Applicazioni di Informatica per le Produzioni Multimediali PDF

Applicazioni di Informatica per le Produzioni Multimediali LINGUAGGI, CODIFICA E RAPPRESENTAZIONE DELL’INFORMAZIONE P R O F. D O M E N I C O S A N TA N I E L L O...

Applicazioni di Informatica per le Produzioni Multimediali LINGUAGGI, CODIFICA E RAPPRESENTAZIONE DELL’INFORMAZIONE P R O F. D O M E N I C O S A N TA N I E L L O A.A. 2024/2025 Scienze dello Spettacolo e della Produzione Multimediale Che Lingua parla l’Elaboratore? Come rendere dati ed informazioni comprensibili ad un elaboratore? Informazioni e dati per essere trattati da un elaboratore devono essere codificati mediante un opportuno linguaggio Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Linguaggio Alfabeto Collezione di simboli grafici, aventi di solito un ordine ben preciso, che servono a rappresentare le parole di una lingua Vocabolario (o lessico) Insieme delle parole ammissibili di una lingua Grammatica Insieme di regole utili alla corretta costruzione di frasi, sintagmi e parole Semantica Studia il significato delle parole (semantica lessicale), degli insiemi delle parole, delle frasi (semantica frasale) e dei testi Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione La Funzione dei Linguaggi I linguaggi sono strumenti per Rappresentare le informazioni Concetti, pensieri, emozioni, etc., vengono formalizzati attraverso i linguaggi per poter essere memorizzati, trasferiti ed elaborati Memorizzare le informazioni La scrittura Trasferire le informazioni La comunicazione Elaborare le informazioni Le deduzioni nella logica Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Problemi dei Linguaggi Accordo sui simboli Abcdefg… Accordo sul lessico Casa, gatto, automobile, vado, … Accordo sulla grammatica Accordo sulla semantica La nonna chiude la porta (OK) La porta chiude la nonna (NO) Accordo sulla codifica Regole per trasformare simboli, parole e frasi di un linguaggio in una nuova rappresentazione, con possibilità di effettuare in maniera corretta anche l’operazione inversa “a” in codice Morse (Samuel Morse, pittore e storico inglese) è “. – ” “b” in codice Morse è “ –... ” Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esempio di Codifica: Codice Braille Lettera “a” Lettera “b” Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esempio di Codifica: Numeri Linguaggio di partenza I numeri Codifica 1 Numerazione decimale 5, 45, 670 Codifica 2 Numerazione binaria 101, … Codifica 3 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione I Linguaggi Naturali: Ambiguità Per comunicare tra loro gli uomini hanno sviluppato i linguaggi naturali Italiano, inglese, francese, etc Una caratteristica negativa di tali linguaggi è la loro inerente ambiguità Una qualsiasi frase formulata è potenzialmente polisemica Il significato che viene dato alla frase da chi riceve il messaggio può essere diverso da quello datogli dal mittente Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione I Linguaggi Naturali nella Comunicazione con i Calcolatori Per comunicare con un elaboratore, l’ambiguità dei linguaggi naturali rappresenta un grosso problema Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione I Linguaggi Naturali nella Comunicazione con i Calcolatori Risulta quindi necessaria la definizione di un Linguaggio più Formale, che permetta di Individuare un alfabeto, ovvero un elenco finito di simboli Definire un insieme di regole sintattiche, che specificano come i simboli dell’alfabeto possono essere combinati tra loro per creare frasi ben formate all’interno del linguaggio stesso (grammatica) Attribuire un significato non ambiguo alle frasi del linguaggio (semantica) Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Linguaggi per Usare e Programmare il Computer I Programmi (o software) risolvono problemi specifici con approccio basato sulle informazioni e vengono eseguiti dai computer Usare programmi Programmare realizzati da altri Numeri Linguaggi Linguaggi formali (di binari, naturali programmazione) codifica binaria dei caratteri, etc. Creare