ЕГЭ по информатике 2022 — Задание 4 (Кодирование и декодирование информации)
В этом уроке мы поговорим о задании 4 из ЕГЭ по информатике 2022.
Задание 4 включает в себя понятие кодирование и декодирование информации.
Приступим к тренировочным заданиям из ЕГЭ по информатике 2022.
Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В, Г, Д, Е. решили использовать неравномерный двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Для букв А, Б, В, Г использовали соответственно кодовые слова 00, 01, 100, 110. Укажите кратчайшее возможное кодовое слово для буквы Д, при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
Примечание. Условие Фано означает, что ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова.
Используем приём Дерево Фано. Расставим на этом дереве те буквы, для которых уже известны кодовые слова.
Дерево рисуется обычно сверху вниз. В начале от дерева рисуются две ветки: ветка 0 и ветка 1. От каждой ветки можно нарисовать ещё две ветки, так же 0 и 1, и т. д.
Для удобства ветки с 1 будем направлять вправо, а ветки с 0 будем направлять влево.
В конце каждой ветки можно размещать буквы, но если мы разместили букву, то эта ветка блокируется, и от этой ветки больше нельзя делать новые ответвления.
Нам осталось закодировать (расположить на дереве) две буквы: Д и Е.
Мы можем нарастить ещё две ветки от точки 1-1. Тогда получится код 111. И от точки 1-0. Тогда получится код 101.
Для буквы Д нужно выбрать код с наименьшим числовым значением. Значит, для буквы Д выбираем код 101, а для буквы Е выбираем код 111.
Закрепим приём дерево Фано на ещё одной примерной задаче из ЕГЭ по информатике 2022.
Задача(Стандартная, закрепление)
Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв Н, О, П, Р, С, Т, У, Ф решили использовать неравномерный двоичный код, удовлетворяющий условию, что ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова. Для букв Н, О, П, Р, С, Т использовали соответственно кодовые слова 10, 110, 010, 0110, 111, 0111. Укажите кратчайшее возможное кодовое слово для буквы У, при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
Здесь код так же должен удовлетворять Условию Фано, т.к. сказано, что ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова .
Значит, можем воспользоваться Деревом Фано . Расположим на Дереве Фано буквы, для которых уже известны кодовые слова.
Нам нужно закодировать ещё две буквы: У, Ф. У нас единственная возможность осталась прорастить ветку от точки 0. От этой точки проращиваем ветку 0 и от этой ветки проращиваем ещё две ветки 0 и 1.
Букву У размещаем на позиции 000, потому что для этой буквы нужно выбрать код с наименьшим числовым значением.
Ещё одна примерная задача из ЕГЭ по информатике 2022 является частым гостем в различных тренировочных вариантах.
Задача (Стандартная, закрепление)
По каналу связи передаются сообщения, содержащие только семь букв: А, Б, Д, Л, Е, И, Н. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Кодовые слова для некоторых букв известны: А – 110, Б – 01, И – 000. Какое наименьшее количество двоичных знаков потребуется для кодирования слова ДЕЛЕНИЕ?
Расставим на дереве Фано буквы, для которых известны коды.
Нам осталось расположить 4 буквы: Д, Л, E, Н.
Буква Е встречается три раза в слове ДЕЛЕНИЕ, значит, ей нужно постараться присвоить самый короткий код. По дереву видно, что можно букве Е присвоить код 10.
Буквы Д, Л, Н встречаются в слове ДЕЛЕНИЕ 1 раз. Одну букву можно разместить на позицию 111. Так же можно продлить ветку из точки 00, а затем от позиции 001 сделать два отростка. У нас получатся ещё два свободных места: 0011 и 0010.
Можно оставшиеся буквы разместить следующим образом:
Подсчитаем какое количество двоичных знаков потребуется для кодирования слова ДЕЛЕНИЕ.
3+2+4+2+4+3+2=20
Ответ: 20
Далее решим непростую задачу из тренировочных вариантов ЕГЭ по информатике 2022. Похожая задача была в сборнике С. С. Крылова в 2021 году.
По каналу связи передаются сообщения, содержащие только четыре буквы: М, Н, Р, Т; для передачи используется двоичный код, допускающий однозначное декодирование.
Для букв М, Н, Р используются такие кодовые слова: М: 00011, Н: 1001, Р: 01100.
Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы Т, при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
Нужно, чтобы код декодировался однозначно. Чтобы код декодировался однозначно, можно использовать условие Фано. Мы видим, что в уже известных кода не нарушается условие Фано. Узнаем код для буквы Т по дереву Фано. Отметим известные буквы.
Куда разместить букву Т? Чтобы кодовое слово было кратчайшее, разместим букву Т на позицию 11.
