نظریه اطلاعات: تفاوت میان نسخه‌ها

'''نظریه اطلاعات'''، [[مدل ریاضی|مدلی ریاضی]] از شرایط و عوامل مؤثر در پردازش و انتقال [[داده‌ها]] و [[اطلاعات]] فراهم می‌آورد. نظریهٔ اطلاعات با ارائهٔ روشی برای «کمّی‌سازی و اندازه‌گیری عددی اطلاعات» به موضوعاتی مانند ارسال، دریافت، و ذخیره‌سازی بهینهٔ داده‌ها و اطلاعات می‌پردازد. تمرکز اصلی این نظریه بر روی محدودیت‌های بنیادین ارسال و تحلیل داده‌ها است، و کمتر به نحوهٔ عملکرد دستگاه‌های خاص می‌پردازد. پیدایش این نظریه عموماً به یک مهندس برق به نام [[کلاود شانون|کلود شانون]]<ref group="پانویس">Claude Elwood Shannon</ref> در سال ۱۹۴۸ میلادی نسبت داده می‌شود.

نظریه اطلاعات مورد استفاده خاص مهندسان مخابرات است، هرچند از برخی از مفاهیم آن در رشته‌های دیگری مانند [[روان‌شناسی]]، [[زبان‌شناسی]]، [[کتابداری و اطلاع‌رسانی|کتاب‌داری و اطلاع‌رسانی]]، و [[اطلاعات و دانش‌شناسی|علومِ شناختی]] (Cognitive Sciences) نیز استفاده می‌شود.<ref name="Britanica">«information theory," Encyclopædia Britannica</ref>

مفهوم اطلاعاتی که توسط شانون مطالعه شد، از دید آمار و احتمالات بوده و با مفاهیم روزمره اطلاعات مانند «دانش» یا استفاده‌های روزمره از آن در زبان طبیعی مانند «بازیابی اطلاعات»، «تحلیل اطلاعات»، «چهارراه اطلاعات» و غیره تفاوت دارد. اگر چه نظریه اطلاعات رشته‌های دیگر مانند روان‌شناسی و فلسفه را تحت تأثیر قرار داده، ولی بدلیلبه دلیل مشکلات تبدیل «مفهوم آماری اطلاعات» به «مفهوم معنایی دانش و محتوا» تأثیراتش بیشتر از نوع القای احساساتی نسبت به مفهوم اطلاعات بوده‌است.<ref name="SAYRE, KENNETH M. 1998">SAYRE, KENNETH M. (1998). Information theory. In E. Craig (Ed.), Routledge Encyclopedia of Philosophy. London: Routledge.</ref>

خلق تلگراف و تلفن، توجه و علاقه نسبت به مفهوم اطلاعات و انتقال آن را افزایش داد. در سال ۱۸۴۴ میلادی، [[ساموئل مورس]]<ref group="پانویس">Samuel F.B. Morse</ref> خط تلگرافی بین شهرهای [[واشینگتن]] و [[بالتیمور]] در آمریکا ساخت. مورس هنگام ارسال اطلاعات به مشکلات عملی الکتریکی برخورد. او متوجه شد که خطوطی که زیرِ زمین کشیده شده‌اند مشکلات بیشتری از خطوطی که هوایی (از طریق تیر) منتقل می‌شوند دارند و این خود زمینه‌ای برای تحقیقات بعدی شد. با اختراع تلفن توسط [[الکساندر گراهام بل]]<ref group="پانویس">Alexander Graham Bell</ref> در سال ۱۸۷۵ میلادی و گسترش آن، برخی از دانشوران به بررسی مشکلات انتقال اطلاعات پرداختند. اکثر این تحقیقات از [[تبدیل فوریه]] استفاده کرده ولی تمرکز آن‌ها بیشتر روی جنبه عملی و مهندسی موضوع بود.<ref name="Britanica" />

تحقیق دربارهٔ نظریه اطلاعات اولین بار در سال ۱۹۲۴ توسط [[هری نایکوئیست]]<ref group="پانویس">Harry Nyquist</ref> در مقاله‌ای به نام «عوامل خاصی که سرعت تلگراف را تحت تأثیر قرار می‌دهند»<ref group="پانویس">Certain Factors Affecting Telegraph Speed</ref> آغاز شد. نایکویست وجود نرخ ماکسیمم ارسال اطلاعات را متوجه شده و فرمولی برای محاسبه آن ارائه کرد. کار مهم دیگر در این زمان، مقاله «انتقال اطلاعات» در سال ۱۹۲۸ میلادی توسط هارتلی<ref group="پانویس">R.V.L. Hartley</ref> بود که اولین پایه‌های ریاضی نظریه اطلاعات را بنا گذاشت.<ref name="Britanica" />[[پرونده:ClaudeShannon MFO3807.jpg|بندانگشتی|چپ|150 px|کلود شانون]]

