Черный ящик. Проект "черный ящик" Задания по информатике на тему черный ящик

Чёрный ящик умеет преобразовывать информацию по какому-то правилу.

В результате изучения работы «черного ящика» получен спи­сок соответствующих значений параметров на входе и на вы­ходе.

Определить, что делает система, анализируя результаты ее работы, т.е. по какому принци­пу значения входных параметров связаны с выходными. Представить эту связь в виде функции.

Пример 1

Что ответит чёрный ящик, если ему подать на число 12 ?

Ответ : сис­тема удваивает значение параметра на входе; у = 2х.

Правило может быть и более сложным.

Пример 2

Что ответит чёрный ящик, если ему подать на число 9 ?

Ответ : сис­тема возводит в квадрат значение параметра на входе, а затем переставляет цифры числа в обратном порядке.

Список некоторых наиболее известных "Черных ящиков":

• По числу вычисляется остаток от деления его на какое-то заданное число.
• Сумма цифр числа.
• Любая формула: квадрат числа, число плюс три и т.д. …
• Можно к числу прибавлять номер хода.
• Три - три, два - три, один - четыре, (число - сколько букв в его записи).
• Номер первой буквы "а" в слове: т.е. бомба - 5, 2 - 3, банан - 2, 1 - не могу (в данном случае так же можно сказать 0)

Задачи для самостоятельного решения

Некий «черный ящик» можно настроить на десять программ преобразования информации. В результате изучения его работы получены протоколы испытаний, описывающие входы и соответствующие им выходы системы. Необходимо определить тип входной инфор­мации (числовая, текстовая, символьная) и правило ее преобразования.

Теоретический тур школьного этапа

по информатике и ИКТ

2015-2016учебный год

5-6-7 классы

1. 1. (5 баллов) Найдите закономерность и продолжите ряд:
   1. 1) 1, 2, 3, 4, 5, 6,…
   2. 2) а, б, в, г, д, е, …
   3. 3) 1, 2, 4, 8, 16,…
   4. 4) 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, 0, 1, 1,…
   5. 5) о, д, т, ч, п, ш,…
2. 2. (24 балла) Вставьте вместо точек слово из трех букв, которое будет окончанием одного слова и началом другого.

Пример: У(…)ЕСО – У(КОЛ)ЕСО.

1. 3. (10 баллов) Впишите в скобки слева такое слово чтобы можно было решить эти уравнения.

Б+(ЖИВОТНОЕ)=(ДЕФЕКТ)
АР+(НОТА)=(МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ)
В+(ИМЯ)=(СВОБОДА)
Н+(ДЕРЕВО)=(ПОЛЕ)
И+(ЗЛАК)=(ЦВЕТОК)
ПА+(КРЕСЛО)=(ПУЛЯ В ГИЛЬЗЕ)
Б+(РАСТИТЕЛЬНОСТЬ НА ЛИЦЕ)=УКРАШЕНИЕ
С+(ЦВЕТОК)=(ПРИЯТНОЕ ВКУСОВОЕ ОЩУЩЕНИЕ)
З+(КРАСКА ДЛЯ НОГТЕЙ)=(РАСТЕНИЕ С КОЛОСЬЯМИ)
У+(АТМОСФЕРНОЕ ЯВЛЕНИЕ)=(ЗАПУГИВАНИЕ)

1. 4. (6 баллов) В этой таблице спрятаны обрывки записок

• Зайца (А2, Г6, Г1, А6, В3, Б1, Г4, Б4);
• Волка (А3, Г2, Б3, Г5, Б2, Б6, В2, В6);
• и записки для тебя (В5, А1, Г3, А4, В1).

Восстанови эти записки (не забудь разделить текст на слова).

1. 5. (5 баллов) Используя шифр, найдите слова, которые скрываются за этими цифрами:
2. 1) 6 8 7 4 10 8

1. 2) 1 2 10 8 9 1 5 5ШИФР
2. 3) 7 1 2 4 3 1 10 8 9
3. 4) 1 9 4 11
4. 5) 1 5 5 4 3 1 10 8 9

6. (5 баллов) Определи пословицу . Циферблат – ключ:

1. 7. (5 баллов) Определите принцип преобразования информации в «черном ящике».