Сложность этой задачи заключается в том, что явно не указано, что нужно использовать условие Фано. Так же однозначное декодирование будет, если используется обратное условие Фано.
Обратное условие Фано: никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова. Сообщения при использовании такого кода декодируются однозначно и только с конца.
Т. е. сообщения нужно такие раскодировать справа налево. Здесь про то, как будут раскодировать сообщения, ничего не сказано, поэтому мы должны проверить, какой код получится для буквы Т, если здесь используется обратное условие Фано.
Кодовое слово 0 мы использовать не можем, потому что 0 — это окончание кодового слова буквы Р. Кодовое слово 1 — это окончание кодовых слов букв М и Н. Кодовое слово 00 — это окончание кодового слова буквы Р. А вот 10 подходит для буквы Т.
Получилась следующая ситуация. Если кодовые слова будут удовлетворяют условию Фано, то для буквы Т можно написать кратчайшее кодовое слово 11 с минимальным числовым значением. Если кодовые слова будут удовлетворяют обратному условию Фано, то для буквы Т можно написать кратчайшее кодовое слово 10 с минимальным числовым значением.
И в том и в другом случае будет однозначное декодирование. Но мы выбираем тот случай, когда кодовое слово будет наименьшим числовым значением. Таким образом, в ответе напишем 10.
Разберём ещё один нюанс в подобных задах из ЕГЭ по информатике.
Задача (Ещё раз про однозначное декодирование)
По каналу связи передаются сообщения, содержащие только четыре буквы: М, О, С, Т; для передачи используется двоичный код, допускающий однозначное декодирование. Для букв Т, О, М используются такие кодовые слова: Т: 111, О: 0, М: 100. Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы С, при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
Здесь условие похоже на то, которое было в предыдущей задаче. Но обратное условие Фано здесь не применимо, т.к. код для буквы О является окончанием для кода буквы М.
Значит, у нас остаётся единственный инструмент, чтобы сообщения декодировались однозначно — это условие Фано. Теперь задачу решаем как обычно по дереву Фано.
Выбираем из двух вариантов: 110 и 101. Но останавливаемся на 101, т.к. это кодовое слово с наименьшим числовым значением.
Решим задачу, которая часто встречается в бумажных сборниках по подготовке к ЕГЭ по информатике.
Задача (код не удовлетворяет условию Фано)
По каналу связи передаются шифрованные сообщения, содержащие только пять латинских букв: A, B, С, D, E. Для передачи используется неравномерный двоичный код. Для некоторых букв известны кодовые слова: A: 01, B: 10, C: 11, D: 000.
Укажите самое короткое кодовое слово для буквы E, при котором код не будет удовлетворять условию Фано, при этом в записи самого этого слова должно использоваться более одного символа, а само слово не должно совпадать ни с одним из используемых слов для букв с известными кодами.
Если таких слов несколько, то укажите слово с наименьшим числовым значением.
Здесь код не должен однозначно декодироваться.
Подходит код 00, т.к. длина этого кодового слова больше чем 1 символ. Этот код не совпадает ни с одним кодом для известных букв. Этот код нарушает принцип условия Фано, видно, что он является началом кодового слова буквы D. И этот код имеет самое маленькое числовое значение.
В 4 задании из ЕГЭ по информатике 2022 не обязательно может попасться задача, связанная с условием Фано. Может просто быть задача на кодирование и декодирование информации.
По заданной системе кодирования, буквам X, К, Л, О и Д соответствуют двоичное представление чисел 0, 1, 2, 3 и 4 соответственно (с сохранением одного незначащего нуля в случае одноразрядного представления). Примените указанный метод кодирования к последовательности букв ХОЛОДОК и запишите результат в формате шестнадцатеричного кода.
Распишем, как кодируются все буквы в двоичной системе. Ноль и один кодируются одним разрядом, поэтому к ним слева приписывается ноль, как написано в условии.
| Буква | Десятичное Представление | Двоичное Представление |
| Х | 0 | 00 |
| К | 1 | 01 |
| Л | 2 | 10 |
| О | 3 | 11 |
| Д | 4 | 100 |
Выписываем слово ХОЛОДОК и под ним кодовые слова букв.
Чтобы перевести из двоичной системы число в шестнадцатеричную систему, мы должны двоичные цифры разбить по четвёркам, начиная с правого края. Каждая четвёрка превращается в цифру в шестнадцатеричной системе. Таблицу перевода четвёрок двоичных цифр в шестнадцатеричную систему можно посмотреть в этой статье.
Т.к. ЕГЭ по информатике сдаётся в компьютерной форме, то можно воспользоваться стандартным калькулятором в режиме программист.
