Школа ИМТП Электронная образовательная среда 10-11 классы

Учебные материалы по информатике для 11 класса

Учебные материалы — 11 класс

Информатика учебные материалы для 11 класса

Теория, примеры, видеоуроки, презентации, практические и интерактивные задания по программе информатики для обучающихся 11 класса.

Перейти к разделам Все предметы

Информатика - 11 класс

Выберите раздел. Уроки расположены в последовательности федеральной рабочей программы базового уровня и рассчитаны на самостоятельное изучение.

34 академических часа

Тренировочный тест Итоговая тренировка по всему курсу «Информатика» 32 задания

Структура курса: 4 раздела и 7 тематических линий. Нумерация уроков сквозная - от урока 1 до урока 34.

Информатика - 11 класс

Раздел 1. Цифровая грамотность

Сетевые информационные технологии и основы социальной информатики: принципы построения компьютерных сетей, сетевые протоколы, адресация в Интернете и система доменных имен, веб-технологии и интернет-сервисы, информационная безопасность, защита персональных данных, резервное копирование, цифровая экономика и информационная культура.

8 уроков в разделе

01 Урок 1 Компьютерные сети. Принципы построения и аппаратные компоненты компьютерных сетей Открыть урок Свернуть урок

Урок 1. Компьютерные сети. Принципы построения и аппаратные компоненты компьютерных сетей

Этот урок начинается с самых основ. Даже если вы давно не изучали информатику, последовательно пройдите все разделы и не пропускайте определения. Вы разберётесь, что именно называется компьютерной сетью, зачем устройства объединяют в сеть, чем локальная сеть отличается от глобальной, какую роль выполняют сетевой адаптер, коммутатор, маршрутизатор и точка доступа, а также проследите путь данных от вашего устройства до другого узла сети.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Компьютерная сеть

Поймёте, какие устройства образуют сеть и зачем между ними организуют передачу данных.

Виды сетей

Научитесь различать персональные, локальные и глобальные сети по масштабу и назначению.

Каналы связи

Разберёте проводные и беспроводные способы передачи данных.

Сетевое оборудование

Узнаете назначение сетевой карты, коммутатора, маршрутизатора, точки доступа и модема.

Архитектура сети

Сравните одноранговую модель и модель «клиент — сервер».

Топология

Поймёте, что такое структура соединений и почему в локальных сетях широко используется схема «звезда».

Начнём с обычной домашней ситуации

Представьте квартиру, в которой есть ноутбук, смартфон, телевизор, принтер и домашний маршрутизатор. Ноутбук соединён с маршрутизатором по Wi-Fi, смартфон — тоже по Wi-Fi, а телевизор может быть подключён кабелем. Все эти устройства способны обмениваться данными и получать доступ к общим ресурсам.

Если вы отправляете документ с ноутбука на сетевой принтер, данные не «перепрыгивают» непосредственно из одной программы в другую. Они проходят через сетевой интерфейс устройства, передаются по каналу связи и попадают к оборудованию, которое направляет их к нужному получателю.

Если вы открываете сайт, путь становится длиннее. Ваш компьютер сначала взаимодействует с домашней сетью, затем маршрутизатор передаёт данные в сеть провайдера, а далее информация проходит через другие сети до сервера, на котором размещён нужный ресурс.

Главная идея

Сеть — это не просто несколько устройств, находящихся рядом. Между ними должны существовать средства связи и правила, позволяющие передавать данные от отправителя к получателю.

Полезно сразу различать: устройство, канал передачи данных и сетевое оборудование — это разные составляющие сети. Например, ноутбук является конечным устройством, Wi-Fi — способом передачи, а маршрутизатор — сетевым устройством, которое помогает направлять данные.

Что такое компьютерная сеть

Компьютерная сеть

Совокупность двух или более компьютеров и других цифровых устройств, соединённых каналами передачи данных и способных обмениваться информацией по установленным правилам.

Почему в определении говорится не только о компьютерах

Современная сеть объединяет значительно больше устройств, чем настольные компьютеры. Узлами сети могут быть смартфоны, планшеты, серверы, телевизоры, камеры наблюдения, сетевые принтеры, датчики, системы управления оборудованием и другие цифровые устройства.

Что даёт объединение устройств в сеть

обмен файлами и другими данными;
совместное использование принтеров и других устройств;
доступ к общим хранилищам и базам данных;
доступ к программам и информационным системам;
совместную работу пользователей;
удалённое управление устройствами;
доступ к другим сетям, в том числе к Интернету.

Важно понимать: сеть создаётся не ради самого соединения. Её назначение — обеспечить обмен данными и совместное использование ресурсов.

Основные элементы компьютерной сети

Чтобы понять устройство сети, удобно разделить её составляющие на три группы: конечные устройства, каналы связи и промежуточное сетевое оборудование.

Конечные устройства

Компьютеры, смартфоны, серверы, сетевые принтеры, камеры и другие устройства, которые создают, получают или обрабатывают данные.

Каналы связи

Среда, по которой передаётся сигнал: медный кабель, оптоволокно или беспроводная радиосвязь.

Сетевое оборудование

Устройства, которые соединяют части сети и помогают передавать данные: коммутаторы, маршрутизаторы, точки доступа и другое оборудование.

Узел сети

Устройство, подключённое к компьютерной сети и участвующее в обмене данными. В зависимости от контекста узлом может называться компьютер, сервер, маршрутизатор, принтер или другое сетевое устройство.

Для чего создаются компьютерные сети

Задача	Пример	Что передаётся	Практическая польза
Обмен данными	Отправка файла с одного компьютера на другой	Файлы, сообщения, команды	Пользователи быстро получают нужную информацию
Общий доступ к устройствам	Несколько компьютеров используют один сетевой принтер	Задания на печать	Не требуется отдельный принтер для каждого компьютера
Общие информационные ресурсы	Обучающиеся работают с электронной образовательной системой	Страницы, файлы, результаты заданий	Информация хранится централизованно и доступна пользователям сети
Совместная работа	Несколько пользователей работают с общим документом	Изменения документа	Можно выполнять общий проект удалённо
Удалённое управление	Администратор настраивает сервер из другого помещения	Команды управления	Не нужно физически находиться рядом с устройством

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Классификация сетей по территории

Сети можно классифицировать по разным признакам. Один из самых понятных — территория, на которой расположены соединённые устройства.

PAN

Персональная сеть

Объединяет устройства одного пользователя на небольшом расстоянии. Например, смартфон, беспроводные наушники и ноутбук.

LAN

Локальная сеть

Обычно охватывает помещение, квартиру, офис, школу или несколько близко расположенных зданий.

WAN

Глобальная сеть

Связывает устройства и локальные сети, расположенные на значительных расстояниях. Самый известный пример — Интернет.

Запомните: Интернет — это не «очень большая локальная сеть». Это глобальная система взаимосвязанных сетей. Домашняя или школьная LAN может быть подключена к Интернету, но остаётся самостоятельной локальной сетью.

Проводные и беспроводные сети

Проводное соединение

Сигнал передаётся по физическому кабелю. В локальных сетях часто используется кабель на основе витой пары, а для высокоскоростных линий — оптоволокно.

стабильное соединение;
высокая скорость передачи;
меньшая зависимость от радиопомех;
необходимость прокладки кабеля.

Беспроводное соединение

Данные передаются с использованием электромагнитных волн. Типичный пример локального беспроводного соединения — Wi-Fi.

удобное подключение мобильных устройств;
не требуется кабель до каждого устройства;
сигнал зависит от расстояния и препятствий;
важно правильно настраивать защиту беспроводной сети.

Не путайте Wi-Fi и Интернет. Wi-Fi — технология беспроводного соединения устройств в сети. Интернет — глобальная сеть. Устройство может быть подключено к Wi-Fi, но не иметь доступа к Интернету, если маршрутизатор не подключён к внешней сети.

Сетевой адаптер

Аппаратный компонент, обеспечивающий подключение устройства к компьютерной сети. Его также называют сетевым интерфейсом или сетевой картой.

Чтобы компьютер мог передавать и принимать данные по сети, ему нужен соответствующий сетевой интерфейс. В современных устройствах сетевые адаптеры обычно встроены.

Какие адаптеры встречаются чаще всего

Ethernet-адаптер — используется для проводного подключения;
Wi-Fi-адаптер — используется для беспроводного подключения;
некоторые устройства имеют оба варианта одновременно.

Сетевой адаптер взаимодействует с операционной системой и преобразует данные в форму, пригодную для передачи по конкретному каналу связи.

Коммутатор: соединение устройств внутри локальной сети

Коммутатор

Сетевое устройство, предназначенное прежде всего для соединения узлов одной локальной сети и передачи данных к нужному устройству внутри этой сети.

Представьте компьютерный класс. В нём находится двадцать компьютеров. Каждый компьютер можно соединить кабелем с коммутатором. Получится структура, в которой все рабочие станции подключены к центральному сетевому устройству.

Когда один компьютер отправляет данные другому, коммутатор помогает направить их по нужному соединению. Он не просто является «разветвителем проводов», а анализирует служебную информацию сетевого обмена и принимает решение о передаче.

Где можно встретить коммутатор

в школьной локальной сети;
в офисной сети;
в серверной;
в сети предприятия;
в домашней сети, где функции небольшого коммутатора часто встроены в маршрутизатор.

Маршрутизатор: соединение разных сетей

Маршрутизатор

Сетевое устройство, предназначенное для передачи данных между различными сетями и выбора дальнейшего направления передачи.

Домашний маршрутизатор связывает домашнюю локальную сеть с сетью интернет-провайдера. Со стороны квартиры к нему могут быть подключены ноутбуки, телефоны, телевизоры и другие устройства, а со стороны провайдера — внешний канал связи.

Название связано со словом «маршрут». Когда данные должны попасть не к соседнему устройству внутри той же сети, а в другую сеть, требуется определить, куда передать их дальше.

Почему домашнее устройство называют Wi-Fi-роутером

Обычный домашний аппарат часто совмещает сразу несколько функций: маршрутизатора, беспроводной точки доступа и небольшого Ethernet-коммутатора. Поэтому внешне это одно устройство, хотя логически оно выполняет несколько разных задач.

Коммутатор и маршрутизатор — не одно и то же

Признак	Коммутатор	Маршрутизатор	Простой пример
Основная задача	Соединять устройства внутри локальной сети	Связывать разные сети	Коммутатор — внутри класса; маршрутизатор — между сетью класса и внешней сетью
Где используется	LAN	На границе сетей и между сетями	Домашний роутер соединяет домашнюю сеть с сетью провайдера
Количество подключений	Часто имеет много Ethernet-портов	Может иметь несколько интерфейсов для разных сетей	Оборудование может совмещать обе функции
Что важно запомнить	Передача внутри локального сегмента	Передача из одной сети в другую	Это разные логические задачи

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Точка доступа, модем и другое оборудование

Точка доступа

Позволяет беспроводным устройствам подключаться к локальной сети по Wi-Fi. В домашнем маршрутизаторе точка доступа обычно встроена.

Модем

Используется для преобразования сигналов при подключении через определённый тип линии связи. В некоторых устройствах функции модема и маршрутизатора объединены.

Повторитель

Принимает сигнал и передаёт его дальше, помогая увеличить расстояние, на котором может работать соединение.

Сервер

Предоставляет другим устройствам сетевые ресурсы или услуги: файлы, страницы сайта, базы данных, приложения и другое.

Клиент

Устройство или программа, обращающиеся к серверу и использующие предоставляемый им ресурс или услугу.

Шлюз

Устройство или программный компонент, обеспечивающий взаимодействие сетей или систем.

Одноранговая сеть и модель «клиент — сервер»

Одноранговая сеть

Компьютеры могут непосредственно предоставлять друг другу свои ресурсы. Отдельный постоянно выделенный сервер для всех функций необязателен.

подходит для небольших сетей;
может быть сравнительно простой в организации;
управление ресурсами распределено между устройствами;
при увеличении сети администрирование усложняется.

Клиент — сервер

Специализированный сервер предоставляет ресурсы или услуги, а клиентские устройства обращаются к нему с запросами.

централизованное хранение данных;
удобнее централизованное управление;
можно разделять права доступа;
подходит для крупных информационных систем.

Пример: браузер на вашем компьютере выступает клиентом, когда обращается к веб-серверу. Сервер получает запрос и возвращает данные.

Топология компьютерной сети

Топология сети

Способ организации связей между узлами компьютерной сети. Топология показывает, какие устройства соединены между собой и как организована структура этих соединений.

Звезда

Каждое конечное устройство соединяется с центральным устройством, например коммутатором. Такая схема широко применяется в современных локальных сетях.

Шина

Устройства используют общую линию передачи. Такая структура исторически применялась в локальных сетях, но сегодня встречается значительно реже.

Кольцо

Узлы образуют замкнутую последовательность связей. Каждый узел связан с соседними элементами структуры.

Ячеистая структура

Между узлами существует несколько возможных связей. Такая избыточность может повышать устойчивость сети к отдельным отказам.

Почему «звезда» удобна для локальной сети

Если каждый компьютер подключён отдельным кабелем к коммутатору, повреждение одного кабеля обычно приводит к отключению только соответствующего устройства, а не всей сети. Кроме того, такую сеть удобно расширять: новое устройство подключается к свободному порту коммутатора.

Но у схемы есть и центральная точка зависимости: если основной коммутатор перестанет работать, подключённые через него устройства потеряют возможность обмениваться данными друг с другом.

Как данные проходят через сеть: пошаговый пример

Рассмотрим ситуацию: ноутбук подключён к домашнему Wi-Fi, а пользователь открывает страницу сайта, сервер которого находится в другой сети.

1. Программа создаёт запрос Браузер формирует данные, которые нужно передать удалённому серверу.

2. Сетевой адаптер Wi-Fi-адаптер ноутбука обеспечивает передачу данных в беспроводную сеть.

3. Маршрутизатор Домашний маршрутизатор получает данные и передаёт их в сторону сети провайдера.

4. Другие сети Данные проходят через сетевое оборудование на пути к сети, где расположен сервер.

5. Сервер Сервер получает запрос, обрабатывает его и формирует ответ, который возвращается пользователю.

Что здесь пока упрощено

Реальный сетевой обмен значительно сложнее. Данные делятся на части, снабжаются служебной информацией, используются адреса и сетевые протоколы, промежуточные устройства принимают решения о передаче. Эти механизмы будут разбираться в следующих уроках.

На данном этапе важно понять принцип: путь данных состоит из последовательности взаимодействий между конечными устройствами, каналами связи и промежуточным сетевым оборудованием.

Учебная схема: компьютерные сети

Рассмотрите схему целиком. Она объединяет основные понятия этого урока: виды сетей, проводные и беспроводные соединения, домашнюю локальную сеть, сетевое оборудование, топологию «звезда», движение данных и модель «клиент — сервер».

Компьютерные сети: виды сетей PAN, LAN и WAN, проводные и беспроводные соединения, сетевой адаптер, коммутатор, маршрутизатор, точка доступа, модем, топология звезда, движение данных и модель клиент-сервер — Компьютерные сети: основные виды сетей, аппаратные компоненты, способы соединения и путь данных от клиента к серверу.

Как работать со схемой

Найдите блоки PAN, LAN и WAN и объясните различие между ними.
Сравните проводное и беспроводное соединение.
Найдите сетевой адаптер, коммутатор, маршрутизатор, точку доступа и модем.
Проследите домашнюю сеть от ноутбука или смартфона до маршрутизатора.
Рассмотрите топологию «звезда» и найдите центральное устройство.
Проследите путь данных от клиентского компьютера через сеть к серверу.
Объясните своими словами, чем функция коммутатора отличается от функции маршрутизатора.

Скорость передачи и задержка

Скорость передачи данных

Количество данных, которое может быть передано за единицу времени. Обычно скорость сетевого соединения указывается в битах в секунду и производных единицах: кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.

Задержка

Время, необходимое данным для прохождения между узлами сети. Высокая скорость канала сама по себе не означает, что задержка обязательно будет малой.

Пример

Соединение со скоростью 100 Мбит/с означает, что теоретически за одну секунду канал способен передать до 100 миллионов бит. На практике фактическая полезная скорость может быть меньше из-за особенностей оборудования, протоколов, загрузки сети и других факторов.

Почему задержка важна

При загрузке большого файла особенно важна пропускная способность. Во время видеосвязи, онлайн-игры или удалённого управления заметное влияние оказывает также задержка: если ответ приходит слишком поздно, пользователь ощущает «торможение» даже при достаточно быстром канале.

Единицы измерения: скорость сетевого соединения обычно указывается в битах в секунду, а размер файлов часто измеряется в байтах. 1 байт = 8 бит. Поэтому 100 Мбит/с и 100 Мбайт/с — не одно и то же.

Типичные ошибки

«Интернет и Wi-Fi — одно и то же». Wi-Fi является технологией беспроводного подключения, а Интернет — глобальной сетью сетей.
«Маршрутизатор нужен только для Wi-Fi». Главная логическая функция маршрутизатора — передача данных между сетями.
«Коммутатор и маршрутизатор выполняют одну задачу». Коммутатор прежде всего связывает устройства внутри локальной сети, маршрутизатор — разные сети.
«Сервер обязательно представляет собой огромный компьютер». Сервер — это прежде всего роль системы, предоставляющей ресурс или услугу.
«Если два компьютера стоят рядом, это уже сеть». Необходимо организовать канал передачи данных и взаимодействие устройств по определённым правилам.
«Чем больше число Мбит/с, тем всегда быстрее работает любая программа». На работу сетевого приложения влияют также задержка, загрузка сети, производительность сервера и другие факторы.

Практические задания

Задание 1. Определите элементы домашней сети

Дома к одному маршрутизатору подключены смартфон, ноутбук и телевизор. Ноутбук подключён кабелем, остальные устройства — по Wi-Fi. Назовите конечные устройства, каналы связи и сетевое оборудование.

Показать решение

Ответ: смартфон, ноутбук и телевизор — конечные устройства. Каналы связи представлены проводным Ethernet-соединением и беспроводным Wi-Fi-соединением. Маршрутизатор — сетевое оборудование.

Задание 2. Локальная или глобальная сеть

В школе 40 компьютеров соединены между собой и подключены к школьному серверу. К какому типу сети по территориальному признаку относится такая сеть?

Показать решение

Ответ: это локальная сеть — LAN. Она объединяет устройства на ограниченной территории организации.

Задание 3. Коммутатор или маршрутизатор

Нужно соединить 16 компьютеров одного кабинета проводной сетью. Какое устройство прежде всего потребуется?

Показать решение

Ответ: коммутатор. Он предназначен для объединения устройств внутри локальной сети.

Задание 4. Разберите ошибочное утверждение

Ученик говорит: «На телефоне есть Wi-Fi, значит Интернет обязательно будет работать». Объясните, почему утверждение неверно.

Показать решение

Ответ: Wi-Fi обеспечивает беспроводное соединение с локальной сетью или точкой доступа. Если эта сеть не имеет подключения к Интернету, телефон останется подключённым по Wi-Fi, но интернет-ресурсы будут недоступны.

Задание 5. Определите архитектуру

В информационной системе все обучающиеся открывают свои материалы через браузер, а данные хранятся на центральном сервере. Какая модель взаимодействия используется?

Показать решение

Ответ: используется модель «клиент — сервер». Браузеры пользователей выступают клиентами, а центральная система предоставляет данные как сервер.

Задание 6. Найдите центральный элемент

Десять компьютеров подключены отдельными кабелями к одному коммутатору. Как называется такая топология?

Показать решение

Ответ: это топология «звезда». При повреждении кабеля обычно потеряет сетевое соединение только соответствующий компьютер.

Задание 7. Сравните единицы скорости

Почему нельзя считать одинаковыми значения 100 Мбит/с и 100 Мбайт/с?

Показать решение

Ответ: бит и байт — разные единицы. В одном байте восемь бит. Поэтому 100 Мбайт/с соответствуют 800 Мбит/с.

Разберите домашнюю сеть самостоятельно

Это упражнение желательно выполнить не по памяти, а на примере сети, которой вы реально пользуетесь.

Назовите устройства, которые подключаются к вашей локальной сети.
Определите, какие из них используют Wi-Fi, а какие — проводное соединение.
Найдите устройство, выполняющее функции маршрутизатора.
Проверьте, есть ли на маршрутизаторе Ethernet-порты.
Определите, откуда приходит внешний канал связи.
Попробуйте мысленно проследить путь: смартфон → точка доступа → маршрутизатор → сеть провайдера → Интернет.

Не изменяйте настройки маршрутизатора, если не знаете их назначения. Для выполнения задания достаточно определить элементы сети и понять их функции.

Видео по теме

Сначала посмотрите основное видео. После просмотра попробуйте самостоятельно назвать три обязательные составляющие сети и объяснить различие между локальной и глобальной сетью.

Основное видео. Обратите внимание на назначение компьютерных сетей, классификацию сетей и основные варианты организации сетевого взаимодействия.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительные материалы

После основного урока используйте дополнительные материалы для повторения терминов и более глубокого изучения устройства компьютерных сетей.

Перед открытием повторите

что называется компьютерной сетью;
чем LAN отличается от WAN;
для чего нужен сетевой адаптер;
чем коммутатор отличается от маршрутизатора;
что означает модель «клиент — сервер»;
что называется топологией сети.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Ответьте на все вопросы по порядку. После каждого ответа обязательно прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется компьютерной сетью?

Ответ: компьютерная сеть — совокупность устройств, соединённых каналами передачи данных и способных обмениваться информацией по установленным правилам.

02 Для чего устройства объединяют в компьютерную сеть?

Ответ: для обмена данными, совместного использования ресурсов, совместной работы и доступа к другим сетям.

03 Какие три основные группы компонентов можно выделить в сети?

Ответ: конечные устройства, каналы связи и промежуточное сетевое оборудование.

04 Чем локальная сеть отличается от глобальной?

Ответ: локальная сеть действует на ограниченной территории, а глобальная объединяет сети и устройства на больших расстояниях.

05 Какова основная задача сетевого адаптера?

Ответ: обеспечить подключение устройства к сети и участвовать в передаче и приёме данных.

06 Чем коммутатор отличается от маршрутизатора?

Ответ: коммутатор соединяет устройства внутри локальной сети, а маршрутизатор обеспечивает передачу данных между разными сетями.

07 Почему Wi-Fi нельзя считать синонимом Интернета?

Ответ: Wi-Fi — технология беспроводной связи, а Интернет — глобальная сеть взаимосвязанных сетей.

08 Что называется топологией сети?

Ответ: топология — способ организации связей между узлами сети.

09 Что означает модель «клиент — сервер»?

Ответ: сервер предоставляет ресурс или услугу, а клиент обращается к серверу и использует их.

10 Почему 100 Мбит/с и 100 Мбайт/с — разные скорости?

Ответ: один байт состоит из восьми бит, поэтому эти значения обозначают различное количество данных.

Главное по уроку

Компьютерная сеть объединяет устройства для передачи данных и совместного использования ресурсов. Для работы сети необходимы конечные устройства, каналы связи, сетевое оборудование и установленные правила взаимодействия.

По масштабу различают персональные, локальные и глобальные сети. Домашняя или школьная сеть обычно относится к локальным сетям, а Интернет представляет собой глобальную систему взаимосвязанных сетей.

Соединение может быть проводным или беспроводным. Wi-Fi — технология беспроводной связи и не является синонимом Интернета.

Сетевой адаптер обеспечивает подключение конкретного устройства к сети. Коммутатор используется прежде всего для соединения устройств внутри локальной сети. Маршрутизатор связывает разные сети и направляет данные между ними. Точка доступа обеспечивает беспроводное подключение.

В модели «клиент — сервер» сервер предоставляет ресурс или услугу, а клиент обращается к нему. В одноранговой сети устройства могут непосредственно предоставлять ресурсы друг другу.

Топология описывает структуру соединений между узлами. В современных локальных сетях широко используется топология «звезда».

Скорость передачи данных обычно измеряется в битах в секунду. При оценке качества сетевого соединения нужно учитывать не только скорость передачи, но и задержку.

В следующем уроке устройство сети будет рассмотрено глубже: вы перейдёте к сетевым протоколам, принципам передачи данных, Интернету и адресации устройств.

02 Урок 2 Сетевые протоколы. Сеть Интернет. Адресация в сети Интернет. Система доменных имён Открыть урок Свернуть урок

Урок 2. Сетевые протоколы. Сеть Интернет. Адресация в сети Интернет. Система доменных имён

В предыдущем уроке вы познакомились с устройством компьютерной сети и назначением сетевого оборудования. Теперь нужно понять, каким образом миллиарды устройств могут обмениваться данными и находить друг друга. Вы последовательно разберёте понятие сетевого протокола, пакетную передачу данных, основные функции протоколов TCP/IP, устройство IP-адреса, различия IPv4 и IPv6, назначение системы DNS, структуру доменного имени и URL. Все понятия объясняются с начала, поэтому урок подходит и для повторения после длительного перерыва.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Сетевой протокол

Поймёте, зачем устройствам нужны общие правила обмена данными.

Пакетная передача

Узнаете, почему большой поток данных передаётся по сети отдельными частями.

TCP/IP

Разберёте назначение IP, TCP, UDP, DNS, HTTP и HTTPS.

IP-адрес

Научитесь читать IPv4-адрес и понимать его назначение.

DNS

Поймёте, как доменное имя сайта преобразуется в адрес сетевого узла.

URL

Научитесь различать протокол, доменное имя, путь, параметры и другие части интернет-адреса.

Почему одного физического соединения недостаточно

Представьте двух людей, соединённых телефонной линией. Техническая возможность передавать звук существует, но для общения этого недостаточно: собеседники должны пользоваться понятным друг другу языком и соблюдать определённый порядок общения.

Аналогичная ситуация возникает в компьютерной сети. Кабель, Wi-Fi, маршрутизатор и сетевой адаптер позволяют физически передавать сигналы, однако компьютерам ещё необходимо договориться о том, как оформлять данные, как указывать отправителя и получателя, как сообщать об ошибках и как понимать назначение полученного сообщения.

Эти правила задаются сетевыми протоколами.

Сетевой протокол

Набор правил, соглашений и форматов, определяющих порядок обмена данными между устройствами или программами в компьютерной сети.

Главная мысль: протокол — это не кабель, не программа и не отдельный компьютер. Это установленный набор правил взаимодействия.

Простой пример протокола

Предположим, два устройства должны передавать друг другу короткие сообщения. Можно договориться о следующем порядке:

сначала отправитель указывает адрес получателя;
затем сообщает длину передаваемых данных;
после этого передаёт сами данные;
получатель проверяет, всё ли получено;
при успешном приёме отправляет подтверждение.

Если оба устройства используют одинаковые правила, обмен состоится. Если одно устройство ожидает сначала адрес, а другое начинает с данных, получатель не сможет правильно истолковать сообщение.

Реальные сетевые протоколы

Настоящие протоколы значительно сложнее, но их смысл тот же: определить формат данных, порядок действий и реакцию устройств на различные ситуации.

Почему данные передаются пакетами

При работе сети большой файл или сообщение обычно не занимает канал связи целиком на всё время передачи. Поток данных разбивается на сравнительно небольшие части.

Пакет данных

Оформленная по правилам протокола часть передаваемых данных, снабжённая служебной информацией, необходимой для доставки и обработки.

Исходные данные Например, файл, изображение или веб-страница.

Разбиение Данные делятся на части подходящего размера.

Оформление Добавляются адресная и другая служебная информация.

Передача Пакеты проходят через сетевые узлы.

Сборка Получатель обрабатывает части и восстанавливает данные.

Зачем это удобно

Пакетная передача позволяет одной физической сети обслуживать одновременно множество пользователей. Между пакетами одного пользователя могут передаваться пакеты других пользователей.

Кроме того, промежуточные маршрутизаторы могут пересылать отдельные пакеты по сети, не дожидаясь передачи всего файла целиком.

Семейство протоколов TCP/IP

Интернет использует целую систему взаимосвязанных протоколов. Часто её называют стеком или семейством TCP/IP.

Протокол	Основная функция	Простой смысл	Где встречается
IP	Адресация и передача пакетов между сетями	Помогает определить, куда направлять пакет	Основа передачи данных в Интернете
TCP	Надёжная передача потока данных	Контролирует порядок и получение данных	Веб, передача файлов и множество приложений
UDP	Передача отдельных датаграмм без механизмов TCP	Меньше служебных действий, но нет гарантии доставки самого UDP	Потоковое мультимедиа, игры, DNS и другие задачи
DNS	Преобразование доменных имён в сетевые адреса	Помогает найти IP-адрес по понятному человеку имени	Открытие сайтов и работа многих интернет-сервисов
HTTP	Обмен веб-ресурсами	Определяет взаимодействие веб-клиента и веб-сервера	Всемирная паутина
HTTPS	HTTP поверх защищённого соединения	Обеспечивает защищённый обмен между браузером и сайтом	Современные веб-сайты и интернет-сервисы

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Не нужно считать, что один протокол заменяет другой. Во время одной операции могут последовательно использоваться несколько протоколов, каждый из которых решает свою задачу.

IP: адресация и доставка пакетов

IP — Internet Protocol

Сетевой протокол, одной из основных задач которого является адресация узлов и передача пакетов между сетями.

Чтобы маршрутизаторы могли направлять пакет к нужному месту назначения, пакет должен содержать адресную информацию. Для этого используется IP-адрес.

IP не означает, что каждый пакет обязательно будет доставлен. Его задача — предоставить механизм адресации и продвижения пакетов через сеть. Дополнительные функции надёжности при необходимости обеспечиваются другими протоколами, например TCP.

IPv4-адрес

32-битный адрес, используемый протоколом IPv4. Для удобства человека его обычно записывают как четыре десятичных числа от 0 до 255, разделённые точками.

192.168.1.25

Почему четыре числа

32 бита делятся на четыре группы по 8 бит. Каждая такая группа называется октетом. Восемь бит позволяют получить 256 различных комбинаций — от 0 до 255.

Поэтому корректно записанный IPv4-адрес состоит из четырёх числовых частей, и каждая часть должна находиться в диапазоне от 0 до 255.

Проверим примеры

192.168.1.25 — форма записи корректна;
8.8.8.8 — форма записи корректна;
172.16.0.5 — форма записи корректна;
256.10.1.4 — некорректно: число 256 превышает 255;
192.168.1 — некорректно для обычной полной записи IPv4: отсутствует один октет.

Локальные и публичные IPv4-адреса

В домашней или школьной сети многие устройства получают адреса, которые предназначены для использования внутри локальных сетей. Такие адреса не маршрутизируются как обычные глобальные адреса непосредственно через публичный Интернет.

Основные диапазоны частных IPv4-адресов

10.0.0.0 – 10.255.255.255;
172.16.0.0 – 172.31.255.255;
192.168.0.0 – 192.168.255.255.

Поэтому адрес вида 192.168.1.20 часто можно увидеть у компьютера, телефона или другого устройства внутри домашней сети.

Важно: IP-адрес, который устройство имеет внутри домашней сети, и публичный адрес, под которым соединение видно во внешней сети, могут быть разными.

Почему появилась IPv6

IPv4

Использует адрес длиной 32 бита.

четыре десятичных числа;
пример: 203.0.113.25;
ограниченное адресное пространство;
широко используется и сегодня.

IPv6

Использует адрес длиной 128 бит и предоставляет значительно больше возможных адресов.

записывается группами шестнадцатеричных символов;
группы разделяются двоеточиями;
имеет значительно более крупное адресное пространство;
разработан в том числе для решения проблемы нехватки IPv4-адресов.

Пример формы IPv6-адреса:
2001:db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Для первого знакомства достаточно понимать различие: IPv4 — 32 бита, IPv6 — 128 бит. Подробные правила сокращённой записи IPv6 в этом уроке не требуются.

TCP: когда важна надёжная передача

TCP — Transmission Control Protocol

Транспортный протокол, обеспечивающий надёжную упорядоченную передачу потока данных между приложениями.

При передаче файла важно получить все необходимые части данных и собрать их в правильном порядке. TCP предоставляет механизмы, позволяющие контролировать передачу.

Упрощённо TCP помогает:

установить логическое соединение между сторонами;
контролировать порядок данных;
обнаруживать отсутствие ожидаемых данных;
организовывать повторную передачу при необходимости;
регулировать скорость обмена между сторонами.

Это не означает, что TCP сам определяет физический путь пакета через Интернет. Маршрутизация относится к другим механизмам, прежде всего IP.

TCP и UDP

TCP

Используется там, где приложению важно получить надёжный упорядоченный поток данных.

устанавливается соединение;
контролируется доставка;
сохраняется порядок потока;
имеется дополнительная служебная нагрузка.

UDP

Передаёт отдельные сообщения — датаграммы — без механизмов установления соединения и надёжности, характерных для TCP.

меньше служебных действий;
нет встроенной гарантии доставки;
нет встроенного восстановления порядка как у TCP;
подходит для задач, где приложение использует иной способ контроля или важна оперативность.

Нельзя говорить, что TCP «хороший», а UDP «плохой». Это инструменты для разных задач.

Зачем нужна система доменных имён

Человеку неудобно запоминать числовые IP-адреса всех сайтов и сервисов. Нам намного проще работать с осмысленными именами.

Например, пользователю легче запомнить доменное имя сайта, чем цифровой адрес сервера. Однако для сетевой доставки всё равно требуется адресная информация.

Связать удобные человеку имена с сетевыми адресами помогает система DNS.

DNS — Domain Name System

Распределённая система доменных имён, которая позволяет получать связанную с доменным именем информацию, в частности IP-адрес узла.

Как работает DNS: упрощённая последовательность

Рассмотрим ситуацию, когда пользователь вводит адрес сайта в браузере.

1. Имя сайта Пользователь вводит доменное имя.

2. DNS-запрос Система пытается определить адрес, связанный с именем.

3. DNS-система Используются DNS-серверы и ранее сохранённые результаты запросов.

4. IP-адрес Клиент получает адрес нужного сетевого узла.

5. Соединение Приложение может обратиться к нужному серверу.

Почему DNS называют распределённой системой

Не существует одного-единственного DNS-сервера, который самостоятельно хранит все сведения обо всех доменах мира. Информация распределена между множеством серверов и организована иерархически.

Что такое кэширование DNS

Результат запроса может временно сохраняться. Если тот же адрес потребуется повторно, системе не всегда нужно заново выполнять всю последовательность поиска. Это сокращает задержку и уменьшает нагрузку на DNS-инфраструктуру.

Иерархия доменных имён

school.example.ru

Доменное имя читается как иерархия справа налево. Части имени разделены точками.

Домен верхнего уровня

В примере school.example.ru часть ru относится к домену верхнего уровня.

Домен следующего уровня

Часть example находится внутри зоны ru. В учебном примере сочетание example.ru можно рассматривать как доменное имя второго уровня.

Поддомен

Часть school может обозначать поддомен внутри example.ru.

Запомните направление: в обычной записи наиболее общий уровень находится справа, а более конкретные части добавляются слева.

Доменное имя и IP-адрес — это не одно и то же

Признак	IP-адрес	Доменное имя	Что важно помнить
Назначение	Используется сетевыми протоколами для адресации	Удобное для человека имя ресурса или узла	DNS помогает установить соответствие
Пример формы	203.0.113.25	example.org	Форматы принципиально различаются
Может ли измениться	Да	Домен может быть перенаправлен на другой адрес	Имя и конкретный IP не обязаны быть навсегда связаны
Может ли один IP обслуживать несколько доменов	Да	Несколько имён могут указывать на инфраструктуру с одним адресом	Связь не обязательно один к одному

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Что такое URL

URL — Uniform Resource Locator

Адрес ресурса, указывающий способ обращения к нему и его расположение. URL может содержать несколько логических частей.

https://example.org/course/lesson.html?id=25#practice

Фрагмент	Название	Что означает	Пример
https	Схема / протокол	Определяет способ обращения к ресурсу	https://
example.org	Имя узла	Доменное имя сервера	example.org
/course/lesson.html	Путь	Указывает расположение ресурса внутри структуры сайта	/course/lesson.html
?id=25	Строка запроса	Передаёт дополнительные параметры серверу	id=25
#practice	Фрагмент	Указывает определённое место внутри ресурса	practice

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Что происходит после ввода адреса сайта

В реальности происходит множество операций. Для первого понимания достаточно следующей упрощённой цепочки.

URL Браузер разбирает введённый адрес.

DNS Определяется IP-адрес сервера по доменному имени.

Сеть Пакеты направляются к нужному узлу.

Сервер Получает запрос и обрабатывает его.

Ответ Данные возвращаются браузеру для дальнейшей обработки.

В следующем уроке эта последовательность будет продолжена: отдельно разберём веб-сайт, веб-страницу и взаимодействие браузера с веб-сервером.

Учебная схема: протоколы, IP-адресация и DNS

На схеме будут объединены основные понятия урока: пакетная передача данных, роль TCP и IP, структура IPv4-адреса, преобразование доменного имени через DNS и путь от URL к веб-серверу.

Сетевые протоколы, IP-адресация и DNS: TCP IP, IPv4, IPv6, доменные имена, DNS и структура URL — Сетевые протоколы и адресация: от доменного имени и DNS-запроса до IP-адреса и передачи пакетов.

Как работать со схемой

Найдите протокол IP и объясните его основную функцию.
Найдите TCP и сформулируйте, чем его задача отличается от задачи IP.
Разберите IPv4-адрес на четыре октета.
Проследите путь доменного имени через DNS до получения IP-адреса.
Найдите части URL: протокол, домен, путь, параметры и фрагмент.
Объясните всю цепочку от ввода адреса в браузере до обращения к серверу.