Realizzare Realizzare Realizzare Contenuti contenuti Programmi Programmi Multimediali didattici complessi con Python interattivi come ad es. Scrivere una Facebook relazione con Word Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Rappresentazione dell’Informazione: Accordo sui Simboli L’informazione è rappresentata dai dati, che a loro volta sono espressi in forma di simboli La stessa informazione può essere codificata con simboli e modalità diverse 1963 → simboli “0”, “1”, “2”, … MCMLXIII → simboli della codifica romana Millenovecentosessantatre → rappresentazione testuale … Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Rappresentazione dell’Informazione nei Calcolatori Consideriamo un alfabeto ridotto, che contiene solo due simboli “0” e “1” Un bit (contrazione di binary digit) è un simbolo scelto sull’alfabeto {0, 1} Nei calcolatori ogni elemento (numeri, testo, audio, video, istruzioni, etc) viene rappresentato (codificato) esclusivamente con sequenze di bit I dati e le istruzioni vengono codificati con sequenze di bit Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica Binaria Alfabeto binario Usiamo solo due simboli 0, 1 (bit) Problema Assegnare una sequenza di bit univoca a tutti gli oggetti in un insieme predefinito Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esempio semplice di codifica binaria: l’interruttore [1/2] ◦ Un interruttore ha due sole possibilità: ◦ Acceso (ON) ◦ Spento (OFF) ◦ L’informazione sullo stato dell’interruttore corrisponde alla scelta fra due sole alternative Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esempio semplice di codifica binaria: l’interruttore [2/2] ◦ 1 bit basta per rappresentare lo stato dell’interruttore ◦ Interruttore Acceso (ON) => 1 ◦ Interruttore Spento (OFF) => 0 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Altro esempio: il semaforo Il semaforo ha tre possibilità Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Altro esempio: il semaforo E’ possibile utilizzare una sequenza di tre bit per rappresentare ciascuna alternativa 0 0 1 0 1 0 1 0 0 001 010 100 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Altro esempio: il semaforo E’ possibile ottimizzare l’uso del numero di bit ed usare una sequenza di soli due bit per rappresentare ciascuna alternativa 01 10 00 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Altro esempio: il semaforo E’ possibile ottimizzare l’uso del numero di bit ed usare una sequenza di soli due bit per rappresentare ciascuna alternativa 01 10 00 11→ Non usato! Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Altro esempio: il semaforo Rappresentazione degli stati di un semaforo mediante bit Stato Codifica ROSSO 100 3 bit VERDE 001 GIALLO 010 Stato Codifica ROSSO 00 2 bit VERDE 01 GIALLO 10 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Combinazioni di Bit Bit a Il numero di Combinazioni disposizione combinazioni 1 0,1 2 =21 2 00, 01, 10,11 4 =22 3 000, 001, 010, 011, 100,101, 8 =23 110,111 4 0000, 0001, 0010, 0011,0100, 16 =24 0101, 0110, 0111,1000,1001, 1010, 1011, 1100, 1101,1110, 1111 5 00000, 00001, 00010,… 32 =25 … … … Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica Binaria Quanti oggetti posso rappresentare con k bit? k bit → 2𝑘 oggetti Quanti bit mi servono per codificare N oggetti? 𝑙𝑜𝑔2𝑁 bit ( 𝑥 indica la parte intera superiore di 𝑥) Esempio Quanti bit servono per rappresentare 5 oggetti? 𝑙𝑜𝑔2 5 = 3 bit (NOTA: log 2 5 = 2.3219) Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione ESERCIZIO Codifica di un’Informazione: Giorni della Settimana Assegnare un codice binario univoco a tutti i giorni della settimana Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  (POSSIBILE)SOLUZIONE Codifica di un’Informazione: Giorni della Settimana [1/4] Lunedì Lunedì Lunedì Lunedì 000 Giovedì 0 Martedì 00 Martedì 001 Martedì Domenica Martedì Giovedì Mercoledì 010 Mercoledì Mercoledì 01 Giovedì 011 Mercoledì Domenica Sabato 10 Venerdì 100 Sabato Sabato Venerdì Sabato 101 Giovedì Venerdì 1 Domenica 110 Domenica 11 Venerdì 111 1 bit 2 bit 3 bit 2 “gruppi” 4 “gruppi” 8 “gruppi” Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  (POSSIBILE) SOLUZIONE Codifica di un’Informazione: Giorni della Settimana [2/4] Lunedì Lunedì Lunedì Lunedì 000 Giovedì 0 Martedì 00 Martedì 001 Martedì Domenica Martedì Giovedì Mercoledì 010 Mercoledì Mercoledì 01 Giovedì 011 Mercoledì Domenica Sabato 10 Venerdì 100 Sabato Sabato Venerdì Sabato 101 Giovedì Venerdì 1 Domenica 110 Domenica 11 Venerdì 111 1 bit 2 bit 3 bit 2 “gruppi” 4 “gruppi” 8 “gruppi” Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  (POSSIBILE) SOLUZIONE Codifica di un’Informazione: Giorni della Settimana [3/4] Lunedì Lunedì Lunedì Lunedì 000 Giovedì 0 Martedì 00 Martedì 001 Martedì Domenica Martedì Giovedì Mercoledì 010 Mercoledì Mercoledì 01 Giovedì 011 Mercoledì Domenica Sabato 10 Venerdì 100 Sabato Sabato Venerdì Sabato 101 Giovedì Venerdì 1 Domenica 110 Domenica 11 Venerdì 111 1 bit 2 bit 3 bit 2 “gruppi” 4 “gruppi” 8 “gruppi” Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione (POSSIBILE) SOLUZIONE Codifica di un’Informazione: Giorni della Settimana [4/4] Lunedì Lunedì Lunedì Lunedì 000 Giovedì 0 Martedì 00 Martedì 001 Martedì Domenica Martedì Giovedì Mercoledì 010 Mercoledì Mercoledì 01 Giovedì 011 Mercoledì Domenica Sabato 10 Venerdì 100 Sabato Sabato Venerdì Sabato 101 Giovedì Venerdì 1 Domenica 110 Domenica 11 Venerdì 111 1 bit 2 bit 3 bit 2 “gruppi” 4 “gruppi” 8 “gruppi” Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica dei Caratteri [1/5] Problema: è possibile applicare queste idee alla rappresentazione di informazione più complessa, ad esempio di un testo? Un testo è rappresentato attraverso una successione di caratteri Ogni carattere viene scelto all’interno di un insieme finito di simboli (alfabeto) Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica dei Caratteri [2/5] Con 8 bit è possibile rappresentare la scelta fra 256 alternative diverse (28=256) Da 00000000… a 11111111 Passando per tutte le combinazioni intermedie (00000001, 00000010, …) Nel caso del testo, possiamo far corrispondere diverse combinazioni di 8 bit (otto cellette, ciascuna delle quali può contenere 0 o 1) a caratteri diversi Ogni singolo carattere viene codificato con una combinazione di 8 bit Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica dei Caratteri [3/5] (sistemare in base ad ASCII) Ad esempio: 01000001 -> A 01000010 -> B 01000011 -> C 01000100 -> D 01000101 -> E …. e così via Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica dei Caratteri [4/5] American Standard Code for Information Interchange – ASCII (Codice Standard Americano per lo Scambio di Informazioni) è un codice standard per la codifica dei caratteri Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Codifica dei Caratteri [5/5] Una parola (o più parole) è rappresentata dal computer come una successione di gruppi di 8 bit O G G I P I O V E 01001111 01000111 01000111 01001001 00100000 01010000 01001001 01001111 01010110 01000101 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione La Codifica dei Numeri Obiettivo Codifica dei numeri per favorirne l’elaborazione da parte dei calcolatori Vincoli Codifica e decodifica devono essere definite in maniera tale da poter essere compiute in maniera automatica Problema Deve essere possibile codificare tutti i numeri 0, 1, 2, 3, … -1, -2, -3, … -12.4, -2.004, 0.56, 134.89, … …in sequenze 0000000, 000001, 000010, … Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Sistemi di Numerazione Posizionale [1/3] Il nostro sistema di numerazione Utilizza una notazione posizionale ed è in base 10 L’alfabeto utilizzato è l’insieme dei simboli {0, 1, 2, …, 9} Essendo posizionale, il valore di una “sequenza” di simboli viene calcolata assegnando dei “pesi” ad ogni simbolo a seconda della sua posizione Base P o s i zio n i 3 2 1 0 4523 10 = Stringa di simboli 4×10 3 + 5×10 2 + 2×10 1 + 3×10 0 mi g l i aia centinaia decine unità Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Sistemi di Numerazione Posizionale [2/3] 3251 814763 3 unità di migliaia 8 centinaia