تولد واقعی نظریه اطلاعات را می‌توان به مقاله «نظریه ریاضی مخابرات»<ref group="پانویس">The Methematical Theory of Communication</ref> توسط [[کلاود شانون|کلود شانون]] نسبت داد. یکی از نکات اصلی مقاله شانون توجه به این نکته بود که بررسی سیگنال‌های مخابراتی را باید از بررسی اطلاعاتی که حمل می‌کنند جدا کرد، در حالی که پیش از او چنین نبود. شانون همچنین به این نکته توجه کرد که طول یک سیگنال همیشه متناسب با میزان اطلاعات آن نیست. مثلاً نقل شده‌است که در نامه‌ای که [[ویکتور هوگو]] به ناشرش نوشت، فقط نماد «؟» را نوشته بود. در پاسخ نامه‌ای دریافت کرد که فقط حاوی نماد «!» بود. این دو نماد برای هر دو طرف حاوی اطلاعات زیادی می‌باشد، هرچند از دید ناظری که معانی آن‌ها را نداند، بی‌معنی هستند. مثال دیگر، جمله‌ای طولانی است که به زبان فارسی نوشته شده باشد، ولی برای یک انگلیسی زبانی که فارسی نمی‌داند مفهومی ندارد. بدین‌سان شانون پیشنهاد کرد که مسئله ارسال سیگنال‌ها را از ارسال اطلاعات موجود در آن‌ها جدا کرده، و برای موضوع اول نظریه ریاضی ارائه کرد.<ref name="Britanica" />

شانون در آن زمان در آزمایشگاه‌های بل<ref>Bell Laboratories</ref> مشغول به کار بود و سعی در طراحی خطوط تلفن با ضریب اعتماد بالا داشت. پیش از شانون عوامل مؤثر در استفاده بهینه از خطوط تلفن شناخته نشده بود و تعداد حداکثر مکالمات تلفنی که می‌توان روی خطوط تلفن موجود انجام داد نامشخص بود. شانون پس از ارائه تعریفی ریاضی از [[کانال مخابراتی]]، ''[[ظرفیت کانال|ظرفیتی]]'' به کانال مخابراتی نسبت داد که بیانگر میزان حداکثر اطلاعاتی است که روی کانال می‌توان مخابره کرد. فرمول ظرفیت کانال شانون نه تنها به کانال‌های بدون اغتشاش (بدون [[نویز]])، بلکه حتی به کانال‌های با اغتشاش واقعی نیز قابل اعمال بود. شانون فرمولی ارائه کرد که نحوه تأثیر [[پهنای باند کانال]]، و نسبت توان سیگنال ارسالی به توان نویز ([[نسبت سیگنال به نویز]]) را بر ظرفیت کانال نشان می‌داد.<ref name="Britanica" />

مفهوم اطلاعاتی که توسط شانون مطالعه شد اطلاعات از دید «آمار و احتمالات» بوده و با مفاهیم روزمره از اطلاعات مانند «دانش» یا استفاده‌های روزمره از آن در زبان طبیعی مانند «بازیابی اطلاعات»، «تحلیل اطلاعات»، «چهارراه اطلاعات» و غیره تفاوت می‌دارد. اگر چه نظریه اطلاعات رشته‌های دیگر مانند روان‌شناسی و فلسفه را تحت تأثیر قرار داده، ولی به دلیل مشکلات تبدیل «مفهوم آماری اطلاعات» به «مفهوم معنایی دانش و محتوا» تأثیراتش بیشتر از نوع القای احساساتی نسبت به مفهوم اطلاعات بوده‌است.<ref name="SAYRE, KENNETH M. 1998" />

رایج‌ترین واحد اطلاعات، بیت است که بر مبنای لگاریتم دودویی (باینری) است. دیگر واحدها شامل نَت (بر اساس لگاریتم طبیعی) و هارتلی (بر اساس لگاریتم معمولی) هستند. انتخاب مبنای لگاریتم، نوع واحد آنتروپی اطلاعات را مشخص می‌کند.