Типичные ошибки

«Протокол — это программа». Протокол прежде всего является набором правил. Программы реализуют эти правила.
«IP и TCP выполняют одинаковую работу». IP отвечает прежде всего за адресацию и передачу пакетов между сетями, а TCP предоставляет механизмы надёжной упорядоченной передачи.
«Любое число можно поставить в IPv4-адрес». Каждый из четырёх октетов обычной десятичной записи находится в диапазоне от 0 до 255.
«DNS — это один огромный сервер». DNS представляет собой распределённую иерархическую систему.
«Доменное имя и IP-адрес — одно и то же». Доменное имя удобно человеку, а IP используется для сетевой адресации. DNS связывает эти понятия.
«Один домен навсегда связан только с одним IP». Сетевые конфигурации могут изменяться; одному имени могут соответствовать разные адреса, а один адрес может использоваться для обслуживания нескольких доменов.
«URL — это только название сайта». URL может включать схему, имя узла, путь, параметры запроса и фрагмент.
«UDP — неправильная версия TCP». UDP — самостоятельный транспортный протокол, рассчитанный на другой способ обмена.

Практические задания

Задание 1. Найдите корректный IPv4-адрес

Выберите корректную запись: 192.168.1.15; 192.168.350.4; 10.20.30; 300.1.2.3.

Показать решение

Ответ: 192.168.1.15. Запись состоит из четырёх чисел, и каждое число находится в диапазоне 0–255.

Задание 2. Определите частный адрес

Какой из адресов относится к диапазону, часто используемому в локальных сетях: 192.168.10.25 или 8.8.8.8?

Показать решение

Ответ: 192.168.10.25 входит в диапазон 192.168.0.0–192.168.255.255, предназначенный для частных сетей.

Задание 3. TCP или IP

Какой протокол связан прежде всего с сетевой адресацией и продвижением пакетов между сетями — TCP или IP?

Показать решение

Ответ: IP. TCP решает другую задачу — обеспечивает механизмы надёжной упорядоченной передачи потока данных.

Задание 4. Зачем нужен DNS

Пользователь ввёл в браузере доменное имя. Почему компьютеру может потребоваться DNS?

Показать решение

Ответ: DNS позволяет получить информацию, связанную с доменным именем, в частности IP-адрес узла, необходимый для сетевого обращения.

Задание 5. Разберите доменное имя

Рассмотрите имя student.school.example.ru. Назовите домен верхнего уровня.

Показать решение

Ответ: домен верхнего уровня — ru. Иерархию доменного имени читают справа налево.

Задание 6. Разберите URL

Дан адрес: https://example.org/catalog/book.html?id=17#info. Назовите схему, домен, путь, параметры и фрагмент.

Показать решение

Ответ: схема — https; домен — example.org; путь — /catalog/book.html; строка запроса — id=17; фрагмент — info.

Задание 7. Расставьте действия по порядку

Расположите в логическом порядке: получение IP-адреса через DNS; ввод доменного имени; обращение к серверу.

Показать решение

Ответ: 1) пользователь вводит доменное имя; 2) система получает необходимую адресную информацию через DNS; 3) клиент обращается к нужному серверу.

Задание 8. Сравните IPv4 и IPv6

Какое главное различие в длине адреса нужно запомнить?

Показать решение

Ответ: IPv4 использует 32-битные адреса, IPv6 — 128-битные.

Мини-практикум: разберите адрес страницы

Возьмите адрес любой безопасной открытой веб-страницы, которой вы обычно пользуетесь, и попробуйте разобрать его самостоятельно.

Найдите начало адреса: http или https.
Определите доменное имя.
Если после домена есть символ «/», найдите путь к ресурсу.
Если присутствует символ «?», посмотрите, какие параметры находятся после него.
Если есть символ «#», определите имя фрагмента.
Попробуйте объяснить, какая часть URL понятна человеку, а какая используется программой для более точного обращения к ресурсу.

Не вводите неизвестные адреса и не переходите по подозрительным ссылкам. Для упражнения используйте уже знакомый официальный или учебный сайт.

Видео по теме

Основное видео подробно рассматривает DNS и путь запроса в сети. Дополнительный школьный видеоурок помогает повторить IP-адресацию, доменные имена и URL.

Основное видео. Для этого урока особенно важны фрагменты о сетевых протоколах, DNS, доменных именах, DNS-серверах и последовательности действий после ввода имени сайта в браузере.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительный учебный ресурс

Если после урока некоторые понятия остались неясными, используйте дополнительный материал по этой же теме и затем снова вернитесь к заданиям самопроверки.

Перед открытием повторите

определение сетевого протокола;
назначение IP и TCP;
структуру IPv4-адреса;
назначение DNS;
иерархию доменного имени;
основные части URL.

Открыть учебный материал

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы последовательно. После каждого ответа прочитайте пояснение, даже если выбрали правильный вариант.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется сетевым протоколом?

Ответ: набор правил, соглашений и форматов, определяющих порядок обмена данными между сетевыми устройствами или программами.

02 Почему данные удобно передавать отдельными пакетами?

Ответ: пакетная передача позволяет сети одновременно обслуживать множество потоков данных и передавать отдельные части через промежуточные сетевые узлы.

03 Какова основная роль IP?

Ответ: IP обеспечивает сетевую адресацию и передачу пакетов между сетями.

04 Какова основная роль TCP?

Ответ: TCP обеспечивает механизмы надёжной упорядоченной передачи потока данных между приложениями.

05 Как устроена обычная запись IPv4-адреса?

Ответ: IPv4-адрес содержит 32 бита и обычно записывается как четыре числа от 0 до 255, разделённые точками.

06 Чем IPv6 принципиально отличается от IPv4 по размеру адреса?

Ответ: IPv4 использует адрес длиной 32 бита, IPv6 — 128 бит.

07 Для чего используется DNS?

Ответ: DNS связывает доменные имена с сетевой информацией, в частности позволяет получить IP-адрес узла по доменному имени.

08 Почему DNS называют распределённой системой?

Ответ: сведения о доменных именах распределены между множеством DNS-серверов и организованы иерархически, а не хранятся на одном центральном сервере.

09 В каком направлении удобно читать иерархию доменного имени?

Ответ: справа налево: справа находится более общий уровень, а слева располагаются более конкретные части имени.

10 Что такое URL?

Ответ: URL — адрес ресурса, который может включать схему обращения, имя узла, путь к ресурсу, параметры запроса и фрагмент.

Главное по уроку

Сетевой протокол — это набор правил и форматов, по которым устройства и программы обмениваются данными.

Для передачи по компьютерным сетям данные обычно делятся на пакеты. Пакеты снабжаются служебной информацией, необходимой для передачи и обработки.

Интернет использует целое семейство протоколов TCP/IP. IP отвечает прежде всего за адресацию и продвижение пакетов между сетями. TCP предоставляет механизмы надёжной упорядоченной передачи потока данных.

IPv4-адрес имеет длину 32 бита и обычно записывается четырьмя десятичными числами от 0 до 255. IPv6 использует 128-битные адреса и обеспечивает значительно большее адресное пространство.

DNS — распределённая иерархическая система доменных имён. Она позволяет связать удобное человеку доменное имя с сетевой адресной информацией, необходимой компьютеру.

Доменное имя имеет иерархическую структуру. Более общий уровень располагается справа, а более конкретные части — левее.

URL является адресом конкретного ресурса и может включать схему, доменное имя, путь, параметры запроса и фрагмент.

Когда пользователь вводит адрес сайта, браузеру требуется разобрать URL, определить сетевой адрес сервера, установить сетевое взаимодействие и передать запрос. В следующем уроке подробно рассматриваются веб-сайты, веб-страницы и взаимодействие браузера с веб-сервером.

03 Урок 3 Веб-сайт и веб-страница. Взаимодействие браузера с веб-сервером. Динамические страницы Открыть урок Свернуть урок

Урок 3. Веб-сайт и веб-страница. Взаимодействие браузера с веб-сервером. Динамические страницы

В этом уроке вы разберёте, что происходит после того, как сетевой адрес сервера уже найден. Начнём с самых базовых понятий: чем Всемирная паутина отличается от Интернета, что называется веб-сайтом и веб-страницей, какую работу выполняет браузер и какую — веб-сервер. Затем пошагово проследим HTTP-запрос и ответ, увидим, почему для загрузки одной страницы может потребоваться множество сетевых обращений, и подробно сравним статические и динамические веб-страницы.

35 минут основной работы

Что вы изучите

WWW

Поймёте, почему Всемирная паутина является одной из служб Интернета, а не самим Интернетом.

Веб-страница

Разберётесь, что получает браузер и из каких ресурсов может складываться отображаемая страница.

Веб-сайт

Поймёте, как множество связанных веб-страниц и ресурсов образуют единый сайт.

Браузер

Проследите работу клиентской программы от ввода URL до отображения готовой страницы.

Веб-сервер

Узнаете, как сервер принимает запрос и возвращает клиенту нужные ресурсы.

Динамическая страница

Поймёте, чем заранее сохранённый документ отличается от страницы, содержание которой формируется в процессе работы.

Интернет и Всемирная паутина — не одно и то же

Слова «Интернет» и «Всемирная паутина» в разговорной речи часто используются как синонимы. Для информатики такое упрощение неточно.

Интернет — глобальная система взаимосвязанных компьютерных сетей. Она обеспечивает инфраструктуру для передачи данных между устройствами и сетями.

Всемирная паутина, или World Wide Web, — одна из информационных служб, работающих поверх инфраструктуры Интернета. Она использует веб-серверы, браузеры, веб-страницы, гиперссылки и протоколы HTTP или HTTPS.

World Wide Web — WWW

Распределённая информационная система связанных между собой веб-ресурсов, доступ к которым пользователь обычно получает с помощью веб-браузера.

Запомните: Интернет — инфраструктура сетей. WWW — одна из служб, использующих эту инфраструктуру.

Что такое веб-страница

Веб-страница

Электронный документ или формируемое веб-приложением представление информации, доступное в сети и отображаемое веб-браузером.

Когда пользователь говорит «я открыл страницу», он видит уже обработанный результат: текст, заголовки, изображения, кнопки, меню, таблицы, видео и другие элементы.

Но браузер может получить эти элементы не одним готовым изображением. Он загружает документы и дополнительные ресурсы, обрабатывает их и формирует итоговое изображение страницы на экране.

Страница может включать:

HTML-документ, задающий структуру содержимого;
CSS-файлы, управляющие оформлением;
изображения;
шрифты;
JavaScript-код;
аудио и видео;
данные, дополнительно получаемые от сервера.

Что такое веб-сайт

Веб-сайт

Совокупность связанных веб-страниц и других ресурсов, объединённых общим назначением, структурой и обычно общим доменным именем.

Один сайт может состоять из нескольких страниц или из миллионов страниц. Например, образовательный сайт может содержать главную страницу, материалы по предметам, личные кабинеты, расписание, задания и справочные страницы.

Что объединяет страницы одного сайта

общая тематика или назначение;
единая система навигации;
гиперссылки между страницами;
единый дизайн;
общее доменное пространство;
совместная серверная инфраструктура.

Важно: веб-сайт и веб-страница соотносятся примерно как книга и отдельная страница книги, хотя современные веб-приложения могут иметь значительно более сложную структуру.

Гипертекст и гиперссылки

Гипертекст

Способ организации информации, при котором отдельные документы или их части связаны переходами — гиперссылками.

Гиперссылка

Элемент документа, позволяющий перейти к другому ресурсу, другой странице или определённой части текущего документа.

Именно гиперссылки сделали Всемирную паутину «паутиной»: пользователь может переходить от одного документа к другому, не зная физического расположения файлов на серверах.

Ссылка может вести на другую страницу того же сайта, на другой сайт, на файл, изображение, видео, адрес электронной почты или определённый раздел документа.

Что делает браузер

Веб-браузер

Клиентская программа для обращения к веб-ресурсам, получения данных от веб-серверов, обработки полученных документов и отображения веб-страниц пользователю.

Браузер выполняет намного больше работы, чем просто «показывает сайт». После ввода адреса он участвует в сетевом взаимодействии, получает данные, анализирует HTML, загружает дополнительные ресурсы, применяет стили и выполняет программный код страницы.

Упрощённо браузер выполняет следующие действия:

принимает URL от пользователя;
определяет адрес сервера;
устанавливает необходимое сетевое соединение;
формирует HTTP-запрос;
получает HTTP-ответ;
анализирует HTML;
запрашивает дополнительные файлы;
применяет CSS;
выполняет допустимый JavaScript-код;
формирует изображение страницы на экране.

Что делает веб-сервер

Веб-сервер

Программное обеспечение, а в широком употреблении также компьютерная система, которая принимает запросы веб-клиентов и возвращает веб-ресурсы или результаты обработки запросов.

На стороне сервера находится программное обеспечение, которое ожидает запросы клиентов. Когда браузер обращается за ресурсом, веб-сервер определяет, что именно требуется, и формирует ответ.

Сервер может:

отдать готовый HTML-файл;
вернуть изображение или другой файл;
передать запрос серверному приложению;
обратиться к базе данных;
проверить права пользователя;
сформировать страницу с персональными данными;
вернуть сообщение об ошибке.

Клиент и сервер

Клиент

Инициирует обращение к ресурсу. В вебе типичным клиентом является браузер.

формирует запрос;
передаёт его серверу;
получает ответ;
обрабатывает полученные данные;
отображает результат пользователю.

Сервер

Ожидает запросы клиентов и предоставляет ресурс или услугу.

принимает запрос;
анализирует его;
находит или создаёт необходимые данные;
формирует ответ;
возвращает результат клиенту.

HTTP: запрос и ответ

HTTP

Прикладной сетевой протокол, определяющий правила обмена веб-ресурсами между клиентом и сервером.

Веб-взаимодействие строится по принципу «запрос — ответ». Клиент отправляет сообщение с описанием того, что ему требуется, а сервер возвращает результат.

Сам запрос содержит не только имя ресурса. В нём передаётся служебная информация: метод запроса, путь, заголовки и при необходимости данные.

Упрощённый HTTP-запрос: GET /index.html HTTP/1.1 Host: example.org

Запись GET означает запрос на получение ресурса. /index.html — путь к ресурсу. Поле Host сообщает имя узла, к которому обращается клиент.

Что содержит HTTP-ответ

Упрощённый HTTP-ответ: HTTP/1.1 200 OK Content-Type: text/html <html> ... </html>

Первая строка содержит версию протокола, код состояния и краткое пояснение. Затем идут заголовки ответа и содержимое ресурса.

Некоторые распространённые коды состояния

200 OK — запрос успешно обработан;
301 или 302 — перенаправление;
403 Forbidden — доступ запрещён;
404 Not Found — ресурс не найден;
500 Internal Server Error — ошибка на стороне сервера.

Ошибка 404 не означает, что «Интернет сломан». Она сообщает, что сервер был достигнут, но запрошенный ресурс по указанному пути не найден.

Почему одна страница требует многих запросов

Предположим, браузер получил HTML-документ. В нём указано, что для страницы нужны файл стилей, три изображения и JavaScript-программа. Эти ресурсы тоже нужно загрузить.

Поэтому визуально одна веб-страница может быть результатом множества отдельных сетевых запросов.

HTML Браузер получает основной документ.

Анализ Находит ссылки на дополнительные ресурсы.

CSS Загружаются правила оформления.

Медиа и JS Загружаются изображения, шрифты и программы.

Отображение Браузер формирует итоговую страницу.

HTML, CSS и JavaScript

HTML

Структура и содержание

HTML описывает элементы документа: заголовки, абзацы, списки, изображения, ссылки, таблицы и другие части страницы.

CSS

Оформление

CSS задаёт внешний вид элементов: размеры, интервалы, цвета, расположение, адаптивное поведение и другие визуальные свойства.

Поведение

JavaScript позволяет выполнять программный код в браузере, реагировать на действия пользователя и изменять страницу без полной перезагрузки.

HTML — язык разметки, CSS — язык описания стилей, JavaScript — язык программирования. Это разные технологии, даже если они используются внутри одной веб-страницы.

Минимальный HTML-документ

<!DOCTYPE html> <html lang="ru"> <head> <meta charset="UTF-8"> <title>Моя страница</title> </head> <body> <h1>Здравствуйте!</h1> <p>Это веб-страница.</p> </body> </html>

Что здесь происходит

Тег <html> содержит документ. В разделе <head> размещается служебная информация. Раздел <body> содержит то, что относится к видимому содержимому страницы.

Тег <h1> создаёт заголовок, а <p> — абзац текста.

Браузер не показывает пользователю сами теги как обычный текст. Он интерпретирует разметку и строит визуальное представление документа.

Статическая веб-страница

Статическая страница

Веб-страница, основное содержимое которой заранее подготовлено и хранится как готовый ресурс, передаваемый сервером клиенту без формирования индивидуальной версии при каждом обращении.

Представьте файл about.html, лежащий на сервере. Пользователь запрашивает этот файл, сервер находит его и передаёт содержимое браузеру.

Если десять пользователей запросят один и тот же неизменённый файл, сервер может передать им одинаковое содержимое.

Где такой подход удобен

простые информационные страницы;
документация;
страницы, редко изменяющиеся;
небольшие сайты без персонализированного содержимого.

Динамическая веб-страница

Страница, содержимое или отдельные элементы которой формируются или изменяются в процессе работы в зависимости от данных, запроса, пользователя, времени или других условий.

Результат динамической страницы не обязательно заранее хранится на сервере в окончательном виде. Серверное приложение может получить запрос, обратиться к базе данных, определить пользователя, выполнить вычисления и сформировать подходящий ответ.

Примеры

страница личного кабинета;
лента новостей;
результаты поиска;
корзина интернет-магазина;
расписание, автоматически сформированное из базы данных;
страница с текущей погодой;
интерактивная образовательная система.

Статическая и динамическая страницы: сравнение

Признак	Статическая страница	Динамическая страница	Пример
Как формируется содержимое	Основное содержимое подготовлено заранее	Может формироваться во время выполнения запроса или изменяться после загрузки	Справочная страница и личный кабинет
Зависимость от пользователя	Обычно одинаковое содержимое для всех	Может быть персонализировано	Профиль пользователя
Работа с базой данных	Не обязательна	Часто используется	Каталог товаров
Изменение информации	Обычно требует обновления файла или публикации новой версии	Данные могут обновляться автоматически	Новости, оценки, расписание
Сложность	Часто проще	Обычно требует дополнительной программной логики	Веб-приложение

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Динамика на сервере и в браузере

Серверная часть

Программный код выполняется на сервере. Клиент получает уже сформированный результат или данные.

обращение к базе данных;
проверка логина и прав;
вычисления;
формирование HTML или данных;
работа с защищённой серверной логикой.

Клиентская часть

Часть программного кода выполняется непосредственно в браузере пользователя.

реакция на нажатие кнопок;
проверка формы перед отправкой;
изменение элементов страницы;
интерактивные меню;
получение новых данных без полной перезагрузки страницы.

Современное веб-приложение обычно сочетает серверную и клиентскую обработку.

Как браузер и сервер работают вместе

1. URL Пользователь вводит адрес или нажимает ссылку.

2. Запрос Браузер формирует HTTP- или HTTPS-запрос.

3. Сервер Веб-сервер принимает и анализирует запрос.

4. Ответ Возвращается ресурс или результат работы приложения.

5. Отображение Браузер обрабатывает данные и формирует страницу.

Но на этом обмен может не закончиться

После отображения страницы пользователь может нажать кнопку, выполнить поиск или открыть следующий раздел. Браузер отправит новые запросы, а сервер вернёт новые данные.

Поэтому работа современного веб-приложения представляет собой последовательность множества взаимодействий клиента и сервера.

Пример: вход в личный кабинет

Шаг 1. Пользователь открывает страницу входа

Браузер запрашивает страницу у веб-сервера. Сервер возвращает форму входа.

Шаг 2. Пользователь вводит данные

Браузер отправляет введённые сведения серверу через защищённое HTTPS-соединение.

Шаг 3. Сервер выполняет проверку

Серверное приложение проверяет данные пользователя и определяет его права доступа.

Шаг 4. Формируется персональный результат

После успешной проверки сервер может получить из базы данных индивидуальные сведения пользователя.

Шаг 5. Браузер отображает результат

Пользователь видит уже персонализированный личный кабинет.

Это типичный пример динамического веб-приложения: содержимое страницы зависит от конкретного пользователя и данных информационной системы.

Учебная схема: браузер, веб-сервер и динамическая страница

На схеме объединены основные процессы урока: ввод URL, HTTP/HTTPS-запрос, обращение браузера к веб-серверу, загрузка HTML, CSS, JavaScript и изображений, работа серверного приложения с базой данных и формирование статических и динамических страниц.

Схема взаимодействия браузера и веб-сервера: URL, HTTP-запрос и ответ, HTML CSS JavaScript, статическая и динамическая веб-страница, серверное приложение и база данных — Взаимодействие браузера и веб-сервера: от ввода адреса до формирования и отображения веб-страницы.

Как работать со схемой

найдите браузер и определите, почему он называется клиентом;
проследите HTTP-запрос от браузера к серверу;
найдите HTTP-ответ;
посмотрите, какие дополнительные ресурсы браузер может загружать кроме HTML;
найдите серверное приложение и базу данных;
сравните путь формирования статической и динамической страницы;
объясните всю последовательность своими словами.

Типичные ошибки

«Интернет и WWW — одно и то же». WWW является одной из служб, работающих поверх инфраструктуры Интернета.
«Браузер хранит все сайты у себя». Браузер получает ресурсы от серверов, хотя часть данных может временно сохраняться в кэше.
«Веб-сервер — это обязательно только компьютер». Термин может обозначать и серверное программное обеспечение, обрабатывающее веб-запросы.
«Одна веб-страница всегда загружается одним запросом». HTML может ссылаться на CSS, JavaScript, изображения, шрифты и другие ресурсы, для которых требуются дополнительные обращения.
«HTML — язык программирования». HTML является языком разметки.
«Динамическая страница обязательно движется на экране». Слово «динамическая» относится прежде всего к формированию или изменению содержимого, а не к визуальной анимации.
«Если страница динамическая, она обязательно каждый раз выглядит совершенно по-разному». Структура может оставаться одинаковой, а изменяться могут только отдельные данные.
«Ошибка 404 означает отсутствие Интернета». Код 404 обычно означает, что сервер доступен, но конкретный ресурс не найден.

Практические задания

Задание 1. Веб-сайт или веб-страница

Электронная образовательная система содержит главную страницу, расписание, страницу предмета и страницу конкретного урока. Что является сайтом, а что — отдельными веб-страницами?

Показать решение

Ответ: вся совокупность взаимосвязанных ресурсов образует веб-сайт. Главная, расписание, предмет и конкретный урок могут быть отдельными веб-страницами или представлениями веб-приложения.

Задание 2. Кто является клиентом

Пользователь открывает сайт в браузере. Какая сторона в этом взаимодействии является веб-клиентом?

Показать решение

Ответ: браузер является клиентской программой. Он инициирует запросы к веб-серверу.

Задание 3. Почему запросов несколько

HTML-документ содержит ссылки на два изображения, CSS-файл и JavaScript-файл. Почему браузеру может потребоваться несколько сетевых запросов?

Показать решение

Ответ: после получения HTML браузер обнаруживает ссылки на дополнительные ресурсы и должен загрузить их отдельно, если они ещё не находятся в доступном кэше.

Задание 4. Статическая или динамическая

Страница показывает каждому вошедшему обучающемуся только его собственные оценки. К какому типу логичнее отнести такую страницу?

Показать решение

Ответ: к динамической. Содержимое зависит от конкретного пользователя и формируется на основе данных системы.

Задание 5. Что делает HTML

Какую из задач выполняет HTML: задаёт структуру документа, обеспечивает физическую передачу пакетов или назначает IP-адрес компьютеру?

Показать решение

Ответ: HTML задаёт структуру и разметку веб-документа.

Задание 6. Разберите код 404

Браузер получил ответ «404 Not Found». Что можно утверждать?

Показать решение

Ответ: сервер сообщил, что запрошенный ресурс не найден по указанному пути. Это не равно утверждению «Интернет не работает».

Задание 7. Серверная или клиентская работа

База данных хранится на сервере. Программа проверяет права пользователя и выбирает из базы только разрешённые ему сведения. Где выполняется эта логика?

Показать решение

Ответ: такая защищённая логика должна выполняться на серверной стороне. Браузеру передаётся только разрешённый результат.

Задание 8. Расставьте этапы

Расположите действия в логическом порядке: отображение страницы; HTTP-запрос; обработка запроса сервером; ввод URL; HTTP-ответ.

Показать решение

Ответ: ввод URL → HTTP-запрос → обработка запроса сервером → HTTP-ответ → обработка и отображение страницы браузером.

Мини-практикум в браузере

Для упражнения не требуется программирование. Возьмите знакомый безопасный образовательный или информационный сайт.

Откройте сайт в браузере.
Определите доменное имя.
Перейдите по двум или трём внутренним ссылкам и посмотрите, как меняется URL.
Найдите страницу, содержимое которой выглядит одинаково для всех пользователей.
Если на сайте есть личный кабинет, подумайте, почему его содержимое должно быть динамическим.
Найдите изображения, меню, кнопки и другие элементы страницы.
Попробуйте объяснить, какие элементы могли прийти отдельными ресурсами.

Не вводите пароли на незнакомых сайтах. Для практикума используйте только известные безопасные ресурсы.

Видео по теме

Основное видео помогает повторить устройство веб-страницы и роль технологий WWW. Дополнительное видео показывает общую цепочку работы браузера, HTTP/HTTPS и веб-сервера.

Основное видео. Обратите внимание на понятия WWW, HTML, структуру веб-страницы и основные принципы организации сайта.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительный учебный материал

Материал можно использовать для закрепления понятий «веб-страница», «веб-сайт», «браузер» и структуры веб-ресурсов.

Перед открытием повторите

чем Интернет отличается от WWW;
что такое веб-страница;
что такое веб-сайт;
какую роль выполняет браузер;
какую роль выполняет веб-сервер;
чем статическая страница отличается от динамической.

Открыть учебный материал

Интерактивная самопроверка

Выберите правильный вариант. После ответа обязательно прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Чем Всемирная паутина отличается от Интернета?

Ответ: Интернет является глобальной системой сетей, а WWW — одной из информационных служб, использующих эту сетевую инфраструктуру.

02 Что называется веб-страницей?

Ответ: электронный документ или формируемое веб-приложением представление информации, доступное в сети и отображаемое браузером.

03 Что называется веб-сайтом?

Ответ: совокупность взаимосвязанных веб-страниц и ресурсов, объединённых общим назначением, структурой и обычно общим доменным пространством.

04 Почему браузер называют клиентской программой?

Ответ: браузер инициирует запросы к веб-серверу, получает ответы и обрабатывает их для пользователя.

05 Какова основная функция веб-сервера?

Ответ: принимать веб-запросы и возвращать клиентам запрошенные ресурсы или результаты работы серверного приложения.

06 Что означает принцип «запрос — ответ»?

Ответ: клиент отправляет серверу запрос с описанием требуемого действия или ресурса, а сервер после обработки возвращает ответ.

07 Почему для одной веб-страницы может потребоваться несколько запросов?

Ответ: основной HTML-документ может ссылаться на CSS, JavaScript, изображения, шрифты, видео и другие ресурсы, которые браузеру необходимо загрузить.

08 Чем статическая страница отличается от динамической?

Ответ: статическое содержимое в основном подготовлено заранее, а динамическое может формироваться или изменяться во время работы в зависимости от данных, пользователя или запроса.

09 Какую роль играет HTML?

Ответ: HTML задаёт структуру и разметку содержимого веб-документа.

10 Что обычно означает код HTTP 404?

Ответ: сервер сообщает, что запрошенный ресурс по указанному адресу или пути не найден.

Главное по уроку

Интернет представляет собой глобальную систему взаимосвязанных сетей. Всемирная паутина WWW — одна из информационных систем, работающих на базе Интернета.

Веб-страница — отдельный веб-документ или динамически формируемое представление информации. Веб-сайт объединяет связанные страницы и другие ресурсы.

Браузер является клиентской программой. Он формирует запросы, получает ответы веб-сервера, анализирует HTML, загружает дополнительные ресурсы, применяет CSS, выполняет клиентский JavaScript и формирует изображение страницы.

Веб-сервер принимает запросы клиентов и возвращает файлы или результаты работы серверных приложений.

HTTP работает по принципу «запрос — ответ». Один визуальный экран веб-страницы может потребовать множества сетевых запросов.

HTML определяет структуру документа, CSS отвечает за оформление, JavaScript обеспечивает программируемое поведение и интерактивность.

Статическая страница в основном хранится в заранее подготовленном виде. Динамическая страница может формироваться или изменяться на основе запроса, базы данных, пользователя и других условий.

Современные веб-приложения обычно сочетают серверную и клиентскую обработку. Сервер отвечает за защищённую логику и данные, а браузер — за взаимодействие с пользователем и отображение интерфейса.

В следующем уроке рассматриваются разработка интернет-приложений, размещение данных в сети и сетевое хранение информации.

04 Урок 4 Разработка интернет-приложений и сайтов. Сетевое хранение данных Открыть урок Свернуть урок

Урок 4. Разработка интернет-приложений и сайтов. Сетевое хранение данных

На предыдущем уроке вы разобрали взаимодействие браузера и веб-сервера. Теперь перейдём к практической стороне: как создаётся интернет-приложение или сайт, из каких этапов состоит разработка, зачем разделять структуру, оформление и программную логику, как подготовленный проект публикуется в сети и где хранятся его файлы. Во второй части урока подробно рассмотрим сетевое и облачное хранение данных, синхронизацию, совместный доступ, права пользователей, версии файлов, резервное копирование и основные риски.

45 минут основной работы

Что вы изучите

Проектирование сайта

Научитесь начинать разработку не с кода, а с цели, структуры и содержания проекта.

HTML, CSS и JavaScript

Закрепите назначение трёх основных технологий клиентской веб-разработки.

Тестирование

Поймёте, почему готовую страницу необходимо проверять на разных устройствах и при разных сценариях.

Публикация

Разберёте понятия хостинга, сервера, домена и размещения файлов сайта.

Сетевое хранение

Узнаете, чем хранение файлов на удалённом сервере отличается от хранения только на локальном диске.

Совместная работа

Разберёте синхронизацию, права доступа, версии файлов и резервное копирование.

Сайт начинается не с HTML

Одна из самых распространённых ошибок начинающего разработчика — сразу открывать редактор и начинать писать теги. В небольшом учебном упражнении это допустимо, но реальная разработка начинается раньше.

Сначала нужно ответить на вопрос: для кого и зачем создаётся сайт?

Например, сайт школьного проекта и интернет-магазин решают совершенно разные задачи. У них будет разная структура, разные пользовательские сценарии и разные требования к данным.

Перед началом разработки определяют:

цель проекта;
целевую аудиторию;
какую информацию нужно разместить;
какие действия должен выполнять пользователь;
какие страницы и разделы потребуются;
какие данные нужно хранить;
нужна ли регистрация пользователей;
требуется ли серверная обработка;
какие требования есть к безопасности и доступности.

Главный принцип: сначала задача и структура, затем технологии.

Этапы разработки интернет-приложения

1. Задача Определяем цель и пользователей.

2. Проектирование Создаём структуру страниц и сценариев.

3. Разработка Создаём HTML, CSS, программы и серверную часть.

4. Тестирование Ищем ошибки и проверяем удобство.

5. Публикация Размещаем приложение на сервере и поддерживаем его.

На практике этапы могут повторяться. После тестирования разработчик возвращается к проектированию, исправляет структуру, дополняет интерфейс и снова проверяет результат.

Поэтому современная разработка чаще представляет собой цикл, а не строго однократную последовательность действий.

Проектирование структуры сайта

Предположим, требуется создать небольшой сайт школьного проекта. Сначала можно определить основные страницы.

Главная.
О проекте.
Материалы.
Новости.
Контакты.

После этого определяется навигация: как пользователь попадёт на каждую страницу и сможет ли он быстро вернуться назад.

Хорошая структура должна отвечать на вопросы:

где пользователь находится;
куда он может перейти;
как быстро найти главное;
как вернуться к предыдущему уровню;
какие действия доступны на странице.

HTML: структура документа

HTML

Язык гипертекстовой разметки, используемый для описания структуры и содержимого веб-документа.

<!DOCTYPE html> <html lang="ru"> <head> <meta charset="UTF-8"> <title>Учебный проект</title> </head> <body> <header> <h1>Мой учебный сайт</h1> </header> <main> <p>Добро пожаловать!</p> </main> </body> </html>

Такой документ уже может быть открыт браузером. Здесь определены заголовок страницы, основная область документа и текст.

HTML желательно использовать по смыслу. Например, <header> обозначает заголовочную область, <main> — основное содержимое, <nav> — навигацию, а <footer> — нижнюю область страницы.

CSS: оформление страницы

CSS

Язык описания внешнего вида HTML-документа.

body { font-family: Arial, sans-serif; margin: 0; background: #f4f8fa; } h1 { color: #31546d; } main { max-width: 1000px; margin: 0 auto; padding: 24px; }

CSS позволяет отделить содержание от оформления. HTML сообщает, что элемент является заголовком, абзацем или меню, а CSS определяет, как этот элемент выглядит.

CSS управляет:

цветами;
размерами;
шрифтами;
отступами;
границами;
расположением элементов;
адаптацией страницы под экран устройства.

JavaScript: программируемое поведение

JavaScript

Язык программирования, широко используемый для создания интерактивного поведения веб-страниц и веб-приложений.

const button = document.querySelector("#hello"); button.addEventListener("click", function () { alert("Здравствуйте!"); });

В этом примере программа находит кнопку и задаёт действие при её нажатии.

JavaScript позволяет:

реагировать на действия пользователя;
изменять элементы страницы;
проверять формы;
получать новые данные от сервера;
создавать интерактивные интерфейсы;
реализовывать сложные веб-приложения.

HTML, CSS и JavaScript работают вместе

Технология	Основная роль	Пример	Аналогия
HTML	Структура и содержание	Заголовок, меню, абзац, изображение	Каркас здания
CSS	Внешнее оформление	Цвет, размер, расположение	Отделка и дизайн
JavaScript	Программное поведение	Кнопки, формы, интерактивные действия	Механизмы управления
Серверное приложение	Работа с данными и защищённой логикой	Авторизация, база данных, формирование ответа	Служебная часть системы

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Адаптивный сайт

Адаптивный веб-дизайн

Подход к разработке, при котором интерфейс корректно приспосабливается к различным размерам экранов и условиям использования.

Страница, которая хорошо выглядит на большом мониторе, может оказаться неудобной на смартфоне. Поэтому разработчик должен учитывать ширину экрана, размер текста, расположение кнопок и необходимость горизонтальной прокрутки.

При проверке мобильной версии смотрят:

читается ли текст без увеличения;
помещаются ли элементы по ширине;
достаточно ли велики кнопки;
не перекрываются ли блоки;
удобно ли пользоваться меню;
правильно ли масштабируются изображения и таблицы.

Тестирование интернет-приложения

Нельзя считать страницу готовой только потому, что она открылась на компьютере разработчика.

Функциональная проверка

работают ли ссылки;
работают ли кнопки;
отправляются ли формы;
правильно ли отображаются данные;
корректно ли обрабатываются ошибки.

Проверка интерфейса

понятна ли навигация;
видны ли основные действия;
достаточна ли контрастность;
не слишком ли мелкий текст;
удобно ли пользоваться сайтом с телефона.

Проверка содержимого

нет ли ошибок в тексте;
работают ли изображения;
актуальна ли информация;
правильно ли оформлены ссылки.

Что означает публикация сайта

Пока HTML-файл находится только на вашем компьютере, он доступен лишь вам или пользователям вашей локальной системы. Чтобы страницу могли открыть через сеть, её необходимо разместить на сервере, доступном клиентам.

Хостинг

Предоставление вычислительных ресурсов и инфраструктуры для размещения сайта, приложения или других сетевых ресурсов.

Файлы проекта HTML, CSS, JavaScript и медиа.

Сервер Файлы размещаются на доступной системе.

Домен К серверу может быть привязано доменное имя.

HTTPS Настраивается защищённое соединение.

Пользователи Браузеры получают опубликованные ресурсы.

Что такое сетевое хранение данных

Сетевое хранение данных

Организация хранения файлов и другой информации на удалённом или сетевом ресурсе, доступ к которому осуществляется через компьютерную сеть.

Если файл находится только на диске вашего ноутбука, доступ к нему зависит от этого устройства. Если файл помещён в сетевое хранилище, к нему можно организовать доступ с других устройств и для других пользователей.

Сетевым хранилищем может быть сервер организации, сетевое устройство NAS, файловый сервер или облачный сервис.

Локальное и сетевое хранение

Локальное хранение

Файл находится непосредственно на устройстве пользователя.

доступен без сети;
пользователь контролирует локальную копию;
поломка устройства может привести к потере данных;
совместная работа требует дополнительной организации.

Сетевое хранение

Файл находится на удалённой системе и доступен через сеть.

возможен доступ с разных устройств;
легче организовать совместную работу;
можно централизованно задавать права;
доступ зависит от сети и работы сервиса.

На практике часто используется сочетание: локальная копия + синхронизация с сетевым хранилищем.

Облачное хранение

Облачное хранилище

Сетевой сервис, предоставляющий пользователю удалённое пространство для хранения, синхронизации и совместного использования данных.

Пользователь обычно не знает, на каком конкретно физическом диске расположен его файл. Этой инфраструктурой управляет поставщик сервиса.

Типичные возможности

загрузка файлов;
создание папок;
доступ через браузер;
синхронизация с компьютером;
доступ с мобильного устройства;
создание ссылок на файлы;
совместная работа;
история версий;
восстановление удалённых объектов.

Синхронизация файлов

Синхронизация

Процесс согласования содержимого нескольких копий данных таким образом, чтобы изменения переносились между устройствами или хранилищами.

Предположим, файл хранится в облачном сервисе и синхронизируется с ноутбуком. Пользователь изменил документ на ноутбуке. Клиент синхронизации передаёт новую версию на сервер.

После этого другое устройство может получить обновлённую копию.

Файл Пользователь изменяет документ.

Клиент Программа обнаруживает изменение.

Сеть Новая версия передаётся серверу.

Хранилище Сервер сохраняет изменения.

Другие устройства Получают актуальную версию.

Совместный доступ и права

Сетевое хранение позволяет нескольким людям работать с одними данными. Но всем пользователям не обязательно предоставлять одинаковые возможности.