1. (20 баллов) Робот. Роджер Вилко хочет добыть ключ из лабиринта, в который сам попасть не может, однако может запустить туда маленького робота. Робот знает команды:

• Вверх (передвинуться на одну клетку вверх)
• Вниз (передвинуться на одну клетку вниз)
• Влево (передвинуться на одну клетку влево)
• Вправо (передвинуться на одну клетку вправо)

Команду, которую робот не может выполнить, он просто пропускает и переходит к следующей. У робота ограниченный объем памяти, поэтому Роджер может написать программу, состоящую только из четырех команд. Когда робот доходит до конца своей программы, он начинает ее заново. Когда робот оказывается в клетке, где лежит ключ, выполнение программы немедленно завершается.

Как Роджеру запрограммировать робота так, чтобы он попал из клетки S в клетку F , где лежит ключ?

2. (20 баллов) Водолей. Имеется два пустых сосуда объемом 8 и 5 литров. Используя программную среду Водолей, составь программу получения 4 литров воды в любом из сосудов.

Чёрный ящик -- объект, внутренняя структура которого неизвестна или неважна в рамках решаемой задачи, но о функциях, которого можно судить по его реакциям на внешнее воздействие.

Полное описание функций «черного ящика» называется его каноническим представлением. «Чёрные ящики», характеризуемые одинаковыми каноническими представлениями, считаются эквивалентными.

В отличие от «черного ящика» «белый ящик» -- это объект, внутренняя структура которого нам полностью известна, например, какое-либо созданное нами техническое устройство или компьютерная программа.

Понятие «чёрный ящик» широко используется во многих научных дисциплинах, в первую очередь технических, при изучении и/или описании любых объектов, обладающих относительно устойчивым характером (без учёта развития или изменения самого объекта). Это обусловлено тем, что «чёрный ящик» является наглядной формой представления результата основного процесса человеческого мышления -- абстрагирования, и использование «чёрного ящика» при описании объекта значительно облегчает понимание смысла. Философский словарь / Под ред. И. Т. Фролова. -- 4-е изд. -- М.: Политиздат, 1981. -- 445 с.

Кибернетика, как уже отмечалось выше, занимается, главным образом, исследованием механизмов управления и передачи информации в сложных стохастических системах. Для изучения процесса управления кибернетики используют понятия обратной связи и гомеостаза; для анализа вероятностных характеристик систем они применяют статистическую теорию информации; наконец, исследование комплексности систем они осуществляют с помощью понятия черного ящика. Представляя систему в качестве черного ящика, кибернетики по умолчанию соглашаются с когнитивными ограничениями своего понимания огромного числа возможных состояний, доступных сложной системе в любой момент времени. Однако при этом они признают возможности манипулирования некоторыми входными сигналами и наблюдения некоторых результатов работы системы на выходе. Если выходные сигналы непрерывно сравниваются с конкретными желаемыми величинами, то некоторые реакции системы могут быть определены с точки зрения их влияния на входные сигналы черного ящика с тем, чтобы сохранить систему «в управляемом состоянии».

При моделировании системы в виде черного ящика идентифицируются четыре набора переменных: набор возможных состояний системы (S); набор возмущений, способных повлиять на текущее ее состояние (Р); набор реакций на эти возмущения (R); набор целей, определяющих приемлемые состояния в соответствии с установленными критериями (Т). Считается, что система находится в “управляемом состоянии” если в любой момент времени ее состояние соответствует состоянию из набора Т. С помощью этой модели устанавливается чрезвычайно важный кибернетический принцип: если система находится в управляемом состоянии, то необходимо, чтобы для любого возмущения, стремящегося вывести систему из допустимых состояний, существовала такая ее реакция, которая после своего осуществления приводила бы систему в одно из состояний из совокупности Т. Данный принцип был разработан английским кибернетиком Россом Эшби и получил название «закона необходимого многообразия», обычно формулируемого следующим образом: «только многообразие способно поглотить многообразие». Уильям Росс Эшби, Введение в кибернетику, «Иностранная литература», Москва, 1959

Принцип работы метода «черный ящик»

Черный ящик - понятие кибернетики, с помощью которого пытаются справиться с трудностями при изучении сложных систем. Представление системы в виде черного ящика означает, что при настоящем уровне знаний мы не можем проникнуть вглубь данной системы (или подсистемы) и разобраться, каковы внутренние закономерности, преобразующие ее входы и выходы. Однако мы можем изучать поведение этих входов и выходов, то есть зависимость изменений на выходе от изменений на входе. Многократный учет позволяет открыть закономерность между поведением входов и выходов и предвидеть поведение системы в будущем, а значит, управлять ею. Хотя метод «черного ящика» имеет прогностическое значение, он не позволяет вывести конструктивные рекомендации о том, какие необходимы изменения в системе для того, чтобы она лучше функционировала с позиций достижения целей. Иногда, если известен закон преобразования, связь между входом и выходом можно представить в аналитической форме. Таким образом, «черный ящик» - это объект, который воспринимает входные сигналы и генерирует выходные сигналы, предварительно ассоциируя их с входом по некоторому закону.

