компьютерные математические модели


Компьютерные математические модели
Многие процессы, происходящие в окружающем нас мире, описываются очень сложными математическими соотношениями (уравнениями, неравенствами, системами уравнений и неравенств). До появления компьютеров, обладающих высокой скоростью вычислений, у человека не было возможности проводить соответствующие вычисления, на счёт «вручную» уходило очень много времени.
В настоящее время многие сложные математические модели могут быть реализованы на компьютере. При этом используются такие средства, как:
• системы программирования;
• электронные таблицы;
• специализированные математические пакеты- и программные средства для моделирования.
Математические модели, реализованные с помощью систем программирования, электронных таблиц, специализированных математических пакетов и программных средств для моделирования, называются компьютерными математическими моделями.
Средства компьютерной графики позволяют визуализировать результаты расчётов, получаемых в процессе работы с компьютерными моделями.
С помощью ресурса «Демонстрационная математическая модель» (119324) вы сможете смоделировать полёт снаряда, выпущенного из пушки при различных исходных данных (http://sc.edu.ru/).
Особый интерес для компьютерного математического моделирования представляют сложные системы, элементы которых могут вести себя случайным образом. Примерами таких систем являются многочисленные системы массового обслуживания: билетные кассы, торговые предприятия, ремонтные мастерские, служба «Скорой помощи», транспортные потоки на городских дорогах и многие другие модели. Многим знакома ситуация, когда, придя в кассу, магазин, парикмахерскую, мы застаём там очередь. Приходится либо вставать в очередь и какое-то время ждать, либо уходить, т. е. покидать систему необслу- женным. Возможны случаи, когда заявок на обслуживание в системе мало или совсем нет; в этом случае она работает с недогрузкой или простаивает. В системах массового обслуживания количество заявок на обслуживание, время ожидания и точное время выполнения заявки заранее предсказать нельзя — это случайные величины.
Имитационные модели воспроизводят поведение сложных систем, элементы которых могут вести себя случайным образом.
Имитационное моделирование — это искусственный эксперимент, при котором вместо проведения натурных испытаний с реальным оборудованием проводят опыты с помощью компьютерных моделей. Для получения необходимой информации осуществляется многократный «прогон» моделей со случайными исходными данными, генерируемыми компьютером. В результате образуется такой же набор данных, который можно было бы получить при проведении опытов на реальном оборудовании или в реальной системе. Однако имитационное моделирование на компьютере осуществляется гораздо быстрее и обходится значительно дешевле, чем натурные эксперименты.
С помощью ресурса «Демонстрационная имитационная модель» (119425) вы сможете смоделировать ситуацию в системе массового обслуживания — магазине (http://sc.edu.ru/).
САМОЕ ГЛАВНОЕ Словесные модели — это описания предметов, явлений, событий, процессов на естественных языках. Информационные модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Математические модели, реализованные с помощью систем программирования, электронных таблиц, специализированных математических пакетов и программных средств для моделирования, называются компьютерными математическими моделями. Имитационные модели воспроизводят поведение сложных систем, элементы которых могут вести себя случайным образом.


• Вопросы и задания



Знаковые модели: Вопросы и задания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Приведите 2—3 собственных примера словесных моделей, рассматриваемых на уроках истории, географии, биологии.

3. Вспомните басни И. А. Крылова: «Волк и ягнёнок», «Ворона и лисица», «Демьянова уха», «Квартет», «Лебедь, Щука и Рак», «Лисица и виноград», «Слон и Моська», «Стрекоза и Муравей», «Тришкин кафтан» и др. Какие черты характера людей и отношения между людьми смоделировал в них автор?

4. Решите, составив математическую модель, следующую задачу.

Теплоход прошёл 4 км против течения реки, а затем прошёл ещё 33 км по течению, затратив на весь путь один час. Найдите собственную скорость теплохода, если скорость течения реки равна 6,5 км/ч.

5. Требуется спроектировать электрическую цепь, показывающую итог тайного голосования комиссии в составе трёх членов. При голосовании «за» член комиссии нажимает кнопку. Предложение считается принятым, если оно собирает большинство голосов. В этом случае загорается лампочка.

6. Решите, составив логическую модель, следующую задачу. На международных соревнованиях по прыжкам в воду первые пять мест заняли спортсмены из Германии, Италии, Китая, России и Украины. Ещё до начала соревнований эксперты высказали свои предположения об их итогах:

1) Первое место займёт спортсмен из Китая, а спортсмен из Украины будет третьим.
2) Украина будет на последнем месте, а Германия — на предпоследнем.
3) Германия точно будет четвёртой, а первое место займёт Китай.
4) Россия будет первой, а Италия — на втором месте.
5) Италия будет пятой, а победит Германия.

По окончании соревнований выяснилось, что каждый эксперт был прав только в одном утверждении. Какие места в соревновании заняли участники?

7. В середине прошлого века экономисты оценили ежегодный объём вычислений, необходимых для эффективного управления народным хозяйством страны. Он составил 10¹⁷ операций. Можно ли справиться с таким объёмом вычислений за год, если привлечь к работе миллион вычислителей, каждый из которых способен выполнять одну операцию в секунду?

8. Приведите примеры использования компьютерных моделей. Найдите соответствующую информацию в сети Интернет.

9. В Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов найдите лабораторную работу «Изучение закона сохранения импульса». В её основу положена математическая модель, описывающая движение тела, брошенного под углом к горизонту, с последующим делением тела на два осколка. Экспериментально проверьте закон сохранения импульса, выполнив работу согласно имеющемуся в ней описанию.

10. В Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов найдите игру «Равноплечий рычаг». Изучите правила игры. Вспомните физическую закономерность, положенную в её основу. Попытайтесь «победить» компьютер и сформулировать выигрышную стратегию.

§ 1.3. Графические информационные модели

• 1.3.1. Многообразие графических информационных моделей

../images/informatika/infor09/

• 1.3.2. Графы



Графы

Если объекты некоторой системы изобразить вершинами, а связи между ними — линиями (рёбрами), то мы получим информационную модель рассматриваемой системы в форме графа. Вершины графа могут изображаться кругами, овалами, точками, прямоугольниками и т. д.

Граф называется взвешенным, если его вершины или рёбра характеризуются некоторой дополнительной информацией — весами вершин или рёбер.

На рис. 1.6 с помощью взвешенного графа изображены дороги между пятью населёнными пунктами А, В, С, D, Е; веса рёбер — протяжённость дорог в километрах.

