Практическая работа - Саратовский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Факультет компьютерных наук и информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
Теория информации
Специальность
090301 Компьютерная безопасность
Специализация
Математические методы защиты информации
Квалификация выпускника
Специалист
Форма обучения
очная
Саратов,
2012
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины являются: овладение основами теории
информации и теории кодирования сигналов, дать знание о потенциальных
возможностях передачи и преобразования информации. В рамках данной
дисциплины основное внимание уделяется изучению энтропии, аналоговых,
дискретных, Марковских источников информации, исследованию различных
видов кодов, разработке математической модели канала передачи
информации. Информация связана с источником и каналами связи. Теория
Шеннона устанавливает согласованность между источником информации,
приемником и каналом связи, являясь теоретическим обоснованием
помехоустойчивого кодирования. В качестве математического аппарата
помехоустойчивых кодов используется теория конечных абелевых групп,
конечных полей, полиномов над конечными полями и др. Компьютерная
обработка информации моделируется преобразованиями на конечных
алгебраических структурах. Практическая часть курса ориентирована на
построение эффективных алгоритмов цифровой обработки информации.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Данная учебная дисциплина входит в раздел «Математический и
естественно-научный цикл. Базовая часть» ФГОС-3.
Для изучения дисциплины необходимы компетенции, знания, умения и
готовности, сформированные у обучающихся в результате освоения курсов
«Алгебра»,
«Дискретная
математика»,
«Теория
вероятностей
и
математическая статистика», «Математическая логика и теория алгоритмов»,
«Основы информационной безопасности».
Компетенции, знания, умения и готовности, сформированные у
обучающихся в результате освоения данной дисциплины, необходимы для
изучения следующих курсов: «Криптографические протоколы», «Теоретикочисловые методы в криптографии», «Модели безопасности компьютерных
систем», «Введение в криптоанализ», «Методы алгебраической геометрии в
криптографии».
3. Компетенции
освоения дисциплины
обучающегося,
формируемые
в
результате
Данная дисциплина способствует формированию следующих компетенций:
 способностью анализировать социально значимые явления и процессы,
в том числе политического и экономического характера,
 мировоззренческие и философские проблемы, применять основные
положения и методы гуманитарных, социальных и экономических наук
при решении социальных и профессиональных задач (ОК-3);
 способностью понимать социальную значимость своей будущей
профессии, цели и смысл государственной службы, обладать высокой
мотивацией к выполнению профессиональной деятельности в области
обеспечения информационной безопасности и защиты интересов
личности, общества и государства, готовностью и способностью к
активной состязательной деятельности в условиях информационного
противоборства (ОК-5);
 способностью логически верно, аргументировано и ясно строить
устную и письменную речь на русском языке, готовить и
редактировать тексты профессионального назначения, публично
представлять собственные и известные научные результаты, вести
дискуссии (ОК-7);
 способностью к письменной и устной деловой коммуникации, к
чтению и переводу текстов по профессиональной тематике на одном из
иностранных языков (ОК-8);
 способностью к логически-правильному мышлению, обобщению,
анализу, критическому осмыслению информации, систематизации,
прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей
их решения на основании принципов научного познания (ОК-9);
 способностью самостоятельно применять методы и средства познания,
обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в
том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой
деятельности, развития социальных и профессиональных компетенций,
изменения вида своей профессиональной деятельности (ОК-10);
 способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять
соответствующий
физико-математический
аппарат
для
их
формализации, анализа и выработки решения (ПК-1);
 способностью понимать сущность и значение информации в развитии
современного общества, применять достижения современных
информационных технологий для поиска и обработки больших
объемов информации по профилю деятельности в глобальных
компьютерных системах, сетях, в библиотечных фондах и в иных
источниках информации (ПК-3)
 способностью применять методологию научных исследований в
профессиональной деятельности, в том числе в работе над
междисциплинарными и инновационными проектами (ПК-4);
 способностью использовать нормативные и правовые документы в
своей профессиональной деятельности (ПК-5);
 способностью работать с программными средствами прикладного,
системного и специального назначения (ПК-8);
 способностью использовать языки и системы программирования,
инструментальные
средства
для
решения
различных
профессиональных, исследовательских и прикладных задач (ПК-9);
 способностью формулировать результат проведенных исследований в
виде конкретных рекомендаций, выраженных в терминах предметной
области изучавшегося явления (ПК-10);
 способностью готовить научно-технические отчеты, обзоры,
публикации по результатам выполненных работ (ПК-17);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен :
Знать:
 Основные понятия и методы теории информации;
 Сущность и понятие информации, информационной безопасности и
характеристику её составляющих;
Уметь:
 Вычислять теоретико-информационные характеристики источников
сообщений и каналов связи (энтропия, взаимная информация,
пропускная способность);
Владеть:
 Основами построения математических моделей текстовой информации
и моделей систем передачи информации.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц 180
часа.