di migliaia 2 centinaia 1 decina di migliaia 5 decine 4 unità di migliaia 1 unità 7 centinaia 6 decine 3 unità Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Sistemi di Numerazione Posizionale [3/3] Concetto di base di rappresentazione 𝐵 Rappresentazione del numero come sequenza di simboli, detti cifre Appartenenti ad un alfabeto composto da 𝐵 simboli distinti Ogni simbolo rappresenta un valore fra 0 e 𝐵 − 1 Il valore di un numero 𝑣 espresso in questa notazione è ricavabile A partire dal valore rappresentato da ogni simbolo Pesato in base alla posizione che occupa nella sequenza Formalmente il valore di 𝑣 è calcolabile come Dove 𝐵 è la base 𝑛 è la lunghezza della sequenza 𝑑k (0 ≤ 𝑘 ≤ 𝑛 − 1) sono le cifre (comprese tra 0 e 𝐵 − 1) 𝑘 rappresenta la posizione Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  0≤ 𝐤 ≤ n−1 è la posizione (o peso) Sistemi di Numerazione Posizionale [3/3] del numero v = dn-1 × Bn-1 + dn-2 × Bn-2 +... + d1 × B1 + d0 × B0 B è la base n è il numero del numero d è la cifra alla di simboli presenti in v kesima posizione nel numero Formalmente il valore di 𝑣 è calcolabile come Dove 𝐵 è la base 𝑛 è la lunghezza della sequenza 𝑑k (0 ≤ 𝑘 ≤ 𝑛 − 1) sono le cifre (comprese tra 0 e 𝐵 − 1) 𝑘 rappresenta la posizione Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Sistemi di Numerazione Posizionale [3/3] Concetto di base di rappresentazione 𝐵 Rappresentazione del numero come sequenza di simboli, detti cifre Appartenenti ad un alfabeto composto da 𝐵 simboli distinti Ogni simbolo rappresenta un valore fra 0 e 𝐵 − 1 Il valore di un numero 𝑣 espresso in questa notazione è ricavabile A partire dal valore rappresentato da ogni simbolo Pesato in base alla posizione che occupa nella sequenza Formalmente il valore di 𝑣 è calcolabile come Osservazione Una sequenza di cifre non è interpretabile se non si precisa la base in cui è espressa Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Sistemi di Numerazione più Diffusi Usato Usato dai Sistema Base Simboli dagli computer? umani? Decimale 10 0, 1, …, 9 Si No Binario 2 0, 1 No Si Ottale 8 0, 1, …, 7 No No Esadecimale 16 0, 1, …, 9, No No A, B, … F Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esempio 2510 = 110012 = 318 = 1916 Base Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Conversioni tra Basi (più diffuse) Le possibilità Decimale Ottale Binario Esadecimale Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Da Binario a Decimale Decimale Ottale Binario Esadecimale Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Da Binario a Decimale: Tecnica Moltiplica ciascun bit per 2k, dove k è il “peso” del bit Il peso è dato dalla posizione del bit, a partire da 0 sulla destra Somma i risultati 5 4 3 2 1 0 1010112 => 1 x 20 = 1 + Posizioni 1 x 21 = 2 + 0 x 22 = 0 + 1 x 23 = 8 + 0 x 24 = 0 + 1 x 25 = 32 4310 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  Da Binario a Decimale: Esercizi N2 = 1010102 → N10 = ? N2 = 110112 → N10 = ? N2 = 100110102 → N10 = ? N2 = 001010012 → N10 = ? Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Da Binario a Decimale: Soluzioni 5 4 3 2 1 0  Posizioni N2 = 101010 N10 = 1 x 25 + 0 x 24 + 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 32 + 8 + 2 = 42 N2 = 11011 N10 = 1 × 24 + 1 × 23 + 0 × 22 + 1 × 21 + 1 × 20 = 16 + 8 + 2 + 1= 27 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Da Binario a Decimale: Soluzioni 10011010 = 1×27 + 0×26 + 0×25 + 1×24 + 1×23 + 0×22 + 1×21 + 0×20 = 27 + 24 + 23 + 21 = 128 + 16 + 8 + 2 = 154 00101001 = 0×27 + 0×26 + 1×25 + 0×24 + 1×23 + 0×22 + 0×21 + 1×20 = 25 + 23 + 20 = 32 + 8 + 1 = 41 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Da Decimale a Binario Decimale Ottale Binario Esadecimale Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  Da Decimale a Binario: Tecnica Dividi per due e tieni traccia del resto (divisione euclidea o divisione con resto) Il primo resto è il bit in posizione 0 (LSB, least-significant bit) Il secondo resto è il bit in posizione 1 E così via… Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  