Е4.31 для буквы Е, при котором код не будет удовлетворять условию Фано
для буквы Е, при котором код не будет удовлетворять условию Фано.
Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В, Г, Д решили использовать неравномерный двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Для букв А, Б, В, Г использовали соответственно кодовые слова 011, 010, 110, 111.
Укажите кратчайшее возможное кодовое слово для буквы Е, при котором код не будет удовлетворять условию Фано, при этом в записи самого этого слова должно использоваться более одного символа, а само слово не должно совпадать ни с одним из используемых слов для кодирования букв А, Б, В, Г и Д. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
Примечание. Условие Фано означает, что никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова. Это обеспечивает возможность однозначной расшифровки закодированных сообщений.
4 задание егэ информатика про кодирование и расшифровку сообщений
4-е задание: «Кодирование и декодирование информации»
Уровень сложности — базовый,
Требуется использование специализированного программного обеспечения — нет,
Максимальный балл — 1,
Примерное время выполнения — 2 минуты.
Проверяемые элементы содержания: Умение кодировать и декодировать информацию
«Из-за невнимательного чтения условия задания экзаменуемые иногда не замечают, что требуется найти кодовое слово минимальной длины с максимальным (минимальным) числовым значением.
Кроме того, если в задании указано, что несколько букв остались без кодовых слов (как, например, в задании демоварианта), то кодовое слово для указанной буквы должно быть подобрано таким образом, чтобы осталась возможность найти кодовые слова, удовлетворяющие условию Фано, и для других букв. Так, например, если мы букву А закодируем нулём, а букву Б единицей, то букву В мы уже никак не сможем закодировать с соблюдением условия Фано, поэтому длину кодового слова для А или Б следует увеличить»
- Кодирование — это представление информации в форме, удобной для её хранения, передачи и обработки. Правило преобразования информации к такому представлению называется кодом.
- Кодирование бывает равномерным и неравномерным:
- при равномерном кодировании всем символам соответствуют коды одинаковой длины;
- при неравномерном кодировании разным символам соответствуют коды разной длины, это затрудняет декодирование.
Пример: Зашифруем буквы А, Б, В, Г при помощи двоичного кодирования равномерным кодом и посчитаем количество возможных сообщений: 
Таким образом, мы получили равномерный код, т.к. длина каждого кодового слова одинакова для всех кодов (2).
Кодирование и расшифровка сообщений
Для решения задач с декодированием, необходимо знать условие Фано:
- если сообщение декодируется с конца, то его можно однозначно декодировать, если выполняется обратное условие Фано:
Однозначное декодирование обеспечивается:
Решение 4 заданий ЕГЭ
Задание демонстрационного варианта 2022 года ФИПИ
Плейлист видеоразборов задания на YouTube: 
Закодируйте последовательность букв ВОДОПАД таким способом и результат запишите восьмеричным кодом.
✍ Решение:
- Переведем числа в двоичные коды и поставим их в соответствие нашим буквам:
- Теперь закодируем последовательность букв из слова ВОДОПАД :
- Разобьем результат на группы из трех символов справа налево, чтобы перевести их в восьмеричную систему счисления:
Результат: 22162
Теоретическое решение ЕГЭ данного задания по информатике, видео:
📹 YouTube здесь
📹 Видеорешение на RuTube здесь
Рассмотрим еще разбор 4 задания ЕГЭ:
| a | b | c | d | e |
|---|---|---|---|---|
| 000 | 110 | 01 | 001 | 10 |
Какой набор букв закодирован двоичной строкой 1100000100110 ?
✍ Решение:
- Во-первых, проверяем условие Фано: никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова. Условие верно.
Результат: b a c d e.
-
Этот вариант решения 4 задания ЕГЭ более сложен, но тоже верен.
Результат: b a c d e.
Кроме того, вы можете посмотреть видеорешение этого задания ЕГЭ по информатике (теоретическое решение):
Решим следующее 4 задание:
Определите, какое число передавалось по каналу в виде 01100010100100100110 .
✍ Решение:
- Рассмотрим пример из условия задачи:
- Где сами цифры исходного числа (выделим их красным цветом):
- Первая добавленная цифра 1 после двоичной двойки — это проверка четности (1 единица в 0010 — значит нечетное), 0 после двоичной тройки — это также проверка нечетности (2 единицы в 0011, значит — четное).
- Исходя из разбора примера решаем нашу задачу так: поскольку «нужные» нам цифры образуются из групп по 4 числа в каждой плюс одно число на проверку четности, то разобьем закодированное сообщение на группы по 5, и отбросим из каждой группы последний символ:
- разбиваем по 5:
- отбрасываем из каждой группы последний символ:
- Результат переводим в десятичную систему:
Ответ: 6 5 4 3
Вы можете посмотреть видеорешение этого задания ЕГЭ по информатике, теоретическое решение:
Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв К , Л , М , Н решили использовать неравномерный двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Для буквы Н использовали кодовое слово 0 , для буквы К — кодовое слово 10 .