№
п/п
1
2
3
4
5
Раздел
дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
Введение
5
Энтропия
и 5
информация
вероятностных
схем.
Источники
5
сообщений
1
2-5
Ле:2
Ле:8
П:2
П:8
С:10
С:10
6-9
Ле:8
П:8
С:12
Оптимальное
кодирование
Дискретные
каналы
передачи
информации
Промежуточна
я аттестация
5
10-14
Ле:10
П:10
С:18
5
15-18
Ле:8
П:8
С:13
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Контрольная работа
№1
На 9 неделе
Контрольная
работа №2
на 18 неделе
Экзамен
5
Всего
36
36
63
45
Раздел «Введение». Предмет и задачи курса. Математический аппарат
теории информации. Методы измерения и представления информации.
Структурная, статистическая и семантическая меры информации.
Преобразование информации: дискретизация по времени и квантование по
уровню. Формы представления информации. Модель канала связи.
Практическая работа: Теория информации. Базовые понятия теории
информации. Закрепляют основные понятия и границы применения
основных теории информации [2].
Раздел «Энтропия и информация вероятностных схем». Энтропия.
Количественная мера информации. Основные свойства энтропии. Условная
энтропия и ее свойства.
Практическая работа: Энтропия Шеннона. Рассматривают свойства,
возможности расчета и применения энтропии Шеннона [3].
Раздел
«Источники
сообщений».
Математическая
модель
дискретного источника сообщений, энтропия стационарных источников.
Теоремы Шеннона для источников без памяти. Марковские источники.
Эргодические источники. Теорема Мак-Миллана.
Практическая работа: Математическая модель системы связи. Детально
рассматривают различные модели систем связи [5].
Раздел «Оптимальное кодирование». Основные понятия и
определения. Простейшие методы построения префиксных кодов.
Построение оптимальных кодов методом Хаффмана. Теоремы о кодировании
источников сообщений. Задачи помехоустойчивого кодирования, основные
определения и понятия. Границы для параметров кодов. Методы
декодирования при применении линейных кодов.
Практическая работа: Методика построения помехоустойчивых кодов.
Рассматривают способы построения и возможности использования
помехоустойчивых кодов [4].
Раздел
«Дискретные
каналы
передачи
информации».
Классификация каналов связи. Пропускная способность. Вычисление
пропускной способности для дискретного канала без памяти. Прямая и
обратная теоремы Шеннона для двоичного симметричного канала. Теоремы
кодирования для дискретных каналов без памяти.
Практическая работа: Код Хэмминга. Изучают способы и возможности
применения кода Хэмминга в информационных системах [4].
5. Образовательные технологии
При проведении занятий по данному курсу используются следующие
активные и интерактивные формы: организация временных творческих
коллективов при работе над рефератом, учебным проектом, организация
дискуссий и обсуждений спорных вопросов, использование мультимедийных
презентаций на практических занятиях, общая защита с использованием
мультимедийного оборудования тем научно-исследовательской работ.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
7.
Учебно-методическое
и
информационное
обеспечение
дисциплины
а) основная литература:
1. В.В. Панин Основы теории информации. -3-е изд. М.: БИНОМ. Лаб.
знаний, 2011. – 438 с.
b) дополнительная литература:
2. В.В. Панин Основы теории информации. -2-е изд. М.: БИНОМ. Лаб.
знаний, 2007. – 436 с.
3. Духин, А. А. Теория информации: Учебное пособие/А.А.Духин. - М.:
Гелиос АРВ, 2007. 248 с, ил.
4. Белов П. В. Элементы теории информации и статистического
кодирования учеб. пособие / П. В. Белов ; . - М., 1993. - 24 с
5. Б.Б.Самсонов, Е.М. Плохов, А.И. Филоненков и др. Теория
информации и кодирование. Ростов-на-Дону: Изд-во “Феникс”, 2002.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием с выходом в
Интернет, компьютерные классы с программным обеспечением,
рассчитанные на обучение группы студентов из 8 – 12 человек,
удовлетворяющие санитарно-гигиеническим требованиям;
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по специальности 090301
«Компьютерная безопасность» и специализации «Математические методы
защиты информации».
Автор
доцент кафедры ТОКБиК, к.п.н.
А.С. Гераськин
Программа одобрена на заседании кафедры теоретических основ
компьютерной безопасности и криптографии от _______ года, протокол №
___.
Зав. кафедрой
теоретических основ
компьютерной безопасности и криптографии
профессор
В.Н.Салий
Декан факультета
компьютерных наук
и информационных технологий
доцент
А.Г.Федорова