Типичные уровни доступа

только просмотр — можно читать или скачивать;
комментирование — можно оставлять комментарии;
редактирование — можно изменять данные;
управление — можно изменять права других пользователей;
владелец — максимальные полномочия над ресурсом.

Принцип минимальных привилегий: пользователю следует предоставлять только те права, которые действительно необходимы ему для работы.

Ссылка на файл — это тоже право доступа

Многие облачные сервисы позволяют создать ссылку, по которой другой человек сможет открыть документ.

Но перед созданием такой ссылки необходимо проверить настройки.

Доступ только конкретным пользователям или всем, у кого есть ссылка?
Можно только просматривать или редактировать?
Есть ли срок действия ссылки?
Можно ли скачать файл?
Содержит ли документ персональные или конфиденциальные сведения?

Никогда не делайте общедоступными документы с персональными данными только ради удобства передачи.

История версий

Версия файла

Сохранённое состояние документа на определённый момент времени.

При совместной работе файл может изменяться десятки раз. Если система сохраняет историю версий, пользователь может увидеть предыдущие состояния документа и при необходимости восстановить одно из них.

История версий помогает:

отменить ошибочные изменения;
восстановить удалённый фрагмент;
сравнить разные состояния документа;
понять, когда произошли изменения;
снизить риск окончательной потери результата работы.

Синхронизация не равна резервному копированию

Синхронизация

Согласовывает актуальные копии данных.

изменение быстро передаётся на другие устройства;
удаление тоже может синхронизироваться;
удобна для работы с актуальной версией.

Резервное копирование

Создаёт дополнительную копию, предназначенную для восстановления данных после потери или повреждения.

копия должна быть независимой;
может хранить несколько состояний;
используется для восстановления после сбоя.

Если вредоносная программа испортила синхронизируемый файл, повреждённая версия может распространиться на другие устройства. Поэтому резервная копия остаётся необходимой.

Правило резервного копирования 3–2–1

Для важных данных часто используют простой принцип организации резервных копий.

Три копии

Рабочая копия и минимум две дополнительные копии важных данных.

Два типа хранения

Желательно не держать все копии на одном и том же носителе или в одной системе.

Одна копия отдельно

Хотя бы одна резервная копия должна быть физически или логически отделена от основной системы.

Риски сетевого хранения

Потеря доступа к сети. Удалённый файл может временно стать недоступен.
Сбой сервиса. Удалённая система тоже может испытывать технические проблемы.
Компрометация учётной записи. Похищение пароля может открыть доступ к файлам.
Ошибочные права. Неправильно настроенная ссылка может сделать документ доступным посторонним.
Синхронизация ошибки. Ошибочное удаление или повреждение файла может распространиться на другие копии.
Конфиденциальность. Не все данные допустимо передавать стороннему сервису без анализа правил и требований безопасности.

Учебная схема: разработка сайта и сетевое хранение

Схема объединяет две части урока: путь создания сайта от проектирования до публикации и организацию сетевого хранения файлов с синхронизацией, правами доступа, версиями и резервным копированием.

Разработка интернет-приложения и сетевое хранение данных: проектирование сайта, HTML CSS JavaScript, тестирование, публикация, хостинг, облачное хранилище, синхронизация, права доступа, версии и резервное копирование — Разработка интернет-приложения и сетевое хранение данных: от структуры сайта до публикации, синхронизации и резервного копирования.

Как работать со схемой

Проследите этапы создания сайта от идеи до публикации.
Найдите HTML, CSS и JavaScript и объясните назначение каждой технологии.
Определите, на каком этапе проводится тестирование.
Проследите передачу файлов проекта на сервер.
Найдите сетевое хранилище и синхронизируемые устройства.
Сравните права «просмотр» и «редактирование».
Найдите историю версий и резервное копирование.
Объясните, почему синхронизация не заменяет резервную копию.

Типичные ошибки

«Разработка сайта начинается с написания HTML». Сначала необходимо определить задачу, структуру и содержимое.
«HTML отвечает за дизайн». HTML описывает структуру. Оформление в основном задаётся CSS.
«JavaScript и Java — одно и то же». Это разные языки программирования.
«Если страница работает на моём компьютере, значит она готова». Необходимо тестировать интерфейс, ссылки, формы и адаптацию на разных устройствах.
«Сетевое хранилище автоматически является резервной копией». Синхронизация и резервное копирование решают разные задачи.
«Если есть ссылка, её безопасно отправлять всем». Нужно проверять права и содержимое документа.
«Облачный файл вообще нигде физически не хранится». Он хранится на физических системах поставщика сервиса; для пользователя инфраструктура просто скрыта за сетевым интерфейсом.
«Если файл хранится в облаке, потерять его невозможно». Ошибки пользователя, проблемы учётной записи и технические сбои всё равно возможны.

Практические задания

Задание 1. Определите правильный порядок

Расставьте этапы: тестирование, определение цели, публикация, разработка, проектирование структуры.

Показать решение

Ответ: определение цели → проектирование структуры → разработка → тестирование → публикация.

Задание 2. HTML или CSS

Нужно изменить цвет заголовка и расстояние между блоками. Какая технология предназначена прежде всего для такой задачи?

Показать решение

Ответ: CSS. HTML отвечает прежде всего за структуру, а CSS — за оформление.

Задание 3. Зачем нужен JavaScript

Кнопка должна открывать дополнительный блок без перехода на другую страницу. Какая технология может реализовать такое поведение?

Показать решение

Ответ: JavaScript может обработать нажатие и изменить состояние элементов текущей страницы.

Задание 4. Права доступа

Учителю нужно предоставить обучающимся учебный документ, который они должны только читать. Какой уровень доступа выбрать?

Показать решение

Ответ: «только просмотр». Предоставлять право редактирования в этой ситуации не требуется.

Задание 5. Синхронизация или резервная копия

Файл автоматически обновляется на ноутбуке и телефоне после каждого изменения. Что описывается?

Показать решение

Ответ: синхронизация. Она обеспечивает согласование актуальных копий, но сама по себе не гарантирует независимую резервную копию.

Задание 6. Найдите риск

Пользователь создал ссылку «редактировать всем, у кого есть ссылка» и отправил её в открытый чат. В чём проблема?

Показать решение

Ответ: любой человек, получивший ссылку, может изменить документ. Права доступа чрезмерны и не соответствуют принципу минимальных привилегий.

Задание 7. Для чего нужна история версий

Пользователь случайно удалил важный абзац и сохранил документ. Какая функция сетевого хранилища может помочь?

Показать решение

Ответ: история версий, если сервис её поддерживает. Можно восстановить предыдущее состояние документа.

Задание 8. Что означает публикация

Почему файл index.html на домашнем компьютере ещё нельзя считать опубликованным интернет-сайтом?

Показать решение

Ответ: локальный файл не предоставлен пользователям через доступный веб-сервер. Для публикации необходимо разместить ресурс на сетевой инфраструктуре и организовать доступ к нему.

Мини-практикум: создайте простейшую веб-страницу

Если у вас есть компьютер и обычный текстовый редактор, выполните небольшую практическую работу.

Создайте новую папку my-site.
Внутри создайте файл index.html.
Введите минимальную HTML-структуру.
Добавьте заголовок первого уровня.
Добавьте два абзаца.
Создайте маркированный список.
Добавьте гиперссылку на известный безопасный ресурс.
Сохраните файл.
Откройте его в браузере.
Измените текст, снова сохраните файл и обновите страницу.

<!DOCTYPE html> <html lang="ru"> <head> <meta charset="UTF-8"> <title>Мой проект</title> </head> <body> <h1>Мой первый проект</h1> <p>Эта страница создана самостоятельно.</p> <p>Я изучаю разработку интернет-приложений.</p> <ul> <li>HTML</li> <li>CSS</li> <li>JavaScript</li> </ul> </body> </html>

Видео по теме

Основное видео показывает создание простой веб-страницы с текстом, изображениями и гиперссылками. Дополнительный школьный видеоурок посвящён разработке веб-сайта в 11 классе.

Основное видео: создание и сохранение веб-страницы, работа с текстом, списками, изображениями и гиперссылками.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительный материал: сетевое хранение данных

Отдельный материал поможет повторить облачные сервисы, управление правами доступа и защиту данных в сетевых хранилищах.

Обратите внимание

что такое облачное хранилище;
как организуется совместный доступ;
почему права пользователей должны различаться;
зачем нужны резервные копии;
какие данные нельзя открывать посторонним.

Открыть материал на Rutube

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы последовательно. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 С чего должна начинаться разработка сайта?

Ответ: с определения цели, аудитории, содержания, структуры и функций проекта.

02 Какую роль выполняет HTML?

Ответ: HTML описывает структуру и содержимое веб-документа.

03 Какую роль выполняет CSS?

Ответ: CSS задаёт внешний вид и расположение элементов.

04 Для чего используется JavaScript?

Ответ: для реализации программируемого поведения и интерактивности веб-страницы.

05 Что называется сетевым хранением данных?

Ответ: хранение данных на сетевом или удалённом ресурсе, доступном через компьютерную сеть.

06 Что такое синхронизация?

Ответ: согласование нескольких копий данных, при котором изменения переносятся между устройствами или хранилищами.

07 Почему синхронизация не заменяет резервное копирование?

Ответ: ошибка, удаление или повреждение может синхронизироваться на все устройства, тогда как независимая резервная копия предназначена для восстановления.

08 Что означает принцип минимальных привилегий?

Ответ: пользователю предоставляют только те права доступа, которые действительно нужны для его работы.

09 Зачем нужна история версий?

Ответ: она позволяет сохранить и при необходимости восстановить предыдущие состояния документа.

10 Что означает публикация сайта?

Ответ: размещение ресурсов сайта на доступной через сеть инфраструктуре и организация доступа пользователей к этим ресурсам.

Главное по уроку

Разработка интернет-приложения начинается с постановки задачи и проектирования структуры. Только после этого выбираются и применяются конкретные технологии.

HTML задаёт структуру веб-документа, CSS отвечает за оформление, а JavaScript реализует программируемое поведение интерфейса.

Готовый сайт необходимо тестировать: проверять ссылки, формы, отображение данных, навигацию и работу на разных размерах экранов.

Для публикации проект размещают на сервере или хостинге, после чего пользователи могут обращаться к нему через сеть.

Сетевое хранение позволяет размещать данные на удалённых ресурсах и получать к ним доступ с разных устройств.

Облачные хранилища упрощают синхронизацию, совместную работу, создание ссылок и управление правами доступа.

Права пользователей должны соответствовать реальной необходимости. Если человеку достаточно читать документ, ему не следует предоставлять возможность редактирования.

История версий помогает восстановить предыдущие состояния документа, а резервное копирование защищает от более серьёзной потери информации.

Синхронизация не является полноценной заменой резервного копирования: ошибочное изменение тоже может автоматически распространиться на все синхронизируемые копии.

В следующем уроке рассматриваются виды деятельности и сервисы Интернета, геоинформационные системы, геолокационные сервисы, интернет-торговля, электронные государственные услуги и социальные сетевые сервисы.

05 Урок 5 Сервисы Интернета. Геоинформационные и геолокационные сервисы. Электронные услуги. Социальные сети и сетевой этикет Открыть урок Свернуть урок

Урок 5. Сервисы Интернета. Геоинформационные и геолокационные сервисы. Электронные услуги. Социальные сети и сетевой этикет

Интернет используется не только для просмотра веб-страниц. Через сеть люди общаются, учатся, работают с документами, ищут маршруты, оплачивают товары, покупают билеты, бронируют гостиницы, получают государственные услуги и участвуют в совместных проектах. В этом уроке вы подробно разберёте основные виды интернет-сервисов, принцип работы геоинформационных и геолокационных систем, особенности интернет-торговли и электронных услуг, возможности социальных сетей, правила сетевого этикета, способы проверки подлинности информации и назначение открытых образовательных ресурсов.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Интернет-сервисы

Разберёте основные виды деятельности, которые выполняются с использованием сети Интернет.

ГИС

Поймёте, как электронная карта связывается с данными об объектах и территориях.

Геолокация

Узнаете, как сервисы определяют положение устройства и строят маршруты.

Электронные услуги

Рассмотрите интернет-торговлю, бронирование и государственные электронные сервисы.

Социальные сети

Разберёте их возможности для общения, совместной работы и распространения информации.

Подлинность информации

Научитесь применять несколько стратегий проверки информации, полученной из Интернета.

Что называется интернет-сервисом

Интернет-сервис

Сетевая услуга или программная система, доступная пользователю через Интернет и позволяющая выполнять определённые действия: получать информацию, общаться, хранить данные, совершать покупки, строить маршруты, работать с документами и решать другие задачи.

Сервис обычно состоит не из одной программы. Например, картографическое приложение включает мобильный или веб-клиент, серверы, базы пространственных данных, программные алгоритмы и сетевую инфраструктуру.

Пользователь видит удобный интерфейс, но за одним нажатием кнопки может скрываться сложная последовательность запросов между несколькими информационными системами.

Примеры деятельности в сети

поиск информации;
электронная переписка;
обмен мгновенными сообщениями;
видеосвязь;
хранение файлов;
совместная работа с документами;
дистанционное обучение;
просмотр мультимедийных материалов;
поиск объектов на карте;
построение маршрутов;
электронная торговля;
бронирование билетов и гостиниц;
получение государственных услуг;
участие в социальных сетях.

Классификация интернет-сервисов

Группа	Назначение	Примеры действий	Какие данные обрабатываются
Информационные	Поиск и получение информации	Поиск документов, новостей, справочных данных	Тексты, изображения, документы, индексы поиска
Коммуникационные	Общение пользователей	Почта, сообщения, видеосвязь	Текст, звук, видео, файлы
Облачные	Хранение и обработка данных	Синхронизация, совместная работа	Документы, таблицы, изображения
Геоинформационные	Работа с пространственными данными	Карты, маршруты, поиск организаций	Координаты, дороги, объекты, слои карты
Коммерческие	Продажа товаров и услуг	Заказ товара, оплата, доставка	Каталоги, заказы, платёжные сведения
Государственные	Получение государственных услуг	Заявления, справки, запись на услуги	Идентификационные и административные данные
Образовательные	Организация обучения	Уроки, задания, тесты, электронные библиотеки	Учебные материалы и результаты обучения

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Геоинформационные системы

Геоинформационная система — ГИС

Информационная система, предназначенная для сбора, хранения, обработки, анализа и визуального представления пространственных данных, связанных с положением объектов на земной поверхности или в пространстве.

Обычная бумажная карта показывает расположение объектов. Геоинформационная система делает значительно больше: она связывает географическое положение объекта с дополнительной информацией о нём.

Например, на электронной карте можно увидеть не только положение дороги, но и её название, направление движения, загруженность, ремонтные работы и доступные маршруты.

Пространственный объект может иметь:

координаты;
название;
тип объекта;
описание;
фотографии;
связанные документы;
временные характеристики;
статистические показатели.

Слои геоинформационной системы

Для понимания ГИС удобно представить электронную карту как несколько прозрачных информационных слоёв, наложенных друг на друга.

Рельеф

Высоты, особенности поверхности, природные формы.

Дороги

Автомагистрали, улицы, перекрёстки и транспортные связи.

Здания

Контуры домов, адреса и назначение объектов.

Организации

Магазины, школы, больницы, учреждения и другие объекты.

Транспорт

Маршруты, остановки и положение транспорта.

Текущие события

Пробки, дорожные работы, перекрытия и другие изменяющиеся сведения.

Главное отличие ГИС: карта становится не просто изображением, а средством работы с данными.

Геолокационные сервисы

Геолокация

Определение географического положения устройства, пользователя или объекта с использованием доступных технических средств и данных.

Современный смартфон может определять местоположение несколькими способами. Результаты от разных источников могут объединяться для повышения скорости и точности.

Какие данные могут использоваться

сигналы спутниковых навигационных систем;
данные мобильной сети;
информация о находящихся рядом Wi-Fi-сетях;
датчики устройства;
ранее известные координаты и картографические данные.

Как работает навигационный сервис

1. Положение Определяются текущие координаты пользователя.

2. Точка назначения Пользователь выбирает нужный объект.

3. Карта Система анализирует дорожную сеть.

4. Условия Учитываются ограничения и текущая ситуация.

5. Маршрут Пользователю предлагается подходящий путь.

Если сервис получает сведения о скорости движения множества транспортных средств, он может оценивать загруженность дорог.

При изменении ситуации маршрут может автоматически перестраиваться.

Геолокация и конфиденциальность

Данные о местоположении относятся к информации, с которой необходимо обращаться особенно осторожно. По истории перемещений можно сделать выводы о месте проживания, работе, учебном заведении и привычных маршрутах человека.

Проверяйте:

каким приложениям разрешён доступ к геопозиции;
нужен ли доступ постоянно или только во время использования;
публикуется ли местоположение в социальных сетях;
кому доступна функция передачи геопозиции;
сохраняет ли приложение историю перемещений.

Не публикуйте точную геопозицию без необходимости. Особенно осторожно относитесь к информации о доме, месте нахождения в данный момент и регулярных маршрутах.

Интернет-торговля

Электронная коммерция

Организация продажи товаров и услуг с использованием информационных систем и компьютерных сетей.

Интернет-магазин представляет собой сложную информационную систему. Пользователь видит каталог и корзину, однако за интерфейсом работают базы данных, платёжные сервисы, системы учёта товаров, доставки и уведомлений.

Каталог Покупатель выбирает товар.

Корзина Система формирует заказ.

Оформление Указываются данные получения.

Оплата При необходимости используется платёжный сервис.

Доставка Заказ передаётся на исполнение.

Безопасность интернет-покупок

Перед оплатой проверьте:

правильно ли написан адрес сайта;
используется ли HTTPS;
соответствует ли сайт официальному ресурсу продавца;
есть ли информация о продавце;
не выглядит ли предложение неправдоподобно выгодным;
не требуют ли отправить пароль, код подтверждения или данные карты постороннему человеку;
не переводят ли общение на подозрительный внешний ресурс.

Никому не сообщайте одноразовые коды подтверждения. Сотруднику магазина или банка не требуется ваш пароль от личного кабинета.

Онлайн-бронирование

Бронирование билетов, гостиниц и других услуг — ещё один пример взаимодействия нескольких информационных систем.

Когда пользователь выбирает место в самолёте или номер в гостинице, сервис должен проверить наличие свободного ресурса и не позволить одновременно продать его нескольким клиентам.

Система бронирования обычно работает с:

каталогом услуг;
расписанием;
свободными местами;
данными клиента;
стоимостью;
платёжной системой;
электронными подтверждениями.

Государственные электронные сервисы

Электронная государственная услуга

Государственная услуга, получение которой полностью или частично организовано с использованием информационных систем и компьютерных сетей.

Вместо многократного личного обращения в разные учреждения пользователь может подать заявление, получить сведения или записаться на услугу через электронную систему.

В электронной форме могут быть доступны:

подача заявлений;
получение справочной информации;
проверка статуса заявления;
запись в государственное учреждение;
получение электронных документов;
оплата отдельных начислений;
получение уведомлений.

Открыть официальный портал Госуслуг

Почему государственному сервису нужна идентификация

Если пользователь просто читает общедоступную справочную информацию, системе не всегда необходимо знать, кто именно находится перед экраном.

Но если человек запрашивает персональные сведения, подаёт юридически значимое заявление или получает документ, информационная система должна определить пользователя и проверить его права.

Важные понятия

идентификация — определение, кем представляет себя пользователь;
аутентификация — проверка подлинности заявленной личности;
авторизация — определение разрешённых пользователю действий.

Эти три понятия связаны, но не являются синонимами.

Социальные сети

Социальная сеть

Сетевой сервис, предназначенный для организации взаимодействия пользователей, создания связей между ними и обмена сообщениями, публикациями и другими данными.

Основные возможности

личные профили;
публикация материалов;
обмен сообщениями;
группы и сообщества;
комментарии;
совместное обсуждение;
распространение фото, видео и документов;
организация мероприятий;
получение новостей и уведомлений.

Социальная сеть одновременно является коммуникационной платформой и средой распространения информации. Это означает, что пользователь должен оценивать не только удобство общения, но и достоверность получаемых материалов.

Цифровой след

Совокупность сведений о действиях пользователя, которые остаются в цифровых системах при использовании сайтов, приложений и сетевых сервисов.

Публикация в социальной сети может быть удалена из вашего профиля, но это не гарантирует полного исчезновения информации. Другие пользователи могли сохранить её, сделать снимок экрана или переслать сообщение.

Перед публикацией спросите себя:

можно ли показывать эту информацию посторонним;
не содержит ли публикация чужих персональных данных;
не раскрывает ли она точное местоположение;
может ли публикация причинить вред человеку;
готов ли я к тому, что материал останется в сети надолго.

Сетевой этикет

Совокупность правил корректного, безопасного и уважительного поведения при общении и взаимодействии в цифровой среде.

Уважайте собеседника

Не переходите к оскорблениям и унижению даже при несогласии.

Пишите понятно

Учитывайте контекст общения и избегайте двусмысленных формулировок.

Не распространяйте спам

Не отправляйте массовые ненужные сообщения и рекламу.

Уважайте приватность

Не пересылайте личную переписку без разрешения участников.

Указывайте источник

Не присваивайте себе чужие материалы и идеи.

Проверяйте информацию

Не распространяйте сообщение только потому, что оно кажется убедительным.

Проблема подлинности информации

В Интернете практически любой пользователь может опубликовать текст, изображение или видео. Сам факт публикации не делает информацию достоверной.

Кроме случайных ошибок существуют намеренные манипуляции: поддельные сообщения, мошеннические сайты, изображения вне исходного контекста и материалы, созданные для введения пользователя в заблуждение.

Поэтому вопрос должен звучать не «есть ли это в Интернете?», а:

кто это сообщил;
откуда автор получил сведения;
когда материал опубликован;
есть ли первичный источник;
подтверждают ли информацию независимые источники;
не изменено ли содержание;
соответствует ли заголовок содержанию;
можно ли проверить приведённые данные.

Алгоритм проверки информации

1. Автор Кто опубликовал материал?

2. Источник Где находится первичная информация?

3. Дата Не устарели ли сведения?

4. Сравнение Что сообщают другие источники?

5. Вывод Достаточно ли оснований доверять материалу?

Надёжная проверка редко строится на одном признаке. Поддельный сайт может выглядеть профессионально, а достоверный материал может иметь простой дизайн.

Проверяйте адрес сайта

Мошеннический сайт может быть визуально очень похож на официальный ресурс. Поэтому необходимо смотреть не только на изображение страницы, но и на её адрес.

Обратите внимание:

нет ли ошибки в доменном имени;
не добавлены ли лишние символы;
соответствует ли домен организации;
используется ли защищённое HTTPS-соединение;
не пришла ли ссылка из подозрительного сообщения;
не предлагается ли срочно ввести пароль или банковские данные.

HTTPS сам по себе не доказывает честность сайта. Он защищает канал связи, но мошенник тоже может использовать сертификат HTTPS.

Поиск информации: формулируйте запрос точно

Результат поиска сильно зависит от формулировки. Чем точнее вы определяете ключевые слова, тем легче найти нужный материал.

Сравните:

плохой запрос: «карта»;
лучше: «карта автомобильных дорог России»;
ещё точнее: «официальная карта федеральных автомобильных дорог России».

Для учебной работы полезно добавлять название организации, документа, автора, год или точную тему.

Открытые образовательные ресурсы

Открытый образовательный ресурс

Учебный материал или образовательный сервис, доступ к которому предоставляется пользователю через сеть без необходимости приобретать традиционный печатный экземпляр; конкретные условия использования определяются владельцем ресурса и лицензией.

К образовательным интернет-ресурсам могут относиться:

электронные учебные материалы;
видеолекции;
виртуальные лаборатории;
тренажёры;
тесты;
электронные библиотеки;
открытые онлайн-курсы;
научно-популярные и справочные ресурсы.

Открытость доступа не означает отсутствия авторских прав. При использовании чужого материала необходимо учитывать условия его распространения и указывать источник.

Информационно-образовательная среда

Электронная информационно-образовательная среда объединяет различные сетевые сервисы в одну учебную систему.

В неё могут входить:

учебные материалы;
электронное расписание;
видеоуроки;
домашние задания;
электронный журнал;
тестирование;
облачные документы;
обратная связь с преподавателем;
электронные библиотеки;
средства совместной работы.

Таким образом, образовательная среда является практическим примером одновременного использования веб-технологий, сетевого хранения, баз данных и коммуникационных сервисов.

Учебная схема: сервисы Интернета

На схеме объединены основные понятия урока: виды интернет-сервисов, ГИС, геолокация, навигация, интернет-торговля, бронирование, государственные электронные услуги, социальные сети, сетевой этикет и проверка подлинности информации.

Сервисы Интернета: геоинформационные системы, геолокация, интернет-торговля, бронирование, государственные электронные услуги, социальные сети, сетевой этикет и проверка информации — Сервисы Интернета: от геолокации и электронных услуг до социальных сетей и проверки достоверности информации.

Как работать со схемой

Найдите основные группы интернет-сервисов.
Проследите работу геолокационного сервиса от определения координат до построения маршрута.
Найдите элементы геоинформационной системы.
Проследите этапы интернет-покупки.
Определите, чем государственная электронная услуга отличается от обычного информационного сайта.
Найдите блок социальных сетей и сетевого этикета.
Проследите алгоритм проверки подлинности информации.

Видео по теме

Основное видео — полноценный учебный урок об информационных ресурсах и сервисах Интернета продолжительностью около 17 минут. Дополнительное видео также посвящено информационным ресурсам и сервисам сети и подходит для повторения темы.

Основное видео на Rutube — «Информатика 9 класс. Информационные ресурсы и сервисы Интернета». Продолжительность 16 минут 56 секунд.

Открыть основное видео на Rutube

Практическая работа: использование интернет-сервисов

Выполните задания на знакомых официальных и безопасных сервисах. Не вводите персональные данные, если это не требуется для вашей обычной работы с сервисом.

Задание 1. Геоинформационный сервис

Откройте знакомый картографический сервис. Найдите своё учебное заведение или другой известный общественный объект. Определите, какие данные доступны кроме самого положения на карте.

Что должно получиться

Можно обнаружить адрес, название объекта, фотографии, режим работы, остановки транспорта, маршруты, организации рядом и другие атрибутивные данные. Именно соединение карты с информацией об объектах является важной особенностью ГИС.

Задание 2. Построение маршрута

Постройте маршрут между двумя известными общественными объектами и сравните два способа передвижения.

Что нужно заметить

Сервис может учитывать дорожную сеть, ограничения, расстояние, предполагаемое время поездки, общественный транспорт и текущую дорожную ситуацию.

Задание 3. Проверка интернет-магазина

Не совершая покупку, выберите известный интернет-магазин и составьте список признаков, которые позволяют отличить официальный ресурс от подозрительной копии.

Показать ориентиры

Проверьте доменное имя, HTTPS, сведения о продавце, контакты, правила оплаты и возврата, отсутствие подозрительных требований сообщить пароль или код подтверждения.

Задание 4. Проверка информации

Найдите в сети сообщение о научном или общественном событии. Попытайтесь найти первичный источник и ещё минимум два независимых подтверждения.

Как оценивать результат

Нужно сравнить дату, автора, исходный документ или официальное сообщение, содержание независимых публикаций и наличие конкретных проверяемых фактов.

Задание 5. Сетевой этикет

В учебном чате один пользователь допустил ошибку. Другой участник хочет публично высмеять его и переслать сообщение в другой чат. Какие правила сетевого этикета нарушаются?

Показать решение

Нарушаются уважение к собеседнику и конфиденциальность общения. Корректнее спокойно указать на ошибку без унижения и не распространять переписку без необходимости.

Задание 6. Права геолокации

Приложение-фонарик запрашивает постоянный доступ к точному местоположению. Стоит ли автоматически предоставлять такое разрешение?

Показать решение

Нет. Разрешение должно соответствовать реальной функции приложения. Если геолокация не нужна для работы, предоставлять постоянный доступ не следует.

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы по порядку. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется интернет-сервисом?

Ответ: сетевая услуга или программная система, позволяющая пользователю выполнять определённые действия через Интернет.

02 Что такое геоинформационная система?

Ответ: информационная система для хранения, обработки, анализа и представления пространственных данных.

03 Что называется геолокацией?

Ответ: определение географического положения устройства, пользователя или объекта.

04 Какие данные может использовать геолокационный сервис?

Ответ: сигналы навигационных спутников, данные мобильных сетей, Wi-Fi, датчиков устройства и картографические данные.

05 Почему необходимо осторожно относиться к публикации геопозиции?

Ответ: по местоположению и истории перемещений можно получить сведения о привычках, доме, работе и маршрутах человека.

06 Для чего государственным электронным системам нужна аутентификация?

Ответ: чтобы проверить личность пользователя перед предоставлением персональных данных или юридически значимых услуг.

07 Что такое сетевой этикет?

Ответ: правила корректного, безопасного и уважительного поведения при взаимодействии в цифровой среде.

08 Почему нельзя считать любую публикацию в Интернете достоверной?

Ответ: материалы могут содержать ошибки, устаревшие сведения, манипуляции или намеренно ложную информацию.

09 Как проверить подозрительное сообщение?

Ответ: проверить автора, первичный источник, дату, контекст и сравнить сведения с независимыми надёжными источниками.

10 Почему открытый образовательный материал всё равно может быть защищён авторским правом?

Ответ: свободный доступ к материалу не означает автоматического отказа автора от прав на него. Использование определяется лицензией и условиями владельца.

Главное по уроку

Интернет предоставляет множество сервисов: информационных, коммуникационных, образовательных, коммерческих, государственных, геоинформационных и других.

Геоинформационная система объединяет электронную карту с данными об объектах. Информация может быть организована в виде отдельных слоёв.

Геолокационные сервисы определяют положение устройства и используют его для поиска объектов, построения маршрутов и предоставления услуг, связанных с местоположением.

Геолокационные данные могут раскрывать чувствительную информацию о человеке, поэтому доступ приложений к местоположению необходимо контролировать.

Интернет-торговля и системы бронирования связывают пользователей с каталогами, базами данных, платёжными и логистическими информационными системами.

Государственные электронные сервисы позволяют получать услуги и взаимодействовать с государственными информационными системами через Интернет. Для персонализированных услуг применяется идентификация и проверка пользователя.

Социальные сети предназначены для коллективного взаимодействия и обмена данными. Пользователь должен соблюдать сетевой этикет, уважать приватность других людей и учитывать свой цифровой след.

Информация из Интернета должна подвергаться критической проверке. Надёжность оценивается по автору, источнику, дате, первичным документам, контексту и подтверждению независимыми источниками.

Открытые образовательные ресурсы расширяют возможности самостоятельного обучения, но открытый доступ не отменяет авторских прав и необходимости указывать источник.

Этим уроком завершается тема «Сетевые информационные технологии». Следующий урок начинает тему «Основы социальной информатики» и посвящён информационной безопасности и защите информации.

06 Урок 6 Информационная безопасность. Угрозы информации и средства защиты Открыть урок Свернуть урок

Урок 6. Информационная безопасность. Угрозы информации и средства защиты

С этого урока начинается тема «Основы социальной информатики». Мы рассмотрим информационную безопасность как систему мер, позволяющих защищать информацию, информационные системы и пользователей. Вы разберёте три главных свойства защищённой информации — конфиденциальность, целостность и доступность, научитесь различать угрозу, уязвимость, риск и инцидент, познакомитесь с техногенными, экономическими и человеческими угрозами, а также с организационными, программными, техническими, криптографическими и правовыми средствами защиты.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Информационная безопасность

Разберётесь, что именно необходимо защищать в информационной системе.

Три свойства информации

Научитесь различать конфиденциальность, целостность и доступность.

Угрозы

Рассмотрите технические, человеческие, экономические и сетевые угрозы.

Уязвимость и риск

Поймёте, почему наличие угрозы ещё не означает, что инцидент обязательно произойдёт.

Средства защиты

Разберёте организационные, программные, аппаратные и криптографические меры.

Правовая защита

Познакомитесь с ролью законодательства, электронной подписи и цифровых сертификатов.

Что такое информационная безопасность

Информационная безопасность

Состояние защищённости информации и информационных систем, при котором обеспечиваются необходимые свойства информации, а угрозы её неправомерного раскрытия, изменения, уничтожения или блокирования снижены до приемлемого уровня.

В повседневной жизни информационную безопасность часто сводят к словам «антивирус» или «пароль». Это слишком узкое понимание.

Защищать приходится не только отдельный файл. Объектами защиты могут быть компьютеры, смартфоны, серверы, сети, базы данных, учётные записи, программное обеспечение, каналы связи и сами пользователи.

Что может иметь ценность

личные фотографии;
учебные документы;
пароли;
электронная почта;
персональные данные;
банковская информация;
база данных организации;
программный код;
служебная документация;
результаты научной или проектной работы.

Три главных свойства защищённой информации

Один из базовых подходов к информационной безопасности выделяет три свойства: конфиденциальность, целостность и доступность.

Конфиденциальность

Информация доступна только тем пользователям и системам, которым разрешён доступ.

Целостность

Информация не должна быть незаметно или неправомерно изменена, повреждена или уничтожена.

Доступность

Авторизованный пользователь должен иметь возможность получить нужную информацию и использовать систему тогда, когда это требуется.

Важно: хорошая защита должна учитывать все три свойства одновременно. Система, которая идеально скрывает данные, но не позволяет законному пользователю получить их, не выполняет свою задачу.

Примеры нарушения трёх свойств

Ситуация	Что нарушено	Почему	Возможная защита
Посторонний получил список паролей	Конфиденциальность	Закрытые сведения стали доступны неавторизованному лицу	Контроль доступа, шифрование, защищённое хранение
Кто-то незаметно изменил оценки в базе	Целостность	Данные были неправомерно изменены	Разграничение прав, журналирование, контроль изменений
Сервер перестал отвечать	Доступность	Законные пользователи не могут получить услугу	Резервирование, мониторинг, защита сети
Файл был случайно удалён	Целостность и доступность	Данные потеряны и больше недоступны	Резервное копирование, версии файлов
Секретный документ отправлен не тому адресату	Конфиденциальность	Информация раскрыта постороннему	Организационные правила и проверка получателя

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Угроза, уязвимость, риск и инцидент

Угроза

Потенциальная причина события, способного причинить ущерб информации, системе или пользователю.

Уязвимость

Слабое место системы, процесса или поведения пользователя, которое может быть использовано угрозой.

Риск

Сочетание вероятности реализации угрозы и возможного ущерба от неё.

Инцидент информационной безопасности

Реально произошедшее событие, которое нарушило или могло нарушить безопасность информации или информационной системы.

Как возникает инцидент

Ценный ресурс Есть информация или система, которую необходимо защищать.

Угроза Существует источник возможного воздействия.

Уязвимость В системе имеется слабое место.

Инцидент Угроза реализуется через уязвимость.

Ущерб Возникают последствия для пользователя или организации.

Например, использование очень простого пароля — это уязвимость. Попытка злоумышленника получить доступ к учётной записи — угроза. Если пароль удалось подобрать и злоумышленник вошёл в систему, произошёл инцидент.

Источники угроз

Технические сбои

Отказ диска, сетевого оборудования, сервера или системы электропитания.

Ошибки пользователей

Случайное удаление, неправильные настройки, отправка документа не тому получателю.

Вредоносные действия

Кража данных, взлом учётных записей, повреждение информации.

Вредоносное ПО

Программы, предназначенные для нарушения работы системы или незаконного доступа.

Экономические угрозы

Мошенничество, финансовые потери, кража платёжной информации и вымогательство.

Техногенные события

Аварии инфраструктуры, повреждение оборудования, перебои электроснабжения.

Преднамеренные и случайные угрозы

Преднамеренные

Воздействие совершается осознанно для получения выгоды, нарушения работы или доступа к информации.

кража пароля;
фишинг;
несанкционированный доступ;
вредоносное изменение данных;
мошенничество;
вымогательство.

Непреднамеренные

Ущерб возникает из-за ошибки, невнимательности, неисправности или другого события без намерения причинить вред.

случайное удаление файла;
неверная настройка;
ошибка оператора;
отказ оборудования;
повреждение носителя;
перебой питания.

Несанкционированный доступ

Доступ к информации или информационной системе с нарушением установленных правил и полномочий.

Даже если пользователь знает технический способ открыть файл, это ещё не означает, что он имеет право его просматривать.

В информационных системах доступ должен определяться не только возможностью подключения, но и полномочиями конкретного пользователя.

Для предотвращения несанкционированного доступа применяют:

учётные записи;
пароли;
двухфакторную аутентификацию;
разграничение прав;
блокировку устройств;
журналы событий;
шифрование;
физическую защиту оборудования.

Идентификация, аутентификация и авторизация

1. Идентификация Пользователь сообщает, кто он: например, вводит логин.

2. Аутентификация Система проверяет доказательство личности.

3. Авторизация Определяются разрешённые действия.

4. Работа Пользователь получает доступ к разрешённым ресурсам.

5. Контроль Система может регистрировать действия в журнале.

Пример: логин сообщает системе ваше имя, пароль подтверждает, что это действительно вы, а роль «обучающийся», «преподаватель» или «администратор» определяет доступные функции.

Принцип минимальных привилегий

Минимальные привилегии

Пользователю или программе предоставляются только те права, которые необходимы для выполнения конкретных задач.

Если обучающемуся нужно только просматривать учебный документ, ему не требуется право удалить его или изменить настройки доступа.

Если программа-калькулятор запрашивает доступ ко всем контактам, геолокации, микрофону и файлам, необходимо задуматься, действительно ли такие разрешения связаны с её функциями.