Какова наименьшая возможная суммарная длина всех четырёх кодовых слов?
✍ Решение:
- Найдём самые короткие возможные кодовые слова для всех букв.
- Кодовые слова 01 и 00 использовать нельзя, так как тогда нарушается условие Фано (начинаются с 0, а 0 — это Н).
- Начнем с двухразрядных кодовых слов. Возьмем для буквы Л кодовое слово 11. Тогда для четвёртой буквы нельзя подобрать кодовое слово, не нарушая условие Фано (если потом взять 110 или 111, то они начинаются с 11).
- Значит, надо использовать трёхзначные кодовые слова. Закодируем буквы Л и М кодовыми словами 110 и 111. Условие Фано соблюдается.
- Суммарная длина всех четырёх кодовых слов равна:
-
Будем использовать дерево. Влево откладываем 0, вправо — 1:
Ответ: 9
По каналу связи передаются сообщения, содержащие только 4 буквы: А , Б , В , Г ; для передачи используется двоичный код, допускающий однозначное декодирование. Для букв А, Б, В используются такие кодовые слова:
Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы Г , при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
✍ Решение:
- Наименьшие коды могли бы выглядеть, как 0 и 1 (одноразрядные). Но это не удовлетворяло бы условию Фано (А начинается с единицы — 101010, Б начинается с нуля — 011011).
- Следующим наименьшим кодом было бы двухбуквенное слово 00. Так как оно не является префиксом ни одного из представленных кодовых слов, то Г = 00.
Результат: 00
Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А , Б , В , Г и Д , решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать двоичную последовательность, появляющуюся на приемной стороне канала связи. Использовали код:
Укажите, каким кодовым словом должна быть закодирована буква Д . Длина этого кодового слова должна быть наименьшей из всех возможных. Код должен удовлетворять свойству однозначного декодирования. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
✍ Решение:
- Так как необходимо найти кодовое слово наименьшей длины, воспользуемся деревом. Влево будем откладывать нули, а вправо — единицы:
Результат: 101
Подробней разбор урока можно посмотреть на видео ЕГЭ по информатике 2017:
По каналу связи передаются шифрованные сообщения, содержащие только десять букв: А , Б , Е , И , К , Л , Р , С , Т , У . Для передачи используется неравномерный двоичный код. Для девяти букв используются кодовые слова.
Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы Б, при котором код будет удовлетворять условию Фано. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
✍ Решение:
- Для решения будем использовать дерево. Ветви, соответствующие нулю, будем откладывать влево, единице — вправо.
Результат: 1100
Подробное теоретическое решение данного 4 (раньше №5) задания из демоверсии ЕГЭ 2018 года смотрите на видео:
По каналу связи передаются шифрованные сообщения, содержащие только четыре букв: А , Б , В , Г ; для передачи используется двоичный код, допускающий однозначное декодирование. Для букв А, Б, В используются кодовые слова:
Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы Г, при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
✍ Решение:
- Для решения будем использовать дерево. Ветви, соответствующие нулю, будем откладывать влево, единице — вправо.
- Поскольку в задании явно не указано о том, что код должен удовлетворять условию Фано, то дерево нужно построить как с начала (по условию Фано), так и с конца (обратное условие Фано).
Дерево по условию Фано (однозначно декодируется с начала):
Дерево по обратному условию Фано (однозначно декодируется с конца):
Результат: 00
По каналу связи передаются сообщения, содержащие только буквы: А, Е, Д, К, М, Р; для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Известно, что используются следующие коды:
Укажите наименьшую возможную длину закодированного сообщения ДЕДМАКАР.
В ответе напишите число – количество бит.
Укажите самое короткое кодовое слово для буквы д при котором код не будет удовлетворять условию фано
414) По каналу связи передаются шифрованные сообщения, содержащие только десять букв: А, Б, Е, И, К, Л, Р, С, Т, У. Для передачи используется неравномерный двоичный код. Для девяти букв используются кодовые слова.
| Буква | Кодовое слово |
|---|---|
| А | 00 |
| Б | |
| Е | 010 |
| И | 011 |
| К | 1111 |
| Буква | Кодовое слово |
|---|---|
| Л | 1101 |
| Р | 1010 |
| С | 1110 |
| Т | 1011 |
| У | 100 |
Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы Б, при котором код будет удовлетворять условию Фано. Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.
Примечание. Условие Фано означает, что никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова. Это обеспечивает возможность однозначной расшифровки закодированных сообщений.