Обложка Басиладзе С.Г. От физики сигнала до информации в физике: Реальные сигналы, состояния, данные, информация
Id: 265006
799 руб.

От ФИЗИКИ СИГНАЛА до ИНФОРМАЦИИ В ФИЗИКЕ:
Реальные сигналы, состояния, данные, информация
От физики сигнала до информации в физике: Реальные сигналы, состояния, данные, информация

URSS. 2021. 344 с. ISBN 978-5-9710-8021-3.
  • Твердый переплет
Интересующиеся отмеченной тематикой могут легко проверить, насколько им будет полезна данная книга. Попробуйте ответить на следующие простые вопросы:
1. Можно ли в реальном времени передать по линии связи сигнал с полосой частот, существенно большей, чем полоса пропускания линии?
2. Информация, как известно, измеряется в «кусочках» – битах: 1, 2, 3, …; может ли количество информации, получаемое при одном отсчете, быть много меньше одного бита?
3. Может ли в совокупности равномерно распределенных отсчетов содержаться пренебрежимо малое количество информации?
4. Увеличится ли количество информации, если в книге случайным образом переставить буквы местами? Если хотя бы на один вопрос вы дали ответ «нет» или «не знаю», вам стоит прочесть эту книгу.

Аннотация

В книге последовательно и подробно рассматривается единая цепочка: от сигнала, который является носителем состояний, до информации, которая является носителем смыслового содержания. Обсуждается неполнота классической теории, которая недостаточно учитывает физические законы генерации и восприятия сигналов. Введено понятие реальных сигналов с определенным порогом восприятия и пределом существования. Рассмотрены физические основы этих ограничений,...(Подробнее) которые определяют минимально возможное время перехода сигнала между состояниями и максимальную скорость передачи информации в природе. Анализируются последствия интегрирования части или всего спектра реальных сигналов передающей средой или медленным приемником. Показано, что плавность переходов между состояниями и появление шума «по действию» приводят к появлению виртуальных состояний. Последнее, в свою очередь, требует введения «алгебраической» логики, более общей, чем булева логика.

Принятый в книге стиль изложения ориентирован на широкий круг читателей: студентов, аспирантов и специалистов во всех областях, где необходимо получать информацию и обмениваться ею.