Путь по вершинам и рёбрам графа, в который любое ребро графа входит не более одного раза, называется цепью. Цепь, начальная и конечная вершины которой совпадают, называется циклом.

Граф с циклом называется сетью. Если героев некоторого литературного произведения представить вершинами графа, а существующие между ними связи изобразить рёбрами, то мы получим граф, называемый семантической сетью.

Графы как информационные модели находят широкое применение во многих сферах нашей жизни. Например, можно существующие или вновь проектируемые дома, сооружения, кварталы изображать вершинами, а соединяющие их дороги, инженерные сети, линии электропередач и т. п. — рёбрами графа. По таким графам можно планировать оптимальные транспортные маршруты, кратчайшие объездные пути, расположение торговых точек и других объектов.

Дерево — это граф, в котором нет циклов, т. е. в нём нельзя из некоторой вершины пройти по нескольким различным рёбрам и вернуться в ту же вершину. Отличительной особенностью дерева является то, что между любыми двумя его вершинами существует единственный путь.

Всякая иерархическая система может быть представлена с помощью дерева. У дерева выделяется одна главная вершина, называемая его корнем. Каждая вершина дерева (кроме корня) имеет только одного предка, обозначенный предком объект входит в один класс¹ высшего уровня. Любая вершина дерева может порождать несколько потомков — вершин, соответствующих классам нижнего уровня. Такой принцип связи называется «один-ко-многим». Вершины, не имеющие порождённых вершин, называются листьями.

¹ Класс — множество объектов, обладающих общими признаками.

Родственные связи между членами семьи удобно изображать с помощью графа, называемого генеалогическим или родословным деревом.

Ресурс «Живая Родословная» (145555) — инструмент для формирования и анализа генеалогических деревьев, содержащий примеры родословных. С его помощью вы можете изучить генеалогические деревья многих известных семей и построить генеалогическое дерево своей семьи (http://sc.edu.ru/).

 


• 1.3.3. Использование графов при решении задач


Использование графов при решении задач
Графы удобно использовать при решении некоторых классов задач.
Пример 1. Для того чтобы записать все трёхзначные числа, состоящие из цифр 1 и 2, можно воспользоваться графом (деревом) на рис. 1.7.
Дерево можно не строить, если не требуется выписывать все возможные варианты, а нужно просто указать их количество. В этом случае рассуждать нужно так: в разряде сотен может быть любая из цифр 1 и 2, в разряде десятков — те же два варианта, в разряде единиц — те же два варианта. Следовательно, число различных вариантов: 2 • 2 • 2 = 8.
В общем случае, если известно количество возможных вариантов выбора на каждом шаге построения графа, то для вычисления общего количества вариантов нужно все эти числа перемножить.
Пример 2. Рассмотрим несколько видоизменённую классическую задачу о переправе.
На берегу реки стоит крестьянин (K) с лодкой, а рядом с ним — собака (С), лиса (Л) и гусь (Г). Крестьянин должен переправиться сам и перевезти собаку, лису и гуся на другой берег. Однако в лодку кроме крестьянина помещается либо только собака, либо только лиса, либо только гусь. Оставлять же собаку с лисой или лису с гусем без присмотра крестьянина нельзя — собака представляет опасность для лисы, а лиса — для гуся. Как крестьянин должен организовать переправу?
Для решения этой задачи составим граф, вершинами которого будут исходное размещение персонажей на берегу реки, а также всевозможные промежуточные состояния, достигаемые из предыдущих за один шаг переправы. Каждую вершину-состояние переправы обозначим овалом и свяжем рёбрами с состояниями, образованными из неё (рис. 1.8).
Недопустимые по условию задачи состояния выделены пунктирной линией; они исключаются из дальнейшего рассмотрения. Начальное и конечное состояния переправы выделены жирной линией.
На графе видно, что существуют два решения этой задачи. Приведём соответствующий одному из них план переправы:
1) крестьянин перевозит лису;
2) крестьянин возвращается;
3) крестьянин перевозит собаку;
4) крестьянин возвращается с лисой;
5) крестьянин перевозит гуся;
6) крестьянин возвращается;
7) крестьянин перевозит лису.
Пример 3. Рассмотрим следующую игру: сначала в кучке лежат 5 спичек; два игрока убирают спички по очереди, причём за 1 ход можно убрать 1 или 2 спички; выигрывает тот, кто оставит в кучке 1 спичку. Выясним, кто выигрывает при правильной игре — первый (I) или второй (II) игрок.
Игрок I может убрать одну спичку (в этом случае их останется 4) или сразу 2 (в этом случае их останется 3).
Если игрок I оставил 4 спички, игрок II может своим ходом оставить 3 или 2 спички. Если же после хода первого игрока осталось 3 спички, второй игрок может выиграть, взяв две спички и оставив одну.
Если после игрока II осталось 3 или 2 спички, то игрок I в каждой из этих ситуаций имеет шанс на выигрыш.
Таким образом, при правильной стратегии игры всегда выиграет первый игрок. Для этого своим первым ходом он должен взять одну спичку.
На рис. 1.9 представлен граф, называемый деревом игры; на нём отражены все возможные варианты, в том числе ошибочные (проигрышные) ходы игроков.
САМОЕ ГЛАВНОЕ В графических информационных моделях для наглядного отображения объектов используются условные графические изображения (образные элементы), зачастую дополняемые числами, символами и текстами (знаковыми элементами). Примерами графических моделей могут служить всевозможные схемы, карты, чертежи, графики и диаграммы, графы. Граф состоит из вершин, связанных линиями — рёбрами. Граф называется взвешенным, если его вершины или рёбра характеризуются некоторой дополнительной информацией — весами вершин (рёбер). Граф иерархической системы называется деревом. Отличительной особенностью дерева является то, что между любыми двумя его вершинами существует единственный путь.


• Вопросы и задания



Вопросы и задания: Графические информационные модели

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию? 2. Какие информационные модели относят к графическим?

3. Приведите примеры графических информационных моделей, с которыми вы имеете дело:

а) при изучении других предметов;
б) в повседневной жизни.

4. Что такое граф? Что является вершинами и рёбрами графа на рис. 1.6? Приведите примеры цепей и циклов, имеющихся в этом графе. Определите, какие два пункта наиболее удалены друг от друга (два пункта считаются самыми удалёнными, если длина кратчайшего пути между ними больше, чем длина кратчайшего пути между любыми другими двумя пунктами). Укажите длину кратчайшего пути между этими пунктами.

5. Приведите пример системы, модель которой можно представить в форме графа. Изобразите соответствующий граф.

