Теорія інформації та кодування
Спеціальність: Кібербезпека
Код дисципліни: 6.125.00.O.021
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Захист інформації
Лектор: Cтахів Марта Юріївна
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
загальні компетентності:
• ЗК 1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
• ЗК 2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професії.
• ЗК 5. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації.
фахові компетентності:
• ФК 2. Здатність до використання інформаційно-комунікаційних технологій, сучасних методів і моделей інформаційної безпеки та/або кібербезпеки
• ФК 10. Здатність застосовувати методи та засоби криптографічного та технічного захисту інформації на об’єктах інформаційної діяльності.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
1. знання принципів створення інформаційних систем, основою функціонування яких є процеси передачі та перетворення інформації;
2. знання основних положень теорії квантування сигналів за рівнем та часом;
3. розуміння теорії ефективного кодування;
4. знання основних положень теорії оптимального прийому сигналів;
5. вміння опрацьовувати сигнали, як носії інформації, охарактеризувати основні типів сигналів детермінованих та випадкових, способи їх математичного опису та перетворення;
6. вміння застосовувати теорію кодування при вирішенні практичних задач.
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
ЗН 4. Аналізувати, аргументувати, приймати рішення при розв’язанні складних спеціалізованих задач та практичних проблем у професійній діяльності, які характеризуються комплексністю та неповною визначеністю умов, відповідати за прийняті рішення
ЗН 6. Критично осмислювати основні теорії, принципи, методи і поняття у навчанні та професійній діяльності
ЗН 13. Знання сучасних досягнень інноваційних технологій в галузі інформаційних технологій, кібербезпеки та управління
ЗН 14. Знання і розуміння наукових принципів, що лежать в основі кібербезпеки та інформаційних технологій
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: • Основи інформаційної та кібернетичної безпеки
• Вища математика
• Операційні системи
• Схемотехніка
• Програмування скриптовими мовами
Короткий зміст навчальної програми: В дисципліні розглядаються основні поняття та визначення такі, як: інформація та інформаційні системи, предмет теорії інформації. Вивчаються поняття кількості інформації та ентропія і чим вони відрізняються. Також розглядається квантування сигналів за часом та рівнем і похибки квантування. Вивчаються математичні моделі детермінованих сигналів та їх загальна характеристика. Розглядаються різні види модульованих сигналів та їх спектри. Також вивчаються випадкові сигнали і їх імовірнісні та числові характеристики.
Вивчаються прості цифрові коди і коди з виявленням та виправленням помилок а саме: Хемінга, циклічний, БЧХ, ітеративні, рекурентні. Розглядається ентропія неперервних та складних повідомлень, а також кількість інформації при неповній достовірності повідомлень та при статистичній залежності між елементами повідомлень. Розглядаються характеристики сигналу та каналу зв’язку. Вивчається завадостійкість інформаційних систем, а також способи її підвищення, загальна характеристика завад в системах передачі інформації.
Опис: Лекційні заняття:
Основні положення теорії інформації
Характеристики дискретного каналу передачі інформації
Основні принципи завадостійкого кодування. Лінійні блокові коди
Способи задання лінійних блокових кодів. Синдромне декодування лінійних блокових кодів
Код Хемінга
Поліноміальне кодування інформації. Циклічні коди
Практичні заняття:
Кількість інформації та ентропія. Умовна ентропія та невизначеність.
Квантування сигналів за часом. Квантування сигналів за рівнем.
Диференційне квантування.
Ітеративні та рекурентні коди.
Систематичні коди. Коди Хемінга.
Циклічні коди. Коди БЧХ.
Лабораторні заняття:
Спектральний аналіз і синтез періодичного сигналу
Дослідження амплітудної модуляції
Пряме та обернене перетворення даних з простого двійкового коду в код Грея
Дослідження коду з однією перевіркою на парність
Дослідження інверсного та кореляційного кодів
Код Хемінга
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль здійснюється під час проведення практичних занять у формі усного опитування, письмового експрес-контролю, виступів студентів при обговоренні теоретичних питань і має на меті перевірку рівня підготовленості студента до виконання конкретної роботи.