Между тем, эти представления абсолютно не соответствуют реальной практике научного поиска. Метод «черного ящика», который прямо противоположен по своей сути принципу, описанному выше, не просто применяется в самый строгих научных дисциплинах, а является одним из ключевых интеллектуальных инструментов познания.

«Черный ящик» - это интеллектуальная конструкция, в которую как раз и помещают абсолютно неизвестные, неизмеримые, не наблюдаемые и никак не фиксируемые явления. Чтобы понять, как работает метод, приведем частный пример.

Представьте себе, что по определенной траектории летит камень, а вы наблюдаете его движение, вы знаете его скорость, вес и прочие характеристики. То есть это как раз твердо установленные факты. Далее на его пути находится ящик с непрозрачными стенками. Сбоку есть отверстие, куда влетает камень, а вы расположены так, что не видите его дальнейший полет внутри ящика. На выходе тоже есть отверстие, из которого камень вылетает, и вы вновь видите его траекторию и отслеживаете все его параметры. Итак, у вас была невидимая часть полета, она вам неизвестна абсолютно. Вы не знаете, что там делали с камнем, отражался ли он от стенок, натыкался ли на какие-то преграды и тому подобное. Но есть видимая часть до входа в ящик и видимая после выхода в ящик.

Так вот, метод «черного ящика» в том и состоит, что ученый, зная видимые, измеримые характеристики, пытается догадаться, что же происходило во время невидимой части полета внутри «черного ящика». Настоящий ученый начинает строить объяснительную модель, хотя с точки зрения принципа, о котором говорилось в начале статьи, такой подход ненаучен. Ведь согласно этому принципу можно рассматривать только видимую часть полета камня, а о том, что было в «черном ящике» вообще говорить нельзя, нет твердо установленных фактов, не о чем и говорить.

Люди, которые так рассуждают, и думают, что уж это то и есть настоящая наука, на самом деле, рассуждают не так, как это действительно принято в науке.

Между тем, никто не видел не то что электрона, а даже атома, однако люди свободно рассуждают и об атомах, и об электронах, и о взаимодействии элементарных частиц.

Причем важную часть этого знания наука получила, именно используя как бы ненаучный, а на самом деле исключительно научный метод «черного ящика», метод, который не просто разрешает оперировать не твердо установленными фактами, а даже позволяет проводить исследования явлений, абсолютно неизвестных, неустановленных, чьи параметры не зафиксированы напрямую.

То есть наукой признается и даже провозглашается важным принципом сама возможность изучать неизвестные явления по косвенным признакам, другим фактам, иным явлениям.

Школьный тур олимпиады школьниковпо информатикеи ИКТ

2014-2015 учебный год

5-6 классы

(5 баллов) Найдите закономерность и продолжите ряд:

1, 2, 3, 4, 5, 6,…

а, б, в, г, д, е, …

1, 2, 4, 8, 16,…

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, 0, 1, 1,…

о, д, т, ч, п, ш,…

(10 баллов)

В слове «ПАРУС» замени буквы по приведенному алгоритму.

Полученное слово обозначает:

1) файл, хранящий информацию о системе;

2) способ обработки информации;

3) скорость передачи данных в компьютере;

4) файл, мешающий работе компьютера.

Все люди в этом здании либо поднимаются на четвертый этаж, либо спускаются на первый. Сколько человек будет на четвертом этаже, а сколько на первом?

1) 8 и 7; 2) 7 и 8; 3) 1 и 3; 4) 1 и 0.

(5 баллов) В этой таблице спрятаны обрывки записок

Зайца (А2, Г6, Г1, А6, В3, Б1, Б4);

Волка (А3, Г2, Б3, Г5, Б2, Б6, В2, В6);

и записки для тебя (В5, А1, Г3, А4, В1).

Восстанови эти записки (не забудь разделить текст на слова).

(5 баллов) Используя шифр, найдите слова, которые скрываются за этими цифрами:

1 2 10 8 9 1 5 5 4 ШИФР

7 1 2 4 3 1 10 8 9

1 5 5 4 3 1 10 8 9

6.(5 баллов)Определи пословицу .Циферблат – ключ:

(15 баллов) Определите принцип преобразования информации в «черном ящике».

10.(30 баллов)Робот. Роджер Вилко хочет добыть ключ из лабиринта, в который сам попасть не может, однако может запустить туда маленького робота. Робот знает команды.