6. Грунтовая дорога проходит последовательно через населённые пункты А, В, С и D. При этом длина грунтовой дороги между А и В равна 40 км, между В и С — 25 км, и между С и D — 10 км. Между А и D дороги нет. Между A и С построили новое асфальтовое шоссе длиной 30 км. Оцените минимально возможное время движения велосипедиста из пункта А в пункт В, если его скорость по грунтовой дороге — 20 км/ч, по шоссе — 30 км/ч.

7. Составьте семантическую сеть по русской народной сказке «Колобок».

8. Что такое дерево? Моделями каких систем могут служить деревья? Приведите пример такой системы. 9. Сколько трёхзначных чисел можно записать с помощью цифр 2, 4, 6 и 8 при условии, что в записи числа не должно быть одинаковых цифр? 10. Сколько существует трёхзначных чисел, все цифры которых различны?

11. Для составления цепочек используются бусины, помеченные буквами А, В, С, D, Е. На первом месте в цепочке стоит одна из бусин А, С, Е. На втором — любая гласная, если первая буква гласная, и любая согласная, если первая согласная. На третьем месте — одна из бусин С, D, Е, не стоящая в цепочке на первом месте. Сколько цепочек можно создать по этому правилу?

12. Два игрока играют в следующую игру. Перед ними лежит куча из 6 камней. Игроки берут камни по очереди. За один ход можно взять 1, 2 или 3 камня. Проигрывает тот, кто забирает последний камень. Кто выигрывает при безошибочной игре обоих игроков — игрок, делающий первый ход, или игрок, делающий второй ход? Каким должен быть первый ход выигрывающего игрока? Ответ обоснуйте.

§ 1.4. Табличные информационные модели

• Табличные информационные модели



§ 1.1. Моделирование как метод познания

Ключевые слова:

• таблица

• таблица «объект—свойство»

• таблица «объект—объект»

В табличных информационных моделях информация об объектах представляется в виде прямоугольной таблицы, состоящей из столбцов и строк.

Вам хорошо известно табличное представление расписания уроков, в табличной форме представляются расписания движения автобусов, самолётов, поездов и многое другое.

Представленная в таблице информация наглядна, компактна и легко обозрима.


• 1.4.1. Представление данных в табличной форме



Представление данных в табличной форме

В качестве информационных моделей объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств, как правило, используются таблицы типа «объект—свойство».

Например, информацию о регионах нашей страны можно представить с помощью таблицы, фрагмент которой приведён в табл. 1.1.

В этой таблице каждая строка содержит информацию об одном объекте — регионе; столбцы — отдельные характеристики (свойства) рассматриваемых объектов: название, дата образования, площадь и т. д. Такие таблицы могут содержать числовую, текстовую и графическую информацию.

В пустую строку таблицы вы можете записать информацию о своём регионе.

В таблицах типа «объект—объект» отражается взаимосвязь между объектами одного или нескольких классов. Например, в школьных журналах есть таблица «Сведения о количестве уроков, пропущенных обучающимися»; её фрагмент представлен в табл. 1.2.

В этой таблице отражена связь «количество пропущенных уроков» между объектами класса «Учащиеся» и объектами класса «Число».

В таблице «Расстояния между городами» (табл. 1.3) представлены расстояния между парами объектов, принадлежащих одному классу «Город». Создайте эту таблицу в текстовом редакторе и добавьте в свободные строку и столбец информацию о своём населённом пункте.

В форме таблицы «объект-объект» можно представить информацию о наличии границ (сухопутной, морской, озёрной, речной) России с другими странами; её фрагмент представлен в табл. 1.4.

Если граница соответствующего вида есть, то в нужную ячейку ставится 1, а если нет — 0.

Важная особенность этой таблицы состоит в том, что в ней фиксируются не количественные («Сколько?»), а качественные свойства (наличие/отсутствие связи между объектами).


• 1.4.2. Использование таблиц при решении задач


Использование таблиц при решении задач
Рассмотрим несколько примеров задач, которые удобно решать с помощью табличных информационных моделей.
Пример 1. Два игрока играют в следующую игру. Перед ними лежат две кучи камней, в первой из которых 3 камня, а во второй — 2 камня. У каждого игрока неограниченно много камней. Игроки ходят по очереди. Ход состоит в том, что игрок или увеличивает в 3 раза число камней в какой-то куче, или добавляет 1 камень в какую-то кучу. Выигрывает игрок, после хода которого общее число камней в двух кучах становится не менее 16. Кто выигрывает при безошибочной игре — игрок, делающий первый ход, или игрок, делающий второй ход? Каким должен быть первый ход выигрывающего игрока? Ответ обоснуйте.
Ранее мы рассмотрели способ записи решения подобных задач с помощью дерева. Сейчас оформим решение в виде таблицы (табл. 1.5).
Три числа в каждой ячейке таблицы обозначают соответственно количество камней в кучах и их сумму. В первом столбце зафиксировано распределение камней перед игрой (исходное положение).
Во втором столбце рассмотрены все возможные варианты ходов первого игрока; победить с первого хода он не может.
В третьем столбце рассмотрены имеющиеся выигрышные варианты ходов второго игрока (отмечены «галочкой»). При безошибочной игре первого игрока такие ситуации возникнуть не должны. Поэтому рассматриваем все возможные ходы второго игрока в случаях, когда у него нет выигрышного хода. Если получены одинаковые варианты, то все из них, кроме одного, исключаем из дальнейшего рассмотрения.
В четвёртом столбце отмечены имеющиеся выигрышные варианты второго хода первого игрока. При безошибочной игре второго игрока такие ситуации возникнуть не должны. Поэтому рассматриваем все возможные ходы первого игрока в случае, когда у него нет выигрышного хода.
В пятом столбце отмечены выигрышные ходы второго игрока, имеющиеся при всех вариантах хода первого игрока.
Таким образом, при безошибочной игре соперников побеждает второй игрок. Его первый ход должен быть таким, чтобы в кучах стало 4 и 3 камня.
Пример 2. С помощью взвешенного графа на рис. 1.6 представлена схема дорог, соединяющих населённые пункты А, В, С, D, Е. Построим таблицу, соответствующую этому графу (рис. 1.10).
Если между парой населённых пунктов существует дорога, то в ячейку на пересечении соответствующих строки и столбца записывается число, равное её длине. Имеющиеся в таблице пустые клетки означают, что дорог между соответствующими населёнными пунктами нет. Построенная таким образом таблица называется весовой матрицей.
Для решения некоторых задач бывает удобно по имеющейся таблице строить граф. При этом одной и той же таблице могут соответствовать графы, внешне не похожие друг на друга. Например, рассмотренной выше таблице кроме графа на рис. 1.6 соответствует граф на рис. 1.11.
Пример 3. Таблицы типа «объект—объект» удобно использовать для решения логических задач, в которых требуется установить взаимно однозначное соответствие между объектами нескольких классов. Рассмотрим задачу, в которой объекты связаны тремя парами отношений.
Три подружки — Аня, Света и Настя — купили различные молочные коктейли в белом, голубом и зелёном стаканчиках. Ане достался не белый стаканчик, а Свете — не голубой. В белом стаканчике не банановый коктейль. В голубой стаканчик налит ванильный коктейль. Света не любит клубничный коктейль.
Требуется выяснить, какой коктейль и в каком стаканчике купила каждая из девочек.
Создадим три следующие таблицы:
Отметим в таблицах информацию, содержащуюся в условии за' дачи:
Имеющейся во второй таблице информации достаточно для того, чтобы заполнить всю эту таблицу:
Используя факты, что Света купила не клубничный коктейль и что этот коктейль был налит в белый стаканчик, заполняем всю первую таблицу:
На основании информации в первой и второй таблицах можем заполнить всю третью таблицу:
Ответ: Аня купила ванильный коктейль в голубом стаканчике, Света — банановый коктейль в зелёном стаканчике, Настя — клубничный коктейль в белом стаканчике.
САМОЕ ГЛАВНОЕ В табличных информационных моделях информация об объекте или процессе представляется в виде прямоугольной таблицы, состоящей из столбцов и строк. Представленная в таблице информация наглядна, компактна и легкообозрима. Таблица типа «объект—свойство» — это таблица, содержащая информацию о свойствах отдельных объектов, принадлежащих одному классу. Таблица типа «объект—объект» — это таблица, содержащая информацию о некотором одном свойстве пар объектов, чаще всего принадлежащих разным классам.