Контроль на практичних заняттях проводиться з метою вияснення готовності студентів до занять у формах вибіркового усного опитування перед початком занять, перевірки виконання домашнього завдання, виклику до дошки окремих студентів для самостійного розв'язування задач, оцінки активності студента у процесі занять, внесених пропозицій, оригінальних рішень, уточнень і визначень, доповнень попередніх відповідей.
Семестровий екзамен є підсумковим етапом вивчення усієї дисципліни і має за мету перевірку знань студентів по теорії і виявлення навичок застосування отриманих знань при вирішенні практичних завдань, а також навиків самостійної роботи з навчальною і науковою літературою.
Іспит дає можливість кожному студенту у порівняно короткий проміжок часу осмислити весь пройдений курс у цілому, сконцентрувати увагу на вузлових його моментах, закріпити у пам'яті його основний зміст. Іспит складається студентами в період екзаменаційної сесії, передбаченої навчальним планом.
Критерії оцінювання результатів навчання: Денна форма навчання:
Поточний контроль (40 балів):
усне опитування – 10; виконання лабораторних робіт – 30
Екзаменаційний контроль (60 балів):
письмова компонента – 50; усна компонента – 10
Заочна форма навчання:
Поточний контроль (40 балів):
виконання лабораторних робіт – 20; виконання контрольних робіт – 20
Екзаменаційний контроль (60 балів):
письмова компонента – 50; усна компонента – 10
Порядок та критерії виставлення балів та оцінок:
Контрольна робота:
Критерії виставлення балів - виконана контрольна робота;
Максимальна кількість балів:
Заочна форма навчання: 10
(2 контрольні роботи *10 балів =20 балів)
Лабораторна робота:
Критерії виставлення балів - виконана лабораторна робота;
Максимальна кількість балів:
Денна форма навчання:
6 лабораторних робіт *5 балів =30 балів
Заочна форма навчання:
4 лабораторні роботи *3 бали + 2 лабораторні роботи *4 бали =20 балів
Письмова компонента:
Критерії виставлення балів - правильні відповіді на поставлені питання ;
Максимальна кількість балів: 50
Уснакомпонента:
Критерії виставлення балів - правильні відповіді на поставлені питання ;
Максимальна кількість балів: 10
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: Контрольна робота:
Критерії виставлення балів - виконана контрольна робота;
Максимальна кількість балів:
Заочна форма навчання: 10
(2 контрольні роботи *10 балів =20 балів)
Лабораторна робота:
Критерії виставлення балів - виконана лабораторна робота;
Максимальна кількість балів:
Денна форма навчання:
6 лабораторних робіт *5 балів =30 балів
Заочна форма навчання:
4 лабораторні роботи *3 бали + 2 лабораторні роботи *4 бали =20 балів
Письмова компонента:
Критерії виставлення балів - правильні відповіді на поставлені питання ;
Максимальна кількість балів: 50
Усна компонента:
Критерії виставлення балів - правильні відповіді на поставлені питання ;
Максимальна кількість балів: 10
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення
1. Електронний навчально-методичний комплекс «Теорія інформації та кодування» (Адреса доступу: https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=12913)
2. Курс лекцій з навчальної дисципліни «Теорія інформації та кодування» для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «Бакалавр» напрямів підготовки 6.170102 «Системи технічного захисту інформації», 6.170103 «Управління інформаційною безпекою» / Укл.: М.Ю. Стахів - Львів: НУ“ЛП”, 2014. - 51 с.
8. Рекомендована література
Базова
1. Кожевніков В.Л. Теорія інформації та кодування Навч. посібник: Д. Національний гірничий університет, 2011, 108 с.
2. Тулякова Н.О. Теорія інформації: [Навчальний посібник] [Електронний ресурс] / Н.О. Тулякова. – Суми: СумДУ, 2008. – 212 с. – Режим доступу: http://elkniga.info/ book_156.html
3. Сорока Л.С. Основи теорії інформації: [Навчальний посібник] Л.С. Сорока. – Харків: ХНУ ім. В.Н.Каразіна, 2007. – 264 с.