Какими бывают средства защиты информации

Группа мер	Что включает	Пример	От чего защищает
Организационные	Правила, инструкции, распределение ответственности	Регламент доступа к документам	Ошибки, неправильное использование, чрезмерные права
Программные	Защитные функции программного обеспечения	Антивирус, контроль доступа	Вредоносные программы и незаконные действия
Технические	Аппаратные и инфраструктурные средства	Резервный сервер, источник бесперебойного питания	Отказы оборудования и потеря доступности
Сетевые	Контроль и фильтрация сетевого обмена	Межсетевой экран	Нежелательные сетевые подключения
Криптографические	Математические методы защиты данных	Шифрование, электронная подпись	Перехват, подмена, несанкционированное чтение
Правовые	Законы, договоры и нормативные требования	Требования к обработке персональных данных	Неправомерное использование информации

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Межсетевой экран

Межсетевой экран — firewall

Средство контроля сетевого трафика, которое разрешает или блокирует сетевые соединения в соответствии с установленными правилами.

Межсетевой экран можно сравнить с контрольно-пропускным пунктом между сетями или устройством и сетью.

Он не делает систему абсолютно безопасной, но позволяет ограничить нежелательные соединения и уменьшить поверхность возможной атаки.

Обновления программного обеспечения

В сложном программном обеспечении периодически обнаруживаются ошибки и уязвимости. Производители выпускают обновления, которые могут исправлять такие недостатки.

Если пользователь долго не устанавливает исправления безопасности, известная уязвимость продолжает существовать на его устройстве.

Практическое правило: операционная система, браузер и регулярно используемые программы должны своевременно получать официальные обновления безопасности.

Человек тоже является частью системы безопасности

Даже технически хорошо защищённую систему можно атаковать через доверчивость или невнимательность пользователя.

Например, злоумышленник может попытаться убедить человека добровольно сообщить пароль, открыть опасный файл или перейти на поддельную страницу.

Социальная инженерия

Методы воздействия на человека, направленные на получение информации или выполнение действий в интересах злоумышленника.

Фишинг

Один из распространённых способов мошенничества, при котором пользователя пытаются направить на поддельный ресурс или убедить сообщить конфиденциальные сведения.

Как распознать подозрительное сообщение

Насторожитесь, если сообщение:

требует немедленно действовать;
угрожает блокировкой или потерей денег;
просит сообщить пароль или код подтверждения;
содержит неожиданную ссылку;
предлагает подозрительно большую выгоду;
пришло от неизвестного или необычного адреса;
просит установить неизвестную программу;
просит отключить защитные функции устройства.

Правильная реакция: не переходите сразу по ссылке. Откройте официальный сайт организации самостоятельно или свяжитесь с ней по известным вам контактам.

Правовое обеспечение информационной безопасности

Защита информации обеспечивается не только технологиями. В обществе действуют правовые нормы, которые определяют правила работы с информацией, ответственность участников и требования к защите отдельных категорий данных.

Правовое регулирование может касаться:

персональных данных;
тайны переписки;
авторских прав;
коммерческой и иной охраняемой законом тайны;
неправомерного доступа к компьютерной информации;
использования электронной подписи;
обязанностей операторов информационных систем.

Для пользователя важно понимать общий принцип: возможность технически получить данные не означает наличия законного права их использовать.

Электронная подпись

Информация в электронной форме, которая используется в соответствии с установленными правилами для подтверждения связи электронного документа с подписавшим его лицом и проверки документа.

Электронная подпись не является изображением рукописной подписи, вставленным в документ. В защищённых системах она основывается на криптографических механизмах.

С её помощью можно решать задачи:

подтверждения автора электронного документа;
проверки того, что документ после подписания не был изменён;
организации юридически значимого электронного взаимодействия.

Цифровые сертификаты и защищённые сайты

При открытии сайта по протоколу HTTPS браузер устанавливает защищённое соединение и проверяет цифровой сертификат сайта.

Сертификат помогает связать криптографический ключ с определённым сетевым узлом и организовать защищённый канал передачи данных.

Важно: наличие HTTPS означает, что соединение с сайтом защищается криптографически. Но само по себе HTTPS не гарантирует, что владелец сайта действует добросовестно. Проверять адрес и назначение сайта всё равно необходимо.

Защита должна быть многоуровневой

Нельзя рассчитывать только на одно средство. Безопасная система строится из нескольких независимых уровней защиты.

Пользователь Осторожность, обучение, правила работы.

Учётная запись Надёжный пароль и дополнительная проверка.

Устройство Обновления, антивирус, блокировка.

Сеть Фильтрация трафика и защищённые соединения.

Данные Права доступа, шифрование и резервные копии.

Учебная схема: информационная безопасность

На схеме объединены основные понятия урока: конфиденциальность, целостность, доступность, угрозы, уязвимости, риски, несанкционированный доступ и основные группы средств защиты.

Информационная безопасность: конфиденциальность, целостность, доступность, угрозы, уязвимости, риски, средства защиты, межсетевой экран, электронная подпись и безопасное поведение — Информационная безопасность: от угроз и уязвимостей до многоуровневой защиты информации.

Как работать со схемой

Найдите три главных свойства защищённой информации.
Проследите цепочку «угроза → уязвимость → инцидент → ущерб».
Найдите примеры техногенных и человеческих угроз.
Определите, какие средства защищают устройство, сеть и данные.
Найдите межсетевой экран.
Найдите электронную подпись и цифровой сертификат.
Объясните, почему защита должна состоять из нескольких уровней.

Типичные ошибки

«Информационная безопасность — это только антивирус». Антивирус является лишь одним из множества средств защиты.
«Если пароль сложный, больше ничего не нужно». Пароль не защищает от всех технических сбоев, вредоносных программ и ошибок пользователя.
«Угроза и уязвимость — одно и то же». Угроза — потенциальное опасное воздействие, а уязвимость — слабое место, через которое оно может реализоваться.
«HTTPS означает, что сайт точно честный». HTTPS защищает соединение, но не гарантирует добросовестность владельца ресурса.
«Случайная ошибка не относится к информационной безопасности». Ошибочное удаление или неверная настройка могут привести к серьёзной потере данных.
«Администратору нужно дать максимальные права всем пользователям для удобства». Это противоречит принципу минимальных привилегий.
«Электронная подпись — это фотография подписи». Криптографическая электронная подпись представляет собой специальный механизм проверки электронного документа.

Практические задания

Задание 1. Определите свойство

Посторонний пользователь прочитал закрытый документ. Какое свойство информационной безопасности нарушено?

Показать решение

Ответ: конфиденциальность. Информация стала доступна пользователю, который не имел соответствующих полномочий.

Задание 2. Ещё одно свойство

В базе данных кто-то незаметно изменил дату рождения пользователя. Какое свойство нарушено?

Показать решение

Ответ: целостность, поскольку данные были неправомерно изменены.

Задание 3. Угроза или уязвимость

Пользователь установил пароль «123456». Это угроза или уязвимость?

Показать решение

Ответ: уязвимость. Слабый пароль создаёт слабое место, которым может воспользоваться злоумышленник.

Задание 4. Несанкционированный доступ

Сотрудник имеет техническую возможность открыть папку другого отдела, но по правилам ему запрещено это делать. Будет ли открытие файлов правомерным?

Показать решение

Ответ: нет. Наличие технической возможности не означает наличия полномочий.

Задание 5. Минимальные привилегии

Пользователю нужно только просматривать расписание. Следует ли предоставить ему право удалить все записи?

Показать решение

Ответ: нет. Для просмотра достаточно права чтения. Дополнительные полномочия увеличивают риск.

Задание 6. Подозрительное письмо

Пришло сообщение: «Ваш аккаунт будет удалён через 10 минут. Немедленно перейдите по ссылке и введите пароль». Что делать?

Показать решение

Ответ: не переходить по ссылке из сообщения. Необходимо самостоятельно открыть официальный сайт или приложение и проверить состояние учётной записи.

Задание 7. Межсетевой экран

Какова основная функция firewall?

Показать решение

Ответ: контролировать сетевой трафик и разрешать или блокировать соединения согласно правилам.

Задание 8. Электронная подпись

Почему изображение рукописной подписи в файле нельзя автоматически считать полноценной криптографической электронной подписью?

Показать решение

Ответ: картинка не обеспечивает криптографическую проверку автора и целостности документа. Электронная подпись использует специальные технические и правовые механизмы.

Мини-практикум: аудит собственной цифровой защиты

Не сообщайте в ответах реальные пароли. Нужно проверить только состояние защиты.

Проверьте, включена ли блокировка экрана на основном устройстве.
Проверьте, устанавливаются ли обновления операционной системы.
Посмотрите, какие приложения имеют доступ к микрофону, камере и геолокации.
Найдите настройки защиты браузера.
Проверьте, включена ли дополнительная аутентификация на важных учётных записях, если сервис её поддерживает.
Убедитесь, что важные файлы имеют резервные копии.
Проверьте, нет ли ненужных приложений с чрезмерными разрешениями.

После практикума сформулируйте три конкретных действия, которые могут повысить безопасность вашего цифрового пространства.

Видео по теме

Основное видео на Rutube длится более 13 минут и рассматривает базовые принципы кибербезопасности, угрозы и средства защиты. Дополнительный школьный видеоурок посвящён проблеме информационной безопасности в курсе информатики 10–11 классов.

Основное видео на Rutube: конфиденциальность, целостность, доступность, распространённые угрозы, межсетевой экран, контроль доступа и другие средства защиты.

Открыть основное видео на Rutube

Интерактивная самопроверка

Выберите правильный ответ и обязательно прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что понимают под информационной безопасностью?

Ответ: состояние защищённости информации и информационных систем, при котором обеспечиваются необходимые свойства информации и снижаются риски её неправомерного раскрытия, изменения, уничтожения или блокирования.

02 Что такое конфиденциальность?

Ответ: доступность информации только тем лицам и системам, которым предоставлено соответствующее право.

03 Что такое целостность?

Ответ: сохранение корректности и неизменности данных от неправомерного или незаметного изменения.

04 Что означает доступность?

Ответ: возможность авторизованного пользователя получить доступ к системе или информации тогда, когда это необходимо.

05 Чем угроза отличается от уязвимости?

Ответ: угроза является потенциальным опасным воздействием, а уязвимость — слабым местом, которое позволяет угрозе реализоваться.

06 Что называют несанкционированным доступом?

Ответ: доступ к информации или системе с нарушением установленных правил и полномочий.

07 Что делает межсетевой экран?

Ответ: контролирует сетевой трафик и разрешает или блокирует соединения согласно правилам безопасности.

08 Что означает принцип минимальных привилегий?

Ответ: пользователь или программа получает только минимальный набор прав, необходимый для выполнения своих задач.

09 Для чего применяется электронная подпись?

Ответ: для подтверждения связи электронного документа с подписавшим его лицом и проверки целостности документа в соответствии с применяемым механизмом электронной подписи.

10 Почему информационную защиту делают многоуровневой?

Ответ: одно средство не защищает от всех видов угроз. Несколько независимых уровней снижают вероятность того, что отказ одной меры приведёт к компрометации всей системы.

Главное по уроку

Информационная безопасность направлена на защиту информации, информационных систем и пользователей от различных угроз.

Три базовых свойства защищённой информации — конфиденциальность, целостность и доступность.

Конфиденциальность означает защиту от неправомерного раскрытия, целостность — защиту от неправомерного изменения, а доступность — возможность законного пользователя получить нужный ресурс.

Угроза представляет потенциальную опасность, уязвимость — слабое место, риск учитывает вероятность и последствия, а инцидент является реально произошедшим событием.

Угрозы могут возникать из-за действий злоумышленников, ошибок пользователей, вредоносного программного обеспечения, отказов техники, аварий инфраструктуры и экономического мошенничества.

Несанкционированный доступ предотвращается с помощью идентификации пользователей, аутентификации, разграничения прав, контроля событий и других мер.

Защита информации включает организационные, программные, технические, сетевые, криптографические и правовые средства.

Межсетевой экран контролирует сетевые соединения, обновления программ закрывают известные уязвимости, а принцип минимальных привилегий ограничивает возможный ущерб.

Пользователь является важной частью системы безопасности. Фишинг и социальная инженерия направлены именно на человека, поэтому технические средства необходимо дополнять внимательностью и цифровой грамотностью.

Правовое обеспечение устанавливает правила обращения с информацией и ответственность участников цифрового взаимодействия. Электронная подпись и цифровые сертификаты являются важными механизмами доверия в электронной среде.

Следующий урок будет посвящён защите личной информации, вредоносному программному обеспечению, антивирусным программам, шифрованию, архивированию и резервному копированию.

07 Урок 7 Защита личной информации. Вредоносное программное обеспечение. Антивирусы. Архивирование, резервное копирование и шифрование Открыть урок Свернуть урок

Урок 7. Защита личной информации. Вредоносное программное обеспечение. Антивирусы. Архивирование, резервное копирование и шифрование

На прошлом уроке вы познакомились с общими принципами информационной безопасности. Теперь рассмотрим практическую защиту персонального компьютера, смартфона и личных файлов. Вы узнаете, какие данные необходимо особенно тщательно защищать, как вредоносные программы попадают на устройства, чем компьютерный вирус отличается от сетевого червя и троянской программы, как работает антивирусная защита, зачем нужны обновления, резервные копии и шифрование, а также чем архивирование отличается от резервного копирования.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Личная информация

Определите, какие сведения требуют повышенной защиты на компьютере и мобильных устройствах.

Вредоносные программы

Разберёте основные типы вредоносного программного обеспечения.

Антивирусная защита

Поймёте, как антивирус обнаруживает подозрительные объекты и почему его нужно обновлять.

Личный архив

Научитесь организовывать важные файлы так, чтобы их было легче хранить и восстанавливать.

Резервное копирование

Разберёте правило 3–2–1 и отличие резервной копии от синхронизации.

Шифрование

Поймёте, зачем преобразовывать данные в форму, недоступную без ключа или пароля.

Что относится к личной конфиденциальной информации

На персональном компьютере и смартфоне обычно хранится значительно больше чувствительной информации, чем кажется пользователю.

Опасность представляет не только потеря банковских данных. Даже обычная электронная почта может использоваться для восстановления доступа к другим сервисам.

Особенно внимательно нужно защищать:

пароли и коды доступа;
электронную почту;
номера телефонов и адреса;
персональные документы и их копии;
банковскую и платёжную информацию;
личную переписку;
фотографии и видео, не предназначенные для публикации;
рабочие и учебные документы;
резервные коды восстановления;
данные о местоположении и истории перемещений.

Главное правило: защищать нужно не только отдельные документы, но и учётные записи, через которые можно получить к ним доступ.

Защита компьютера начинается с физического доступа

Даже хорошо защищённая сетевая система становится уязвимой, если посторонний человек может бесконтрольно пользоваться разблокированным устройством.

Базовые меры:

использовать блокировку экрана;
не оставлять разблокированный компьютер без присмотра;
использовать отдельные учётные записи пользователей;
не предоставлять административные права без необходимости;
защищать мобильное устройство PIN-кодом, паролем или другим штатным способом;
не хранить пароли в открытом текстовом файле на рабочем столе.

Что такое вредоносное программное обеспечение

Вредоносное программное обеспечение — malware

Программное обеспечение, предназначенное для выполнения действий, нарушающих нормальную работу системы, безопасность информации или права пользователя.

Не все вредоносные программы одинаковы. Они отличаются способом распространения, назначением и действиями после попадания на устройство.

Термин «компьютерный вирус» часто используют для обозначения любого вредоносного ПО, но технически вирус является лишь одной из его разновидностей.

Основные виды вредоносных программ

Тип	Основная особенность	Возможные действия	Как снизить риск
Компьютерный вирус	Может внедряться в другие файлы или объекты и распространяться вместе с ними	Повреждение или изменение данных	Антивирус, осторожность с файлами, обновления
Сетевой червь	Способен самостоятельно распространяться по сети	Заражение устройств, создание сетевой нагрузки	Обновления, сетевой контроль, исправление уязвимостей
Троянская программа	Маскируется под полезную или ожидаемую программу	Кража данных, скрытый доступ, установка другого ПО	Установка программ только из доверенных источников
Шпионское ПО	Собирает сведения о пользователе или его действиях	Кража данных, наблюдение	Контроль разрешений, антивирус, безопасная установка программ
Кейлогер	Может регистрировать нажатия клавиш	Перехват паролей и сообщений	Защита устройства, антивирус, дополнительная аутентификация
Программа-вымогатель	Блокирует систему или шифрует данные с требованием выкупа	Потеря доступа к файлам	Резервные копии, обновления, антивирус, осторожность с вложениями
Рекламное ПО	Навязчиво демонстрирует рекламу или изменяет настройки	Нежелательные окна, перенаправления, снижение удобства работы	Контроль устанавливаемого ПО

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Как вредоносное ПО попадает на устройство

Поддельные программы

Пользователь сам устанавливает файл, считая его полезным приложением.

Вложения

Опасный файл приходит через почту, мессенджер или другое средство обмена данными.

Уязвимости

Атака использует ошибку в операционной системе или программе.

Съёмные носители

Опасный файл переносится между устройствами.

Поддельные сайты

Пользователю предлагают загрузить «обновление», «документ» или «защитную программу».

Социальная инженерия

Человека убеждают самостоятельно выполнить опасное действие.

Пример заражения троянской программой

1. Сообщение Приходит ссылка на «нужную программу».

2. Загрузка Пользователь скачивает неизвестный файл.

3. Запуск Файл получает возможность выполнить код.

4. Скрытая работа Программа выполняет действия без ведома пользователя.

5. Ущерб Возможна кража данных или установка дополнительного ПО.

Опасный файл не обязательно выглядит подозрительно. Он может иметь обычное название, знакомую иконку или распространяться под видом полезной программы.

Антивирусные программы

Антивирусная программа

Программное средство, предназначенное для обнаружения, блокирования и, в зависимости от ситуации, удаления или изоляции вредоносных и подозрительных объектов.

Современная антивирусная защита не ограничивается поиском файлов по списку известных вирусов.

Антивирус может использовать:

сигнатуры известных угроз;
эвристический анализ;
анализ поведения программ;
контроль загружаемых файлов;
проверку процессов в памяти;
облачные базы репутации;
изоляцию подозрительных объектов.

Что такое сигнатура

Сигнатура вредоносной программы

Набор характерных признаков, позволяющих защитному программному обеспечению распознать известный вредоносный объект или семейство угроз.

Если вредоносная программа уже изучена специалистами, её признаки могут быть добавлены в антивирусные базы.

Поэтому антивирусные базы и сам защитный механизм необходимо регулярно обновлять.

Но сигнатуры не решают всё. Новая или изменённая вредоносная программа может ещё отсутствовать в базе, поэтому применяются дополнительные методы анализа.

Поведенческий анализ

Защитная система может оценивать не только содержимое файла, но и его действия.

Подозрительным может быть, например, поведение программы, которая:

пытается массово изменять пользовательские файлы;
вмешивается в работу других процессов;
пытается отключить защиту;
самостоятельно закрепляется в системе;
обращается к чувствительным данным без очевидной необходимости;
пытается установить дополнительные неизвестные компоненты.

Карантин антивируса

Карантин

Изолированное хранение подозрительного объекта, при котором его обычное использование блокируется до принятия решения системой или пользователем.

Удаление не всегда является первым действием. Антивирус может изолировать объект, чтобы предотвратить его запуск и при необходимости позволить специалисту дополнительно проверить файл.

Почему антивирус не даёт абсолютной гарантии

Ни одна защитная программа не способна гарантировать обнаружение всех возможных угроз.

Причины:

появляются новые вредоносные программы;
известные угрозы модифицируются;
пользователь может сам разрешить опасное действие;
уязвимость может быть неизвестна разработчику;
угроза может использовать украденную законную учётную запись;
не вся атака связана с вредоносным файлом.

Вывод: антивирус — важный уровень защиты, но он должен сочетаться с обновлениями, резервными копиями, контролем доступа и внимательностью пользователя.

Что делать при подозрении на заражение

1. Не игнорировать Не продолжайте работу как будто ничего не произошло.

2. Ограничить действия Не вводите важные пароли на подозрительном устройстве.

3. Проверить систему Используйте штатные средства безопасности и антивирус.

4. Защитить аккаунты При необходимости смените пароли с другого доверенного устройства.

5. Восстановить При серьёзном повреждении используйте проверенные резервные копии.

Личный архив информации

Личный информационный архив

Организованная совокупность важных пользовательских данных, структура хранения которых позволяет находить, защищать, копировать и восстанавливать информацию.

Архив начинается не с программы-архиватора, а с порядка в данных.

Полезная структура может выглядеть так:

Документы;
Образование;
Рабочие материалы;
Фотографии;
Финансовые документы;
Скан-копии;
Проекты;
Архив прошлых лет.

Файлы желательно называть так, чтобы через несколько месяцев было понятно их содержание без открытия.

Архивация данных

Архивация

Объединение одного или нескольких файлов и папок в архивный файл, часто с применением методов сжатия и дополнительных средств защиты.

Архив может использоваться для:

объединения множества файлов в один;
уменьшения объёма некоторых данных за счёт сжатия;
удобной передачи набора файлов;
долговременной организации старых материалов;
парольной защиты при использовании соответствующих возможностей архиватора.

Архивирование не равно резервному копированию. Если единственный архив хранится на том же диске и диск вышел из строя, архив будет потерян вместе с остальными данными.

Что такое резервное копирование

Резервная копия — backup

Дополнительная копия данных, предназначенная для восстановления информации в случае потери, повреждения или недоступности рабочей копии.

Резервная копия нужна не только при поломке диска. Она может помочь после случайного удаления, ошибочного редактирования, заражения вредоносной программой, кражи или повреждения устройства.

Правило резервного копирования 3–2–1

Три экземпляра данных

Рабочая копия плюс как минимум две дополнительные копии важных файлов.

Два разных способа хранения

Не следует полагаться только на один диск или одну систему.

Одна копия отдельно

Хотя бы одна копия должна быть отделена от основной системы или места хранения.

Пример: рабочий файл на компьютере + копия на внешнем накопителе + защищённая копия в удалённом хранилище.

Синхронизация и резервное копирование — разные задачи

Синхронизация

Поддерживает актуальные версии файлов на нескольких устройствах или в облаке.

изменения распространяются автоматически;
удаление тоже может синхронизироваться;
удобна для повседневной работы.

Резервное копирование

Создаёт копии, которые предназначены прежде всего для последующего восстановления.

копия должна пережить потерю рабочей версии;
желательно хранить историю;
необходимо проверять возможность восстановления.

Если программа-вымогатель зашифрует рабочую папку, повреждённые файлы могут синхронизироваться в облако. Независимая резервная копия в такой ситуации значительно важнее простой синхронизации.

Резервная копия полезна только тогда, когда из неё можно восстановиться

Сам факт наличия папки с названием «backup» не гарантирует защиту.

Периодически необходимо проверять:

создаётся ли копия по расписанию;
не повреждены ли файлы;
доступно ли место хранения;
можно ли открыть резервные данные;
можно ли восстановить отдельный файл;
не хранится ли единственная копия вместе с оригиналом;
защищён ли резервный архив от посторонних.

Парольная защита архива

Некоторые форматы архивов и программы-архиваторы позволяют установить пароль и применить шифрование содержимого архива.

Это полезно, если архив содержит конфиденциальные документы или передаётся через среду, которой нельзя полностью доверять.

Но необходимо помнить:

слабый пароль снижает эффективность защиты;
пароль нельзя хранить рядом с архивом в открытом виде;
при потере пароля восстановление данных может оказаться невозможным;
не каждый «запароленный» формат обеспечивает одинаково стойкое шифрование;
важные файлы всё равно требуют резервного копирования.

Шифрование данных

Шифрование

Преобразование данных с использованием криптографического алгоритма и ключа в форму, которая должна быть непонятна без соответствующего средства расшифрования.

Шифрование применяется для защиты данных как при хранении, так и при передаче.

Примеры:

зашифрованный архив;
шифрование накопителя компьютера;
защищённое хранилище смартфона;
HTTPS-соединение с сайтом;
защищённый канал связи;
зашифрованная резервная копия.

Шифрование при хранении и при передаче

Данные при хранении

Информация находится на диске, смартфоне, сервере или внешнем носителе.

шифрование диска;
зашифрованный архив;
зашифрованная резервная копия.

Данные при передаче

Информация перемещается между устройствами по сети.

HTTPS;
защищённые сетевые соединения;
шифрованные каналы связи.

Шифрование не заменяет резервную копию

Шифрование защищает конфиденциальность, но не предотвращает физическую поломку диска или случайное удаление файла.

Если единственный зашифрованный диск вышел из строя, данные могут быть потеряны так же, как и незашифрованные.

Разные меры решают разные задачи: шифрование защищает от неправомерного чтения, а резервная копия обеспечивает возможность восстановления.

Защита мобильного устройства

Блокировка

Используйте штатную защиту экрана и не сообщайте код посторонним.

Обновления

Устанавливайте обновления операционной системы и приложений.

Приложения

Используйте доверенные источники и проверяйте разрешения.

Резервная копия

Важные фотографии, документы и настройки должны восстанавливаться.

Учётные записи

Для важных сервисов используйте надёжную аутентификацию.

Удалённая потеря

Заранее изучите штатные функции поиска и защиты потерянного устройства.

Учебная схема: защита личных данных и резервное копирование

Схема объединяет основные понятия урока: виды вредоносных программ, пути заражения, работу антивируса, организацию личного архива, резервное копирование, правило 3–2–1, парольную защиту и шифрование.

Защита личной информации: вредоносные программы, вирусы, трояны, сетевые черви, антивирус, резервное копирование, правило 3-2-1, архивирование и шифрование — Защита личной информации: от предотвращения заражения до резервного копирования и шифрования данных.

Как работать со схемой

Найдите основные типы вредоносных программ.
Проследите возможные пути заражения устройства.
Найдите методы обнаружения угроз антивирусом.
Сравните архивирование и резервное копирование.
Проследите правило резервного копирования 3–2–1.
Найдите пример парольной защиты архива.
Объясните назначение шифрования.
Определите, почему ни одна отдельная мера защиты не является достаточной.

Типичные ошибки

«Любая вредоносная программа — это вирус». Вирус является только одной из разновидностей вредоносного программного обеспечения.
«Если установлен антивирус, можно открывать любые файлы». Ни одна защитная система не обнаруживает абсолютно все угрозы.
«Антивирусные базы можно не обновлять». Для обнаружения новых известных угроз защитное ПО должно получать актуальные данные.
«Архив ZIP — это автоматически резервная копия». Если архив находится рядом с исходными файлами, он может быть потерян вместе с ними.
«Облако автоматически является независимым бэкапом». Если используется только синхронизация, ошибочное изменение может распространиться и на облачную копию.
«Шифрование защищает от удаления файла». Шифрование защищает прежде всего от неправомерного чтения, а не от физической потери данных.
«Пароль можно хранить в файле password.txt рядом с архивом». Это фактически уничтожает смысл отдельной парольной защиты.

Практические задания

Задание 1. Вирус или троян

Пользователь скачал программу «Бесплатный редактор», запустил её, после чего она начала скрытно передавать данные. Какой тип вредоносной программы здесь наиболее характерен?

Показать решение

Ответ: характерно для троянской программы: вредоносный объект маскируется под полезное приложение.

Задание 2. Сетевой червь

Вредоносная программа самостоятельно распространяется между компьютерами через сетевую уязвимость. Как её классифицировать?

Показать решение

Ответ: это характерный признак сетевого червя.

Задание 3. Зачем карантин

Почему антивирус иногда помещает файл в карантин, а не сразу удаляет его?

Показать решение

Ответ: карантин изолирует объект и предотвращает его нормальный запуск, оставляя возможность дополнительной проверки или восстановления в случае ошибочного обнаружения.

Задание 4. Найдите ошибку в резервном копировании

Рабочая папка находится на диске C:. Пользователь каждый вечер копирует её в папку C:\Backup на том же физическом диске. Достаточно ли такой защиты?

Показать решение

Ответ: нет. При поломке или потере самого диска будут потеряны и рабочая папка, и копия.

Задание 5. Синхронизация или бэкап

После удаления файла на ноутбуке он автоматически исчез и в облачной папке. Почему облачная папка не спасла данные?

Показать решение

Ответ: использовалась синхронизация. Удаление было передано в облако. Для восстановления нужна история версий или отдельная резервная копия.

Задание 6. Зачем шифрование

Пользователь хранит на внешнем накопителе резервную копию личных документов. Как уменьшить риск раскрытия информации при потере накопителя?

Показать решение

Ответ: использовать надёжное шифрование резервной копии и безопасно хранить ключ или пароль.

Задание 7. Вымогатель

Вредоносная программа зашифровала пользовательские документы и требует деньги за восстановление. К какому типу она относится?

Показать решение

Ответ: это программа-вымогатель, или ransomware.

Задание 8. Что важнее после создания бэкапа

Пользователь настроил автоматическое резервное копирование. Какое действие необходимо выполнить дополнительно?

Показать решение

Ответ: периодически проверять успешность копирования и выполнять тестовое восстановление файлов.

Практическая работа: проверка антивирусной защиты

Используйте только штатную или установленную на вашем компьютере защитную программу. Не скачивайте для эксперимента подозрительные файлы.

Откройте интерфейс установленной системы защиты.
Проверьте, включена ли защита в реальном времени.
Проверьте дату последнего обновления.
Найдите команду быстрой проверки.
Запустите проверку.
Посмотрите, где находится раздел карантина.
Найдите журнал или историю обнаруженных угроз, если такая функция имеется.
Убедитесь, что автоматическое обновление не отключено.

Не отключайте антивирус и не создавайте реальные вредоносные файлы для проверки. Цель работы — научиться пользоваться уже установленными безопасными средствами.

Практическая работа: план личного резервного копирования

Составьте собственную таблицу без указания конфиденциальных данных.

Определите:

какие данные для вас действительно важны;
где находится рабочая копия;
где будет первая резервная копия;
где будет независимая вторая резервная копия;
как часто следует обновлять копии;
какие данные требуется шифровать;
как вы проверите возможность восстановления.

В результате должен получиться реальный план, а не просто запись «сделать бэкап когда-нибудь».

Видео по теме

Основное видео посвящено цифровой безопасности, вредоносному программному обеспечению, антивирусной защите, шифрованию и защите личной информации. Дополнительное видео помогает повторить компьютерные вирусы и антивирусные программы.

Основное видео на Rutube: угрозы информационной безопасности, вредоносное программное обеспечение, антивирусная защита, шифрование и защита персональных данных.

Открыть основное видео на Rutube

Интерактивная самопроверка

Выберите правильный ответ. После каждого задания прочитайте объяснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется вредоносным программным обеспечением?

Ответ: программное обеспечение, предназначенное для выполнения действий, нарушающих работу системы, безопасность информации или права пользователя.

02 Чем сетевой червь отличается от обычного компьютерного вируса?

Ответ: сетевой червь способен самостоятельно распространяться по сети, часто используя уязвимости сетевого программного обеспечения.

03 Что характерно для троянской программы?

Ответ: она часто маскируется под полезную или ожидаемую программу, побуждая пользователя самостоятельно её запустить.

04 Для чего антивирусу нужны обновления?

Ответ: обновления позволяют получать новые сведения об угрозах и исправления самого защитного программного обеспечения.

05 Что такое карантин антивируса?

Ответ: изолированная область, в которой подозрительный объект блокируется от обычного использования.

06 Чем архивирование отличается от резервного копирования?

Ответ: архивирование объединяет и часто сжимает файлы, а резервное копирование создаёт независимую копию данных, предназначенную для восстановления.

07 Что означает правило 3–2–1?

Ответ: иметь три экземпляра важных данных, хранить их как минимум двумя различными способами и одну копию держать отдельно от основной системы.

08 Почему синхронизация не равна резервному копированию?

Ответ: ошибочное удаление или повреждение может автоматически распространиться на синхронизируемые копии.

09 Для чего применяется шифрование?

Ответ: для преобразования данных в форму, которая должна быть недоступна для чтения без соответствующего ключа или средства расшифрования.

10 Почему необходимо проверять восстановление из резервной копии?

Ответ: наличие файла резервной копии ещё не гарантирует, что он не повреждён и действительно позволит восстановить данные.

Главное по уроку

Личная информационная безопасность начинается с защиты устройства, учётных записей и конфиденциальных файлов.

Вредоносное программное обеспечение включает множество разных типов программ: вирусы, сетевые черви, троянские программы, шпионское ПО, кейлогеры и программы-вымогатели.

Опасные программы могут распространяться через поддельные приложения, вложения, сайты, съёмные носители и уязвимости программного обеспечения.

Антивирус использует сигнатуры, эвристический и поведенческий анализ, проверку файлов и другие защитные механизмы. Его необходимо регулярно обновлять.

Ни один антивирус не обеспечивает абсолютной защиты. Безопасность зависит также от действий пользователя, своевременных обновлений и правильной организации хранения данных.

Архивирование помогает объединять и сжимать данные, но не является полноценной заменой резервному копированию.

Резервная копия создаётся для восстановления информации после удаления, повреждения, заражения или потери основного устройства.

Правило 3–2–1 позволяет уменьшить вероятность одновременной потери оригинала и всех резервных экземпляров.

Синхронизация предназначена для поддержания актуальных версий данных, поэтому она не всегда защищает от ошибочного удаления или вредоносного изменения файлов.

Шифрование защищает конфиденциальность данных при хранении и передаче, но не заменяет резервное копирование.

Следующий, восьмой урок посвящён информационным технологиям в профессиональной деятельности, информационным ресурсам, цифровой экономике и информационной культуре.

08 Урок 8 Информационные технологии и профессиональная деятельность. Информационные ресурсы. Цифровая экономика. Информационная культура Открыть урок Свернуть урок

Урок 8. Информационные технологии и профессиональная деятельность. Информационные ресурсы. Цифровая экономика. Информационная культура

Информационные технологии стали рабочим инструментом практически во всех профессиональных сферах. В этом уроке вы разберёте понятия «информационный ресурс», «информационный продукт» и «информационная услуга», рассмотрите роль данных и цифровых платформ в современной экономике, узнаете, чем информационный продукт отличается от материального, а также определите основные составляющие информационной культуры человека.

35 минут основной работы

Что вы изучите

ИТ и профессии

Увидите, как информационные технологии используются в различных профессиональных сферах.

Информационные ресурсы

Разберёте, почему накопленная информация рассматривается как значимый ресурс общества и организации.

Информационные продукты

Научитесь отличать информационный продукт от материального продукта.

Информационные услуги

Рассмотрите поиск, обработку, предоставление и сопровождение информации как услуги.

Цифровая экономика

Поймёте роль данных, сетевых платформ и цифрового взаимодействия в экономике.

Информационная культура

Определите, какие знания и навыки необходимы человеку для грамотной жизни в цифровой среде.

Информационные технологии и профессиональная деятельность

Современный специалист работает не только с физическими объектами, но и с данными. Врач использует медицинскую информационную систему, инженер — системы автоматизированного проектирования, учитель — электронную образовательную среду, бухгалтер — информационные системы учёта, логист — цифровые системы маршрутизации.

Поэтому владение информационными технологиями постепенно становится не отдельной профессией, а частью профессиональной грамотности.

Информационные технологии позволяют:

собирать данные;
хранить большие объёмы информации;
автоматизировать вычисления;
анализировать данные;
создавать модели;
управлять оборудованием;
организовывать удалённую совместную работу;
обмениваться документами;
контролировать выполнение процессов;
поддерживать принятие решений.

Примеры использования ИТ в профессиях

Сфера	Информационные технологии	Какие данные используются	Результат
Медицина	Медицинские информационные системы, цифровая диагностика	История болезни, результаты исследований, изображения	Поддержка диагностики и лечения
Образование	ЭИОС, электронный журнал, видеосвязь	Учебные материалы, расписание, задания, оценки	Организация учебного процесса
Инженерия	САПР, моделирование, цифровые двойники	Чертежи, размеры, свойства объектов	Проектирование и анализ конструкций
Финансы	Банковские и аналитические системы	Операции, платежи, статистика	Учёт, анализ и управление финансовыми процессами
Транспорт	Навигация, диспетчерские и логистические системы	Маршруты, положение транспорта, загрузка	Оптимизация движения и перевозок
Промышленность	Автоматизированное управление, датчики, роботизированные системы	Параметры оборудования и производственного процесса	Автоматизация и контроль производства
Торговля	Интернет-магазины, системы учёта и анализа спроса	Товары, заказы, остатки, продажи	Продажа и управление ассортиментом

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Автоматизация не означает исчезновение человека

Информационная система может быстро обрабатывать большие объёмы данных, выполнять вычисления и предлагать варианты решения. Однако профессиональная ответственность во многих сферах остаётся за человеком.

Например, медицинская система может помочь обнаружить подозрительные особенности изображения, но окончательное профессиональное решение принимает специалист в рамках своих полномочий.

Информационная технология — инструмент. Качество результата зависит не только от программы, но и от исходных данных, алгоритмов и квалификации пользователя.

Что такое информационный ресурс

Информационный ресурс

Организованная информация, накопленная и представленная в форме, позволяющей использовать её для решения определённых задач.

Ресурсом называют то, что может быть использовано для деятельности. В традиционной экономике важными ресурсами являются сырьё, энергия, оборудование, трудовые и финансовые ресурсы.

В информационном обществе огромную ценность приобретают данные, документы, базы знаний и другие информационные массивы.

Примеры информационных ресурсов

электронная библиотека;
база нормативных документов;
каталог товаров;
база данных обучающихся;
архив научных публикаций;
электронная энциклопедия;
картографическая база;
корпоративная база знаний;
цифровой архив музея;
статистическая база данных.

Почему информация является особым ресурсом

Можно копировать

Передача копии информации другому человеку обычно не уничтожает исходную копию.

Можно тиражировать

Цифровой объект может быть воспроизведён практически без изменения содержания.

Ценность зависит от актуальности

Некоторые сведения быстро теряют полезность после изменения ситуации.

Нужен контекст

Набор данных без понимания происхождения и значения может оказаться бесполезным.

Важна достоверность

Ошибочная информация способна привести к неправильным решениям.

Требуется защита

Информационный ресурс может иметь владельца, ограничения доступа и правовой режим.

Информационный продукт

Результат информационной деятельности, подготовленный в форме, пригодной для использования или распространения.