• Вопросы и задания



Вопросы и задания к § 1.4. Табличные информационные модели

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Какие преимущества обеспечивают табличные информационные модели по сравнению со словесными описаниями? Приведите пример.

3. Приведите примеры табличных информационных моделей, с которыми вы имеете дело:

а) на уроках в школе;
б) в повседневной жизни.

4. К какому типу относится таблица «Табель успеваемости», расположенная в конце вашего дневника?

5. Узнайте, в каких случаях в ячейку таблицы ставится знак «х». Почему мы использовали этот знак в таблице (пример 2)?

6. Два игрока играют в следующую игру. Перед ними лежат две кучки камней, в первой из которых 1 камень, а во второй — 2 камня. У каждого игрока неограниченно много камней. Игроки ходят по очереди. Ход состоит в том, что игрок или увеличивает в 3 раза число камней в какой-то куче, или добавляет 2 камня в какую-то кучу. Выигрывает игрок, после хода которого общее число камней в двух кучах становится не менее 17. Кто выигрывает при безошибочной игре обоих игроков — игрок, делающий первый ход, или игрок, делающий второй ход? Каким должен быть первый ход выигрывающего игрока? Ответ обоснуйте.

7. Таблица стоимости перевозок устроена следующим образом: числа, стоящие на пересечениях строк и столбцов таблиц, означают стоимость перевозок между соответствующими соседними станциями. Если пересечение строки и столбца пусто, то станции не являются соседними. Стоимость перевозок по маршруту складывается из стоимостей перевозок между соседними станциями. Перевозки между населёнными пунктами А, В, С, D, Е осуществляют три компании, представившие стоимость своих услуг в табличной форме. Какая компания обеспечивает минимальную стоимость проезда из А в B?





8. Соревнования по плаванию были в самом разгаре, когда стало ясно, что первые четыре места займут мальчики из пятёрки лидеров. Их имена: Валерий, Николай, Михаил, Игорь, Эдуард, фамилии: Симаков, Чигрин, Зимин, Копылов, Блинов (имена и фамилии названы в произвольном порядке). Нашлись знатоки, которые предсказали, что первое место займёт Копылов, второе — Валерий, третье — Чигрин, четвёртое — Эдуард. Но ни один из ребят не занял того места, какое ему предсказывали. На самом деле первое место завоевал Михаил, второе — Симаков, третье — Николай, четвёртое — Блинов, а Чигрин не попал в четвёрку сильнейших. Назовите имя и фамилию каждого из лидеров.

9. В Норильске, Москве, Ростове и Пятигорске живут четыре супружеские пары (в каждом городе — одна пара). Имена этих супругов: Антон, Борис, Давид, Григорий, Ольга, Мария, Светлана, Екатерина. Антон живёт в Норильске, Борис и Ольга — супруги, Григорий и Светлана не живут в одном городе, Мария живёт в Москве, Светлана — в Ростове. В каком городе живёт каждая из супружеских пар?

10. Постройте граф, отражающий разновидности информационных моделей.

§ 1.5. База данных как модель предметной области

• 1.5.1. Информационные системы и базы данных



Информационные системы и базы данных

Ключевые слова:

• информационная система
• база данных
• иерархическая база данных
• сетевая база данных
• реляционная база данных
• запись
• поле
• ключ

Современный человек в своей практической деятельности всё чаще и чаще использует различные информационные системы, обеспечивающие хранение, поиск и выдачу информации по его запросам. Примерами информационных систем являются:

• справочная адресная служба большого города;
• транспортная информационная система, обеспечивающая не только возможность получения справочной информации о расписании поездов и самолётов, но и покупку железнодорожных и авиабилетов;
• информационно-поисковая система, содержащая информацию правового характера.

Центральной частью любой информационной системы является база данных.

База данных (БД) — совокупность данных, организованных по определённым правилам, отражающая состояние объектов и их отношений в некоторой предметной области (транспорт, медицина, образование, право и т. д.), предназначенная для хранения во внешней памяти компьютера и постоянного применения.

Базу данных можно рассматривать как информационную модель предметной области.

Основными способами организации данных в базах данных являются иерархический, сетевой и реляционный (рис. 1.12).

В иерархической базе данных существует упорядоченность объектов по уровням. Между объектами существуют связи: каждый объект может быть связан с объектами более низкого уровня. Говорят, что такие объекты находятся в отношении предка к потомку. Иерархический способ организации данных реализован в системе папок операционной системы Windows. Верхний уровень занимает папка Рабочий стол. Папки второго уровня Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение являются её потомками. Папка Мой компьютер является предком для папок Диск А, Диск С и т. д. Поиск какого-либо объекта в такой базе данных может оказаться довольно трудоёмким из-за необходимости последовательно проходить несколько предшествующих иерархических уровней.