Da Decimale a Binario: Tecnica Dividi per due e tieni traccia del resto (divisione euclidea o divisione con resto) Il primo resto è il bit in posizione 0 (LSB, least-significant bit) Il secondo resto è il bit in posizione 1 E così via… Esempio Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  Da Decimale a Binario: Tecnica Dividi per due e tieni traccia del resto (divisione euclidea o divisione con resto) Il primo resto è il bit in posizione 0 (LSB, least-significant bit) Il secondo resto è il bit in posizione 1 E così via… Esempio /2 51 25 R=1 25 12 R=1 12 6 R=0 ORDINE 6 3 R=0 3 1 R=1 1 0 R=1 0 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  Da Decimale a Binario: Esercizi N10 = 1010 → N2 = ? N10 = 5410 → N2 = ? N10 = 12310 → N2 = ? N10 = 22010 → N2 = ? Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione  Da Decimale a Binario: Soluzioni N10 = 1010 → N2 = 10102 N10 = 5410 → N2 = 1101102 N10 = 12310 → N2 = 11110112 N10 = 22010 → N2 = 110111002 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quanti bit corrispondono 4 byte? 24 27 32 2 A quanti byte corrispondono 64 bit? 32 2 9 8 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quanti bit corrispondono 4 byte? 24 27 32 2 A quanti byte corrispondono 64 bit? 32 2 9 8 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quale numero in decimale corrisponde il seguente numero binario? 11011 27 15 11 Non è possibile 101010 7 42 48 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quale numero in decimale corrisponde il seguente numero binario? 11011 27 15 11 Non è possibile 101010 7 42 48 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quale numero in decimale corrisponde il seguente numero binario? 1000011010 150 523 538 219 110110011000111 27847 26852 25 1100 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quale numero in decimale corrisponde il seguente numero binario? 1000011010 150 523 538 219 110110011000111 27847 26852 25 1100 Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quale numero in decimale corrisponde il seguente numero binario? 101021 12 43 42 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi A quale numero in decimale corrisponde il seguente numero binario? 101021 12 43 42 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Trasformare il seguente numero in base tre in base dieci 1223 25 17 18 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Trasformare il seguente numero in base tre in base dieci 1223 25 17 18 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Trasformare il seguente numero in base sei in base dieci 1666 250 16 15 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Trasformare il seguente numero in base sei in base dieci 1666 250 16 15 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Si supponga di avere un alfabeto costituito da 18 simboli. Qual è il numero minimo di bit necessario alla rappresentazione di ogni simbolo? 32 18 5 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Si supponga di avere un alfabeto costituito da 18 simboli. Qual è il numero minimo di bit necessario alla rappresentazione di ogni simbolo? 32 18 5 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Facendo riferimento alla seguente stringa di caratteri. Qual è il numero minimo di bit necessario alla rappresentazione di ogni simbolo? Come Stai? 32 4 5 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Facendo riferimento alla seguente stringa di caratteri. Qual è il numero minimo di bit necessario alla rappresentazione di ogni simbolo? Come Stai? 32 4 5 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Facendo riferimento alla seguente stringa di caratteri. Qual è il numero minimo di bit necessario alla rappresentazione di ogni simbolo? «Ciao come stai?» 4 5 16 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Esercizi Facendo riferimento alla seguente stringa di caratteri. Qual è il numero minimo di bit necessario alla rappresentazione di ogni simbolo? «Ciao come stai?» 4 5 16 Non è possibile Linguaggi, Codifica e Rappresentazione dell’Informazione Domande?