Примеры:

электронная книга;
аналитический отчёт;
программное обеспечение;
электронная карта;
база данных;
видеокурс;
цифровая модель;
справочная система;
интерактивный учебный материал.

Информационный и материальный продукт

Материальный продукт

Имеет физическое воплощение.

занимает физическое пространство;
для каждой новой единицы обычно требуются материалы;
транспортируется физически;
может изнашиваться при использовании.

Информационный продукт

Основную ценность представляет содержание и возможность его использования.

может распространяться в цифровой форме;
легко копируется;
может передаваться через сеть;
одна копия может использоваться многократно.

Стоимость создания первой версии информационного продукта может быть высокой, а стоимость создания дополнительной цифровой копии часто значительно ниже.

Информационная услуга

Деятельность по предоставлению, поиску, обработке, передаче, анализу или сопровождению информации в интересах пользователя.

Примеры информационных услуг:

поиск информации;
доступ к электронной библиотеке;
предоставление справочных данных;
аналитическая обработка данных;
интернет-поиск;
облачное хранение;
предоставление картографических данных;
электронное бронирование;
дистанционное обучение;
предоставление доступа к программному сервису.

Ресурс → продукт → услуга

Исходные данные Факты, документы и наблюдения.

Информационный ресурс Данные организованы и накоплены.

Обработка Информация анализируется и преобразуется.

Продукт Создаётся отчёт, база, приложение или другой результат.

Услуга Пользователь получает доступ или результат обработки.

Граница между продуктом и услугой может быть условной. Например, электронная карта является информационным продуктом, а построение маршрута на её основе — информационной услугой.

Что такое цифровая экономика

Цифровая экономика

Экономическая деятельность, в которой существенную роль играют цифровые данные, информационные системы, программные платформы, компьютерные сети и технологии обработки информации.

Цифровая экономика не означает, что все товары становятся виртуальными. Производство автомобиля остаётся материальным процессом, но проектирование, закупки, логистика, управление производством, продажи и техническое обслуживание всё больше опираются на цифровые данные.

Основные черты цифровой экономики

Данные

Данные становятся важным ресурсом для анализа, автоматизации и принятия решений.

Сетевое взаимодействие

Клиенты, компании и государственные системы взаимодействуют через цифровые сети.

Платформы

Цифровые платформы связывают большое количество участников.

Автоматизация

Часть операций выполняется программами без постоянного ручного вмешательства.

Персонализация

Сервисы могут изменять предложения с учётом данных конкретного пользователя.

Высокая скорость

Многие операции осуществляются практически мгновенно независимо от расстояния.

Цифровая платформа

Информационная система или совокупность технологий, позволяющая организовать взаимодействие разных групп пользователей и автоматизировать связанные процессы.

Например, электронная торговая площадка объединяет покупателей, продавцов, платёжные системы и службы доставки.

Платформа сама может не производить все товары или услуги, но создаёт цифровую инфраструктуру взаимодействия участников.

Пример цифровой экономики: интернет-заказ

Каталог Пользователь выбирает товар.

Данные Система проверяет стоимость и наличие.

Оплата Платёжная система обрабатывает операцию.

Логистика Информационная система создаёт задание на доставку.

Аналитика Данные о покупке используются для учёта и анализа.

Данные как экономический ресурс

Большой массив данных сам по себе ещё не гарантирует полезности. Чтобы данные стали ресурсом для принятия решений, необходимо обеспечить их качество, структуру, актуальность и корректную интерпретацию.

Для анализа важно знать:

откуда получены данные;
насколько они полны;
актуальны ли они;
нет ли систематических ошибок;
какие правила использовались при сборе;
можно ли законно использовать эти данные;
какие выводы действительно допустимо из них делать.

Большой объём данных не означает автоматически высокое качество информации.

Изменение профессиональной деятельности

Цифровизация меняет не только технические инструменты, но и содержание профессий.

Специалисту всё чаще приходится работать с электронными документами, информационными системами, базами данных, средствами удалённого взаимодействия и автоматизированного анализа.

Поэтому востребованы навыки:

поиска информации;
работы с данными;
критической оценки источников;
использования прикладных программ;
безопасной работы с информацией;
совместной работы в цифровой среде;
понимания ограничений автоматизированных систем;
ответственного использования цифровых технологий.

Что такое информационная культура

Информационная культура

Совокупность знаний, навыков, норм и способов поведения, позволяющих человеку грамотно, эффективно, безопасно, критически и ответственно работать с информацией и цифровыми технологиями.

Информационная культура не сводится к умению пользоваться компьютером. Человек может отлично владеть программой, но при этом распространять непроверенные сведения, нарушать чужие авторские права или не защищать персональные данные.

Составляющие информационной культуры

Потребность в информации

Умение понять, каких сведений не хватает для решения задачи.

Поиск

Умение формулировать запрос и выбирать подходящие источники.

Проверка

Оценка автора, источника, даты, достоверности и полноты информации.

Обработка

Умение систематизировать, сравнивать, анализировать и преобразовывать данные.

Безопасность

Защита личных данных, устройств, учётных записей и файлов.

Ответственность

Соблюдение правовых и этических норм при создании и распространении информации.

Информационная грамотность и информационная культура

Информационная грамотность обычно связана прежде всего с практическими умениями найти, оценить и использовать информацию.

Информационная культура шире: она включает также ответственное поведение, понимание социальных последствий использования технологий, уважение прав других людей и способность осмысленно выбирать цифровые инструменты.

Алгоритм грамотной работы с информацией

1. Задача Что именно необходимо узнать или решить?

2. Поиск Где получить необходимые сведения?

3. Проверка Можно ли доверять источнику и данным?

4. Обработка Как сравнить и интерпретировать найденное?

5. Использование Как применить информацию законно и ответственно?

Учебная схема: информационные ресурсы и цифровая экономика

Схема объединяет основные понятия урока: профессиональное использование ИТ, информационные ресурсы, продукты и услуги, цифровые платформы, роль данных и основные элементы информационной культуры.

Информационные технологии и профессиональная деятельность, информационные ресурсы, информационные продукты и услуги, цифровая экономика, цифровые платформы и информационная культура — Информационные технологии, информационные ресурсы, цифровая экономика и информационная культура.

Как работать со схемой

Найдите примеры использования информационных технологий в профессиях.
Определите, что является информационным ресурсом.
Сравните информационный продукт и информационную услугу.
Проследите цепочку «данные → ресурс → обработка → продукт → услуга».
Найдите основные элементы цифровой экономики.
Объясните роль цифровой платформы.
Найдите составляющие информационной культуры.

Типичные ошибки

«Информационный ресурс — это только Интернет». Интернет является средой доступа и обмена, но информационными ресурсами могут быть базы данных, архивы, библиотеки и другие организованные массивы информации.
«Любой файл является полноценным информационным продуктом». Информационный продукт создаётся как результат информационной деятельности и имеет определённое назначение для пользователя.
«Информационный продукт обязательно бесплатный, потому что его легко скопировать». Цифровое копирование не отменяет стоимость разработки, авторское право и условия лицензирования.
«Цифровая экономика существует только в Интернете». Цифровые технологии используются и в материальном производстве, транспорте, медицине, сельском хозяйстве и других сферах.
«Чем больше данных, тем правильнее решение». Некачественные или ошибочные данные могут приводить к неправильным выводам независимо от их объёма.
«Информационная культура — это умение пользоваться компьютером». Она включает критическую оценку информации, безопасность, этические и правовые нормы.

Практические задания

Задание 1. Ресурс или продукт

Организация накопила базу статистических данных за десять лет. Что это — информационный ресурс или материальный ресурс?

Показать решение

Ответ: информационный ресурс. Основную ценность представляет накопленная и организованная информация.

Задание 2. Информационный продукт

На основе большой базы транспортных данных создан электронный аналитический отчёт. Как его можно классифицировать?

Показать решение

Ответ: как информационный продукт, созданный в результате обработки информационного ресурса.

Задание 3. Информационная услуга

Сервис принимает адрес отправления и назначения и автоматически строит оптимальный маршрут. Что является услугой?

Показать решение

Ответ: построение маршрута на основе имеющихся картографических и транспортных данных является информационной услугой.

Задание 4. Цифровая экономика

Интернет-магазин анализирует историю продаж и автоматически рассчитывает, какие товары нужно доставить на склад. Какие особенности цифровой экономики здесь видны?

Показать решение

Ответ: использование цифровых данных, автоматизированного анализа и информационной системы для управления экономическими процессами.

Задание 5. Информационная культура

Пользователь нашёл сенсационную публикацию и сразу переслал её друзьям, не проверив источник. Какого навыка информационной культуры ему не хватило?

Показать решение

Ответ: критической оценки и проверки достоверности информации перед распространением.

Задание 6. Профессиональная деятельность

Назовите три профессии, которые формально не относятся к сфере ИТ, но активно используют информационные технологии.

Пример ответа

Возможный ответ: врач, учитель, инженер, архитектор, бухгалтер, логист, экономист. Для каждой профессии можно назвать специализированные информационные системы.

Задание 7. Качество данных

Можно ли считать результат анализа надёжным, если программа обработала миллион записей, но половина данных устарела?

Показать решение

Ответ: нет. Большой объём не компенсирует низкое качество и неактуальность исходных данных.

Задание 8. Материальный и информационный продукт

Сравните печатную книгу и электронную книгу. Что в них является содержанием, а что — материальным носителем?

Показать решение

Ответ: текст и другие сведения являются информационным содержанием. У печатной книги носителем служат бумага и переплёт, а электронная версия хранится на цифровом носителе и может передаваться по сети.

Мини-практикум: информационные технологии в профессии

Выберите одну профессию, которая вам знакома или интересна.

Назовите профессию.
Определите три вида информации, с которыми работает специалист.
Назовите минимум две информационные технологии или системы, которые он использует.
Определите, какие операции можно автоматизировать.
Укажите, какие решения всё равно требуют профессиональной ответственности человека.
Назовите один риск информационной безопасности.
Предложите одну меру защиты информации.

Видео по теме

Основное видео на Rutube посвящено информационному обществу и информационным ресурсам и длится более 12 минут. Дополнительный школьный видеоурок подробно разбирает понятие информационных ресурсов.

Основное видео на Rutube: информационное общество, информационные ресурсы, информационные продукты и услуги. Продолжительность 12 минут 20 секунд.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительный учебный материал

Информатика, 11 класс

организация личного архива;
информационные технологии;
профессиональная деятельность;
примеры применения цифровых инструментов.

Открыть учебный материал

Интерактивная самопроверка

Выберите правильный вариант. После ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называют информационным ресурсом?

Ответ: организованную и накопленную информацию, которую можно использовать для решения определённых задач.

02 Что называется информационным продуктом?

Ответ: результат информационной деятельности, подготовленный для использования или распространения.

03 Что такое информационная услуга?

Ответ: деятельность по предоставлению, поиску, обработке, передаче или анализу информации для пользователя.

04 Чем информационный продукт отличается от материального?

Ответ: основную ценность информационного продукта представляет его содержание, которое в цифровой форме может многократно копироваться и передаваться без физического перемещения исходного объекта.

05 Какую роль играют данные в цифровой экономике?

Ответ: данные используются для анализа, автоматизации процессов, персонализации услуг и поддержки принятия решений.

06 Что такое цифровая платформа?

Ответ: информационная система или технологическая среда, организующая цифровое взаимодействие различных участников.

07 Что включает информационная культура?

Ответ: поиск, проверку и обработку информации, грамотное использование цифровых технологий, информационную безопасность, соблюдение правовых и этических норм.

08 Почему большое количество данных не гарантирует правильного решения?

Ответ: данные могут быть неточными, неполными, устаревшими или неправильно интерпретированными.

09 Почему информационные технологии важны для профессий, не связанных непосредственно с программированием?

Ответ: большинство современных профессий используют цифровые системы для работы с документами, данными, расчётами, моделями, коммуникацией и управлением процессами.

10 Почему информационная культура шире умения работать за компьютером?

Ответ: она включает критическое мышление, безопасность, правовую и этическую ответственность, умение проверять и правильно использовать информацию.

Главное по уроку

Информационные технологии стали частью профессиональной деятельности практически во всех отраслях.

Информационный ресурс представляет собой накопленную и организованную информацию, которую можно использовать для решения задач.

Информационный продукт является результатом информационной деятельности, а информационная услуга связана с предоставлением, поиском, обработкой или передачей информации пользователю.

Информационные продукты отличаются от материальных возможностью быстрого цифрового копирования и сетевого распространения.

Цифровая экономика опирается на данные, компьютерные сети, программные системы, цифровые платформы и автоматизированную обработку информации.

Данные становятся экономическим ресурсом только тогда, когда обеспечены их качество, актуальность, правильная интерпретация и законность использования.

Цифровая трансформация изменяет содержание профессиональной деятельности и повышает значение навыков работы с информационными системами.

Информационная культура включает не только технические навыки, но и умение находить, проверять, анализировать и безопасно использовать информацию.

Человек с высокой информационной культурой понимает ограничения цифровых технологий, соблюдает правовые и этические нормы и несёт ответственность за собственные действия в цифровой среде.

Раздел 1 «Цифровая грамотность» завершён.

Урок 8 является последним уроком раздела. Перед уроком 9 необходимо разместить отдельную карточку нового раздела: «Раздел 2. Теоретические основы информатики». Следующий урок после карточки раздела — урок 9 «Модели и моделирование».

Информатика - 11 класс

Раздел 2. Теоретические основы информатики

Информационное моделирование: модели и цели моделирования, соответствие модели объекту или процессу, формализация прикладных задач, представление результатов моделирования с помощью схем, таблиц и графиков, графы и их основные понятия, поиск оптимальных путей, деревья, бинарные деревья и построение стратегий в дискретных играх.

5 уроков в разделе

09 Урок 9 · Раздел 2 Модели и моделирование. Цели моделирования. Адекватность модели Открыть урок Свернуть урок

Урок 9. Модели и моделирование. Цели моделирования. Адекватность модели

Начинаем раздел «Теоретические основы информатики». На этом уроке вы разберёте, что называется моделью и моделированием, зачем человек заменяет реальный объект его моделью, какие свойства объекта следует сохранять в модели, почему одна и та же система может иметь несколько разных моделей и как определить, соответствует ли модель поставленной цели.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Модель

Разберёте, что такое модель и какие свойства реального объекта она отражает.

Моделирование

Поймёте, зачем реальные объекты, процессы и системы заменяют моделями.

Цель моделирования

Научитесь определять, какие свойства объекта важны для конкретной задачи.

Виды моделей

Сравните материальные и информационные модели.

Адекватность

Разберёте, когда модель достаточно хорошо соответствует реальному объекту.

Формализация

Познакомитесь с переходом от реальной задачи к строгому информационному описанию.

Что такое модель

Модель

Объект, система описаний, схема, формула или другое представление, которое заменяет исследуемый объект, процесс или явление и отражает существенные для поставленной цели свойства.

Модель никогда не обязана полностью повторять оригинал. Наоборот, смысл моделирования часто состоит в том, чтобы отбросить несущественные детали и оставить именно те свойства, которые нужны для решения задачи.

Например, модель Земли может быть глобусом, географической картой, набором координат или математической моделью движения планеты. Все эти модели описывают один объект, но предназначены для разных задач.

Оригинал и модель

Оригинал

Реальный объект, процесс, система или явление, которое нас интересует.

автомобиль;
планета;
городская транспортная система;
экономический процесс;
движение тела;
работа компьютерной сети.

Модель

Упрощённое или специально организованное представление оригинала.

чертёж автомобиля;
глобус;
схема метро;
таблица показателей;
математическая формула;
схема сети.

Главная мысль: модель заменяет оригинал только в определённой задаче.

Зачем нужны модели

Исследовать реальный объект напрямую бывает невозможно, дорого, опасно или неудобно.

Модель применяют, когда нужно:

изучить очень большой объект, например планету;
изучить очень маленький объект;
исследовать процесс, который длится очень долго;
исследовать очень быстрый процесс;
проверить опасный сценарий без риска;
спрогнозировать последствия решения;
сравнить несколько вариантов конструкции;
объяснить устройство сложной системы;
провести вычислительный эксперимент;
представить объект в удобном для человека виде.

Что такое моделирование

Моделирование

Метод исследования объектов, процессов и явлений, основанный на построении и изучении их моделей.

Моделирование включает не только создание модели. После построения модель необходимо использовать: провести эксперимент, получить результат, сравнить его с реальностью и сделать вывод.

Общая схема моделирования

1. Объект Определяем, что исследуем.

2. Цель Формулируем, что хотим узнать.

3. Модель Выбираем существенные свойства.

4. Эксперимент Исследуем модель.

5. Вывод Переносим результат на реальную задачу.

Цель моделирования определяет модель

Один и тот же объект можно описать множеством моделей. Какая из них будет полезной, зависит от цели.

Пример: автомобиль

для ремонта нужна техническая схема;
для изучения аэродинамики нужна компьютерная модель формы кузова;
для расчёта расхода топлива нужна математическая модель;
для продажи используется фотография и описание характеристик;
для определения маршрута автомобиль может быть представлен точкой на электронной карте.

Нет универсально «самой правильной» модели. Есть модель, более или менее подходящая для конкретной цели.

Существенные и несущественные свойства

При построении модели необходимо определить, какие свойства объекта действительно влияют на результат.

Например, если рассчитывается время движения автомобиля между городами, могут быть важны расстояние и скорость. Цвет кузова при такой задаче несущественен.

Но если задача связана с дизайном автомобиля, цвет уже может стать существенным свойством.

Существенное свойство

Свойство объекта, которое необходимо учитывать для достижения конкретной цели моделирования.

Материальные и информационные модели

Материальные модели

Существуют как физические объекты.

глобус;
макет здания;
модель самолёта;
манекен;
лабораторная установка.

Информационные модели

Представляют объект с помощью информации.

текст;
схема;
таблица;
график;
формула;
чертёж;
компьютерная модель.

Формы информационных моделей

Форма	Что показывает	Пример	Когда удобна
Текст	Словесное описание свойств	Описание устройства	Когда важны объяснения и определения
Таблица	Структурированные значения	Расписание, характеристики	Для сравнения объектов
Схема	Связи и структуру	Схема компьютерной сети	Для понимания устройства системы
График	Зависимость величин	Температура от времени	Для анализа изменения величин
Формула	Математическую зависимость	S = vt	Для расчётов и прогнозирования
Граф	Объекты и связи между ними	Дорожная сеть	Для анализа маршрутов и связей

Что такое адекватность модели

Адекватность модели

Степень соответствия модели реальному объекту, процессу или явлению с точки зрения поставленной цели исследования.

Адекватность не означает полного совпадения модели с оригиналом. Полная копия часто была бы такой же сложной, как сам оригинал, и потеряла бы смысл как модель.

Модель считается достаточно адекватной, если она правильно отражает свойства, необходимые для решения конкретной задачи.

Пример адекватности модели

Схема метро обычно не показывает точное географическое положение каждой линии. Углы и расстояния могут быть сильно искажены.

Но для пассажира важнее понять порядок станций и места пересадок. Поэтому схема может быть очень адекватной задаче навигации, хотя геометрически она неточна.

Адекватность всегда оценивают относительно цели.

Когда модель перестаёт быть адекватной

Пропущено важное свойство

Модель не учитывает фактор, который существенно влияет на результат.

Ошибочные данные

Исходные параметры не соответствуют реальности.

Изменились условия

Модель строилась для одной ситуации, а применяется в другой.

Слишком сильное упрощение

Отброшены свойства, без которых результат становится неправильным.

Неверная цель

Модель используют для задачи, для которой она не создавалась.

Не проведена проверка

Полученный результат не сравнивали с известными реальными данными.

Формализация

Переход от содержательного описания реального объекта или задачи к строгому описанию с использованием формальных обозначений, величин, правил, схем, формул или других однозначно определённых средств.

Формализация необходима для того, чтобы задачу можно было обрабатывать математическими методами или с помощью компьютера.

Пример

Содержательная задача: «Автомобиль движется с постоянной скоростью. Нужно определить пройденное расстояние».

После формализации:

S = v × t, где S — расстояние, v — скорость, t — время.

От реальной задачи к формальной модели

Условие Описание реальной ситуации.

Объекты Определяем участников и величины.

Свойства Выбираем существенные параметры.

Связи Фиксируем зависимости.

Модель Получаем формулу, схему, таблицу или алгоритм.

Компьютерная модель

Информационная модель, реализованная с помощью программных средств и предназначенная для хранения, вычислений, визуализации или проведения компьютерных экспериментов.

Компьютерное моделирование позволяет:

быстро изменять исходные параметры;
многократно повторять эксперимент;
наблюдать процессы, которые трудно увидеть в реальности;
проводить безопасные виртуальные эксперименты;
обрабатывать большое количество вариантов;
визуализировать результаты;
строить прогнозы.

Пример компьютерного эксперимента

Предположим, инженер создаёт модель нового моста. До строительства можно виртуально изменить длину пролёта, материал, нагрузку и другие параметры.

Компьютерная система рассчитывает предполагаемое поведение конструкции. Если результаты неудовлетворительны, параметры модели изменяют и эксперимент повторяют.

Это позволяет исследовать множество вариантов без строительства реального моста для каждого эксперимента.

Учебная схема: модели и моделирование

Схема объединяет основные понятия урока: оригинал, модель, цель моделирования, существенные свойства, материальные и информационные модели, адекватность, формализацию и компьютерный эксперимент.

Модели и моделирование: оригинал, цель моделирования, существенные свойства, материальные и информационные модели, адекватность модели, формализация и компьютерный эксперимент — Модели и моделирование: от постановки цели до проверки результатов компьютерного эксперимента.

Типичные ошибки

«Модель должна полностью копировать оригинал». Нет. Модель сохраняет прежде всего свойства, существенные для поставленной цели.
«У объекта может быть только одна модель». Один объект может иметь множество моделей для разных задач.
«Чем подробнее модель, тем она лучше». Избыточные детали могут сделать модель неоправданно сложной.
«Адекватная модель абсолютно точна». Адекватность означает достаточное соответствие задаче, а не полную идентичность оригиналу.
«Компьютерная модель обязательно трёхмерная». Она может быть формулой, таблицей, программой, графом, диаграммой или другим цифровым представлением.
«Формализация — это просто перевод текста в компьютер». Формализация требует выделить параметры, связи и правила в однозначной форме.

Практические задания

Задание 1. Определите оригинал и модель

Глобус используется на уроке географии для изучения расположения материков. Что является оригиналом, а что моделью?

Показать решение

Ответ: оригинал — планета Земля, модель — глобус.

Задание 2. Определите цель

Создана схема автобусных маршрутов города. Какова возможная цель такой модели?

Показать решение

Ответ: показать транспортные связи, остановки и маршруты, чтобы помочь планировать поездки.

Задание 3. Существенное свойство

Для расчёта времени поездки между городами известны расстояние, средняя скорость автомобиля, цвет автомобиля и фамилия водителя. Какие данные существенны?

Показать решение

Ответ: расстояние и средняя скорость. Цвет автомобиля и фамилия водителя в простейшей модели времени движения не нужны.

Задание 4. Материальная или информационная

К какому виду относится архитектурный чертёж здания?

Показать решение

Ответ: это информационная модель, потому что объект представлен с помощью условных обозначений и графической информации.

Задание 5. Адекватность

Схема метро не показывает точные расстояния между станциями, но правильно показывает порядок станций и пересадки. Может ли она быть адекватной?

Показать решение

Ответ: да, если цель — помочь пассажиру выбрать маршрут. Для геодезических измерений такая модель уже не подходит.

Задание 6. Формализация

Переведите задачу «стоимость покупки равна цене одного товара, умноженной на количество товаров» в формальную форму.

Показать решение

Ответ: C = p × n, где C — стоимость покупки, p — цена единицы товара, n — количество.

Мини-практикум: создаём модель ситуации

Ситуация: обучающийся хочет рассчитать, сколько времени потребуется на дорогу до школы.

Сформулируйте цель моделирования.
Определите оригинал — реальный процесс.
Выберите существенные параметры.
Определите, какие данные можно не учитывать в простейшей модели.
Запишите математическую модель.
Определите единицы измерения.
Подумайте, при каких условиях такая модель перестанет быть адекватной.

Возможный разбор

Цель — оценить время пути. Существенные параметры: расстояние и средняя скорость. Простейшая формула: t = S / v. Но модель может стать недостаточно точной, если существуют пробки, ожидание транспорта, пересадки или значительные изменения скорости.

Видео по теме

Основное видео размещено в большом окне Rutube. Дополнительное видео на YouTube расположено справа в малом окне.

Основное видео на Rutube: «Модели и моделирование. 11 класс».

Открыть основное видео на Rutube

Интерактивная самопроверка

Выберите правильный вариант ответа.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется моделью?

Ответ: представление объекта, процесса или явления, которое заменяет оригинал в определённой задаче и отражает существенные свойства.

02 Что такое моделирование?

Ответ: метод исследования объектов и процессов с использованием их моделей.

03 Почему один объект может иметь несколько моделей?

Ответ: разные задачи требуют учитывать разные свойства одного и того же объекта.

04 Что определяет выбор существенных свойств?

Ответ: цель моделирования.

05 Что такое адекватность модели?

Ответ: степень соответствия модели оригиналу с точки зрения поставленной цели.

06 Что называют формализацией?

Ответ: переход от содержательного описания задачи к строгому формальному представлению её объектов, параметров и связей.

07 Чем материальная модель отличается от информационной?

Ответ: материальная модель существует как физический объект, а информационная описывает оригинал средствами информации.

08 Для чего нужен компьютерный эксперимент?

Ответ: для исследования поведения компьютерной модели при различных исходных условиях без проведения всех экспериментов на реальном объекте.

Главное по уроку

Модель заменяет реальный объект, процесс или явление в конкретной задаче и отражает только необходимые для этой задачи свойства.

Моделирование — это метод исследования, основанный на построении и изучении моделей.

Цель моделирования определяет, какие свойства оригинала должны присутствовать в модели.

Один и тот же объект может быть представлен множеством различных моделей.

Модели бывают материальными и информационными. Информационные модели могут иметь форму текста, таблицы, схемы, графика, формулы, графа или компьютерной программы.

Адекватность показывает, насколько хорошо модель соответствует исследуемому объекту именно с точки зрения поставленной цели.

Формализация переводит содержательную задачу в строгую форму, пригодную для математического или компьютерного исследования.

Компьютерные модели позволяют проводить виртуальные эксперименты, изменять параметры и анализировать большое число вариантов.

Следующий урок раздела 2 будет посвящён представлению результатов моделирования, схемам, таблицам, графикам и дальнейшему переходу к графовым моделям.

10 Урок 10 · Раздел 2 Представление результатов моделирования. Схемы, таблицы и графики Открыть урок Свернуть урок

Урок 10. Представление результатов моделирования. Схемы, таблицы и графики

На предыдущем уроке вы разобрали понятия модели, моделирования, цели моделирования и адекватности модели. Теперь рассмотрим следующий важный этап: как представить результаты моделирования так, чтобы человек мог быстро понять их смысл. Вы научитесь выбирать между текстом, таблицей, схемой и графиком, правильно читать графические модели, определять преимущества и ограничения разных форм представления данных и замечать ошибки визуализации.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Результат моделирования

Поймёте, почему вычисленный результат ещё необходимо правильно представить человеку.

Табличная форма

Разберёте, когда данные удобно представлять в строках и столбцах.

Схемы

Научитесь использовать схемы для отображения структуры, последовательности и связей.

Графики

Поймёте, как график показывает изменение величины и зависимость между величинами.

Выбор формы

Научитесь выбирать представление в зависимости от цели и характера данных.

Ошибки визуализации

Разберёте, как масштаб и оформление могут исказить восприятие результата.

Зачем представлять результаты моделирования

Компьютерная модель может выполнить тысячи или миллионы вычислений. Однако набор чисел сам по себе ещё не гарантирует понимания результата.

Человеку необходимо увидеть закономерность: что изменилось, какие значения отличаются, где находится максимум, как связаны две величины, какой вариант лучше и соответствует ли результат исходной задаче.

Представление результатов моделирования

Преобразование полученных данных в форму, удобную для анализа, интерпретации и восприятия человеком.

От вычисления к выводу

Модель Создано описание объекта или процесса.

Эксперимент Изменяются исходные параметры.

Данные Получаются результаты вычислений.

Представление Строится таблица, схема или график.

Вывод Человек интерпретирует результат.

Форма представления зависит от задачи

Одни и те же данные можно представить несколькими способами. Но разные формы подчёркивают разные свойства.

Например:

точные числовые значения удобно сравнивать в таблице;
последовательность действий удобно показывать схемой;
изменение температуры во времени удобно показывать графиком;
структуру объекта удобно показывать структурной схемой;
небольшое количество ключевых результатов можно описать текстом.

Правильная форма представления не изменяет сами данные, но помогает быстрее увидеть их смысл.

Основные формы представления результатов

Форма	Что показывает лучше всего	Пример	Основное преимущество
Текст	Объяснения, выводы, описание результата	«При увеличении скорости время пути уменьшается»	Можно передать смысл и комментарии
Таблица	Точные значения и сравнение параметров	Скорость, время, расстояние	Структурированность и точность
Схема	Структуру, связи, последовательность	Схема процесса моделирования	Быстро показывает отношения между элементами
График	Изменение величины и зависимости	Температура от времени	Позволяет увидеть тенденцию
Диаграмма	Сравнение отдельных значений или долей	Сравнение расходов ресурсов	Наглядное визуальное сравнение

Таблица как информационная модель

Таблица

Форма структурированного представления информации в виде строк и столбцов, позволяющая сопоставлять значения по определённым признакам.

Таблица особенно полезна, когда необходимо сохранить точные числовые значения.

В таблице обычно есть:

заголовок;
названия столбцов;
названия строк или идентификаторы объектов;
значения;
единицы измерения;
при необходимости — итоговые показатели.

Пример результата моделирования в таблице

Время, ч	Скорость, км/ч	Расстояние, км	Комментарий
1	60	60	Начальный вариант
2	60	120	Расстояние увеличилось в 2 раза
3	60	180	Линейная зависимость сохраняется
4	60	240	S = 60t

Из таблицы можно получить точные значения, но характер зависимости обычно легче увидеть на графике.

Когда таблица удобнее графика

Представьте, что нужно узнать точное значение температуры в 14:00. В таблице достаточно найти соответствующую строку.

Если же нужно понять, в какие часы температура быстро росла или снижалась, график может оказаться удобнее.

Таблица лучше отвечает на вопрос «какое точное значение?», а график — на вопрос «как величина изменяется?».

Схема как информационная модель

Схема

Условное графическое представление объекта, процесса или системы, в котором показываются основные элементы и связи между ними.

С помощью схем можно показать:

структуру системы;
последовательность действий;
связи между объектами;
передачу информации;
этапы процесса;
направление движения;
иерархию элементов.

Пример схемы процесса

Ввод данных Задаём параметры модели.

Вычисление Модель обрабатывает данные.

Результат Получаем значения.

Визуализация Строим удобное представление.

Анализ Формулируем вывод.

График как способ представления данных

График зависимости

Графическое представление зависимости одной величины от другой с использованием системы координат.

Обычно по горизонтальной оси откладывают независимую величину, а по вертикальной — величину, значение которой зависит от неё.

Например:

время → температура;
время → расстояние;
скорость → время поездки;
нагрузка → деформация;
количество товара → стоимость.

Что обязательно должно быть понятно на графике

Что изображено

График должен иметь понятный заголовок или пояснение.

Названия осей

Должно быть понятно, какая величина отложена по каждой оси.

Единицы измерения

Часы, секунды, километры, градусы и другие единицы должны быть указаны.

Масштаб

Деления шкалы должны позволять правильно интерпретировать значения.

Обозначения

Если линий несколько, должно быть понятно, к каким данным относится каждая.

Источник данных

Для реального исследования важно понимать происхождение исходных данных.

Как читать график

1. Название Что именно показано?

2. Оси Какие величины сравниваются?

3. Масштаб Какова цена деления?

4. Точки Какие конкретные значения показаны?

5. Тенденция Что происходит в целом?

Одни данные — разные формы

Посмотрим, как один небольшой набор данных можно представить несколькими способами.

Таблица

День	Значение
1	20
2	35
3	50
4	40

Столбчатое представление

Схема вывода

День 1: 20

↓

Рост до 50

↓

Снижение до 40

Данные одинаковы, но каждая форма делает заметными разные особенности.

Как выбрать форму представления

Задача	Предпочтительная форма	Почему
Узнать точные значения	Таблица	Можно непосредственно прочитать числа
Показать последовательность действий	Схема	Связи и направление видны сразу
Показать изменение во времени	График	Хорошо видна динамика
Сравнить отдельные категории	Столбчатая диаграмма	Легко сравнить величины визуально
Показать устройство системы	Структурная схема	Видны элементы и связи
Объяснить смысл результата	Текст + график или таблица	Совмещаются наглядность и объяснение

Почему одна визуализация может вводить в заблуждение

Наглядность не означает автоматическую объективность. Способ построения графика способен существенно повлиять на восприятие данных.

Обратите внимание на:

масштаб осей;
начальную точку шкалы;
равномерность интервалов;
единицы измерения;
выбранный диапазон данных;
подписи;
наличие пропущенных значений;
декоративные эффекты, способные исказить сравнение.

Обрезанная шкала

Предположим, два значения равны 98 и 100.

Если вертикальная шкала начинается с нуля, различие выглядит небольшим. Если же шкала начинается с 97, столбцы визуально могут отличаться в несколько раз.

Числа при этом не изменились — изменился способ их визуального представления.

Перед выводом всегда проверяйте масштаб. Особенно важно это при сравнении небольших различий.

Интерпретация результата

Интерпретация

Осмысление полученных результатов и объяснение их значения применительно к исходной задаче.

График сам по себе не является окончательным выводом. После его анализа необходимо объяснить, что означает обнаруженная зависимость.

Например:

«На графике видно, что при постоянной скорости расстояние увеличивается пропорционально времени. Следовательно, модель соответствует зависимости S = vt».

Представление результата и адекватность модели

Графики и таблицы позволяют не только показать результат, но и проверить модель.

Если имеются реальные наблюдения, их можно сопоставить с рассчитанными значениями модели.

Реальные данные Получены наблюдением или измерением.

Расчёт модели Получены модельные значения.

Сравнение Данные помещаются в таблицу или на график.

Отклонение Определяется различие результатов.

Вывод Оценивается адекватность модели.

Учебная схема: представление результатов моделирования

Инфографика показывает путь от данных модели к понятному человеку результату и помогает сравнить таблицы, схемы, графики и другие способы визуализации.

Представление результатов моделирования: данные, таблица, схема, график, выбор формы визуализации, масштаб, интерпретация и проверка адекватности модели — Представление результатов моделирования: от набора данных к таблице, схеме, графику и содержательному выводу.

Как работать со схемой

Найдите исходные результаты компьютерного моделирования.
Проследите переход от данных к визуальному представлению.
Сравните таблицу, схему и график.
Определите, для каких задач подходит каждый способ.
Найдите элементы правильного оформления графика.
Обратите внимание на масштаб и единицы измерения.
Проследите переход от визуализации к интерпретации и выводу.

Типичные ошибки

«Чем красивее график, тем он информативнее». Избыточное оформление иногда только мешает понимать данные.
«Таблица всегда хуже графика». Для точных значений таблица часто удобнее.
«График можно строить без единиц измерения». Без единиц невозможно однозначно интерпретировать значения.
«Масштаб не влияет на восприятие». Выбор масштаба может значительно усилить или уменьшить визуальные различия.
«Если график растёт, причина уже установлена». График показывает зависимость данных, но не всегда доказывает причинную связь.
«Получить график — значит закончить моделирование». Необходимо ещё интерпретировать результаты и сделать содержательный вывод.

Практические задания

Задание 1. Выберите форму

Нужно показать точные значения температуры воздуха через каждый час. Какую форму представления лучше использовать?

Показать решение

Ответ: таблицу. Она позволяет непосредственно увидеть точное значение для каждого часа.

Задание 2. Покажите изменение

Нужно показать, как температура изменялась в течение суток. Что будет удобнее — таблица или график?

Показать решение

Ответ: график. Он позволяет быстро увидеть повышение, снижение, максимумы и минимумы.

Задание 3. Структура системы

Нужно показать, как связаны между собой компьютер, маршрутизатор, сервер и Интернет. Какую форму лучше выбрать?

Показать решение

Ответ: схему, поскольку необходимо показать элементы и связи между ними.

Задание 4. Найдите ошибку

На графике температуры вертикальная ось подписана числами 10, 20, 30, но нигде не указано, градусы это или другая величина. В чём проблема?

Показать решение

Ответ: отсутствуют единицы измерения, поэтому график нельзя однозначно интерпретировать.

Задание 5. Масштаб

Два показателя равны 98 и 100. На диаграмме вертикальная ось начинается с 97. Почему изображение нужно анализировать осторожно?

Показать решение

Ответ: обрезанная шкала визуально сильно увеличивает небольшое различие между значениями.

Задание 6. Интерпретация

На графике расстояния от времени получилась прямая линия, проходящая через начало координат. Что это может означать для модели движения?

Показать решение

Ответ: расстояние пропорционально времени, что соответствует движению с постоянной скоростью.

Задание 7. Таблица или схема

Нужно представить порядок выполнения пяти этапов компьютерного эксперимента. Что будет нагляднее?

Показать решение

Ответ: последовательная схема со стрелками между этапами.

Задание 8. Проверка модели

В таблице имеются реальные результаты измерений и результаты расчёта модели. Что можно оценить с помощью их сравнения?

Показать решение

Ответ: степень соответствия модели реальному объекту, то есть её адекватность для рассматриваемой задачи.

Мини-практикум: представьте результаты моделирования

Пусть модель дала следующие результаты:

t = 1 ч → S = 50 км;
t = 2 ч → S = 100 км;
t = 3 ч → S = 150 км;
t = 4 ч → S = 200 км.

Выполните:

Создайте таблицу из двух столбцов: время и расстояние.
Определите независимую величину.
Определите зависимую величину.
Представьте, как должен выглядеть график.
Определите единицы измерения для каждой оси.
Сформулируйте одним предложением результат моделирования.
Запишите математическую зависимость.