В сетевой базе данных не накладывается никаких ограничений на связи между объектами: в ней могут быть объекты, имеющие более одного предка. Сетевой способ организации данных реализован во Всемирной паутине глобальной компьютерной сети Интернет.

Наибольшее распространение получили реляционные базы данных. Их мы рассмотрим более подробно.


• 1.5.2. Реляционные базы данных


Реляционные базы данных
В реляционной базе данных (РБД) используется реляционная модель данных, основанная на представлении данных в виде таблиц.
Реляционная БД может состоять из одной или нескольких взаимосвязанных прямоугольных таблиц.
Строка таблицы РБД называется записью, столбец — полем (рис. 1.13).
Запись содержит информацию об одном объекте, описываемом в базе данных: об одном товаре, продаваемом в магазине; об одной книге, имеющейся в библиотеке; об одном сотруднике, работающем на предприятии, и т. п.
Поле содержит информацию о значениях только одной из характеристик (атрибутов, свойств) объекта: названия товара; стоимости товара; количества имеющихся в наличии товаров; названия книги; автора книги; года издания; фамилии, имени, отчества сотрудника; даты рождения; специальности и т. п. Значения полей в одном столбце относятся к одной характеристике объекта.
Поле базы данных имеет имя, тип и длину.
Все имена полей таблицы должны быть разными.
Тип поля определяется типом данных, которые поле содержит.
Основные типы полей:
• числовой — для полей, содержащих числовую информацию;
• текстовый — для полей, содержащих всевозможные последовательности символов;
• логический — для полей, данные в которых могут принимать всего два значения: ДА (ИСТИНА, TRUE, 1) и НЕТ (ЛОЖЬ, FALSE, 0);
• дата — для полей, содержащих календарные даты (в нашей стране принято писать день, а потом месяц и год).
Длина поля — это максимальное количество символов, которые могут содержаться в поле.
Для записи структуры таблицы можно применять следующую форму:
ИМЯ_ТАБЛИЦЫ (ИМЯ ПОЛЯ 1, ИМЯ ПОЛЯ 2, ...)
Например, описать однотабличную базу данных «Календарь погоды» можно так:
КАЛЕНДАРЬ_ПОГОДЫ (ДЕНЬ, ТЕМПЕРАТУРА,
ВЛАЖНОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ, НАПРАВЛЕНИЕ ВЕТРА,
СКОРОСТЬ ВЕТРА).
Здесь поле ДЕНЬ будет иметь тип «дата», поля ТЕМПЕРАТУРА, ВЛАЖНОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ, СКОРОСТЬ ВЕТРА — числовой тип; поле НАПРАВЛЕНИЕ ВЕТРА — текстовый тип.
В таблице не должно быть совпадающих записей. Иначе говоря, должны быть поле или совокупность полей, значения которых для всех записей разные.
Например, значения поля ДЕНЬ базы данных «Календарь погоды» всегда будут разными в разных записях.
В базе данных
УЧЕНИК (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ДАТА РОЖДЕНИЯ,
СЕРИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВА О РОЖДЕНИИ, НОМЕР
СВИДЕТЕЛЬСТВА О РОЖДЕНИИ, КЛАСС)
наверняка не будут совпадать только значения совокупности таких полей, как СЕРИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВА О РОЖДЕНИИ и НОМЕР СВИДЕТЕЛЬСТВА О РОЖДЕНИИ.
Поле или совокупность полей, значения которых в записях не повторяются (являются уникальными), называют ключом таблицы базы данных.
САМОЕ ГЛАВНОЕ База данных (БД) — совокупность данных, организованных по определённым правилам, отражающая состояние объектов и их отношений в некоторой предметной области (транспорт, медицина, образование, право и т. д.), предназначенная для хранения во внешней памяти компьютера и постоянного применения. Базу данных можно рассматривать как информационную модель предметной области. Основными способами организации данных в базах данных являются иерархический, сетевой и реляционный. В реляционных базах данных (РБД) используется реляционная модель данных, основанная на представлении данных в виде таблиц. Строка таблицы РБД называется записью, столбец — полем. Поле или совокупность полей, значения которых в разных записях не повторяются (являются уникальными), называют ключом таблицы базы данных.


• Вопросы и задания


Вопросы и задания к § 1.5. База данных как модель предметной области
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Используйте эти материалы при подготовке ответов на вопросы и выполнении заданий.
2. Что такое информационная система? Приведите пример информационной системы.
3. Что такое база данных? Как вы считаете, можно ли в широком смысле назвать базами данных телефонный справочник, записную книжку, библиотечный каталог и другие средства, позволяющие нам хранить данные в упорядоченном виде?
4. Назовите основные способы организации данных в базах данных.
5. Какие базы данных называются реляционными?
6. Что такое запись? Какую информацию она содержит?
7. Что такое поле? Какую информацию оно содержит?
8. Перечислите основные типы полей РБД.
9. Для полей однотабличной базы данных
КОЛЛЕКЦИЯ (КОД, НАЗВАНИЕ ЭКСПОНАТА,
АВТОР, МЕСТО ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ГОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ,
ФИО ПРЕДЫДУЩЕГО ВЛАДЕЛЬЦА, ДАТА
ПРИОБРЕТЕНИЯ, СТОИМОСТЬ ЭКСПОНАТА,
УПОМИНАНИЕ В КАТАЛОГАХ (да/нет))
укажите тип каждого поля.
10. Что такое ключ таблицы базы данных? Что может служить ключом в базе данных КОЛЛЕКЦИЯ (см. задание 9)?
11. Продумайте состав, типы полей и ключ однотабличной базы данных:
а) ТУРАГЕНТСТВО;
б) ВИДЕОТЕКА;
в) АВТОСАЛОН;
г) РЕГИОНЫ РФ.

§ 1.6. Система управления базами данных

• 1.6.1. Что такое СУБД



Что такое СУБД

Ключевые слова:

• СУБД
• таблица
• форма
• запрос
• условие выбора
• отчёт

Программное обеспечение для создания баз данных, хранения и поиска в них необходимой информации называется системой управления базами данных (СУБД).

С помощью СУБД пользователь может:

• создавать структуру базы данных;
• заполнять базу данных информацией;
• редактировать (исправлять, дополнять) структуру и содержание базы данных;
• выполнять сортировку (упорядочение) данных;
• осуществлять поиск информации в базе данных;
• выводить нужную информацию на экран монитора, в файл и на бумажный носитель;
• устанавливать защиту базы данных.

