Informationstheorie
Die Informationstheorie ist eine mathematische Theorie aus dem Bereich der Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik, die auf Claude Shannon zurückgeht.
Sie beschäftigt sich mit Begriffen wie Information, Entropie, Informationsübertragung, Datenkompression, Kodierung, Kryptographie und verwandten Themen.
Neben der Mathematik, Informatik und Nachrichtentechnik wird die theoretischen Betrachtung von Kommunikation durch die Informationstheorie auch zur Beschreibung von Kommunikationssystemen in anderen Bereichen (Medien in der Publizistik, Nervensystem in der Neurologie, Wissen in der Informationswissenschaft und Dokumentationswissenschaft...) eingesetzt.
Geschichte
Vor allem Claude Shannon lieferte in den 1940er bis 1950er Jahren wesentliche Beiträge zur Theorie der Datenübertragung und der Wahrscheinlichkeitstheorie.
Er fragte sich, wie man eine verlustfreie Datenübertragung, über elektronische (heute auch optische) Kanäle, sicherstellen kann. Dabei geht es insbesondere darum, die Datensignale vom Hintergrundrauschen zu trennen. Außerdem versucht man, während der Übertragung aufgetretene Fehler zu erkennen und/oder zu korrigieren. Dazu ist es notwendig, redundante (d.h. überflüssige Daten) mitzusenden, um dem Datenempfänger eine Datenverifikation oder Datenkorrektur zu ermöglichen.
Klassische Informationskonzepte versagen teilweise in quantenmechanischen Systemen. Dies führt zum Konzept der Quanteninformation.
Wie kann man Information mathematisch definieren und messen?
Zwischen Entropie und Information - genauer: Nutzinformation - besteht ein nichtmonotoner Zusammenhang. Ist die Entropie gleich Null (regelmäßiges, 100%-ig vorhersagbares Signal), so ist der (potenzielle) Nutzwert für einen Organismus genauso gering wie bei der gegen unendlich strebenden Entropie eines Rauschsignals. Das Informations-Maximum liegt also, grob gesprochen, in einem "mittleren" Entropiebereich.
Wie kann man Zufall mathematisch definieren und messen?
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Wie viel Information passt durch einen Übertragungskanal (Kanalkapazität)?
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Große (und meist noch ungelöste) Fragen der allgemeinen Informationstheorie
- Gibt es Informationsteilchen (Infonen)?
- Gibt es Information ohne Informationsträger?
- Welche Formen der Enkodierung von Information mit Zeichen kennen wir?
- Ist es möglich, dass bedeutsame Information ohne menschliches Zutun entsteht?
- Gibt es für bedeutsame Information ein einheitliches Maß?
- Wie entsteht und wie arbeitet ein Informationsverarbeitendes System, z.B. eine lebende Zelle von alleine?
- Wie entsteht und wie arbeitet ein Informationsverarbeitendes System mit Bewusstsein wie z.B. unser Gehirn?
- Wie hoch war die Entropie und die Information beim Urknall?
Siehe auch: Kommunikation - Quellen zur Informationstheorie