Содержание
Предисловие12
Глава 1. Введение15
1.1. Сигнал как носитель состояний16
1.1.1. Различимые состояния в сигнале17
1.2. Ссылка на состояния в виде символа или знака18
1.2.1. Ссылки на ссылки21
1.3. Данные как иерархия ссылок на состояния22
1.4. Информация как иерархия ссылок на интенсивность состояний25
1.4.1. Количество знаков в иерархической ссылке28
1.5. Информация как мера непредсказуемости29
1.6. Информация как средство обобщения30
1.6.1. Обобщение – тип и экземпляр30
1.7. Выводы по структуре понятия информации31
Глава 2. Классические сигналы33
2.1. Классический сигнал и его параметры33
2.1.1. Фурье-спектр сигнала34
2.1.2. Виды классических сигналов40
2.1.2.1. Ограничения по форме спектра41
2.1.2.2. Модели «точечных» сигналов и их прообразы44
2.1.3. Функция отсчетов, выделяющая «события» в сигнале48
2.1.3.1. Функция отсчетов как элемент разложения49
2.1.3.2. Интерференция в спектре элементов разложения50
2.1.3.3. Опорные и пустые точки каузального сигнала51
2.1.3.4. Порядок разложения и определенности сигнала54
2.1.3.5. Теорема отсчетов в спектральной области55
2.1.3.6. Сигналы и спектры, состоящие только из опорных точек56
2.1.4. Классический сигнал – носитель трижды бесконечной информации56
2.2. Классический шум58
2.2.1. Классический шум в сигнале58
2.2.1.1. Условие непрерывности шума и сигнала59
2.2.2. Собственная информация шума62
2.3. Выводы по классической теории сигналов64
Глава 3. Реальные сигналы67
3.1. Сложение и разложение реальных сигналов67
3.1.1. Интерференция (сложение) реальных сигналов68
3.1.1.1. Двухкомпонентные сигналы69
3.1.2. Разложение (дифракция) однокомпонентных реальных сигналов69
3.1.2.1. Колебания Гиббса при разложении сигналов71
3.1.2.2. Локальный дисбаланс энергии72
3.1.3. Физическое интегрирование сигналов и их сложение73
3.2. Информационные ограничения реального сигнала76
3.2.1. Пороговое ограничение по спектральной плотности77
3.2.1.1. Пороговая и предельная асимптоты сигнала78
3.2.1.2. Особенности реальных сигналов вблизи порога80
3.2.2. Пороговые ограничения при детектировании сигналов81
3.2.2.1. Определение чувствительности приемника82
3.2.2.2. Функциональная схема дискриминатора сигналов83
3.2.2.3. Интервал обнаружения порогового сигнала85
3.2.2.4. «Невидимость» коротких биполярных сигналов85
3.3. Выводы по свойствам реальных сигналов87
Глава 4. Классические, реальные и виртуальные состояния в событиях89
4.1. Порядок над хаосом – состояния сигнала с шумом89
4.1.1. Информационные ограничения, создаваемые шумом90
4.1.1.1. Быстрый чувствительный сенсор90
4.1.1.2. Медленный чувствительный сенсор, граница классического шума91
4.2. Состояния, порождаемые информационным порогом93
4.2.1. «Быстрый» дискриминатор93
4.2.2. «Медленный» дискриминатор95
4.2.3. Пороговое соотношение неопределимости95
4.2.3.1. Количество «пороговых» состояний96
4.2.3.2. Информационная пропускная способность96
4.2.3.3. Информация за пределами основной полосы среды передачи97
4.3. Дискретные координаты и функция отображения99
4.3.1. События и состояния как основа функции отображения99
4.3.1.1. Дискретизация состояний100
4.3.2. Информационный приоритет событий над состояниями101
4.3.3. Многозначные состояния и их функции105
4.3.3.1. Информационная емкость многозначных состояний106
4.3.3.2. Информационная емкость многозначных функций отображения107
4.3.4. Функция отображения нескольких переменных108
4.3.4.1. Иерархическая дискретная переменная для отсчетов109
4.4. Виртуальные (подпороговые) состояния110
4.4.1. Классические комбинационные состояния110
4.4.2. Комбинационные виртуальные состояния112
4.4.2.1. Случайность виртуальных логических состояний114
4.4.2.2. Классический и виртуальный регистры119
4.4.3. Моделирование комбинационных виртуальных состояний120
4.4.3.1. Разряд виртуального регистра120
4.4.3.2. Оценка затрат на реализацию122
4.5. Функции классических и виртуальных состояний123
4.5.1. Табличное представление логических состояний123