Именно наличие СУБД превращает огромный объём хранимых в компьютерной памяти сведений в мощную справочную систему, способную быстро производить поиск и отбор необходимой нам информации.


• 1.6.2. Интерфейс СУБД



Интерфейс СУБД

Существуют СУБД, с помощью которых создаются крупные промышленные информационные системы. Для работы с этими системами нужны специальные знания, в том числе владение специализированными языками программирования.

Для ведения личных баз данных, а также баз данных небольших организаций используются более простые СУБД, работать с которыми могут обычные пользователи. Наиболее распространёнными СУБД такого типа являются Microsoft Access и OpenOffice.org Base. При запуске любой из них на экран выводится окно, имеющее строку заголовка, строку меню, панели инструментов, рабочую область и строку состояния (рис. 1.14).

Основными объектами СУБД являются таблицы, формы, запросы, отчёты.

Таблицы — это главный тип объектов. С ними вы уже знакомы. В таблицах хранятся данные. Реляционная база данных может состоять из множества взаимосвязанных таблиц.

Формы — это вспомогательные объекты. Они создаются для того, чтобы сделать более удобной работу пользователя при вводе, просмотре и редактировании данных в таблицах.

Запросы — это команды и их параметры, с которыми пользователь обращается к СУБД для поиска данных, сортировки, добавления, удаления и обновления записей.

Отчёты — это документы, сформированные на основе таблиц и запросов и предназначенные для вывода на печать.


• 1.6.3. Создание базы данных



Создание базы данных

В качестве примера рассмотрим процесс создания базы данных «Наш класс». Она будет состоять из одной таблицы, имеющей следующую структуру:

СПИСОК (КОД, ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ДАТА РОЖДЕНИЯ, ПОЛ,
РОСТ, АДРЕС, УВЛЕЧЕНИЕ, НАЛИЧИЕ ПК).

Поля КОД и РОСТ будут числовыми; поле ДАТА РОЖДЕНИЯ будет иметь тип дата; поле НАЛИЧИЕ ПК будет логическим; все остальные поля будут иметь текстовый тип. Поле КОД можно считать ключом таблицы базы данных (рис. 1.15).

Создание базы данных начинается с открытия файла, в котором она будет храниться. Для этого нужно после запуска программы OpenOffice.org Base следовать указаниям мастера баз данных:

1) создать новую базу данных;
2) зарегистрировать базу данных (указать путь и имя файла).

Далее следует описать структуру таблицы (указать имена и типы всех полей) и ввести данные в таблицу.

Данные можно вводить непосредственно в таблицу (рис. 1.16), а можно создать для этого специальный шаблон — форму (рис. 1.17).





После выполнения всех перечисленных выше действий будет получен следующий результат — рис. 1.18.

Созданная и сохранённая база данных в дальнейшем может быть открыта для добавления новых записей, исправления и удаления существующих, изменения содержимого отдельных полей и структуры всей таблицы.

Данные из таблиц можно упорядочить по некоторому признаку. Например, фамилии учеников в классном журнале записывают в алфавитном порядке; телепередачи в программе — в соответствии со временем их выхода в эфир; уроки в расписании — по возрастанию их порядковых номеров.

Упорядочение данных по возрастанию или убыванию значений некоторого признака называют сортировкой. Для выполнения сортировки указывают имя поля (имена полей), по которому будет произведена сортировка, и её порядок (возрастание или убывание значений поля).


• 1.6.4. Запросы на выборку данных

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

• Тестовые задания для самоконтроля

../images/informatika/infor09/

Глава 2. Алгоритмизация и программировани

§ 2.1. Решение задач на компьютере

• 2.1.1. Этапы решения задачи на компьютере

../images/informatika/infor09/

• 2.1.2. Задача о пути торможения автомобиля

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 2.2. Одномерные массивы целых чисел

• Одномерные массивы целых чисел

../images/informatika/infor09/

• 2.2.1. Описание массива

../images/informatika/infor09/

• 2.2.2. Заполнение массива

../images/informatika/infor09/

• 2.2.3. Вывод массива

../images/informatika/infor09/

• 2.2.4. Вычисление суммы элементов массива

../images/informatika/infor09/

• 2.2.5. Последовательный поиск в массиве

../images/informatika/infor09/

• 2.2.6. Сортировка массива

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 2.3. Конструирование алгоритмов

• 2.3.1. Последовательное построение алгоритма

../images/informatika/infor09/

• 2.3.2. Разработка алгоритма методом последовательного уточнения для исполнителя Робот

../images/informatika/infor09/

• 2.3.3. Вспомогательные алгоритмы

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 2.4. Запись вспомогательных алгоритмов на языке Паскаль

• Запись вспомогательных алгоритмов на языке Паскаль

../images/informatika/infor09/

• 2.4.1. Процедуры

../images/informatika/infor09/

• 2.4.2. Функции

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 2.5. Алгоритмы управлени

• 2.5.1. Управление

../images/informatika/infor09/

• 2.5.2. Обратная связь

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

• Тестовые задания для самоконтроля

../images/informatika/infor09/

Глава 3. Обработка числовой информации в электронных таблицах

§ 3.1. Электронные таблицы

• Электронные таблицы

../images/informatika/infor09/

• 3.1.1. Интерфейс электронных таблиц

../images/informatika/infor09/

• 3.1.2. Данные в ячейках таблицы

../images/informatika/infor09/

• 3.1.3. Основные режимы работы электронных таблиц

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 3.2. Организация вычислений в электронных таблицах

• Организация вычислений в электронных таблицах

../images/informatika/infor09/

• 3.2.1. Относительные, абсолютные и смешанные ссылки

../images/informatika/infor09/

• 3.2.2. Встроенные функции

../images/informatika/infor09/

• 3.2.3. Логические функции

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 3.3. Средства анализа и визуализации данных

• 3.3.1. Сортировка и поиск данных

../images/informatika/infor09/

• 3.3.2. Построение диаграмм

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

• Задания для практических работ

../images/informatika/infor09/

• Тестовые задания для самоконтроля

../images/informatika/infor09/

Глава 4. Коммуникационные технологии

§ 4.1. Локальные и глобальные компьютерные сети

• 4.1.1. Передача информации

../images/informatika/infor09/

• 4.1.2. Что такое локальная компьютерная сеть

../images/informatika/infor09/

• 4.1.3. Что такое глобальная компьютерная сеть

../images/informatika/infor09/

§ 4.2. Всемирная компьютерная сеть Интернет

• 4.2.1. Как устроен Интернет

../images/informatika/infor09/

• 4.2.2. IP-адрес компьютера

../images/informatika/infor09/

• 4.2.3. Доменная система имён

../images/informatika/infor09/

• 4.2.4. Протоколы передачи данных

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 4.3. Информационные ресурсы и сервисы Интернета