Показать решение

Независимая величина — время t, зависимая — расстояние S. По горизонтальной оси откладывается время в часах, по вертикальной — расстояние в километрах. Точки (1;50), (2;100), (3;150), (4;200) располагаются на одной прямой. Вывод: расстояние растёт пропорционально времени. Математическая модель: S = 50t.

Видео по теме

Основное большое окно — Rutube. Видео показывает работу с визуализацией данных и диаграммами. Дополнительное малое окно — YouTube с разбором графического представления данных.

Основное видео на Rutube: визуализация данных, построение и использование диаграмм. Продолжительность более 12 минут.

Открыть основное видео на Rutube

Интерактивная самопроверка

Выберите правильный вариант ответа.

Вопросы для самопроверки

01 Зачем результаты моделирования представляют в наглядной форме?

Ответ: чтобы человеку было проще анализировать данные, обнаруживать зависимости и делать выводы.

02 Когда удобнее использовать таблицу?

Ответ: когда необходимо сохранить и сравнить точные значения.

03 Что лучше всего показывает схема?

Ответ: структуру объекта, связи между элементами или последовательность действий.

04 Для чего особенно удобен график?

Ответ: для отображения изменения величин и зависимостей между ними.

05 Почему на графике необходимо указывать единицы измерения?

Ответ: без единиц числовые значения невозможно однозначно интерпретировать.

06 Как масштаб может повлиять на восприятие?

Ответ: выбранный диапазон шкалы может визуально увеличить или уменьшить различия между значениями.

07 Что такое интерпретация результата?

Ответ: объяснение смысла полученных данных применительно к исходной задаче.

08 Можно ли по одному графику автоматически доказать причинную связь?

Ответ: нет. Совместное изменение величин ещё не всегда означает, что одна из них является причиной изменения другой.

09 Как график может помочь проверить модель?

Ответ: на одном представлении можно сравнить реальные и рассчитанные моделью значения.

10 От чего зависит выбор формы представления результатов?

Ответ: от цели, типа данных и того, какую особенность результата необходимо показать человеку.

Главное по уроку

Результаты моделирования необходимо представлять в форме, удобной для анализа и восприятия человеком.

Таблица позволяет сохранить точные значения и сравнить несколько параметров.

Схема показывает структуру, последовательность действий и связи между элементами.

График позволяет увидеть изменение величины и зависимость одной величины от другой.

Одни и те же исходные данные можно представить разными способами.

Выбор формы зависит от цели: точные значения удобнее искать в таблице, динамику — на графике, структуру — на схеме.

На графиках необходимо правильно указывать оси, единицы измерения, масштаб и обозначения.

Неудачный масштаб или обрезанная шкала могут искажать визуальное восприятие данных.

После построения таблицы или графика необходимо интерпретировать результат и сформулировать содержательный вывод.

Сравнение результатов модели с реальными данными помогает оценивать адекватность модели.

Следующий урок — урок 11. Он будет посвящён графам: вершинам, рёбрам, дугам, основным понятиям и видам графов.

11 Урок 11 Графы. Основные понятия. Виды графов Открыть урок Свернуть урок

Урок 11. Графы. Основные понятия. Виды графов

На этом уроке вы познакомитесь с графами с самых основ. Даже если вы раньше не изучали эту тему или давно закончили предыдущий уровень обучения, последовательно пройдите материал от понятия вершины и ребра до пути, цикла и основных видов графов. Графы используются для описания дорог, компьютерных сетей, социальных связей, маршрутов, ссылок между страницами и многих других объектов и процессов.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Граф

Поймёте, почему граф является моделью объектов и связей между ними.

Вершины и рёбра

Научитесь находить основные элементы графа и понимать, что они обозначают.

Смежность

Разберётесь, какие вершины и рёбра называют смежными.

Виды графов

Будете различать ориентированные, неориентированные и взвешенные графы.

Степень вершины

Научитесь определять количество рёбер, связанных с выбранной вершиной.

Путь и цикл

Разберёте последовательности переходов между вершинами графа.

Начнём с обычной жизненной ситуации

Представьте карту с несколькими городами. Между некоторыми городами существуют прямые дороги. Для решения задачи нас может не интересовать форма города, количество домов или расположение улиц внутри него. Нам важно только знать, какие города существуют и какие из них соединены дорогами.

Каждый город можно заменить точкой, а каждую дорогу — линией между двумя точками. Получится упрощённая схема. Именно такую структуру в математике и информатике называют графом.

Граф позволяет отбросить лишние подробности и оставить только объекты и отношения между ними. Поэтому граф является одним из видов информационной модели.

Главная идея

Если задача связана с объектами и связями между ними, её часто удобно представить в виде графа.

Пример: города можно представить вершинами графа, а дороги между городами — рёбрами.

Что такое граф

Граф

Математическая и информационная модель, состоящая из множества вершин и связей между ними.

Вершины могут обозначать совершенно разные объекты: города, людей, компьютеры, станции метро, страницы сайта, этапы выполнения работы или состояния некоторой системы.

Связи между вершинами показывают отношения между этими объектами. В зависимости от задачи связь может обозначать дорогу, знакомство, канал передачи данных, переход по ссылке или возможность выполнения следующего действия.

Основные элементы графа

Вершина

Отдельный объект графа. Обычно изображается точкой или кругом и обозначается буквой или числом.

Ребро

Связь между двумя вершинами. В неориентированном графе изображается обычной линией.

Дуга

Направленная связь между вершинами. Обычно изображается линией со стрелкой.

Смежные вершины

Две вершины называются смежными, если они непосредственно соединены ребром.

Например, если существует ребро AB, вершины A и B являются смежными. Если прямого ребра между A и C нет, эти вершины не являются смежными, даже если из A можно попасть в C через другие вершины.

Как граф связан с информационным моделированием

На предыдущих уроках вы изучали информационные модели. Граф — один из способов представить модель, когда особенно важны отношения между объектами.

При построении графа реальный объект или процесс упрощается. Например, на транспортной схеме обычно не изображают реальные размеры городов. Вершина обозначает город условно, а ребро показывает наличие дороги.

В другой задаче те же города могут быть не нужны вообще, а вершинами станут станции метро или остановки автобуса. Это показывает важный принцип моделирования: структура модели зависит от цели задачи.

Запомните: граф отражает не внешний вид объектов, а структуру связей между ними.

Неориентированный граф

Граф, в котором рёбра не имеют направления.

Если вершины A и B соединены обычным ребром, связь считается одинаковой в обе стороны.

Примером может служить схема двусторонних дорог. Если по дороге разрешено двигаться из города A в город B и обратно, направление отдельно указывать не требуется.

Примеры

двусторонние дороги между населёнными пунктами;
взаимное знакомство людей;
физическое соединение некоторых устройств;
связи между объектами, которые не имеют направления.

Ориентированный граф

Граф, в котором связи имеют направление и изображаются стрелками.

Направленную связь часто называют дугой. Если существует дуга A → B, это не означает автоматически, что существует обратная дуга B → A.

Например, одна веб-страница может содержать ссылку на другую страницу, но вторая страница может не содержать обратной ссылки.

Примеры

улицы с односторонним движением;
ссылки между веб-страницами;
подписки в социальной сети;
переходы между состояниями программы;
последовательность выполнения зависимых операций.

Неориентированный и ориентированный граф

Неориентированный

Связь не имеет направления.

используются обычные линии;
связь A — B одновременно означает связь B — A;
подходит для симметричных отношений.

Ориентированный

Связь имеет определённое направление.

используются стрелки;
A → B и B → A — разные связи;
подходит для направленных процессов и переходов.

Не путайте: наличие связи между вершинами ещё не означает, что по ней можно двигаться в обе стороны. Это зависит от типа графа.

Взвешенный граф

Вес ребра

Числовая характеристика, связанная с ребром или дугой графа.

Иногда недостаточно знать только факт существования связи. Нужно учитывать дополнительную величину.

На карте дорог весом ребра может быть расстояние между городами. В транспортной системе — время поездки или стоимость билета. В компьютерной сети — задержка или стоимость передачи данных.

Такой граф называют взвешенным.

км

Расстояние

Вес показывает длину дороги между двумя вершинами.

мин

Время

Вес показывает продолжительность перехода или поездки.

₽

Стоимость

Вес показывает цену перехода, перевозки или выполнения действия.

Степень вершины

Количество рёбер, связанных с данной вершиной в неориентированном графе.

Представьте вершину A, соединённую с вершинами B, C, D и E. От вершины A выходит четыре ребра. Значит, степень вершины A равна 4.

Если вершина вообще не соединена с другими вершинами, её степень равна 0.

Простой смысл

Степень показывает, сколько непосредственных связей имеет объект.

Важно: степень вершины не показывает общее количество вершин, до которых можно добраться через промежуточные вершины. Она учитывает только непосредственные рёбра.

Путь в графе

Путь

Последовательность вершин, в которой каждая следующая вершина связана с предыдущей соответствующим ребром или дугой.

Рассмотрим простой путь из вершины A в вершину E.

A Начальная вершина.

B Из A существует ребро в B.

C Из B переходим в C.

D Следующее ребро ведёт в D.

E Конечная вершина пути.

Последовательность A — B — C — D — E является путём только в том случае, если все необходимые рёбра действительно существуют.

Цикл

Замкнутый путь, который возвращается в исходную вершину.

Например, если существуют рёбра AB, BC и CA, последовательность A — B — C — A образует цикл.

Циклы встречаются в транспортных маршрутах, сетях, производственных процессах, алгоритмах и других системах.

Простой способ проверить: если вы начали движение из вершины и по рёбрам вернулись в неё же, может быть образован цикл.

Связный граф

Неориентированный граф, в котором между любой парой вершин существует путь.

Представьте сеть дорог. Если из каждого города можно каким-либо маршрутом добраться до любого другого города, соответствующий граф связный.

Если существует отдельная группа вершин, которая никак не соединена с остальными, граф будет несвязным.

Сравнение основных видов графов

Вид графа	Как изображаются связи	Что важно	Пример
Неориентированный	Обычные линии	Направление не учитывается	Двусторонние дороги
Ориентированный	Стрелки	У каждой связи есть направление	Ссылки между страницами
Взвешенный	Линии или стрелки с числами	У связей есть числовые характеристики	Расстояния между городами
Связный	Зависит от типа графа	Между любыми вершинами существует путь	Единая транспортная сеть

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Где применяются графы

Транспорт

Вершины обозначают города, станции и остановки, рёбра — дороги и маршруты.

Компьютерные сети

Вершины могут обозначать устройства, а рёбра — каналы передачи данных.

Социальные сети

Вершины обозначают пользователей, а связи — знакомства, подписки или другие отношения.

Интернет

Страницы можно рассматривать как вершины, а гиперссылки — как направленные связи.

Проекты

Граф показывает зависимости между этапами и последовательность выполнения работ.

Игры и алгоритмы

Вершины могут обозначать состояния, а рёбра — возможные действия или переходы.

Учебная схема: основные понятия графов

Рассмотрите схему целиком. Она объединяет основные понятия урока: вершины, рёбра, смежность, виды графов, степень вершины, путь, цикл и примеры использования графов.

Графы: вершины, рёбра, смежные вершины, неориентированный, ориентированный и взвешенный графы, степень вершины, путь и цикл — Графы: основные понятия, виды графов и примеры их применения.

Как работать со схемой

Найдите на основном графе вершины A, B, C, D и E.
Покажите хотя бы три ребра.
Найдите пример двух смежных вершин.
Сравните неориентированный и ориентированный граф.
Обратите внимание на числа около рёбер взвешенного графа.
Найдите пример вершины степени 4.
Проследите пример пути.
Рассмотрите пример цикла.

Типичные ошибки

«Граф — это график функции». В данном разделе графом называется система вершин и связей между ними.
«Если из A можно добраться до B через другие вершины, значит A и B смежные». Смежность означает наличие непосредственного ребра между вершинами.
«Стрелка не имеет значения». В ориентированном графе направление связи принципиально важно.
«Вес ребра — это обязательно расстояние». Вес может обозначать расстояние, время, цену или другую величину.
«Степень вершины показывает число всех достижимых вершин». Степень учитывает только непосредственные рёбра.
«Любая последовательность вершин является путём». Между каждой соседней парой вершин должно существовать соответствующее ребро.

Практические задания

Задание 1. Найдите степени вершин

В неориентированном графе существуют рёбра AB, AC, BC и CD. Определите степени вершин A, B, C и D.

Показать решение

Ответ: степень A = 2, степень B = 2, степень C = 3, степень D = 1.

Задание 2. Определите тип графа

На схеме автобусных маршрутов связи между остановками показаны стрелками. Что это означает?

Показать решение

Ответ: граф ориентированный. Стрелки показывают направление движения.

Задание 3. Найдите путь

Существуют рёбра AB, BC, CD и AD. Запишите один путь из A в C.

Показать решение

Ответ: например, A — B — C. Также возможен путь A — D — C, если ребро DC рассматривается как то же неориентированное ребро CD.

Задание 4. Найдите цикл

В графе существуют рёбра AB, BC и CA. Образуют ли они цикл?

Показать решение

Ответ: да. Последовательность A — B — C — A возвращается в исходную вершину.

Задание 5. Определите вес ребра

На схеме дорог около каждого ребра указано расстояние в километрах. Как называется такой граф?

Показать решение

Ответ: взвешенный граф. Расстояние является весом ребра.

Задание 6. Смежные вершины

В графе есть рёбра AB и BC, но ребра AC нет. Являются ли вершины A и C смежными?

Показать решение

Ответ: нет. Между A и C нет непосредственного ребра.

Видео по теме

Сначала посмотрите основное видео. После просмотра попробуйте самостоятельно объяснить, что такое вершина, ребро, степень вершины, путь и цикл.

Основное видео. Обратите внимание на определение графа, вершины, рёбра, степень вершины, путь, цикл и связность.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительные материалы

После основного урока дополнительные материалы можно использовать для повторения определений и подготовки к следующим задачам на графы.

Перед открытием повторите

что называется графом;
что такое вершина и ребро;
какие вершины называют смежными;
чем ориентированный граф отличается от неориентированного;
что называется весом ребра;
что такое степень вершины, путь и цикл.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Ответьте на все вопросы по порядку. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется графом?

Ответ: граф — модель, состоящая из вершин и связей между ними.

02 Что называется вершиной графа?

Ответ: вершина обозначает отдельный объект графа.

03 Что называется ребром?

Ответ: ребро показывает связь между двумя вершинами.

04 Какие вершины называют смежными?

Ответ: вершины, непосредственно соединённые ребром.

05 Чем ориентированный граф отличается от неориентированного?

Ответ: в ориентированном графе связи имеют направление и изображаются стрелками.

06 Что называется весом ребра?

Ответ: числовая характеристика ребра, например расстояние, время или стоимость.

07 Что показывает степень вершины?

Ответ: количество рёбер, связанных с данной вершиной в неориентированном графе.

08 Что называется путём в графе?

Ответ: последовательность вершин, в которой соседние вершины соединены соответствующими рёбрами или дугами.

09 Что называется циклом?

Ответ: замкнутый путь, возвращающийся в исходную вершину.

10 Где применяются графы?

Ответ: например, при описании транспортных и компьютерных сетей, социальных связей, ссылок между страницами, процессов и алгоритмов.

Главное по уроку

Граф — это информационная и математическая модель объектов и связей между ними. Объекты представлены вершинами, связи — рёбрами или направленными дугами.

Две вершины являются смежными, если непосредственно соединены ребром.

В неориентированном графе связи не имеют направления. В ориентированном графе направление показывается стрелками.

Если рёбрам сопоставлены числовые значения — расстояние, время, стоимость или другие характеристики, граф является взвешенным.

Степень вершины в неориентированном графе показывает количество рёбер, связанных с этой вершиной.

Путь представляет собой последовательность переходов по рёбрам от одной вершины к другой. Замкнутый путь, возвращающийся в исходную вершину, образует цикл.

Графы применяются при описании транспортных маршрутов, компьютерных сетей, социальных связей, веб-страниц, процессов, алгоритмов и многих других систем.

На следующем уроке графы будут использоваться для решения алгоритмических задач: поиска путей и выбора оптимальных маршрутов.

12 Урок 12 Анализ графов. Оптимальный путь и количество различных путей Открыть урок Свернуть урок

Урок 12. Анализ графов. Оптимальный путь и количество различных путей

На прошлом уроке вы познакомились с вершинами, рёбрами, путями и взвешенными графами. Теперь эти понятия будут использоваться для решения задач. Вы научитесь сравнивать маршруты, находить путь с наименьшим суммарным весом и считать количество различных путей в ориентированном графе. Все действия рассматриваются последовательно, поэтому материал можно изучать самостоятельно, даже если подобные задачи раньше вы не решали.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Длина пути

Научитесь складывать веса рёбер, входящих в выбранный маршрут.

Кратчайший путь

Поймёте, как сравнивать несколько маршрутов и находить минимальный.

Алгоритм Дейкстры

Разберёте основной принцип последовательного поиска кратчайших расстояний.

Ориентированный граф

Будете учитывать направление стрелок при построении маршрутов.

Количество путей

Научитесь считать различные способы попасть из начальной вершины в конечную.

Динамический подсчёт

Поймёте правило сложения количества путей, приходящих в одну вершину.

Начнём с обычного маршрута

Представьте, что из города A в город D можно добраться несколькими маршрутами.

Первый маршрут: A — B — D. Расстояние от A до B равно 4 км, а от B до D — 7 км. Общая длина маршрута равна 11 км.

Второй маршрут: A — C — D. От A до C — 6 км, от C до D — 3 км. Общая длина составляет 9 км.

Оба маршрута приводят из A в D, но второй короче.

Главная идея

Чтобы найти лучший маршрут во взвешенном графе, недостаточно посчитать количество рёбер. Нужно учитывать их веса.

В нашем примере: A — B — D имеет длину 4 + 7 = 11, а A — C — D имеет длину 6 + 3 = 9. Поэтому второй маршрут короче.

Длина пути

Длина пути во взвешенном графе

Сумма весов всех рёбер или дуг, входящих в этот путь.

Если путь состоит из трёх рёбер с весами 5, 2 и 4, его длина равна:

5 + 2 + 4 = 11.

Вес может обозначать не только расстояние. В зависимости от задачи это может быть время, стоимость, расход топлива, задержка передачи данных или другая числовая величина.

Что означает «оптимальный путь»

Оптимальный путь

Путь, который является наилучшим по выбранному критерию.

Чаще всего в учебных задачах требуется найти путь с минимальным суммарным весом. Его называют кратчайшим путём.

Однако слово «оптимальный» всегда связано с условием задачи.

км

Минимальное расстояние

Выбирается маршрут с наименьшей суммарной длиной.

мин

Минимальное время

Выбирается маршрут, который требует меньше времени.

₽

Минимальная стоимость

Выбирается самый дешёвый допустимый маршрут.

Не путайте: самый короткий по количеству рёбер маршрут не обязательно имеет минимальный вес.

Пример: количество рёбер и длина пути — разные вещи

Пусть из A в D можно пройти двумя способами.

A — D: одно ребро весом 20;
A — B — C — D: три ребра с весами 4, 5 и 3.

Первый маршрут содержит только одно ребро, но его длина равна 20.

Второй содержит три ребра, но его длина:

4 + 5 + 3 = 12.

Поэтому второй путь является более коротким по суммарному весу.

Как искать кратчайший путь вручную

В небольшом графе все возможные маршруты можно сравнить непосредственно.

1. Определите начало Найдите исходную вершину.

2. Определите конец Найдите вершину назначения.

3. Найдите маршруты Выпишите допустимые пути.

4. Найдите длины Сложите веса всех рёбер каждого пути.

5. Сравните Выберите минимальное значение.

Такой способ удобен, если граф маленький и возможных маршрутов немного.

Если граф содержит десятки, сотни или тысячи вершин, полный перебор всех путей становится неудобным. Тогда применяют специальные алгоритмы.

Идея алгоритма Дейкстры

Алгоритм Дейкстры

Алгоритм поиска кратчайших расстояний от выбранной начальной вершины до остальных вершин взвешенного графа при неотрицательных весах рёбер.

Алгоритм работает постепенно. Сначала расстояние до начальной вершины принимают равным нулю, а расстояния до остальных вершин считают неизвестными или бесконечно большими.

Затем рассматривают ближайшую ещё не обработанную вершину и проверяют, можно ли через неё получить более короткие пути к соседним вершинам.

Если новый найденный маршрут короче ранее известного, значение расстояния заменяется.

Основной принцип: если найден путь до вершины короче прежнего, старое значение заменяется новым.

Пошаговая идея алгоритма Дейкстры

Шаг	Действие	Что происходит	Зачем это нужно
1	Начальной вершине присваивается 0	Расстояние от вершины до самой себя равно нулю	Задаётся начало вычислений
2	Остальным вершинам задаётся очень большое значение	Их расстояния пока неизвестны	Позже значения будут уменьшаться
3	Выбирается ближайшая необработанная вершина	Её текущее минимальное расстояние фиксируется	От неё можно продолжить расчёт
4	Проверяются соседние вершины	К текущему расстоянию добавляется вес ребра	Получается возможное новое расстояние
5	Сравниваются значения	Если новый путь короче, значение заменяется	Сохраняется лучший найденный вариант
6	Процесс повторяется	Обрабатываются следующие вершины	Постепенно находятся кратчайшие расстояния

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Небольшой пример поиска кратчайшего пути

Пусть существуют следующие связи:

A — B: вес 3;
A — C: вес 7;
B — C: вес 2;
B — D: вес 6;
C — D: вес 2.

Найдём путь из A в D

Через B напрямую:

A — B — D = 3 + 6 = 9.

Через C напрямую:

A — C — D = 7 + 2 = 9.

Через B и C:

A — B — C — D = 3 + 2 + 2 = 7.

Следовательно, кратчайший из рассмотренных путей:

A — B — C — D, длина 7.

Теперь другая задача: сколько существует путей

Не во всех задачах нужно искать минимальное расстояние. Иногда требуется определить, сколько различных способов существует попасть из одной вершины в другую.

Рассмотрим ориентированный граф. Двигаться можно только в направлении стрелок.

Например:

из A можно перейти в B;
из A можно перейти в C;
из B можно перейти в D;
из C можно перейти в D.

Из A в D существуют два пути:

A → B → D;
A → C → D.

Поэтому ответ равен 2.

Ориентированный ациклический граф

Ориентированный граф, в котором невозможно, двигаясь по направлениям дуг, вернуться в уже пройденную вершину и образовать направленный цикл.

Именно в таких графах особенно удобно считать количество путей последовательным накоплением значений.

Если стрелки направлены условно слева направо, можно двигаться по вершинам в этом порядке и записывать, сколько различных путей приводит в каждую из них.

Главное правило подсчёта количества путей

Правило сложения

Количество путей, приходящих в вершину, равно сумме количеств путей во всех вершинах, из которых непосредственно идут дуги в эту вершину.

Начальной вершине присваивают значение 1. Это означает: находясь в начале, мы имеем один исходный способ начать движение.

Если из A идут стрелки в B и C, то в B приходит один путь и в C приходит один путь.

Если затем и B, и C ведут в D, то количество путей до D равно:

1 + 1 = 2.

Запомните: когда несколько ветвей сходятся в одной вершине, количества путей складываются.

Разберём более подробный пример

Пусть граф содержит дуги A → B, A → C, B → D, B → E, C → D, D → E.

A = 1 Начальная вершина.

B = 1 В B ведёт только путь из A.

C = 1 В C ведёт только путь из A.

D = 2 Пути приходят из B и C: 1 + 1.

E = 3 В E идут пути из B и D: 1 + 2.

Таким образом, из A в E существует 3 различных пути.

Их можно проверить непосредственным перечислением:

A → B → E;
A → B → D → E;
A → C → D → E.

Что нельзя делать при подсчёте путей

Нельзя двигаться против стрелки. Если существует A → B, это не означает существование B → A.
Нельзя считать один и тот же маршрут несколько раз. Пути должны отличаться хотя бы одной вершиной или дугой.
Нельзя просто считать стрелки. Количество дуг графа и количество возможных путей — разные величины.
Нельзя забывать складывать ветви. Если в вершину приходят пути из нескольких предыдущих вершин, их количества суммируются.
Нужно учитывать ограничения задачи. Иногда требуется считать пути, проходящие или не проходящие через определённую вершину.

Две разные задачи на графах

Найти оптимальный путь

Нужно сравнить веса маршрутов.

учитываем веса рёбер;
складываем веса;
ищем минимальное значение;
для больших графов применяем алгоритмы поиска кратчайшего пути.

Посчитать количество путей

Нужно определить число различных маршрутов.

учитываем направления стрелок;
в начальной вершине ставим 1;
распространяем количество путей вперёд;
в местах слияния ветвей складываем значения.

Учебная схема: анализ графов

На схеме будут собраны два основных типа задач этого урока: поиск кратчайшего маршрута во взвешенном графе и подсчёт количества путей в ориентированном ациклическом графе.

Анализ графов: длина пути, поиск кратчайшего пути, алгоритм Дейкстры и подсчёт количества путей в ориентированном графе — Анализ графов: кратчайший путь во взвешенном графе и подсчёт количества различных путей.

Как работать со схемой

Найдите начальную и конечную вершины во взвешенном графе.
Сравните несколько возможных маршрутов.
Сложите веса рёбер каждого маршрута.
Определите путь с минимальным суммарным весом.
Перейдите к ориентированному графу.
Поставьте в начальной вершине число 1.
Переносите количество путей по направлениям стрелок.
В вершинах, куда приходят несколько стрелок, сложите значения.

Практические задания

Задание 1. Найдите длину пути

Путь A — B — C — D проходит по рёбрам с весами 4, 6 и 3. Чему равна длина пути?

Показать решение

Ответ: 4 + 6 + 3 = 13.

Задание 2. Сравните маршруты

Путь A — B — D имеет веса 5 и 8. Путь A — C — D имеет веса 7 и 4. Какой путь короче?

Показать решение

Ответ: A — B — D = 13, A — C — D = 11. Кратчайший путь — A — C — D.

Задание 3. Количество рёбер или вес

Прямое ребро A — D имеет вес 15. Путь A — B — C — D имеет веса 3, 4 и 5. Какой маршрут оптимальнее по расстоянию?

Показать решение

Ответ: путь через B и C имеет длину 3 + 4 + 5 = 12. Это меньше 15, поэтому он короче, хотя содержит больше рёбер.

Задание 4. Посчитайте пути

В ориентированном графе существуют дуги A → B, A → C, B → D и C → D. Сколько различных путей ведёт из A в D?

Показать решение

Ответ: 2 пути: A → B → D и A → C → D.

Задание 5. Сложите количества путей

В вершину F идут дуги из D и E. До D существует 3 пути, а до E — 5 путей. Сколько путей ведёт в F, если других входящих дуг нет?

Показать решение

Ответ: 3 + 5 = 8 путей.

Задание 6. Учитывайте направление

Существуют дуги A → B и C → B. Можно ли по этим дугам пройти из A в C через B?

Показать решение

Ответ: нет. Из A можно попасть в B, но дуга между C и B направлена C → B, а не B → C.

Видео по теме

Сначала посмотрите основное короткое видео о поиске кратчайшего пути. Дополнительное видео посвящено подсчёту количества различных путей в ориентированном графе.

Основное видео. Проследите, как постепенно уточняются расстояния до вершин и выбирается кратчайший маршрут.

Открыть основное видео на Rutube

Важно: дополнительное видео используется для повторения и не входит в обязательные 35 минут основной работы.

Дополнительные материалы

Используйте дополнительные материалы после основного урока, если хотите разобрать больше задач на графы.

Перед открытием повторите

что называется весом ребра;
как вычисляется длина пути;
что означает кратчайший путь;
почему количество рёбер не равно длине пути;
как учитывается направление дуг;
как складывается количество путей.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы по порядку. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Как определяется длина пути во взвешенном графе?

Ответ: складываются веса всех рёбер или дуг, входящих в путь.

02 Что называют кратчайшим путём?

Ответ: путь с минимальной суммой весов среди допустимых путей между заданными вершинами.

03 Всегда ли путь с меньшим количеством рёбер является кратчайшим?

Ответ: нет. Нужно сравнивать сумму весов рёбер.

04 Для чего используется алгоритм Дейкстры?

Ответ: для поиска кратчайших расстояний от заданной вершины во взвешенном графе с неотрицательными весами.

05 Какое значение обычно ставят в начальную вершину при подсчёте количества путей?

Ответ: 1.

06 Что делать, если в вершину приходят пути из двух предыдущих вершин?

Ответ: количества путей из этих вершин нужно сложить.

07 Можно ли при подсчёте путей двигаться против направления стрелки?

Ответ: нет. В ориентированном графе движение выполняется только по направлению дуги.

08 Что означает ациклический граф?

Ответ: в нём нет направленного цикла, позволяющего по дугам вернуться в исходную вершину.

09 В вершину X приходят 4 пути из A и 3 пути из B. Сколько путей приходит в X?

Ответ: 4 + 3 = 7 путей.

10 Чем задача поиска кратчайшего пути отличается от задачи подсчёта путей?

Ответ: в первой задаче сравниваются веса маршрутов и выбирается минимальный, во второй определяется количество различных допустимых маршрутов.

Главное по уроку

Длина пути во взвешенном графе равна сумме весов всех рёбер или дуг, входящих в этот путь.

Кратчайшим называют путь с минимальным суммарным весом. Путь с меньшим количеством рёбер не обязательно является кратчайшим.

Для небольшого графа допустимые маршруты можно перечислить и сравнить вручную. Для более сложных графов применяются специальные алгоритмы поиска кратчайших путей, в том числе алгоритм Дейкстры.

При подсчёте количества путей в ориентированном графе необходимо строго соблюдать направления стрелок.

Начальной вершине присваивают один путь. Количество путей до каждой следующей вершины определяется по предыдущим вершинам.

Если в вершину приходят дуги из нескольких вершин, количества путей складываются.

Таким образом, анализ графов позволяет решать две важные практические задачи: выбирать оптимальный маршрут и определять количество различных вариантов движения между вершинами.

Следующий урок — урок 13: деревья, бинарные деревья и стратегии в дискретных играх.

13 Урок 13 Деревья. Бинарное дерево. Дерево игры и выигрышные стратегии Открыть урок Свернуть урок

Урок 13. Деревья. Бинарное дерево. Дерево игры и выигрышные стратегии

На этом уроке вы познакомитесь с деревьями как особым видом графов, разберёте устройство бинарного дерева и увидите, как дерево помогает представить все возможные варианты развития игры. Затем вы научитесь различать выигрышные и проигрышные позиции и понимать, что означает выигрышная стратегия в игре двух игроков с полной информацией.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Дерево

Поймёте, чем дерево отличается от произвольного графа.

Корень и листья

Научитесь находить основные элементы дерева.

Бинарное дерево

Разберётесь, почему у каждой вершины может быть не более двух потомков.

Дерево перебора

Научитесь изображать возможные варианты действий в виде ветвей.

Игровая позиция

Поймёте, как состояние игры представляется вершиной дерева.

Выигрышная стратегия

Разберёте, как гарантировать победу при любых допустимых ходах соперника.

Начнём с простого примера

Представьте структуру папок на компьютере. Есть главная папка, внутри неё находятся несколько папок следующего уровня, а в них — другие папки и файлы.

Такая структура напоминает дерево: от одной начальной вершины постепенно расходятся ветви.

Похожим образом можно представить родословную, структуру организации, меню программы, классификацию объектов или возможные варианты действий в задаче.

Главная идея: дерево удобно использовать там, где есть иерархия или последовательное ветвление вариантов.

Что такое дерево

Дерево

Связный граф без циклов.

Слово «связный» означает, что между любыми двумя вершинами дерева существует путь.

Отсутствие циклов означает, что нельзя пройти по рёбрам и вернуться в исходную вершину, не повторяя ребро.

Именно сочетание этих двух свойств делает дерево особой структурой.

Запомните: если в связном графе появляется цикл, такой граф уже не является деревом.

Основные элементы дерева

Корень

Начальная вершина дерева, от которой рассматривается его структура.

Родитель

Вершина, из которой непосредственно выходит связь к вершине следующего уровня.

Потомок

Вершина, непосредственно следующая за родительской вершиной.

Лист

Вершина, у которой нет потомков.

Уровень

Положение вершины относительно корня по числу переходов.

Ветвь

Часть дерева, начинающаяся от некоторой вершины и включающая её потомков.

Почему в дереве между вершинами только один простой путь

Возьмём две вершины дерева A и B. Поскольку дерево связно, путь между ними существует.

Если бы между A и B существовало два разных простых пути, вместе они образовали бы цикл.

Но циклов в дереве быть не может. Следовательно, между двумя вершинами дерева существует ровно один простой путь.

Это важное свойство: дерево задаёт однозначную структуру связей без обходных циклических маршрутов.

Бинарное дерево

Дерево, в котором каждая вершина имеет не более двух непосредственных потомков.

Два возможных потомка обычно называют левым и правым.

Вершина может иметь два потомка, одного потомка или не иметь потомков вообще.

Лист является вершиной без потомков.

Обычное дерево

Количество непосредственных потомков вершины может быть различным.

один потомок;
два потомка;
три и более потомков.

Бинарное дерево

Для каждой вершины допускается максимум два непосредственных потомка.

левый потомок;
правый потомок;
не более двух ветвей вниз.

Где используются деревья

Файловая система

Папки и вложенные каталоги образуют иерархическую структуру.

Меню программы

Пункты меню могут раскрываться в подменю следующего уровня.

Классификация

Объекты делятся на группы, затем на подгруппы и более узкие категории.

Поиск данных

Деревья применяются в алгоритмах хранения и быстрого поиска информации.

Разбор выражений

Структуру арифметического или логического выражения можно представить деревом.

Игры

Каждая ветвь может изображать один из возможных ходов игрока.

Дерево перебора вариантов

Дерево, в котором вершины обозначают состояния задачи, а рёбра — возможные переходы или действия.

Представьте, что в некоторой ситуации можно выбрать действие A или действие B.

После действия A появляются ещё два варианта, после действия B — другие варианты. Если последовательно изображать все допустимые решения, получится разветвляющееся дерево.

Такое представление позволяет увидеть не один отдельный сценарий, а сразу множество возможных сценариев.

Игра двух игроков с полной информацией

Игра с полной информацией

Игра, в которой оба игрока в каждый момент знают текущее состояние игры, правила и все сделанные ранее ходы.

В учебных задачах два игрока обычно ходят по очереди. Каждый игрок выбирает один из разрешённых ходов.

Игра завершается, когда выполняется заданное условие победы.

Например, перед игроками может лежать куча камней. За один ход разрешается добавить один камень или удвоить количество камней. Побеждает игрок, который первым получает не менее заданного числа камней.

Как строится дерево игры

Каждое состояние игры изображается отдельной вершиной.

1. Начальная позиция Записываем исходное состояние игры.

2. Ходы первого игрока Строим ветви для всех допустимых действий.

3. Ответы соперника Из каждой новой позиции строим его возможные ходы.

4. Следующий уровень Продолжаем ветвление вариантов.

5. Конечные позиции Отмечаем победу или поражение.

Простой пример дерева игры

Пусть в куче находится 5 камней. За ход разрешается прибавить 1 камень или увеличить число камней в два раза.

После первого хода возможны две позиции:

5 → 6;
5 → 10.

Если игра продолжается, из каждой из этих позиций снова строятся две ветви.

Например, из позиции 6 можно получить 7 или 12, а из позиции 10 — 11 или 20.

Так постепенно дерево показывает все возможные варианты игры на нужное число ходов.

Выигрышная и проигрышная позиции

Выигрышная позиция

Позиция, из которой игрок, делающий ход, может обеспечить себе победу при правильной игре.

существует подходящий ход;
он переводит соперника в невыгодное состояние;
стратегия учитывает все ответы соперника.

Проигрышная позиция

Позиция, из которой при правильной игре соперника нельзя гарантировать победу.

все допустимые ходы дают сопернику шанс победить;
соперник может ответить выигрышно;
нельзя обеспечить нужный результат независимо от ответа.

Что такое выигрышная стратегия

Выигрышная стратегия

Способ выбора ходов, который гарантирует игроку победу независимо от допустимых действий соперника.

Очень важно слово «гарантирует».

Недостаточно найти один вариант, в котором игрок побеждает. Необходимо проверить все возможные ответы соперника.

Если после выбранного хода соперник может сделать хотя бы один ответ, разрушающий план победы, такая последовательность действий ещё не является гарантированной выигрышной стратегией.

Ключевой принцип: свой ход игрок выбирает сам, но ответы соперника нужно рассматривать все.

Логика «существует» и «для всех»

Чей ход рассматривается	Как рассуждаем	Что требуется	Простой смысл
Наш ход	Ищем подходящий вариант	Достаточно существования одного выигрышного хода	Мы сами выбираем лучший ход
Ход соперника	Проверяем все варианты	Стратегия должна работать при любом его ответе	Соперник выберет самый неудобный для нас ход
Наш следующий ход	Снова ищем подходящий вариант	В каждой возникшей позиции нужен выигрышный ответ	Мы приспосабливаемся к ходу соперника
Конец игры	Проверяем условие победы	Нужный игрок должен сделать победный ход	Ветка дерева заканчивается результатом

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Стратегия в табличной форме

Дерево удобно для наглядного представления вариантов, но при большом количестве ветвей оно быстро становится громоздким.

Поэтому стратегию можно описывать таблицей: для каждой возможной позиции соперника указывается ответный ход игрока.

Текущая позиция	Кто ходит	Возможный ход	Следующая позиция
5	Первый игрок	×2	10
10	Второй игрок	+1	11
11	Первый игрок	×2	22

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Важно: приведённая таблица показывает только один сценарий. Для доказательства выигрышной стратегии необходимо учесть все допустимые ответы соперника.