4.5.2. Функции иерархических переменных124
4.5.3. Вычисления без компьютера125
4.5.3.1. Антропогенные состояния и их погрешности128
4.5.3.2. Информационные состояния в точных числах130
4.5.4. Функции комбинационных виртуальных состояний132
4.5.4.1.Ограничения вероятностных комбинационных функций133
4.6. Состояния в нелинейной среде133
4.6.1. Образование логических состояний134
4.6.1.1. Помехоустойчивость состояний135
4.6.2. Два критерия быстроты логических элементов136
4.6.2.1. Медленный сигнал136
4.6.2.2. Медленный приемник, порог по действию136
4.6.2.3. Четная и нечетная обратная связь139
4.6.3. Потребляемая мощность140
4.7. Выводы по состояниям и переходам между ними141
Глава 5. Данные – получение, кодирование и управление143
5.1. Иерархии объектов, событий, и состояния состояний143
5.1.1. Иерархия циклических сложений143
5.1.1.1. Структуры, соответствующие уровням сложений144
5.1.2. Виды иерархий148
5.1.2.1. Информационная независимость уровней порогового дерева150
5.1.3. Идентификаторы элементов и узлов иерархических структур151
5.1.3.1. Упорядочивание иерархических имен152
5.2. Данные измерения153
5.2.1. Фантомы состояний при неполноте данных154
5.2.2. Способы сокращения длины кода при измерении155
5.3. Кодирование состояний157
5.3.1. Возможные коды состояний159
5.3.1.1. Неразграниченный код159
5.3.1.2. Код априорно известной длины160
5.3.1.3. Коды с указанием длины161
5.3.1.4. Код заданной конфигурации163
5.3.3. Выбор основания в иерархии знаков164
5.3.3.1. Оптимизация количества знаков165
5.3.3.2. Эффективность использования знакомест167
5.4. Компактное представление функций и данных168
5.4.1. Компактная форма функции отображения168
5.4.1.1. Устранение неоднозначности от пустых полос170
5.4.1.2. Резкие переходы реального сигнала170
5.4.1.3. Оперативные данные для снижения числа знаков173
5.4.2. Компактное представление данных174
5.4.2.1. Язык описания данных174
5.4.2.2. Группирование однотипных действий управления176
5.5. Данные управления177
5.5.1. Основные типы данных управления177
5.5.2. Управление интерфейсом при обмене данными178
5.5.2.1. Локальные и глобальные интерфейсы179
5.5.2.2. Ожидание доступа к среде связи181
5.5.2.3. Мнемонический код операций в протоколах интерфейса182
5.5.2.4. Общий алгоритм взаимодействия объектов184
5.5.2.5. Виды объектов, участвующих во взаимодействии187
5.5.2.6. Режимы связи190
5.6. Выводы по кодированию и передаче данных192
Глава 6. Информация – минимизация кода194
6.1. Информация как носитель сведений194
6.2. Роль случайности в информации196
6.2.1. Случайность, непредсказуемость и шум196
6.2.1.1. Шум случайности и «случайность» незнания197
6.2.2. Вероятность и интенсивность200
6.2.2.1. Вероятность200
6.2.2.2. Интенсивность202
6.2.3. Ожидаемые и реализованные классические состояния203
6.2.4. Случайность и регистрация того, чего нет204
6.2.4.1. Просчеты и присчеты206
6.3. Информация при повторах состояний в событиях208
6.3.1. Кодирование интервалов повторения состояний208
6.3.1.1. Непрерывный повтор состояний211
6.3.1.2. Сравнение S-кодирования и L-кодирования212
6.3.2. Макро и микросостояния213
6.3.3. Информация как мера непредсказуемости поведения214
6.3.3.1. Локализация состояний в событиях214
6.3.3.2. Циклическое повторение состояний216
6.4. Практические приемы кодирования информации218
6.4.1. Гистограмма и количество информации218
6.4.2. Компрессия данных220
6.4.2.1. Коды Хаффмана221
6.4.2.2. Коды LZW223
6.4.2.3. Арифметическое кодирование223
6.4.2.4. Задача о факсе225
6.4.2.5. Телевизор будущего227
6.4.3. Подвергается ли случайность компрессии229
6.5. Информация и математика231
6.5.1. Бесконечные циклы действий в математике232
6.5.2. Разрешения проблемы бесконечностей в математике233
6.5.2.1. Переход от суммирования к интегрированию234
6.5.2.2. «Пустые» циклы235
6.5.2.3. Отсутствие информационного порога235
6.5.2.4. «Пустые» точки функций237
6.5.2.5. Отсутствие информационного предела237