• Информационные ресурсы и сервисы Интернета

../images/informatika/infor09/

• 4.3.1. Всемирная паутина

../images/informatika/infor09/

• 4.3.2. Файловые архивы

../images/informatika/infor09/

• 4.3.3. Электронная почта

../images/informatika/infor09/

• 4.3.4. Сетевое коллективное взаимодействие

../images/informatika/infor09/

• 4.3.5. Сетевой этикет

../images/informatika/infor09/

• Вопросы и задания

../images/informatika/infor09/

§ 4.4. Создание web-сайта

• 4.4.1. Технологии создания сайта



Технологии создания сайта

Ключевые слова:

• структура сайта
• навигация
• оформление сайта
• шаблон страницы сайта
• хостинг

Существуют несколько способов создания сайтов.

Во-первых, сайт можно создать, воспользовавшись языком разметки гипертекста HTML (Hyper Text Markup Language). В этом случае в текстовом редакторе (например, в Блокноте) текст, который хотят разместить на страницах сайта, размечают специальными метками, называемыми тегами. Теги содержат указания о том, как должен выглядеть текст. Чтобы отличать теги от текста, их заключают в угловые скобки.

Во-вторых, можно документ, подготовленный в текстовом процессоре (Microsoft Word, Writer), сохранить как web-страницу (в формате HTML).

В-третьих, можно воспользоваться специальным программным обеспечением — визуальными HTML-редакторами (Adobe Dreamweaver, Microsoft FrontPage, Nvu) или конструкторами сайтов (uCoz, Сайткрафт, Конструктор школьных сайтов).

Web-дизайнер — специалист, проектирующий структуру web-сайта, а также подбирающий способы подачи информации и выполняющий художественное оформление web-проекта. Web-дизайнер должен знать современные web-технологии; желательно, чтобы он имел художественное образование.

Вы можете попытаться освоить основы web-дизайна самостоятельно, пройдя дистанционный курс «Web-конструирование» А. А. Дуванова в Роботландском университете (http://www.botik.ru/~robot/ru/).


• 4.4.2. Содержание и структура сайта



Содержание и структура сайта

Независимо от того, каким инструментарием вы будете пользоваться для создания сайта, первоначально следует продумать его содержание и структуру.

Предположим, вы посещаете кружок компьютерной графики и решили создать сайт этого творческого объединения. Содержание сайта должно быть таким, чтобы отражать творческую жизнь участников объединения, привлекать внимание единомышленников.

Теперь необходимо определить структуру (план) сайта — разбиение общего содержания на смысловые разделы и отдельные страницы с указанием связей между ними.

Очевидно, сайт может включать в себя общую информацию (программу и расписание занятий, место проведения занятий, фамилию, имя, отчество руководителя и т. д.), страницу новостей и объявлений, личные страницы руководителя и участников объединения, галерею работ участников объединения, полезные ссылки на другие ресурсы сети Интернет и многое другое. Изобразим структуру сайта в виде графа (рис. 4.8).

Представление структуры сайта в виде графа обеспечивает наглядное представление содержания сайта и помогает организовать навигацию — переходы с одной страницы сайта на другую.


• 4.4.3. Оформление сайта


Оформление сайта
Любой сайт загружается с главной (домашней) страницы (home page), которая, прежде всего, должна давать ответ на вопрос: «О чём этот сайт?». Для этого на главной странице размещают название сайта, тематическое графическое изображение, короткий текст с описанием содержания сайта, а также главное меню — ссылки на основные разделы сайта. Также на главной странице могут быть размещены имя автора сайта и его контактная информация, счётчик посетителей, новости и т. д.
Каждая страница сайта, как правило, имеет несколько постоянных элементов, которые всегда находятся на одних и тех же местах. Это:
• заголовок сайта, расположенный в самом верху страницы;
• главное меню, как правило, размещаемое в левой части страницы (количество пунктов меню, их названия и порядок неизменны на всех страницах сайта).
Желательно, чтобы страницы сайта были выполнены в едином стиле. Чтобы выдержать стиль, проще вначале разработать шаблон страницы сайта, на котором представить элементы, имеющиеся на всех страницах сайта (рис. 4.9).
При наполнении страниц сайта информационными материалами следует придерживаться следующих рекомендаций:
• Не ставьте точку в названиях сайта и страниц, если они состоят из одного предложения.
• Названия пунктов меню делайте краткими; недопустимо растягивание названия пункта на несколько строк.
• Не выбирайте для страниц пёстрый фон, на таком фоне текст читается с трудом.
• Не размещайте на странице слишком много информационных и художественных блоков.
• Не пишите слишком длинных текстов. Текст разбивайте на небольшие абзацы, отделяя их друг от друга пустыми строками.
• В каждом абзаце используйте одни и те же приёмы форматирования.


• 4.4.4. Размещение сайта в Интернете


Размещение сайта в Интернете
Перед размещением сайта в сети Интернет следует провести его тестирование, т. е. убедиться в том, что он правильно отображается разными браузерами: тексты хорошо читаются на выбранном фоне, рисунки расположены на своих местах, гиперссылки обеспечивают правильные переходы и т. д.
Хостинг — услуга по размещению сайта на сервере, постоянно находящемся в сети Интернет; хостинг может быть как платным, так и бесплатным.
Платным хостингом для размещения своих сайтов обычно пользуются крупные компании. При этом они получают удобное для прочтения и запоминания доменное имя второго уровня, которое может совпадать с названием компании.
Частные лица для своих сайтов могут воспользоваться бесплатным хостингом, возможности которого ограничены по сравнению с платными вариантами (небольшое дисковое пространство, ограничение размера отдельного файла, доменное имя только третьего уровня и т. д.), но их вполне достаточно для домашних страниц пользователей и некоммерческих сайтов. Главным недостатком бесплатных хостингов является то, что при размещении вашего сайта компания самостоятельно добавляет на его страницы коммерческую рекламу.
Список серверов, предоставляющих бесплатный хостинг, можно получить поиском по запросу «бесплатный хостинг».
САМОЕ ГЛАВНОЕ Структура (план) сайта — разбиение общего содержания на смысловые разделы и отдельные страницы с указанием связей между ними. Представление структуры сайта в виде графа обеспечивает наглядное представление содержания сайта и помогает организовать навигацию — переходы с одной страницы сайта на другую. Шаблон страницы — это схема страницы, на которой представлены элементы, имеющиеся на страницах сайта. Использование шаблонов страниц помогает выдержать единый стиль оформления сайта. Хостинг — услуга по размещению сайта на сервере, постоянно находящемся в сети Интернет; хостинг может быть как платным, так и бесплатным.