4. Жураковський Ю.П. Теорія інформації та кодування в задачах: Навчальний посібник. Житомир: ЖІТІ, 2002, 230 с.
Допоміжна
1. https://www.cl.cam.ac.uk/teaching/0809/InfoTheory/InfoTheoryLectures.pdf
2. Shannon, C and Weaver, W (1949) Mathematical Theory of Communication. Urbana: University of Illinois Press.
3. http://www.inference.org.uk/itprnn_lectures/
4. JV Stone. Information Theory: A Tutorial Introduction. Sebtel Press, Sheffield, England, 2015
5. J Gleick. The Information. Vintage, 2012.
6. DJC MacKay. Information theory, inference, and learning algorithms. Cambridge University Press, 2003.
7. J Soni and R Goodman. A mind at play: How Claude Shannon invented the information age. Simon and Schuster, 2017.
9. Інформаційні ресурси
1. Робоча програма з дисципліни “Теорія інформації та кодування” для спеціальності 6.125.00.00 “Кібербезпека” / Укл.: Стахів М.Ю. – Львів: НУ «ЛП». – 2021. – 8 с. // Віртуальне навчальне середовище “Львівської політехніки”: https://vns.lpnu.ua/mod/resource/view.php?id=573627
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол №35).
Теорія інформації та кодування
Спеціальність: Кібербезпека
Код дисципліни: 6.125.00.O.020
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Безпека інформаційних технологій
Лектор: Професор каф. БІТ, д.т.н. Журавель Ігор Михайлович
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
загальні компетентності:
1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професії.
3. Вміння виявляти, ставити та вирішувати проблеми за професійним спрямуванням.
4. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації.
фахові компетентності:
1. Здатність до використання інформаційно-комунікаційних технологій, сучасних методів і моделей інформаційної безпеки та/або кібербезпеки.
2. Здатність застосовувати методи та засоби криптографічного та технічного захисту інформації на об’єктах інформаційної діяльності.
3. Знання основних підходів до організації типових комплексів та засобів захисту інформації в інформаційних і комунікаційних системах.
4. Знання технологій створення систем захисту комп’ютерних систем та мереж для розробки та визначення загальних принципів побудови систем захисту, завдань та вихідних даних, які необхідно враховувати при проектуванні систем захисту.
5. Знання сучасних методів захисту від руйнуючих кодів інформаційно-комунікаційних системах.
Результати навчання: ЗН 4. Аналізувати, аргументувати, приймати рішення при розв’язанні складних спеціалізованих задач та практичних проблем у професійній діяльності, які характеризуються комплексністю та неповною визначеністю умов, відповідати за прийняті рішення.
ЗН 6. Критично осмислювати основні теорії, принципи, методи і поняття у навчанні та професійній діяльності.
ЗН 13. Знання сучасних досягнень інноваційних технологій в галузі інформаційних технологій, кібербезпеки та управління;
ЗН 14. Знання і розуміння наукових принципів, що лежать в основі кібербезпеки та інформаційних технологій;
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити:
• Криптографічні системи та протоколи;
• Електроніка.
Короткий зміст навчальної програми: Кількість інформації та ентропія. Квантування сигналів. Математичні моделі детермінованих сигналів. Модульовані сигнали. Випадкові сигнали та їх імовірнісні характеристики. Прості цифрові коди. Рефлексні коди. Завадостійке кодування (основні принципи). Систематичні коди. Коди з виявленням та виправленням помилок. Циклічні коди. Оптимальний прийом та обробка інформації. Ефективність інформаційних систем. Завадостійкість інформаційних систем. Способи стиснення інформації в інформаційних системах.
Опис: 1 Інформація та інформаційні системи. Предмет теорії інформації. Основні поняття та визначення.
2 Кількість інформації та ентропія. Квантування сигналів за часом.
3 Квантування сигналів за рівнем. Похибки квантування. Характеристика сигналу та канала зв’язку.
4 Математичні моделі детермінованих сигналів. Загальна характеристика сигналів.
5 Спектр сигналу.