Типичные ошибки

«Любой граф без стрелок является деревом». Дерево должно быть связным и не иметь циклов.
«В бинарном дереве у каждой вершины обязательно два потомка». Потомков может быть ноль, один или два.
«Лист находится только на самом нижнем уровне». Лист — любая вершина без потомков.
«Если найден один выигрышный сценарий, стратегия выигрышная». Нужно проверить все ответы соперника.
«В дереве игры вершины — это ходы». Обычно вершины обозначают состояния, а рёбра — ходы.
«Можно выбирать ход за соперника». При доказательстве стратегии рассматриваются все его допустимые ответы.

Учебная схема: деревья и выигрышные стратегии

На схеме собраны основные понятия урока: дерево и его элементы, бинарное дерево, дерево перебора вариантов, игровая позиция, выигрышная стратегия и логика анализа ходов двух игроков.

Деревья и бинарные деревья, дерево перебора вариантов, игра двух игроков и выигрышная стратегия — Деревья, бинарное дерево и анализ выигрышной стратегии в игре двух игроков.

Как работать со схемой

Найдите корень дерева.
Покажите несколько родительских вершин и их потомков.
Найдите листья.
Сравните обычное и бинарное дерево.
Рассмотрите дерево игры и определите, что обозначают вершины.
Проследите ветви возможных ходов игроков.
Найдите конечные выигрышные позиции.
Объясните, почему стратегия должна учитывать все ответы соперника.

Практические задания

Задание 1. Дерево или нет?

Связный граф содержит 6 вершин и не содержит ни одного цикла. Можно ли назвать его деревом?

Показать решение

Ответ: да. Связный граф без циклов является деревом.

Задание 2. Найдите листья

Вершина A имеет потомков B и C. Вершина B имеет потомков D и E. Вершины C, D и E потомков не имеют. Какие вершины являются листьями?

Показать решение

Ответ: C, D и E. У них нет потомков.

Задание 3. Бинарное ли дерево?

У вершины A три непосредственных потомка. Может ли такое дерево быть бинарным?

Показать решение

Ответ: нет. В бинарном дереве у вершины может быть не более двух непосредственных потомков.

Задание 4. Постройте первый уровень дерева игры

В куче 4 камня. За один ход можно добавить 1 камень или удвоить количество. Какие позиции появятся после первого хода?

Показать решение

Ответ: 5 и 8. Получаются две ветви: 4 → 5 и 4 → 8.

Задание 5. Что означает выигрышная стратегия?

Игрок нашёл ход, после которого он выигрывает при одном ответе соперника, но проигрывает при другом. Можно ли считать этот ход частью гарантированной выигрышной стратегии?

Показать решение

Ответ: нет. Выигрышная стратегия должна обеспечивать победу при любом допустимом ответе соперника.

Задание 6. Вершина или ребро?

Что обычно обозначает игровую позицию в дереве игры, а что обозначает переход к следующей позиции?

Показать решение

Ответ: игровая позиция обозначается вершиной, а допустимый ход — ребром дерева.

Видео по теме

Основное видео показывает задачу на стратегию игры двух игроков. Дополнительное видео помогает закрепить понятие бинарного дерева как структуры данных.

Основное видео. Следите не только за отдельными ходами, но и за рассуждением «при любом ходе соперника».

Открыть основное видео на Rutube

Важно: дополнительное видео используется для углубления темы и не входит в обязательные 35 минут основной работы.

Дополнительные материалы

Используйте дополнительные материалы после основного урока для повторения понятий и разбора новых игровых задач.

Перед открытием повторите

что называется деревом;
что такое корень, родитель, потомок и лист;
чем бинарное дерево отличается от обычного;
что обозначают вершины дерева игры;
что называется выигрышной стратегией;
почему необходимо учитывать все ходы соперника.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы по порядку. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется деревом?

Ответ: связный граф без циклов.

02 Что называется корнем дерева?

Ответ: начальная вершина, относительно которой рассматривается структура дерева.

03 Что называется листом?

Ответ: вершина дерева, не имеющая потомков.

04 Сколько потомков может иметь вершина бинарного дерева?

Ответ: не более двух.

05 Что обозначает вершина дерева игры?

Ответ: определённое состояние, или позицию, игры.

06 Что обозначает ребро дерева игры?

Ответ: допустимый ход, переводящий игру из одной позиции в другую.

07 Что называется выигрышной стратегией?

Ответ: способ выбора ходов, гарантирующий победу независимо от допустимых ходов соперника.

08 Почему одного выигрышного сценария недостаточно для доказательства стратегии?

Ответ: соперник может выбрать другой допустимый ход, поэтому необходимо проверить все его ответы.

09 Чем дерево отличается от графа с циклом?

Ответ: дерево циклов не содержит.

10 Где в информатике применяются деревья?

Ответ: в файловых системах, структурах данных, классификациях, поисковых алгоритмах, представлении выражений, переборе вариантов и анализе игр.

Главное по уроку

Дерево — это связный граф без циклов. Между любыми двумя его вершинами существует единственный простой путь.

В корневом дереве выделяют корень, родительские вершины, потомков, уровни и листья.

В бинарном дереве каждая вершина имеет не более двух непосредственных потомков.

Деревья применяются для представления иерархий, файловых систем, классификаций, вариантов решения задач и игровых ситуаций.

В дереве игры вершина обозначает позицию, а ребро — допустимый ход.

Выигрышная стратегия должна гарантировать победу при любом допустимом ответе соперника. Поэтому свой ход можно выбирать, а ответы соперника необходимо проверять все.

Стратегию можно представлять как деревом вариантов, так и таблицей ответных ходов.

Урок 13 завершает раздел 2 «Теоретические основы информатики». Перед уроком 14 необходимо разместить карточку следующего раздела — «Алгоритмы и программирование».

Информатика · 11 класс

Раздел 3. Алгоритмы и программирование

В разделе рассматриваются анализ и выполнение алгоритмов, определение исходных данных и результатов, этапы решения задач на компьютере, основные конструкции языка программирования, типы данных, ветвления и циклы, таблицы трассировки, разработка программ, обработка числовых последовательностей и строк, массивы, сортировка, рекурсивные алгоритмы и практическое программирование.

исполнители алгоритмы Python ветвления циклы массивы

11 уроков
в разделе

14 Урок 14 Результаты работы алгоритмов. Исходные данные и исполнители Открыть урок Свернуть урок

Урок 14. Результаты работы алгоритмов. Исходные данные и исполнители

На этом уроке вы повторите понятия алгоритма и исполнителя и перейдёте к анализу готовых алгоритмов. Основная задача — научиться строго выполнять команды по порядку, определять результат при известных исходных данных и решать обратную задачу: находить такие исходные данные, при которых алгоритм выдаёт заданный результат.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Алгоритм

Повторите, что такое точная последовательность команд.

Исполнитель

Разберёте систему команд исполнителя и допустимые действия.

Исходные данные

Поймёте, какие значения алгоритм получает перед началом работы.

Результат

Научитесь определять итог после последовательного выполнения команд.

Трассировка

Будете пошагово отслеживать изменение значений.

Обратная задача

Научитесь искать исходные данные по известному результату.

Что такое алгоритм

Алгоритм

Точное и понятное описание конечной последовательности действий, выполнение которых приводит от исходных данных к требуемому результату.

Алгоритмы окружают нас не только в программировании. Инструкция по сборке устройства, способ вычисления значения выражения, порядок оформления документа и рецепт приготовления блюда также описывают последовательность действий.

В информатике особенно важно, чтобы каждая команда была однозначной для исполнителя.

Исполнитель и система команд

Исполнитель алгоритма

Объект, способный выполнять определённый набор команд.

Исполнителем может быть человек, компьютерная программа, робот, автоматическое устройство или условный исполнитель из учебной задачи.

Система команд исполнителя

Это множество команд, которые данный исполнитель понимает и умеет выполнять.

Например, исполнитель «Калькулятор» может иметь команды:

прибавить 2;
умножить на 3;
вычесть 5.

Команда, которой нет в системе команд исполнителя, для него недопустима.

Исходные данные и результат

Исходные данные

Значения, с которыми алгоритм начинает работу.

число;
строка символов;
координаты;
набор значений;
состояние исполнителя.

Результат

Значение или состояние, полученное после завершения алгоритма.

новое число;
изменённая строка;
новое положение исполнителя;
логическое значение;
выведенное сообщение.

Схема: исходные данные → выполнение команд алгоритма → результат.

Простейший вычислительный алгоритм

Пусть исполнителю дано число x = 5.

Алгоритм содержит команды:

прибавить к x число 3;
умножить x на 2;
вычесть из x число 4.

Выполним команды строго по порядку.

x = 5 Исходное значение.

5 + 3 = 8 Первая команда.

8 × 2 = 16 Вторая команда.

16 − 4 = 12 Третья команда.

x = 12 Результат алгоритма.

Почему порядок команд важен

Возьмём исходное число 4 и две команды:

прибавить 3;
умножить на 2.

Сначала сложение

(4 + 3) × 2 = 14.

Сначала умножение

4 × 2 + 3 = 11.

Набор действий одинаковый, но порядок разный, поэтому результаты различаются.

Правило: нельзя переставлять команды алгоритма, если такая возможность специально не указана в условии.

Трассировка алгоритма

Трассировка

Пошаговое выполнение алгоритма с фиксацией значений переменных после каждой команды.

Трассировка помогает не держать все промежуточные вычисления в памяти и уменьшает вероятность ошибки.

Рассмотрим алгоритм:

a = a + 4;
b = a × 2;
a = b − 3.

При исходном значении a = 2 последовательно получаем:

после первой команды: a = 6;
после второй: b = 12;
после третьей: a = 9.

Присваивание: старое значение заменяется новым

Оператор присваивания

Команда, при которой переменная получает новое значение.

Запись

x = x + 1

не является обычным математическим равенством.

Она означает:

взять текущее значение x;
прибавить к нему 1;
полученный результат записать обратно в x.

Если x было равно 7, после команды x = x + 1 оно станет равно 8.

Анализ алгоритма с условием

Рассмотрим алгоритм:

Если x > 10, то x = x − 5, иначе x = x + 4.

При x = 13

Условие 13 > 10 истинно, поэтому выполняется команда:

13 − 5 = 8.

При x = 7

Условие 7 > 10 ложно, поэтому выполняется другая ветвь:

7 + 4 = 11.

Важно: при ветвлении выполняется только та ветвь алгоритма, условие которой соответствует текущим данным.

Обратная задача: найти исходное значение

Теперь известен результат, а исходное значение нужно определить.

Пусть алгоритм выполняет две команды:

умножить x на 3;
прибавить 6.

После выполнения алгоритма получилось число 30.

Можно рассуждать в обратном порядке.

30 Известный результат.

30 − 6 = 24 Отменяем последнее действие.

24 ÷ 3 = 8 Отменяем умножение.

x = 8 Исходное значение.

Проверка 8 × 3 + 6 = 30.

Прямой и обратный анализ

Прямой анализ

Исходные данные известны, требуется найти результат.

начинаем с исходного значения;
выполняем команды сверху вниз;
фиксируем промежуточные значения;
получаем результат.

Обратный анализ

Результат известен, требуется восстановить исходные данные.

начинаем с результата;
рассматриваем действия в обратном порядке;
используем обратные операции;
обязательно проверяем найденное значение.

Учебная схема: как работает алгоритм

На схеме показаны исходные данные, система команд исполнителя, последовательное изменение переменной, получение результата и обратный поиск исходного значения по известному результату.

Алгоритм, исполнитель, исходные данные, выполнение команд, трассировка, результат и обратный поиск исходного значения — Анализ алгоритма: исходные данные → команды исполнителя → промежуточные значения → результат.

Как работать со схемой

Найдите исходное значение переменной.
Проследите команды алгоритма сверху вниз.
Определите значение после каждого шага.
Найдите конечный результат.
Рассмотрите пример с условием.
Проследите, почему выполняется только одна ветвь.
Перейдите к обратному примеру.
Проверьте найденное исходное значение прямым выполнением алгоритма.

Типичные ошибки

Команды выполняются не по порядку. Алгоритм необходимо исполнять строго в заданной последовательности.
Новое значение переменной не заменяет старое. После присваивания используется уже изменённое значение.
Выполняются обе ветви условия. При обычном ветвлении выбирается только одна ветвь.
При обратной задаче операции выполняются в том же порядке. Нужно идти от последней команды к первой.
Не выполняется проверка. Найденное исходное значение нужно подставить в исходный алгоритм.
Команда воспринимается как формула. Запись x = x + 2 означает изменение значения переменной.

Практические задания

Задание 1. Выполните алгоритм

Исходное значение x = 4. Выполняются команды: x = x + 5; затем x = x × 2. Определите результат.

Показать решение

Ответ: 4 + 5 = 9; 9 × 2 = 18. Результат — 18.

Задание 2. Следите за присваиванием

x = 3. Выполняются команды x = x × 4; x = x − 2; x = x + 5. Чему станет равен x?

Показать решение

Ответ: 3 × 4 = 12; 12 − 2 = 10; 10 + 5 = 15.

Задание 3. Выберите ветвь

Если x ≥ 8, то x = x × 2, иначе x = x + 3. Чему станет равен x при исходном значении 6?

Показать решение

Ответ: условие 6 ≥ 8 ложно. Выполняется ветвь «иначе»: 6 + 3 = 9.

Задание 4. Найдите исходное число

Исполнитель сначала прибавляет к числу 4, затем умножает результат на 2. Получилось 20. Какое число было исходным?

Показать решение

Ответ: идём обратно: 20 ÷ 2 = 10; 10 − 4 = 6. Исходное число — 6.

Задание 5. Две переменные

a = 5. Выполняется b = a + 2, затем a = b × 3. Чему равны a и b после выполнения?

Показать решение

Ответ: b = 7, затем a = 7 × 3 = 21. Итог: a = 21, b = 7.

Задание 6. Найдите ошибку

Ученик выполняет команды x = x + 2 и x = x × 5 при x = 3 и получает 17. Верен ли результат?

Показать решение

Ответ: нет. Сначала 3 + 2 = 5, затем 5 × 5 = 25. Правильный результат — 25.

Видео по теме

Основное видео показывает практическое определение результата работы алгоритма и соответствует типу задач, который рассматривается в 11 классе. Дополнительное видео можно использовать для повторения базовых понятий алгоритма и исполнителя.

Основное видео. Обратите внимание на последовательное выполнение команд и определение результата алгоритма при заданных исходных данных.

Открыть основное видео на Rutube

Важно: дополнительное видео предназначено для повторения и не входит в обязательные 35 минут основной работы.

Дополнительные материалы

После основного урока дополнительные задачи можно использовать для закрепления навыка формального выполнения алгоритмов.

Перед открытием повторите

что называется алгоритмом;
кто является исполнителем;
что такое система команд;
что называют исходными данными;
как выполняется присваивание;
как определить результат алгоритма;
как решается обратная задача.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Выполняйте команды строго по порядку. После ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется алгоритмом?

Ответ: точная последовательность действий, ведущая от исходных данных к требуемому результату.

02 Кто называется исполнителем алгоритма?

Ответ: объект, способный понимать и выполнять команды определённой системы команд.

03 Что называется исходными данными?

Ответ: данные или состояние, с которыми алгоритм начинает работу.

04 Что называется результатом алгоритма?

Ответ: значение или состояние, полученное после завершения выполнения алгоритма.

05 Что означает команда x = x + 3?

Ответ: к текущему значению x прибавляется 3, после чего полученное значение записывается обратно в x.

06 Что такое трассировка алгоритма?

Ответ: пошаговое выполнение алгоритма с фиксацией промежуточных значений.

07 Почему нельзя произвольно менять порядок команд?

Ответ: следующая команда обычно использует результат предыдущей, поэтому изменение порядка может изменить итог.

08 Что происходит при ветвлении?

Ответ: в зависимости от истинности условия выбирается одна из предусмотренных ветвей выполнения.

09 Как решается простая обратная задача?

Ответ: от известного результата идут назад по алгоритму, применяя обратные операции в обратном порядке.

10 Почему найденное исходное значение нужно проверять?

Ответ: чтобы убедиться, что при прямом выполнении исходного алгоритма действительно получается требуемый результат.

Главное по уроку

Алгоритм описывает конечную и точную последовательность действий, переводящую исходные данные в результат.

Исполнитель может выполнять только команды своей системы команд.

Чтобы определить результат алгоритма, необходимо выполнять команды строго в указанном порядке и учитывать изменение значений переменных после каждого присваивания.

При ветвлении дальнейшее выполнение зависит от истинности заданного условия.

Трассировка позволяет фиксировать состояние переменных после каждого шага и значительно уменьшает количество ошибок.

В обратной задаче известен результат и требуется подобрать или вычислить исходные данные, которые приведут к этому результату.

После нахождения исходного значения необходимо выполнить прямую проверку.

Следующий урок — урок 15: этапы решения задачи на компьютере и переход от постановки задачи к алгоритму и программе.

15 Урок 15 Этапы решения задач на компьютере. Язык программирования и программа Открыть урок Свернуть урок

Урок 15. Этапы решения задач на компьютере. Язык программирования и программа

На прошлом уроке вы выполняли уже готовые алгоритмы. Теперь разберём более важный вопрос: как алгоритм вообще появляется. Компьютер сам не понимает условие задачи и не придумывает способ её решения. Сначала человек должен понять задачу, определить исходные данные и результат, построить информационную модель, разработать алгоритм и только после этого записать его на языке программирования. Затем программу необходимо проверить на тестах и исправить найденные ошибки.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Постановка задачи

Научитесь выделять, что дано, что требуется получить и какие есть ограничения.

Формализация

Поймёте, как перейти от текста задачи к величинам, формулам и связям.

Алгоритм

Разберёте, как составить последовательность действий до написания программы.

Программирование

Увидите, как алгоритм записывается на понятном компьютеру формальном языке.

Тестирование

Научитесь подбирать данные, позволяющие проверить правильность программы.

Отладка

Поймёте, как находят и исправляют синтаксические и логические ошибки.

Почему нельзя сразу начинать писать программу

Одна из самых распространённых ошибок начинающего программиста — сразу открыть среду программирования и начать писать команды.

Но компьютерная программа является только одним из последних этапов решения задачи.

Если человек неправильно понял условие, неверно выбрал формулу или составил неправильный алгоритм, даже программа без единой синтаксической ошибки будет выдавать неправильный результат.

Поэтому сначала нужно ответить на три простых вопроса:

Что известно?
Что требуется найти?
Как связаны известные и неизвестные величины?

Запомните: программирование начинается не с кода, а с понимания задачи.

Общая последовательность решения задачи

Для большинства учебных задач можно использовать следующую последовательность.

1. Постановка Понять условие и цель.

2. Модель Выделить данные, величины и связи.

3. Алгоритм Определить порядок действий.

4. Программа Записать алгоритм на языке программирования.

5. Проверка Протестировать и исправить ошибки.

В реальной разработке отдельные этапы могут повторяться: после тестирования иногда приходится возвращаться к алгоритму или даже уточнять постановку задачи.

Этап 1. Постановка задачи

Постановка задачи

Точное описание того, какие исходные данные известны, какой результат требуется получить и при каких условиях должна решаться задача.

Рассмотрим задачу:

«Автомобиль движется со скоростью v километров в час в течение t часов. Определить пройденное расстояние».

Что дано?

скорость автомобиля v;
время движения t.

Что требуется найти?

Расстояние s.

Какие ограничения разумны?

В обычной задаче скорость и время должны быть неотрицательными.

Этап 2. Формализация и информационная модель

Формализация

Переход от словесного описания задачи к точному описанию величин, отношений, формул и условий.

Компьютеру невозможно передать команду «посчитай расстояние автомобиля» без точного определения, как это сделать.

Из курса математики и физики известно:

s = v × t

Теперь задача получила формальную модель:

входные данные: v и t;
вычисление: s = v × t;
выходные данные: s.

Важно: программа реализует выбранную модель. Если модель неверна, программа также будет решать задачу неверно.

Этап 3. Разработка алгоритма

Теперь нужно описать последовательность действий, не привязываясь пока к конкретному языку программирования.

Алгоритм решения

получить значение скорости v;
получить значение времени t;
вычислить s = v × t;
вывести значение s.

Этот алгоритм уже достаточно точен, чтобы его можно было реализовать на Python, Pascal, Java, C++, C# или другом языке.

Разница: алгоритм описывает способ решения, а программа — его конкретную запись на языке программирования.

Что такое язык программирования

Язык программирования

Формальный язык, предназначенный для записи алгоритмов и создания компьютерных программ.

Обычный человеческий язык допускает неоднозначность. Фраза «сделай немного больше» понятна человеку из контекста, но компьютеру она непонятна.

Язык программирования имеет точные правила записи.

В школьной программе могут использоваться, например:

Python;
Pascal;
Java;
C++;
C#.

Основные алгоритмические идеи при этом остаются одинаковыми. Различается прежде всего форма записи команд.

Алгоритм и программа — не одно и то же

Алгоритм

Общий способ решения задачи.

может быть записан словами;
может быть представлен блок-схемой;
не зависит обязательно от языка;
описывает порядок действий.

Программа

Запись алгоритма на конкретном языке программирования.

подчиняется синтаксису языка;
содержит конкретные команды;
может быть выполнена компьютером;
требует проверки и отладки.

Этап 4. Запись алгоритма на Python

Для примера реализуем задачу о расстоянии на языке Python.

v = float(input("Введите скорость: ")) t = float(input("Введите время: ")) s = v * t print("Расстояние:", s)

Первая строка

input() получает данные, введённые пользователем.

Функция float() преобразует введённый текст в вещественное число. Это позволяет использовать, например, скорость 62.5 км/ч.

Вторая строка

Аналогичным образом вводится время t.

Третья строка

Вычисляется произведение v × t и записывается в переменную s.

Последняя строка

Команда print() выводит полученный результат.

Что такое переменная

Переменная

Именованная величина, значение которой может использоваться и изменяться во время выполнения программы.

В нашей программе используются три переменные:

v — скорость;
t — время;
s — расстояние.

Имя переменной помогает человеку понимать назначение данных.

Например, запись s = v * t значительно понятнее, чем использование бессмысленных названий вроде x1, x2 и x3.

Типы данных: первое знакомство

Разные данные требуют различного представления. Подробно типы данных будем использовать в следующих уроках.

int

Целые числа

Например: 0, 5, −12, 2026.

float

Вещественные числа

Например: 2.5, 0.75, −3.14.

str

Строки

Текстовые данные: имя, сообщение, набор символов.

bool

Логические значения

Два значения: истина или ложь.

Важно: число 25 и строка "25" для программы — не одно и то же.

Этап 5. Выполнение и тестирование

Тестирование программы

Проверка работы программы на специально подобранных наборах исходных данных.

Программа запустилась без сообщения об ошибке — это ещё не означает, что она работает правильно.

Нужно заранее выбрать данные, для которых правильный ответ можно получить вручную.

Первый тест

v = 60, t = 2.

Ожидаемый результат:

60 × 2 = 120.

Второй тест

v = 80, t = 0.5.

Ожидаемый результат:

80 × 0.5 = 40.

Если программа получает именно эти значения, первая проверка пройдена успешно.

Какие тесты полезно использовать

Тип теста	Что проверяем	Пример	Почему это важно
Обычный	Стандартную работу программы	v = 60, t = 2	Проверяет основной сценарий
Простой	Данные, для которых ответ очевиден	v = 1, t = 10	Легко проверить результат вручную
Граничный	Значения около допустимой границы	t = 0	Помогает обнаружить ошибки в особых случаях
Дробный	Работу с вещественными значениями	v = 50.5, t = 2	Проверяет правильный выбор типа данных

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Этап 6. Отладка программы

Отладка

Процесс поиска причин неправильной работы программы и исправления обнаруженных ошибок.

Ошибки программы условно можно разделить на несколько групп.

Синтаксическая ошибка

Нарушены правила записи языка программирования. Программа обычно не запускается.

Ошибка выполнения

Ошибка возникает уже во время работы программы, например при недопустимой операции.

Логическая ошибка

Программа выполняется, но выдаёт неправильный результат из-за неверного алгоритма или формулы.

Самая опасная ошибка — логическая

Предположим, для вычисления расстояния написана строка:

s = v + t

С точки зрения Python команда записана правильно. Программа запустится.

Но математическая модель ошибочна: расстояние вычисляется как произведение скорости на время, а не как их сумма.

Правильная команда:

s = v * t

Поэтому тестирование обязательно: отсутствие сообщения об ошибке ещё не доказывает правильность программы.

Полный путь решения задачи

Этап	Главный вопрос	Результат этапа	Пример
1. Постановка задачи	Что дано и что требуется?	Точное условие	Даны v и t, найти s
2. Формализация	Как связаны величины?	Информационная модель	s = v × t
3. Алгоритмизация	Какие действия выполнить?	Алгоритм	ввод → вычисление → вывод
4. Программирование	Как записать алгоритм на языке?	Исходный код программы	s = v * t
5. Тестирование	Правильно ли работает программа?	Результаты тестов	60 × 2 = 120
6. Отладка	Почему возникла ошибка?	Исправленная программа	поиск и устранение причины
7. Анализ результата	Соответствует ли ответ задаче?	Готовое решение	120 км

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Учебная схема: от задачи к готовой программе

Рассмотрите схему как единый процесс: условие задачи постепенно превращается в формальную модель, алгоритм, программу и проверенный результат.

Этапы решения задачи на компьютере: постановка задачи, формализация, алгоритм, программирование, тестирование, отладка и результат — Этапы решения задачи на компьютере: от понимания условия до проверенной программы.

Как работать со схемой

Начните с текста задачи.
Найдите блок «исходные данные».
Определите требуемый результат.
Проследите переход к математической или информационной модели.
Найдите алгоритм.
Сравните алгоритм и его программную реализацию.
Проследите этап тестирования.
Обратите внимание на возврат к предыдущим этапам при обнаружении ошибки.

Как распределить 35 минут урока

Повторение

Алгоритм, исполнитель, исходные данные и результат.

Первые этапы

Постановка задачи, формализация и построение алгоритма.

Программа

Язык программирования, переменные и пример Python.

Видео

Краткое основное видео о решении задач на компьютере.

Практика

Тестирование, отладка и практические задания.

Самопроверка

Интерактив, вопросы и итог урока.

Типичные ошибки

Сразу писать программу. Сначала необходимо понять задачу и разработать алгоритм.
Не определять входные данные. Нужно заранее понимать, какие значения получает программа.
Путать алгоритм и программу. Алгоритм — способ решения, программа — его запись на конкретном языке.
Проверять программу только один раз. Одного теста недостаточно.
Считать отсутствие сообщения об ошибке доказательством правильности. Логическая ошибка может никак не мешать запуску.
Исправлять код, не понимая причины ошибки. Сначала необходимо определить, на каком этапе решение стало неправильным.
Не проверять единицы измерения. Численно правильная операция может не соответствовать смыслу задачи.

Практические задания

Задание 1. Определите вход и выход

Программа должна вычислять площадь прямоугольника по длинам его сторон a и b. Какие данные являются входными, а какое значение является результатом?

Показать решение

Ответ: входные данные — a и b. Результат — площадь S = a × b.

Задание 2. Постройте модель

Известна цена одного товара p и количество товаров n. Требуется найти общую стоимость покупки. Запишите математическую модель.

Показать решение

Ответ: cost = p × n.

Задание 3. Составьте алгоритм

Необходимо найти периметр квадрата по длине его стороны a. Запишите алгоритм словами.

Показать решение

получить значение a;
вычислить P = 4 × a;
вывести P.

Задание 4. Найдите логическую ошибку

Для площади прямоугольника ученик написал команду S = 2 × (a + b). Правильно ли это?

Показать решение

Ответ: нет. Формула 2 × (a + b) вычисляет периметр. Площадь прямоугольника вычисляется как S = a × b.

Задание 5. Подберите тест

Программа вычисляет квадрат числа: y = x². Предложите простой тест, правильность которого легко проверить вручную.

Показать решение

Пример ответа: x = 3, ожидаемый результат y = 9. Подойдут и другие заранее проверяемые значения.

Задание 6. Расставьте этапы

Расположите в правильном порядке: тестирование, программирование, постановка задачи, разработка алгоритма, формализация.

Показать решение

Ответ: постановка задачи → формализация → разработка алгоритма → программирование → тестирование.

Задание 7. Прочитайте программу

Что вычисляет следующий фрагмент?

a = float(input()) b = float(input()) p = 2 * (a + b) print(p)

Показать решение

Ответ: программа получает стороны прямоугольника a и b и вычисляет его периметр.

Видео по теме

Основное видео кратко показывает общую последовательность решения задач на компьютере. После просмотра вернитесь к подробной схеме урока и повторите каждый этап своими словами.

Основное видео. Обратите внимание на последовательность перехода от постановки задачи к компьютерному решению.

Открыть основное видео на Rutube

Важно: дополнительное YouTube-видео используется для повторения и не входит в обязательные 35 минут основной работы.

Дополнительные материалы

После основного урока можно перейти к дополнительным задачам и постепенно начать писать простейшие программы самостоятельно.

Перед открытием повторите

что означает постановка задачи;
что такое формализация;
чем алгоритм отличается от программы;
что такое язык программирования;
для чего выполняется тестирование;
что называют отладкой;
чем логическая ошибка отличается от синтаксической.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы по порядку. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 С какого этапа начинается решение задачи на компьютере?

Ответ: с постановки задачи — определения исходных данных, требуемого результата и условий.

02 Что называется формализацией?

Ответ: переход от словесного описания задачи к точному описанию величин, связей, формул и условий.

03 Почему алгоритм разрабатывается до написания программы?

Ответ: сначала нужно определить правильный способ решения, а затем уже записывать его средствами конкретного языка программирования.

04 Что называется языком программирования?

Ответ: формальный язык для записи алгоритмов и создания компьютерных программ.

05 Чем программа отличается от алгоритма?

Ответ: алгоритм описывает способ решения, а программа является записью этого алгоритма на конкретном языке программирования.

06 Для чего нужно тестирование?

Ответ: для проверки правильности работы программы на специально подобранных исходных данных.

07 Что называют отладкой?

Ответ: поиск причин неправильной работы программы и исправление обнаруженных ошибок.

08 Может ли программа с логической ошибкой успешно запускаться?

Ответ: да. Она может выполняться без сообщения об ошибке, но выдавать неправильный результат.

09 Почему полезно использовать несколько тестов?

Ответ: программа может правильно работать для одного набора данных и ошибаться для другого, особенно в граничных и специальных случаях.

10 Что делать, если тестирование обнаружило неправильный ответ?

Ответ: определить причину ошибки, проверить модель, алгоритм и программу, исправить ошибку и снова выполнить тестирование.

Главное по уроку

Компьютер не решает задачу непосредственно по её словесному условию. Решение проходит несколько последовательных этапов.

Сначала выполняется постановка задачи: определяются исходные данные, требуемый результат и ограничения.

Затем выполняется формализация — создаётся точная информационная или математическая модель задачи.

На основе модели разрабатывается алгоритм — последовательность действий, ведущая к результату.

После этого алгоритм записывается на конкретном языке программирования и превращается в программу.

Готовую программу необходимо протестировать на нескольких наборах исходных данных.

Если обнаруживаются ошибки, выполняется отладка: определяется причина неправильной работы, программа исправляется и снова тестируется.

Алгоритм и программа — разные понятия. Один и тот же алгоритм можно реализовать на разных языках программирования.

Отсутствие сообщения об ошибке не доказывает правильность решения: программа может содержать логическую ошибку.

Следующий урок — урок 16: основные конструкции языка программирования, переменные и типы данных. Последовательное выполнение команд.

16 Урок 16 Основные конструкции языка программирования. Переменные и типы данных Открыть урок Свернуть урок

Урок 16. Основные конструкции языка программирования. Переменные и типы данных

На прошлом уроке вы проследили путь от постановки задачи до программы. Теперь начинаем подробно разбирать сам язык программирования. На примерах Python вы узнаете, что такое переменная и присваивание, почему данные имеют разные типы, чем число отличается от строки, как работают целые, вещественные, строковые и логические значения, как программа получает данные с клавиатуры и выводит результат. Все примеры рассматриваются с самых основ.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Переменная

Поймёте, как программа хранит значения и обращается к ним по имени.

Присваивание

Научитесь читать команды вида x = 5 и x = x + 1.

Типы данных

Различите int, float, str и bool.

Ввод

Разберётесь, как input() получает данные и почему они сначала являются строкой.

Вывод

Научитесь выводить значения и поясняющий текст с помощью print().

Линейный алгоритм

Составите программы, в которых команды выполняются последовательно сверху вниз.

Что такое переменная

Переменная

Именованная величина, значение которой программа может хранить, использовать и изменять во время выполнения.

Для первого знакомства удобно представить переменную как подписанную ячейку, в которой находится некоторое значение.

Например:

age = 17

Здесь age — имя переменной, а число 17 — её текущее значение.

Позже значение можно заменить:

age = 18

После выполнения второй команды переменная age уже содержит 18. Старое значение 17 больше не является текущим значением этой переменной.

Что означает знак = в программе

Присваивание

Операция записи некоторого значения в переменную.

В математике запись

x = 5

читается как «x равно пяти».

В программировании такая запись обычно означает действие: записать значение 5 в переменную x.

Особенно хорошо различие видно в команде:

x = x + 1

Как обычное математическое равенство эта запись невозможна. Но как команда программы она совершенно корректна.

x = 7 Текущее значение.

x + 1 Вычисляем 7 + 1.

Получаем 8 Результат выражения.

x = 8 Записываем результат в x.

Дальше Используется уже новое значение.

Как выбирать имена переменных

Имя переменной должно помогать понимать программу.

Сравните:

a = 80 b = 2 c = a * b

speed = 80 time = 2 distance = speed * time

Обе программы могут выполнять одинаковое вычисление, но второй вариант читается значительно легче.

В Python имя переменной:

может содержать латинские буквы, цифры и знак подчёркивания;
не должно начинаться с цифры;
не должно совпадать с ключевым словом языка;
различает регистр букв: age и Age — разные имена.

Хорошая практика: использовать понятные имена: price, count, total, speed, name, result.

Зачем данным нужны типы

Компьютер должен понимать не только само значение, но и то, что это за данные.

Например, запись 25 может обозначать число, с которым выполняют арифметические действия.

А запись "25" может быть текстом — двумя символами «2» и «5».

Для программы это разные объекты.

Тип данных

Характеристика данных, определяющая множество возможных значений и допустимые операции над ними.

Основные типы данных

int

Целые числа

Числа без дробной части: 0, 12, −7, 2026.

float

Вещественные числа

Числа с дробной частью: 3.14, 0.5, −12.75.

str

Строки

Текст и последовательности символов: "Москва", "25", "Привет".

bool

Логические значения

Два значения: True — истина и False — ложь.

Целочисленный тип int

Тип int используется для целых чисел.

students = 25 year = 2026 temperature = -8

Над целыми числами можно выполнять арифметические операции:

сложение: +;
вычитание: −;
умножение: *;
деление: /;
целочисленное деление: //;
остаток от деления: %;
возведение в степень: **.

Пример: 17 // 5 = 3, а 17 % 5 = 2. Число 17 содержит три полные пятёрки, после которых остаётся 2.

Вещественный тип float

Тип float используется для чисел с дробной частью.

height = 1.84 price = 149.90 temperature = -3.5

В Python дробная часть записывается через точку, а не через запятую.

Поэтому запись

x = 2.5

корректна, а запись числа 2,5 в программном коде имеет другой смысл и не должна использоваться как обычная десятичная запись.

Строковый тип str

Строка — это последовательность символов.

name = "Анна" city = "Москва" code = "2026"

Строки заключаются в кавычки.

Особенно важно понимать разницу между числом и строкой:

a = 10 b = 20 print(a + b)

Результат:

Но:

a = "10" b = "20" print(a + b)

Результат:

1020

Для строк оператор + выполняет соединение строк — конкатенацию.

Логический тип bool

Логическое значение

Значение, которое может быть либо истинным, либо ложным.

В Python используются:

True False

Логическое значение часто получается в результате сравнения.

x = 10 print(x > 5) print(x == 10) print(x < 0)

Результат:

True True False

В следующем уроке логические значения будут использоваться для выбора разных ветвей программы.

Как узнать тип значения

В Python для этого используется функция type().

a = 12 b = 3.5 c = "Привет" d = True print(type(a)) print(type(b)) print(type(c)) print(type(d))

Программа покажет, что значения принадлежат типам int, float, str и bool.

Ввод данных: функция input()

input()

Функция Python, которая позволяет программе получить данные, введённые пользователем с клавиатуры.

name = input("Введите имя: ") print("Здравствуйте,", name)

Если пользователь введёт Анна, программа запишет текст «Анна» в переменную name.

Но у input() есть очень важное свойство:

результат input() является строкой.

Даже если человек вводит 25, без дополнительного преобразования программа получает строку "25".

Это одна из самых частых ошибок начинающих: input() сам по себе не превращает введённые символы в число.

Почему иногда нужно преобразовать тип

Рассмотрим программу:

a = input("Введите первое число: ") b = input("Введите второе число: ") print(a + b)

Если пользователь введёт 10 и 20, программа выведет:

1020

Причина: a и b являются строками.

Для сложения чисел необходимо преобразовать ввод:

a = int(input("Введите первое число: ")) b = int(input("Введите второе число: ")) print(a + b)

Теперь результат равен:

Преобразование типов

Функция	Назначение	Пример	Результат
int()	Преобразовать подходящее значение в целое число	int("25")	25
float()	Получить вещественное число	float("3.5")	3.5
str()	Преобразовать значение в строку	str(25)	"25"
bool()	Преобразовать значение в логический тип	bool(1)	True

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Вывод данных: функция print()

print()

Функция Python для вывода данных.

name = "Анна" age = 17 print(name) print(age) print("Имя:", name) print("Возраст:", age)

В print() можно передавать как готовый текст, так и значения переменных.

Если передать несколько объектов через запятую, Python обычно выводит между ними пробел.

Последовательный, или линейный, алгоритм

Линейный алгоритм

Алгоритм, в котором команды выполняются последовательно одна за другой без ветвлений и повторений.