• Вопросы и задания



Вопросы и задания: Создание web-сайта

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Дополняет ли презентация информацию, содержащуюся в тексте параграфа?

2. С помощью каких инструментов можно создавать сайты?

3. Что такое структура сайта?

4. Продумайте и изобразите в виде графа структуру одного из следующих сайтов:

а) «Наш класс»;

б) «Моя семья»;

в) «Информатика».

5. Перечислите основные элементы, размещаемые на страницах сайта.

6. Какие рекомендации следует учитывать при наполнении страниц сайта информационными материалами?

7. С какой целью проводится тестирование сайта?

8. Что является основным недостатком бесплатного хостинга?

9. Назовите известный вам сервер Интернета, обеспечивающий пользователям бесплатный хостинг сайтов.


• Тестовые задания для самоконтроля


Коммуникационные технологии: Тестовые задания для самоконтроля
1. Совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю, — это:
а) источник информации
б) приёмник информации
в) носитель информации
г) канал передачи информации
2. Количество информации, передаваемое за единицу времени, — это:
а) источник информации
б) передача информации
в) скорость передачи информации
г) количество битов в секунду (бит/с)
3. Множество компьютеров, соединённых линиями передачи информации, — это:
а) компьютерная сеть
б) локальная сеть
в) глобальная сеть
г) Интернет
4. Компьютерная сеть, действующая в пределах одного здания, — это:
а) локальная сеть
б) глобальная сеть
в) Интернет
г) одноранговая сеть
5. Компьютерная сеть, охватывающая большие территории (страны, континенты), — это:
а) локальная сеть
б) глобальная сеть
в) Интернет
г) одноранговая сеть
6. Локальная сеть, все компьютеры в которой равноправны, — это:
а) региональная сеть
б) сеть с выделенным сервером
в) Интернет
г) одноранговая сеть
7. Компьютер, предоставляющий свои ресурсы в пользование другим компьютерам при совместной работе, называется:
а) модемом
б) коммутатором
в) сервером
г) сетевой картой
8. Набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между включёнными в сеть компьютерами, — это:
а) URL
б) WWW
в) протокол
г) IP-адрес
9. Скорость передачи данных через ADSL-соединение равна 128 000 бит/с. Сколько времени (в минутах) займёт передача файла объёмом 5 Мбайт по этому каналу?
а) 328
б) 41
в) 5,5
г) 40
10. Максимальная скорость передачи данных по модемному протоколу V.92 составляет 56 000 бит/с. Какое максимальное количество байтов можно передать за 15 секунд по этому протоколу?
а) 840000
б) 84000
в) 105000
г) 105
11. Всемирная глобальная компьютерная сеть, сеть сетей — это:
а) локальная сеть
б) сеть с выделенным сервером
в) Интернет
г) одноранговая сеть
12. Компьютер, подключённый к Интернету, обязательно имеет:
а) IP-адрес
б) сервер
в) домашнюю web-страницу
г) доменное имя
13. Адрес компьютера, записанный четырьмя десятичными числами, разделенными точками, — это:
а) URL
б) WWW
в) протокол
г) IP-адрес
14. На месте преступления были обнаружены четыре обрывка бумаги. Следствие установило, что на них записаны фрагменты одного IP-адреса. Криминалисты обозначили эти фрагменты цифрами 1, 2, 3 и 4. Восстановите 1Р-адрес.


а) 2413
б) 3214
в) 2341
г) 4231
15. IP-адресу 64.129.255.32 соответствует 32-битовое представление:
а) 10000000100000011111111100100000
б) 01000000100000011111111100100000
в) 01111111100000001111111110000000
г) 10000000100000011111111101000000
16. Программа, с помощью которой осуществляется просмотр web-страниц, — это:
а) браузер
б) модем
в) ICQ
г) URL
17. Сервис для хранения, поиска и извлечения разнообразной взаимосвязанной информации, включающей в себя текстовые, графические, видео-, аудио- и другие информационные ресурсы, — это:
а) URL
б) WWW
в) протокол
г) IP-адрес
18. HTML-страница, с которой начинается работа браузера при его включении, — это:
а) доменное имя
б) домашняя страница
в) URL
г) IP-адрес
19. Протокол Интернета, обеспечивающий передачу и отображение web-страниц, — это:
а) HTTP
б) FTP
в) IP
г) TCP
20. Запросы к поисковому серверу закодированы буквами Л, Б, В, Г. Расположите обозначения запросов в порядке возрастания количества страниц, которые найдёт поисковый сервер по каждому запросу.
А) Пушкин | Лермонтов | поэзия
Б) Пушкин | Лермонтов | поэзия | проза
В) Пушкин | Лермонтов |
Г) Пушкин & Лермонтов & проза

а) ВАБГ
б) ВБГА
в) ГВАБ
г) БАВГ
Коммуникационные технологии: Тестовые задания для самоконтроля (ответы)
21. Указатель, содержащий название протокола, доменное имя сайта и адрес документа, — это:
а) URL
б) WWW
в) протокол
г) IP-адрес
22. На сервере ict.ru находится документ demo.html, доступ к которому осуществляется по протоколу http. Фрагменты адреса данного файла закодированы цифрами от 1 до 7. Укажите последовательность цифр, которая кодирует адрес указанного документа в Интернете.


а) 5467312
б) 2367415
в) 5367412
г) 5312467
23. Сервис, обеспечивающий пересылку файлов между компьютерами сети независимо от их типов, особенностей операционных систем, файловых систем и форматов файлов, — это:
а) FTP
б) e-mail
в) ICQ
г) TCP/IP
24. Сервис, позволяющий любому пользователю сети передавать и получать электронные сообщения, — это:
а) FTP
б) e-mail
в) WWW
г) TCP/IP
25. Услуга, предназначенная для прямого общения в Интернете в режиме реального времени, — это:
а) почтовый клиент
б) электронная почта
в) ICQ
г) URL
---
Для проверки знаний и умений по теме «Коммуникационные технологии» вы можете воспользоваться интерактивным тестом к главе 4, содержащимся в электронном приложении к учебнику.
Ответы



../images/informatika/infor09/