Битва за хаос

В предыдущих главах мы неоднократно употребляли термин «избыточность». Сейчас подробнее разберем, что же это такое. Ну, как обычно, начнем с технических областей. Все знают что в автомобиле есть два тормоза — ручной и педальный. И хотя всегда тормозят ногой, ввиду исключительной важности тормозной системы для безопасности движения, она продублирована. Откажет ножной — затормозим ручным. Т. е. избыточность (в данном случае аппаратная) в тормозную систему введена намеренно. В более сложных и ответственных изделиях — самолетах, космических кораблях, пультах контроля атомных станций, подводных лодках, многие узлы продублированы даже не по два, а по три, четыре и более раз. Конечно, может быть исходный узел никогда и не сломается, а потому вводить в действие дублирующие узлы окажется не нужным. Но кто может дать такую гарантию? В любом случае, не существует абсолютно надежного продукта человеческой деятельности, такого, чтобы безотказно работал с вероятностью 100 %. Всегда есть неопределенность. Неопределенность — это энтропия. А вдруг сломается? Могли бы делать абсолютно надежно, никакой избыточности бы не понадобилось. Да, часто избыточность существенно поднимает стоимость, но риск потерять все изделие, а иногда и людей в нем помещенных или зависящих от его работы, заставляет пренебречь экономическими соображениями. Описанные случаи относятся к так называемой аппаратной избыточности, но это понятие гораздо шире. Не менее интересен случай информационной избыточности. К примеру, нет смысла «запаковывать» в телевизионный сигнал слишком малые детали изображения, наш глаз их просто не различит, вот почему фильтрами они срезаются еще на передающей стороне. Кроме того, мы видим крупные предметы в цветном изображении, а мелкие — в черно-белом. Эта особенность глаза учтена конструкторами, и цветовой сигнал при передаче мелких деталей также срезается фильтром нижних частот. Зачем тащить в эфир зрительную информацию которую мы никак не заметим? Здесь мы сознательно работаем на уменьшение избыточности, ибо она нам не нужна. Но мы можем и намеренно её увеличивать, вводя т. н. корректирующую информационную избыточность. Допустим, вам нужно отправить кодовую посылку по проводу из пункта А в пункт Б. Как узнать, тот ли сигнал дошел до пункта Б? Есть разные, причем довольно изощренные способы, но наиболее распространенные — введение дополнительных бит характеризующих свойства самой посылки. Иными словами, для того чтобы в принятом сообщении можно было обнаружить ошибку, это сообщение должно обладать избыточной информацией, позволяющей отличить ошибочный код от правильного. И если в пункте Б после приема основной посылки и анализа дополнительных бит выяснится что появилось несоответствие, уже из пункта Б в пункт А посылается запрос на повторную посылку. В общем, идея понятна. Но что заставляет нас вводить избыточность в кодовые посылки? Ведь она влечет за собой уменьшение скорости передачи за счет увеличения длины посылки и усложнения аппаратной части. Все дело в том, что на пути сигнала много чего может произойти, в результате сигнал окажется под воздействием помех или других сигналов могущих иметь совершенно разную природу, но бесполезных в информационном плане. Хорошо когда мощность помехи малая в сравнении с мощностью сигнала, хорошо когда известен тип помех, т. е. когда помеха стационарная, в таком случае мы можем четко отработать алгоритм защиты. А если мощность помехи сопоставима с мощностью сигнала? А если помеха нестационарная, т. е. ее тип меняется? Тогда наша приемо-передающая аппаратура резко усложняется, иногда приходится конструировать совершенно уникальные устройства, — сплав интеллекта математика, физика, инженера и программиста. И ради чего? Ради того чтобы компенсировать последствия вредного воздействия. Так мы интеллектуальными усилиями противостоим разупорядочиванию полезной нам информации, противостоим информационной энтропии, т. е. степени возможного разупорядочивания сигнала. Отсюда и смысл намеренного введения избыточности, как аппаратной, так и программной: она обеспечивает требуемую надежность, устойчивость работы системы или, говоря проще, требуемый порядок ее функционирования.