Например, найдём площадь и периметр прямоугольника.

a = float(input("Длина: ")) b = float(input("Ширина: ")) area = a * b perimeter = 2 * (a + b) print("Площадь:", area) print("Периметр:", perimeter)

Ввод a Получаем длину.

Ввод b Получаем ширину.

Площадь area = a × b.

Периметр 2 × (a + b).

Вывод Показываем результаты.

Арифметические операции в Python

Операция	Запись	Пример	Результат
Сложение	+	8 + 3	11
Вычитание	-	8 - 3	5
Умножение	*	8 * 3	24
Обычное деление	/	8 / 2	4.0
Целочисленное деление	//	8 // 3	2
Остаток	%	8 % 3	2
Степень	**	2 ** 3	8

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Почему скобки важны

В программах действует порядок арифметических операций.

Например:

x = 2 + 3 * 4

Сначала выполняется умножение:

2 + 12 = 14.

Если требуется сначала выполнить сложение:

x = (2 + 3) * 4

получится:

5 × 4 = 20.

Совет: если выражение сложное, используйте скобки так, чтобы порядок вычислений был понятен человеку, читающему программу.

Число и строка: сравним ещё раз

Число 25

Имеет числовой тип.

можно складывать;
умножать;
делить;
сравнивать как число.

x = 25 print(x + 5)

Результат: 30.

Строка "25"

Содержит два символа.

можно соединять с другими строками;
обрабатывать как текст;
нельзя без преобразования использовать как обычное число.

x = "25" print(x + "5")

Результат: 255.

Типичные ошибки начинающих

Забывают преобразовать input() в число. В результате вместо 10 + 20 получается строка 1020.
Путают = и математическое равенство. В программе = обычно означает присваивание.
Используют запятую в десятичной дроби. В коде Python вещественное число записывается через точку: 3.5.
Забывают кавычки у строки. Текст "Москва" должен быть заключён в кавычки.
Путают = и ==. = присваивает значение, а == сравнивает два значения.
Используют переменную до присваивания значения. Перед чтением переменная должна получить значение.
Не учитывают порядок операций. При необходимости следует использовать скобки.

Учебная схема: переменные, типы данных и ввод-вывод

На схеме будут объединены основные понятия урока: переменная, присваивание, int, float, str, bool, преобразование типов, input(), print() и пример линейной программы.

Python: переменные, присваивание, типы int float str bool, ввод input, вывод print и линейная программа — Переменные и типы данных Python: ввод → преобразование типа → вычисление → вывод результата.

Как работать со схемой

Найдите пример присваивания значения переменной.
Сравните четыре основных типа данных.
Найдите число и строку, которые выглядят одинаково.
Проследите работу input().
Посмотрите, где используется int() или float().
Проследите последовательный алгоритм сверху вниз.
Найдите вычисляемые переменные.
Определите, что выводит print().

Практические задания

Задание 1. Определите значение переменной

Выполняются команды: x = 5; x = x + 3; x = x * 2. Чему станет равен x?

Показать решение

Ответ: сначала 5 + 3 = 8, затем 8 × 2 = 16. Итог: x = 16.

Задание 2. Определите тип

Какие типы имеют значения: 15, 2.5, "15", True?

Показать решение

Ответ: 15 — int; 2.5 — float; "15" — str; True — bool.

Задание 3. Предскажите результат

Что выведет программа?

a = "7" b = "3" print(a + b)

Показать решение

Ответ: 73. Переменные содержат строки, поэтому выполняется соединение строк.

Задание 4. Исправьте ввод

Нужно получить от пользователя два целых числа и найти их сумму. Почему следующая программа может работать неправильно?

a = input() b = input() print(a + b)

Показать решение

input() возвращает строки. Нужно преобразовать их:

a = int(input()) b = int(input()) print(a + b)

Задание 5. Целочисленное деление

Чему равны выражения 17 // 5 и 17 % 5?

Показать решение

Ответ: 17 // 5 = 3, а 17 % 5 = 2.

Задание 6. Составьте программу

Напишите программу, которая получает цену одного товара и его количество, а затем выводит общую стоимость.

Показать решение

price = float(input("Цена: ")) count = int(input("Количество: ")) total = price * count print("Стоимость:", total)

Задание 7. Логическое значение

Что выведет программа?

x = 8 print(x > 5) print(x == 10)

Показать решение

Ответ: первая команда выведет True, вторая — False.

Видео по теме

Основное видео посвящено переменным и базовым типам данных. При просмотре особенно обратите внимание на смысл присваивания, тип хранимого значения и правила выбора имён переменных.

Основное видео. Повторите определения переменной и типа данных, а затем сравните int, float, строковый и логический типы.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительные материалы

После основного урока можно потренироваться в написании коротких линейных программ.

Перед открытием повторите

что такое переменная;
что означает присваивание;
чем int отличается от float;
чем число отличается от строки;
что возвращает input();
для чего нужны int() и float();
как работает print();
что называется линейным алгоритмом.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы по порядку. После каждого ответа прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется переменной?

Ответ: именованная величина, значение которой программа может хранить, использовать и изменять.

02 Что означает операция присваивания?

Ответ: вычисленное значение записывается в указанную переменную.

03 Какие четыре базовых типа данных рассмотрены на уроке?

Ответ: int, float, str и bool.

04 Чем значение 25 отличается от "25"?

Ответ: 25 — числовое значение типа int, а "25" — строка из двух символов.

05 Какой тип данных возвращает input()?

Ответ: строковый тип str.

06 Как получить целое число из введённой строки?

Ответ: использовать int(), например x = int(input()).

07 Для чего используется функция print()?

Ответ: для вывода текста и значений.

08 Что означает оператор //?

Ответ: целочисленное деление.

09 Что означает оператор %?

Ответ: получение остатка от деления.

10 Что называется линейным алгоритмом?

Ответ: алгоритм, в котором команды выполняются последовательно одна за другой без выбора ветвей и повторений.

Главное по уроку

Переменная позволяет программе хранить значение и обращаться к нему по имени.

Операция присваивания записывает новое значение в переменную. Поэтому команда x = x + 1 означает увеличение текущего значения x на единицу.

Тип данных определяет, какие значения может содержать величина и какие действия с ней допустимы.

Тип int используется для целых чисел, float — для вещественных, str — для строк, bool — для логических значений True и False.

Число 25 и строка "25" — разные значения. Над числами выполняются арифметические действия, а строки можно соединять.

Функция input() получает данные пользователя и возвращает строку. Если требуется число, необходимо выполнить преобразование с помощью int() или float().

Функция print() используется для вывода данных.

В линейном алгоритме команды выполняются последовательно сверху вниз.

При вычислении выражений необходимо учитывать порядок арифметических операций и использовать скобки.

Следующий урок — урок 17: ветвление, условный оператор, операции сравнения и составные логические условия.

17 Урок 17 Ветвление. Условный оператор и составные логические условия Открыть урок Свернуть урок

Урок 17. Ветвление. Условный оператор и составные логические условия

На предыдущем уроке программы выполняли команды строго последовательно. Но реальные задачи часто требуют выбора: если выполняется некоторое условие — сделать одно, иначе — другое. На этом уроке вы подробно разберёте конструкцию ветвления, операции сравнения, условные операторы if, else и elif, логические операции and, or и not, а также научитесь составлять условия из нескольких частей.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Ветвление

Поймёте, почему программа иногда должна выбирать один из нескольких вариантов действий.

Сравнения

Научитесь использовать >, <, >=, <=, == и !=.

Условный оператор

Разберёте, как выполнить блок команд только при истинном условии.

else

Две ветви

Научитесь задавать альтернативное действие для ложного условия.

elif

Несколько вариантов

Разберёте последовательную проверку нескольких условий.

and

Составные условия

Научитесь объединять несколько простых условий.

Зачем программе нужен выбор

Представьте программу, которая определяет, разрешён ли человеку вход на мероприятие по возрасту.

Если возраст не меньше 18 лет, программа должна вывести сообщение «Вход разрешён».

Если возраст меньше 18 лет, результат должен быть другим: «Вход не разрешён».

Нельзя заранее выполнить обе команды, потому что правильная команда зависит от введённого значения.

Значит, алгоритму необходимо выбрать одну из ветвей.

Ветвление

Алгоритмическая конструкция, в которой дальнейшие действия выбираются в зависимости от истинности некоторого условия.

Что такое условие

Условие

Логическое выражение, результатом которого является одно из двух значений: True или False.

На прошлом уроке вы уже встречали логический тип bool.

Например:

x = 10 print(x > 5)

Выражение x > 5 является условием.

При x = 10 оно истинно, поэтому результат равен:

True.

Операции сравнения

Запись Python	Смысл	Пример	Результат
>	больше	8 > 5	True
<	меньше	8 < 5	False
>=	больше или равно	8 >= 8	True
<=	меньше или равно	7 <= 8	True
==	равно	5 == 5	True
!=	не равно	5 != 3	True

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Особенно важно: один знак = означает присваивание, а два знака == используются для проверки равенства.

Простейший условный оператор if

Если некоторую команду нужно выполнить только при истинном условии, используется if.

age = 20 if age >= 18: print("Совершеннолетний")

Рассмотрим эту запись подробно.

Первая часть

if означает «если».

Условие

age >= 18 проверяет, не меньше ли возраст 18 лет.

Двоеточие

После условия ставится двоеточие.

Отступ

Команда внутри ветви записывается с отступом. В Python отступ является частью синтаксиса и показывает, какие команды относятся к условию.

Что произойдёт, если условие ложно

age = 15 if age >= 18: print("Совершеннолетний") print("Программа завершена")

Проверяется условие:

15 ≥ 18 — False.

Поэтому команда с отступом не выполняется.

Но последняя команда находится уже вне if, поэтому она выполняется независимо от условия.

На экран будет выведено:

Программа завершена

Полное ветвление: if — else

Часто нужно выполнить одно действие при истинном условии и другое — при ложном.

age = int(input("Введите возраст: ")) if age >= 18: print("Вход разрешён") else: print("Вход не разрешён")

Здесь обязательно выполняется только одна ветвь.

Ввод возраста Получаем age.

age ≥ 18? Проверяем условие.

True Первая ветвь.

False Ветвь else.

Продолжение После ветвления программа идёт дальше.

Пример: положительное или неположительное число

x = int(input("Введите число: ")) if x > 0: print("Число положительное") else: print("Число неположительное")

Если пользователь введёт 12, условие 12 > 0 истинно.

Будет выведено:

Число положительное.

Если пользователь введёт −4, условие ложно и сработает else.

Но обратите внимание: при x = 0 программа тоже попадёт в ветвь else. Поэтому слово «неположительное» здесь выбрано специально.

Смысл условия должен точно соответствовать сообщению программы. Неположительное число — это отрицательное число или ноль.

Когда вариантов больше двух: elif

Предположим, программа должна определить знак числа: положительное, отрицательное или ноль.

Двух вариантов уже недостаточно.

x = int(input("Введите число: ")) if x > 0: print("Положительное") elif x < 0: print("Отрицательное") else: print("Ноль")

Python проверяет условия сверху вниз.

Сначала проверяет x > 0.
Если оно ложно — проверяет x < 0.
Если и второе условие ложно — выполняет else.

После нахождения истинной ветви остальные варианты этой конструкции уже не выполняются.

Почему порядок elif может быть важен

Пусть по количеству баллов нужно определить результат:

90 и более — «Отлично»;
75 и более — «Хорошо»;
60 и более — «Зачёт»;
меньше 60 — «Не зачтено».

Правильная программа:

score = int(input("Введите балл: ")) if score >= 90: print("Отлично") elif score >= 75: print("Хорошо") elif score >= 60: print("Зачёт") else: print("Не зачтено")

Если score = 95, первое условие сразу истинно.

Если score = 80, первое условие ложно, а второе истинно.

При пересекающихся диапазонах обычно проверяют более строгие условия раньше.

Составные условия

Составное условие

Условие, образованное из нескольких простых логических выражений с помощью логических операций.

Например, нужно проверить, принадлежит ли число x промежутку от 10 до 20 включительно.

Для этого одновременно должны выполняться два условия:

x ≥ 10;
x ≤ 20.

Нужно соединить их операцией and.

if x >= 10 and x <= 20: print("Число входит в диапазон")

В Python эту же проверку можно записать короче:

if 10 <= x <= 20: print("Число входит в диапазон")

Логическая операция and

and — логическое И

Составное условие истинно только тогда, когда истинны обе его части.

Условие A	Условие B	A and B	Смысл
True	True	True	Оба условия выполнены
True	False	False	Второе условие не выполнено
False	True	False	Первое условие не выполнено
False	False	False	Ни одно условие не выполнено

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Пример с and

Пусть билет со скидкой предоставляется человеку, если его возраст от 12 до 17 лет включительно.

age = int(input("Возраст: ")) if age >= 12 and age <= 17: print("Скидка предоставляется") else: print("Обычный тариф")

Для age = 15:

15 ≥ 12 — True;
15 ≤ 17 — True;
True and True → True.

Скидка предоставляется.

Логическая операция or

or — логическое ИЛИ

Составное условие истинно, если истинна хотя бы одна его часть.

Предположим, вход бесплатный для детей младше 7 лет или людей старше 65 лет.

age = int(input("Возраст: ")) if age < 7 or age > 65: print("Вход бесплатный") else: print("Обычный билет")

При age = 5 первая часть условия истинна, поэтому всё выражение истинно.

При age = 70 вторая часть истинна, поэтому условие тоже выполняется.

При age = 30 обе части ложны — выполняется else.

Логическая операция not

not — логическое НЕ

Изменяет логическое значение на противоположное: True становится False, а False — True.

is_raining = False if not is_raining: print("Можно идти без зонта")

Переменная is_raining содержит False.

Операция not превращает его в True, поэтому команда внутри if выполняется.

Сравним and, or и not

and

Оба условия

Результат True только тогда, когда истинны обе части.

Хотя бы одно

Результат True, если истинна хотя бы одна часть.

not

Наоборот

Инвертирует логическое значение.

Вложенные условия

Условный оператор может находиться внутри другого условного оператора.

age = int(input("Возраст: ")) has_ticket = input("Есть билет? да/нет: ") if age >= 18: if has_ticket == "да": print("Проходите") else: print("Нужен билет") else: print("Возрастное ограничение")

Сначала проверяется возраст.

Только если возраст подходит, программа начинает проверять наличие билета.

Вложенные условия полезны, но слишком глубокая вложенность делает программу трудной для чтения. Часто условие можно упростить с помощью and или elif.

Вложенное условие или составное условие?

Вложенный вариант

if age >= 18: if has_ticket: print("Вход")

Сначала проверяется одно условие, а затем внутри него другое.

Составное условие

if age >= 18 and has_ticket: print("Вход")

Оба требования объединены в одно логическое выражение.

Пример: определение чётности

Число является чётным, если остаток от деления на 2 равен нулю.

number = int(input("Введите число: ")) if number % 2 == 0: print("Чётное") else: print("Нечётное")

Например, для number = 14:

14 % 2 = 0.

Условие 0 == 0 истинно, значит число чётное.

Пример: проверка допустимого значения

score = int(input("Введите результат от 0 до 100: ")) if 0 <= score <= 100: print("Значение допустимо") else: print("Ошибка: значение вне диапазона")

Здесь программа проверяет не предметный результат, а корректность введённых данных.

Такие проверки очень важны: пользователь может случайно ввести −10 или 150.

Типичные ошибки

Используют = вместо ==. = выполняет присваивание, == проверяет равенство.
Забывают двоеточие после if, elif или else.
Нарушают отступы. В Python отступ определяет принадлежность команды к блоку.
Путают and и or. and требует выполнения всех частей, or — хотя бы одной.
Не учитывают ноль. Проверки x > 0 и x < 0 не охватывают значение 0.
Неправильно располагают elif. Условия проверяются сверху вниз.
Пишут невозможный диапазон. Например, x > 10 and x < 5 никогда не будет истинным.
Забывают преобразовать input() в число. Для числового сравнения обычно нужен int() или float().

Учебная схема: ветвление и логические условия

На схеме будут собраны основные элементы урока: условие True/False, операции сравнения, конструкции if, if–else и if–elif–else, а также логические операции and, or и not.

Python: ветвление, условный оператор if elif else, операции сравнения и составные условия and or not — Ветвление в Python: условие → True или False → выбор соответствующей ветви программы.

Как работать со схемой

Найдите блок операций сравнения.
Проследите простейшую конструкцию if.
Сравните ветви True и False в конструкции if–else.
Найдите пример нескольких вариантов с elif.
Рассмотрите диапазон, заданный через and.
Сравните and и or.
Найдите пример not.
Определите, где в коде используются обязательные отступы.

Практические задания

Задание 1. Определите ветвь

x = 12. Какое сообщение выведет программа?

if x > 10: print("A") else: print("B")

Показать решение

Ответ: A. Условие 12 > 10 истинно.

Задание 2. Равенство

Как правильно проверить, что x равно 5?

Показать решение

Ответ: x == 5.

Задание 3. Диапазон

Запишите условие, которое истинно для x от 20 до 30 включительно.

Показать решение

Ответ:

20 <= x <= 30

или

x >= 20 and x <= 30

Задание 4. Чётное число

Запишите условие проверки чётности числа n.

Показать решение

n % 2 == 0

Задание 5. Определите результат

Что выведет программа при score = 78?

if score >= 90: print("5") elif score >= 75: print("4") elif score >= 60: print("3") else: print("2")

Показать решение

Ответ: 4. Условие score ≥ 90 ложно, а score ≥ 75 истинно.

Задание 6. Используйте or

Запишите условие: число x меньше 0 или больше 100.

Показать решение

x < 0 or x > 100

Задание 7. Напишите программу

Пользователь вводит температуру. Если температура ниже 0, вывести «Мороз», если от 0 до 20 включительно — «Прохладно», иначе — «Тепло».

Показать решение

temperature = float(input("Температура: ")) if temperature < 0: print("Мороз") elif temperature <= 20: print("Прохладно") else: print("Тепло")

Задание 8. Найдите ошибку

Почему следующая конструкция записана неверно?

if x = 10: print("Равно десяти")

Показать решение

Ответ: для сравнения нужен оператор ==.

if x == 10: print("Равно десяти")

Видео по теме

Основное короткое видео помогает закрепить конструкции if, elif и else. Дополнительное видео подробнее рассматривает простые и составные логические условия.

Основное видео. Обратите внимание на работу if, elif и else и на то, как условие определяет дальнейшее выполнение программы.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительные материалы

После основного урока можно перейти к дополнительным упражнениям на ветвления и логические выражения.

Перед открытием повторите

что называется условием;
какие значения имеет тип bool;
чем == отличается от =;
как записывается if;
для чего нужен else;
как работает elif;
чем and отличается от or;
что делает not.

Открыть дополнительные материалы

Интерактивная самопроверка

Определяйте значение условия до того, как выбирать ответ.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется ветвлением?

Ответ: конструкция алгоритма, при которой дальнейшие действия выбираются в зависимости от истинности условия.

02 Какой тип значения возвращает операция сравнения?

Ответ: логический тип bool — True или False.

03 Чем == отличается от =?

Ответ: = используется для присваивания, а == проверяет равенство значений.

04 Когда выполняется блок после if?

Ответ: когда условие после if имеет значение True.

05 Для чего используется else?

Ответ: для задания альтернативной ветви, которая выполняется, если предыдущие условия конструкции ложны.

06 Для чего используется elif?

Ответ: для последовательной проверки дополнительных условий, когда вариантов больше двух.

07 Когда выражение A and B истинно?

Ответ: только когда одновременно истинны A и B.

08 Когда выражение A or B истинно?

Ответ: когда истинно хотя бы одно из условий A или B.

09 Что делает not?

Ответ: заменяет логическое значение на противоположное.

10 Почему отступы важны в Python?

Ответ: отступ показывает, какие команды входят в соответствующий блок if, elif, else или другой конструкции.

Главное по уроку

Ветвление позволяет программе выбирать дальнейшие действия в зависимости от условия.

Условие является логическим выражением и принимает значение True или False.

Для сравнения используются операции >, <, >=, <=, == и !=.

Конструкция if выполняет блок команд только при истинном условии.

Конструкция if–else позволяет выбрать одну из двух альтернативных ветвей.

elif используется, когда необходимо последовательно проверить несколько вариантов.

В Python блоки команд определяются отступами.

Логическая операция and требует одновременной истинности нескольких условий.

Операция or требует истинности хотя бы одного условия, а not меняет логическое значение на противоположное.

Составные условия особенно полезны для проверки диапазонов, нескольких требований и корректности введённых данных.

Следующий урок — урок 18: циклы с условием, конструкция while и анализ циклических алгоритмов.

18 Урок 18 Циклы с условием. Циклы по переменной. Использование таблиц трассировки Открыть урок Свернуть урок

Урок 18. Циклы с условием. Циклы по переменной. Использование таблиц трассировки

В предыдущем уроке вы разобрали ветвления и составные логические условия. Теперь переходим к повторению действий — циклам. Даже если вы давно не программировали, начинайте с первых примеров и выполняйте их по шагам. Вы узнаете, что такое цикл и итерация, освоите while и for, разберёте функцию range(), научитесь замечать бесконечные циклы, использовать счётчики и накопители, а главное — выполнять алгоритмы вручную с помощью таблиц трассировки. Все конструкции объясняются с начального уровня и сразу закрепляются практикой.

35 минут основной работы

Что вы изучите

Цикл

Поймёте, зачем в алгоритмах повторяют один и тот же набор действий и что называется одной итерацией.

Цикл while

Научитесь выполнять команды, пока заданное логическое условие остаётся истинным.

Цикл for

Разберёте цикл по последовательности и применение функции range() для повторения действий заданное число раз.

Счётчик и накопитель

Увидите два типовых приёма: подсчёт количества и постепенное накопление суммы.

Трассировка

Научитесь выполнять программу вручную по шагам и записывать изменения переменных в таблицу.

Ошибки

Разберёте бесконечный цикл, неверные границы range(), пропущенные отступы и другие частые ошибки.

Зачем программе нужны циклы

В прошлом уроке вы научились выбирать разные действия с помощью ветвления if. Но во многих задачах недостаточно один раз проверить условие. Компьютеру приходится повторять одно и то же действие десятки, тысячи или миллионы раз: обрабатывать числа, просматривать элементы списка, искать нужное значение, суммировать результаты измерений.

Представьте задачу: вывести на экран числа от 1 до 100. Можно написать сто отдельных команд print(), но такой способ длинный, неудобный и практически не поддаётся изменению.

Цикл позволяет записать повторяющееся действие один раз и затем определить правило его повторения.

Цикл

Алгоритмическая конструкция, предназначенная для многократного выполнения одной команды или группы команд.

Итерация

Одно полное выполнение тела цикла. Если тело цикла выполнилось пять раз, говорят, что произошло пять итераций.

Главная мысль: цикл нужен не просто для «повтора кода». Он задаёт правило, по которому компьютер понимает, что повторять, когда продолжать повторение и когда остановиться.

Из каких частей состоит цикл

У разных видов циклов синтаксис различается, но для первого понимания полезно видеть общую логику.

Начальное состояние Какие значения имеют переменные до начала повторения.

Правило продолжения Условие или последовательность, определяющие повторение.

Тело цикла Команды, которые выполняются на каждой итерации.

Изменение данных Переменные могут получать новые значения.

Завершение Наступает момент, когда повторение прекращается.

Два основных варианта

В Python цикл while удобен, когда повторение связано с логическим условием и заранее не обязательно известно точное число итераций.

Цикл for используется для перебора элементов последовательности. Вместе с range() его часто применяют, когда требуется организовать повторение по определённому числовому диапазону.

Цикл while: «пока условие истинно»

while

Цикл с условием. Перед каждой очередной итерацией вычисляется логическое условие. Пока его значение равно True, тело цикла выполняется.

n = 1
while n <= 5:
print(n)
n = n + 1

Разберём каждую строку

n = 1 — создаём переменную и задаём ей начальное значение.
while n <= 5: — проверяем условие. Если n не больше 5, выполняем тело цикла.
print(n) — выводим текущее значение n.
n = n + 1 — увеличиваем n на единицу.
После выполнения тела программа снова возвращается к проверке условия.
Когда n станет равно 6, выражение n <= 5 станет ложным, и цикл завершится.

Что будет выведено

1 2 3 4 5

Очень важно: если убрать строку n = n + 1, значение n останется равным 1. Условие 1 ≤ 5 будет истинным снова и снова, поэтому цикл не завершится самостоятельно.

Как выполняется while по шагам

Проследим предыдущую программу так, как её выполняет компьютер.

Проверка	n перед проверкой	Условие n ≤ 5	Что выполняется	n после тела
1	1	True	вывод 1	2
2	2	True	вывод 2	3
3	3	True	вывод 3	4
4	4	True	вывод 4	5
5	5	True	вывод 5	6
6	6	False	тело не выполняется	6

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Условие while проверяется до выполнения тела. Поэтому возможна ситуация, когда тело цикла не выполнится ни разу: это произойдёт, если условие уже при первой проверке ложно.

Бесконечный цикл

Бесконечным называют цикл, который при обычном ходе программы не достигает состояния завершения.

Иногда бесконечные циклы используются намеренно — например, в программах, которые должны постоянно ожидать событие. Но в учебной задаче бесконечный цикл чаще означает ошибку.

Ошибка

n = 1
while n <= 5:
print(n)

n не меняется, поэтому условие остаётся истинным.

Исправление

n = 1
while n <= 5:
print(n)
n += 1

После каждой итерации n увеличивается и в итоге становится больше 5.

Если вы случайно запустили бесконечный цикл в учебной среде Python, остановите выполнение программы штатной кнопкой Stop / Остановить.

Цикл for: перебор последовательности

for

Цикл, который последовательно получает элементы некоторого итерируемого объекта и выполняет тело цикла для каждого из них.

for i in range(1, 6):
print(i)

Эта программа также выводит числа 1, 2, 3, 4, 5.

Здесь нам не требуется вручную создавать начальное значение i и увеличивать его. Функция range(1, 6) задаёт последовательность значений, которые по очереди получает переменная i.

Итерации

первая итерация: i = 1;
вторая: i = 2;
третья: i = 3;
четвёртая: i = 4;
пятая: i = 5.

Значение 6 в диапазон не входит, поэтому после i = 5 цикл завершается.

В Python for — это не только «цикл со счётчиком». Он умеет перебирать строки, списки и другие последовательности. Сегодня мы в первую очередь используем его с range().

Функция range(): начало, конец и шаг

Самая частая ошибка начинающих — считать, что правая граница range() входит в диапазон. В Python она не включается.

Запись	Значения	Что означает	Итераций
range(5)	0, 1, 2, 3, 4	начало 0, конец 5 не входит	5
range(1, 6)	1, 2, 3, 4, 5	от 1 до значения перед 6	5
range(2, 11, 2)	2, 4, 6, 8, 10	шаг равен 2	5
range(10, 0, -2)	10, 8, 6, 4, 2	движение вниз с шагом −2	5

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

Общая форма

range(начало, конец, шаг). Значение «начало» включается, значение «конец» не включается, а «шаг» задаёт изменение между соседними значениями.

Чтобы получить числа от 1 до 10 включительно, нужно написать range(1, 11), а не range(1, 10).

Когда использовать for, а когда while

Чаще подходит for

Когда нужно перебрать последовательность или организовать повторение по заранее заданному диапазону.

вывести числа от 1 до 20;
перебрать символы строки;
просмотреть элементы списка;
повторить действие n раз.

Чаще подходит while

Когда повторение должно продолжаться, пока выполняется некоторое условие, а число итераций заранее может быть неизвестно.

читать значения до ввода нуля;
повторять попытку, пока ответ неверен;
уменьшать число до заданной границы;
выполнять процесс до нужного состояния.

Во многих задачах технически можно построить решение разными способами. Выбирайте конструкцию, которая яснее выражает логику задачи и уменьшает вероятность ошибки.

Таблица трассировки: программа под микроскопом

Трассировка алгоритма

Пошаговое выполнение алгоритма с фиксацией значений переменных и результатов проверок после отдельных команд или итераций.

Трассировка нужна не только на уроках. Это способ понять, почему программа выдаёт конкретный результат.

Вы как бы временно становитесь исполнителем программы и выполняете команды строго в том порядке, в котором их выполнял бы компьютер.

Как проводить трассировку

Запишите начальные значения всех значимых переменных.
Определите условие перед очередной итерацией.
Если условие истинно, выполните команды тела сверху вниз.
Запишите новые значения изменившихся переменных.
Вернитесь к проверке условия или возьмите следующее значение цикла for.
Остановитесь точно тогда, когда это делает программа.

Не угадывайте результат программы. Даже короткий алгоритм может дать неожиданный ответ из-за порядка присваиваний. Таблица трассировки заменяет догадку последовательным вычислением.

Накопитель суммы

Один из важнейших шаблонов циклического алгоритма — постепенно добавлять к переменной очередное значение.

s = 0
for i in range(1, 6):
s = s + i
print(s)

Переменная s называется накопителем. До цикла она равна 0. На каждой итерации к уже накопленной сумме прибавляется очередное значение i.

Итерация	i	s до команды	Вычисление	s после команды
1	1	0	0 + 1	1
2	2	1	1 + 2	3
3	3	3	3 + 3	6
4	4	6	6 + 4	10
5	5	10	10 + 5	15

Передвигайте ползунок, чтобы просмотреть таблицу

После завершения цикла программа выводит 15. В следующих уроках этот приём будет использоваться при обработке числовых последовательностей и массивов.

Счётчик количества

Другой типовой шаблон — подсчитать, сколько элементов удовлетворяют определённому условию.

Для этого создают переменную-счётчик и увеличивают её только тогда, когда найден подходящий элемент.

count = 0
for i in range(1, 11):
if i % 2 == 0:
count += 1
print(count)

Оператор % вычисляет остаток от деления.

Условие i % 2 == 0 истинно для чётных чисел.

В диапазоне от 1 до 10 это 2, 4, 6, 8 и 10, поэтому счётчик увеличится пять раз.

Здесь объединены две уже изученные конструкции: цикл организует повторение, а ветвление решает, нужно ли увеличивать счётчик на конкретной итерации.

Дополнительно: break и continue

Для базового понимания циклов достаточно for и while. Однако в программах часто встречаются две дополнительные инструкции управления циклом.

break

Немедленно завершает ближайший цикл.

for i in range(1, 100):
    if i == 5:
        break
    print(i)

Будут выведены 1, 2, 3, 4. При i = 5 цикл завершится до выполнения print().

continue

Пропускает остаток текущей итерации и переходит к следующей.

for i in range(1, 6):
    if i == 3:
        continue
    print(i)

Будут выведены 1, 2, 4, 5. Значение 3 пропускается, но весь цикл не завершается.

Сначала научитесь уверенно работать с обычными циклами. break и continue рассматривайте как дополнительные инструменты.

Учебная схема: циклы for, while и трассировка

На иллюстрации объединены основные идеи урока: выбор вида цикла, работа range(), проверка условия while, изменение переменных и пошаговая таблица трассировки.

Циклы Python for и while, функция range и таблица трассировки алгоритма — Циклические алгоритмы в Python: повторение действий, for, while, range() и пошаговая трассировка.

Как работать со схемой

Найдите блок while и сформулируйте условие продолжения цикла.
Проследите, какая переменная должна изменяться, чтобы while мог завершиться.
Найдите for и объясните роль переменной цикла.
Сравните range(5) и range(1, 6).
Просмотрите таблицу трассировки по одной итерации.
Сформулируйте своими словами отличие счётчика от накопителя.

Типичные ошибки

Правая граница range() считается включённой. range(1, 5) даёт 1, 2, 3, 4.
В while не меняется переменная, от которой зависит условие. Это может привести к бесконечному циклу.
Тело цикла написано без отступа. В Python отступ является частью синтаксиса.
Накопитель создаётся внутри цикла. Если s = 0 выполняется на каждой итерации, ранее накопленная сумма будет стираться.
Путают = и ==. Знак = выполняет присваивание, == сравнивает значения.
Путают вывод внутри и после цикла. print() внутри цикла выполняется на каждой итерации, а после цикла — только после его завершения.
Вручную изменяют i внутри for, пытаясь изменить range(). На следующей итерации for всё равно получает очередной элемент последовательности.
Трассировку пытаются проводить только в уме. При нескольких переменных лучше сразу составлять таблицу.

Практические задания

Задание 1. Значения range()

Какие значения последовательно получит переменная i в цикле:

for i in range(2, 8, 2):
print(i)

Показать решение

Ответ: 2, 4, 6. Следующее значение было бы 8, но правая граница не включается.

Задание 2. Сколько итераций

Сколько раз выполнится тело цикла?

for i in range(5):
print(i)

Показать решение

Ответ: 5 раз: для i = 0, 1, 2, 3, 4.

Задание 3. Результат while

Что выведет программа?

n = 3
while n > 0:
print(n)
n -= 1

Показать решение

Ответ: 3, затем 2, затем 1. После этого n станет равным 0, условие станет ложным.

Задание 4. Найдите ошибку

Почему программа не завершается самостоятельно?

n = 1
while n < 10:
print(n)

Показать решение

Ответ: n нигде не изменяется. Оно остаётся равным 1, поэтому условие n < 10 всё время истинно.

Задание 5. Накопление суммы

Чему будет равна переменная s?

s = 0
for i in range(1, 4):
s += i
print(s)

Показать решение

Ответ: 6, потому что будут сложены 1 + 2 + 3.

Задание 6. Чётные числа

Запишите range(), который даёт значения: 2, 4, 6, 8, 10.

Показать решение

Ответ: range(2, 11, 2).

Задание 7. for или while

Какой цикл естественнее выбрать, если программа должна запрашивать пароль до тех пор, пока пользователь не введёт правильное значение?

Показать решение

Ответ: while, потому что точное число попыток заранее неизвестно, а продолжение зависит от условия.

Задание 8. Трассировка

Определите значение x после завершения программы.

x = 1
for i in range(3):
x = x * 2
print(x)

Показать решение

Ответ: 8.

Трассировка: 1 → 2 → 4 → 8. Цикл выполняется три раза.

Мини-практикум: напишите два цикла самостоятельно

Если у вас есть доступ к любой безопасной среде Python, выполните упражнения. Если среды нет, запишите программы и проведите их трассировку вручную.

Часть A. Цикл for

Выведите числа от 1 до 10.
Измените программу так, чтобы выводились только нечётные числа.
Добавьте накопитель и найдите сумму чисел от 1 до 10.

Часть B. Цикл while

Создайте переменную n = 5.
Пока n больше 0, выводите n и уменьшайте его на 1.
После завершения цикла выведите слово «Старт».

Подсказка для проверки

Для чисел от 1 до 10 включительно удобно использовать range(1, 11).

В цикле while обязательно должна присутствовать команда, уменьшающая n, иначе условие не станет ложным.

Цель практикума — не просто получить правильный результат, а уметь объяснить, почему каждая строка расположена именно в этом месте и сколько раз она выполнится.

Видео по теме

Основное видео последовательно рассматривает циклы for и while в Python, функцию range(), бесконечные циклы и дополнительные операторы управления выполнением. Дополнительное видео помогает закрепить тему на уровне школьной информатики.

Основное видео. В первую очередь обратите внимание на понятие цикла, for, range() и while. Операторы break и continue рассматривайте после того, как основная логика циклов стала понятна.

Открыть основное видео на Rutube

Дополнительный учебный ресурс

После основного объяснения можно обратиться к русскоязычной официальной документации Python. Не пытайтесь читать всю страницу подряд: найдите разделы о for, range(), break и continue и сопоставьте примеры с материалом урока.

Перед открытием повторите

что называется итерацией;
как работает while;
почему конец range() не включается;
чем for отличается от while;
зачем нужна трассировка.

Открыть документацию Python

Интерактивная самопроверка

Ответьте на вопросы последовательно. После каждого ответа обязательно прочитайте пояснение.

Вопросы для самопроверки

01 Что называется циклом?

Ответ: алгоритмическая конструкция для многократного выполнения одной команды или группы команд.

02 Что называется итерацией?

Ответ: одно полное выполнение тела цикла.

03 Как работает цикл while?

Ответ: перед очередной итерацией проверяется условие; пока оно истинно, тело цикла выполняется.

04 Почему while может стать бесконечным?

Ответ: если состояние программы не изменяется так, чтобы условие когда-либо стало ложным, повторение не прекращается.

05 Какие значения даёт range(1, 5)?

Ответ: 1, 2, 3, 4. Правая граница 5 не включается.

06 Для чего нужен третий аргумент range()?

Ответ: он задаёт шаг — величину изменения между соседними значениями диапазона.

07 Когда естественнее использовать for?

Ответ: когда нужно перебрать последовательность или организовать повторение по заданному диапазону.

08 Что такое накопитель?

Ответ: переменная, в которой на нужных итерациях постепенно накапливается результат, например сумма.

09 Зачем нужна таблица трассировки?

Ответ: для пошаговой фиксации изменений переменных и точного определения хода и результата выполнения алгоритма.

10 Чем break отличается от continue?

Ответ: break завершает ближайший цикл целиком, а continue пропускает остаток текущей итерации и переходит к следующей.

Главное по уроку

Цикл — одна из трёх основных алгоритмических конструкций наряду со следованием и ветвлением. Он позволяет многократно выполнять один блок команд.

Цикл while повторяет тело, пока логическое условие истинно. При его использовании необходимо понимать, как изменяются данные и почему условие в конечном счёте станет ложным.

Цикл for последовательно перебирает элементы. Для работы с числовыми диапазонами часто используется range(). Правая граница range() не включается.

С помощью циклов удобно применять типовые приёмы: накопление суммы, подсчёт количества подходящих элементов и последовательный перебор значений.

Таблица трассировки показывает выполнение программы по итерациям и помогает определить значения переменных без запуска кода.

Инструкции break и continue позволяют дополнительно управлять ходом цикла: break завершает цикл, continue переходит к следующей итерации.

В следующих уроках циклы будут использоваться уже как инструменты решения типовых алгоритмических задач: обработки числовых последовательностей, вычисления их характеристик и организации перебора.