6.5.2.6. Бесконечности, вытесняющие иерархии238
6.5.3. Не реализуемые математические действия238
6.6. Выводы по анализу информации и математики240
Глава 7. Информация и физика242
7.1. Физические особенности сложения и разложения сигналов243
7.1.1. Принудительная и свободная интерференция243
7.1.1.1. Встречные и попутные, правые и левые сигналы244
7.1.2. Интерференция сигналов в кабелях245
7.1.2.1. Короткий импульс (однократная интерференция)246
7.1.2.2. Ступенчатый перепад (многократная интерференция)248
7.1.3. Свободная интерференция гармонических сигналов249
7.1.4. Свободная интерференция сигналов в пространстве251
7.1.5. Дифракция частиц и теорема отсчетов252
7.1.5.1. Дифракция волн253
7.1.5.2. Дифракция микрочастиц253
7.2. Процессы с тепловым шумом254
7.2.1. Энтропия как максимум беспорядка254
7.2.1.1. Натуральные распределения по энергии255
7.2.1.2. Энтропия равномерного и экспоненциального распределений259
7.2.1.2.1. Парадокс Гиббса261
7.2.2. Условная энтропия по Шеннону и «негэнтропия»262
7.3. Реальные сигналы в микромире267
7.3.1. Оценка предельной скорости переключения сигналов269
7.3.2. Порог для излучения в полости271
7.3.2.1. Начальная неопределимость частоты274
7.3.3. Энергия как сигнал275
7.3.4. Неопределимость как следствие порога восприятия277
7.3.4.1. Эволюция подпорогового сигнала277
7.3.4.2. В чем проявляется порог восприятия278
7.3.4.3. Причина появления туннельного эффекта279
7.3.5. Неопределенность как следствие случайности – шума281
7.3.5.1. Порядок в хаосе – характер шума в микромире282
7.3.5.2. Эффективность измерений при виртуальном шуме283
7.3.5.3. Связь вероятности с подпороговым действием285
7.3.5.4. Вероятности совместных (суперпозиционных) состояний287
7.3.6. Сравнение комбинационных и совместных состояний288
7.4. Физическое проявление пороговых и предельных свойств290
7.4.1. Пороговые интервалы при движении290
7.4.2. Дискретизация энергии в пороговых точках292
7.4.2.1. Порог как условие пространственной дискретности293
7.4.3. Предельные постоянные центрально-симметричного поля294
7.4.3.1. Предельные постоянные295
7.4.3.2. Старение порогового сигнала296
7.4.3.3. Достижимый темп переноса информации301
7.4.4. Порог и предел как физическая основа иерархий302
7.5. Вычисления на основе совместных состояний305
7.5.1. Управление вероятностями совместных состояний305
7.5.2. Функции состояний вероятности307
7.5.2.1. Влияние интерференции на Get-состояния308
7.5.3. Квантовый «компьютер»311
7.5.3.1. Случайность возможного и возможности случайного312
7.5.4. Задача факторизации чисел313
7.5.4.1. Особенности разложения Фурье317
7.5.4.2. Цифровой метод нахождения периода319
7.6. Приложение320
7.6.1. Пороговые переменные в волновом уравнении КМ320
7.6.1.1. Получение волновых уравнений КМ321
7.7. Выводы по анализу информации и физики324
Заключение327
Литература337

Об авторе
Басиладзе Сергей Геннадьевич
Профессор Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Ведущий разработчик электроники регистрации и обработки сигналов и сбора данных в экспериментах по ядерной физике в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна), Институте физики высоких энергий (ИФВЭ, Серпухов) и в лабораториях МГУ. Участник создания аппаратуры и программного обеспечения электронных подсистем в лидирующих мировых экспериментальных установках: ZEUS в DESY (Гамбург), ATLAS и LHCb в CERN (Женева и Оксфорд) по исследованию физики частиц на коллайдерах.

Автор 4 книг, свыше 340 статей, обзоров и докладов, опубликованных в трудах конференций, из них свыше 50 зарубежных публикаций. В отечественных и зарубежных статьях последнего десятилетия автором опубликованы работы по физическим свойствам и состояниям реальных сигналов, данным и информации, ставшие основой для настоящей книги. Вводная часть материала книги включена в опубликованный курс лекций, читавшийся студентам физического факультета МГУ по электронным методам ядерно-физического эксперимента.


Страницы (пролистать)