6 Модульовані сигнали. Спектри амплітудно-модульованих сигналів.
7 Спектри сигналів при вузькосмуговій та низькосмуговій кутовій модуляції.
8 Імпульсна модуляція. Особливості сигналів з ІМ. Спектри ІМ сигналів.
9 Випадкові сигнали та їх імовірнісні характеристики. Числові характеристики випадкових сигналів.
10 Стаціонарні випадкові сигнали та їх властивості.
11 Ергодичні стаціонарні сигнали та їх властивості.
12 Широкосмугові та вузькосмугові випадкові сигнали. Ефективна ширина спектру випадкового сигналу.
13 Мета кодування. Прості цифрові коди. Рефлексні коди. Завадостійке кодування (основні принципи).
14 Систематичні коди. Коди з виявленням помилок (з контролем за паритетом, з повторенням, інверсний).
15 Коди з виявленням та виправленням помилок. Коди Хемінга.
16 Циклічні коди. Принципи побудови. Вибір твірного многочлена. Реалізація циклічних кодів
17 Коди БЧХ. Побудова, властивості, кодування та декодування. Ітеративні коди. Рекурентні коди.
18 Ентропія та невизначеність. Ентропія неперервних повідомлень. Ентропія складних повідомлень.
19 Кількість інформації при неповній достовірності повідомлень та при статистичній залежності між елементами повідомлень.
20 Швидкість передачі інформації та пропускна здатність канала зв’язку (дискретного та неперервного, без завад та з завадами).
21 Оптимальний прийом та обробка інформації. Постановка задачі та методи оптимального прийому. Методи накопичення сигналу та кореляційний прийом. Узгоджена фільтрація.
22 Ефективність інформаційних систем. Способи підвищення ефективності (декореляція повідомлень, оптимальне статистичне кодування).
23 Завадостійкість інформаційних систем. Загальна характеристика завад в системах передачі інформації. Способи підвищення завадостійкості інформаційних систем.
24 Способи стиснення інформації в інформаційних системах.
Методи та критерії оцінювання: • письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування, контрольна робота (40%)
• підсумковий контроль (60 %, контрольний захід, екзамен): письмово-усна форма (60%)
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль на аудиторних заняттях проводиться з метою з’ясування обставин проходження навчального процесу, визначення його результатів у таких формах:
• попереднє виявлення рівня знань студентів перед початком занять;
• поточна перевірка в процесі засвоєння кожної теми, що вивчається;
• оцінка активності студента у процесі лекційних занять;
• оцінка активності студента у процесі практичних занять;
• перевірка виконання практичних робіт;
• перевірка виконання самостійної роботи;
• усне опитування засвоєння знань, набутих у процесі розв’язування задач на практичних заняттях;
Підсумковий (екзаменаційний) контроль здійснюється за результатами тестового контролю та усного опитування.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Електронний навчально-методичний комплекс «Теорія інформації та кодування» для студентів Інституту комп’ютерних технологій, автоматики та метрології напряму підготовки 6.170101 «Безпека інформаційних і комунікаційних систем», укладач – доц. Журавель І.М., реєстр. номер № Е41-118-47/2016 від 16.05.2016 р.).
2. Методичні вказівки до виконання розрахункової роботи з дисципліни “Теорія інформації та кодування” для студентів базового напряму 6.170101 “Безпека інформаційних та комунікаційних систем” / Укл. І.М.Журавель, С.С.Войтусік, Ю.М.Костів, - 34 с.
3. Конспект лекцій з дисципліни “Теорія інформації та кодування” для студентів базового напряму 6.170101 “Безпека інформаційних та комунікаційних систем” (№ 6847 від 26.04.2016 р.), укладач – доц. Журавель І.М.
4. Обозовський С.С. Вимірювальні сигнали та кола. – К.: ІСДО, 1992.
5. Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. – К.: Вища школа, 1986.
6. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь, 1986.
7. Калабеков Б.А., Лапидус В.Ю., Малофеев В.М. Методы автоматизированного расчета спектральных характеристик в технике святи. – М.: Радио и связь, 1990.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).