Основные направления информатики
Введение
Информатика возникла как наука, изучающая информационные процессы и пути их автоматизации.
Современную информатику рассматривают:
во-первых, как фундаментальную естественную междисциплинарную науку об информации, информационных процессах, системах и технологиях; в этом смысле она расширилась до границ создания общей научной методологии разработки информационного обеспечения процессов управления материальными объектами и интеллектуальными процессами любой природы;
во-вторых, как прикладную дисциплину, так как исторически она возникла и развивалась как инженерная дисциплина, в состав которой входили:
- разработка методов и правил рационального проектирования устройств и систем обработки информации;
- разработка технологии использования этих устройств и систем для решения научных и практических задач;
- разработка методов взаимодействия человека с этими устройствами и системами.
в-третьих,, как отрасль народного хозяйства, так как в ней как и в любой отрасли можно выделить три относительно автономные составные части («создать», «преобразовать», «потребить»):
- производство технических средств обработки информации (hardware) и программных средств и систем (software);
- обработка и преобразование информации;
- маркетинг, продажа и потребление информационных продуктов и услуг.
Основные направления информатики.
Можно выделить следующие восемь основных направлений информатики как теоретической и прикладной дисциплины (см. схему).
| И Н Ф О Р М А Т И К А | Теоретическая информатика | |
| Кибернетика | ||
| Программирование | ||
| Искусственный интеллект | ||
| Информационные системы | ||
| Вычислительная техника | ||
| Информатика в обществе | ||
| Информатика в природе |
Теоретическая информатика. Это – математическая дисциплина. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создает тот теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики.
Можно условно выделить пять классов дисциплин, изучаемых теоретической информатикой.
a) Дисциплины, опирающиеся на математическую логику. В них разрабатываются методы, позволяющие использовать достижения логики для анализа процессов переработки информации с помощью компьютеров (теория алгоритмов, теория параллельных вычислений), а также методы, с помощью которых можно на основе моделей логического типа изучать процессы, протекающие в самом компьютере во время вычислений (теория автоматов, теория сетей Петри).
b) Компьютеры оперируют с числами, т.е. с информацией, представленной в дискретной форме. А сами процедуры, реализуемые компьютером, - это алгоритмы, описанные в виде программ. Поэтому необходимы специальные приемы решения задач, допускающие программирование, т.е. перевод в компьютерные программы. Так появились вычислительная математика и вычислительная геометрия.
c) Изучением информации как таковой (т.е. в виде абстрактного объекта, лишенного конкретного содержания), выявлением общих свойств информации, законов, управляющих ее рождением, развитием и уничтожением, занимается теория информации. К этой науке близко примыкает теория кодирования, т.е. изучение тех форм, в которые может быть "отлито" содержание любой конкретной информационной единицы. В теории информации также имеется раздел, специально занимающийся теоретическими вопросами передачи информации по различным каналам связи.
d) Вместо реальных объектов в компьютерах используются их модели – абстрактные, формализованные описания той физической среды, в которой "живет" информация в реальном мире. Переход от реальных объектов к моделям требует особых приемов. Их изучает системный анализ. Эта наука занимает пограничное положение между теоретической информатикой и кибернетикой. Такое же положение занимает имитационное моделирование (вычислительный эксперимент), позволяющее воспроизводить реальные процессы на компьютерных моделях и теория массового обслуживания, которая изучает широкий класс моделей передачи и переработки информации – системы массового обслуживания).
e) Дисциплины, ориентированные на использование информации для принятия решений в самых различных ситуациях. Это – теория принятия решений, изучающая общие схемы, используемые людьми при выборе нужного им решения из множества альтернативных возможностей. Часто такой выбор происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр. Всегда хочется среди всех возможных решений выбрать наилучшее или близкое к нему. Проблемы, возникающие при этом, изучает математическое программирование. При организации поведения, ведущего к нужной цели, решения приходится принимать многократно. Поэтому выбор отдельных решений должен подчиняться единому плану. Способами построения таких планов и их использования занимается научная дисциплина – исследование операций. Если же решения принимаются не единолично, а в коллективе, то возникает немало специфических ситуаций: образование партий, коалиций, появление соглашений и компромиссов. Эти проблемы частично изучаются в теории игр, но в последнее время активно развивается теория коллективного поведения, изучающая проблемы коллективного принятия решений.
Кибернетика. Возникла в 40-х годах, когда Норбер Винер выдвинул идею о том, что системы управления в живых, неживых и искусственных системах обладают общими чертами. Установление аналогий обещало создание "общей теории управления". Эта гипотеза не выдержала проверку временем, но накопленная в кибернетике информация принесла большую пользу, а именно: перенос идей и моделей из одних областей в другую привел к взаимообогащению различных научных направлений, появилась возможность "говорить на одном, кибернетическом языке различным специалистам". На стыках различных наук возникли: структурная лингвистика, бионика, нейрокибернетика, теория автоматического управления, гомеостатика, распознавание образов и т.д. Кибернетику можно рассматривать как прикладную информатику в области создания и использования АСУ различной степени сложности – от управления станком до управления отраслью промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей.
Программирование. Это научное направление своим появлением полностью обязано вычислительным машинам. С накоплением опыта программирования появилась основа для создания теоретического программирования: теория языков программирования, системное программирование (создание, трансляторов, операционных систем и т.п.), проблемно-ориентированное программирование (создание пакетов прикладных программ, банков и баз данных).
Искусственный интеллект. Пожалуй, именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Основная цель работ в области искусственного интеллекта – проникнуть в тайны творческой деятельности людей, в их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. Такая цель тесно связывает этот раздел информатики с психологией, лингвистикой, семиотикой.
Информационные системы. Начало этому направлению положили исследования в области анализа научно-технической документации еще до появления компьютеров. Сейчас в рамках этого направления решаются несколько основных задач:
а) изучение потоков документов с целью их минимизации, стандартизации и эффективной обработки на ЭВМ: изучение потоков информации через средства масс-медиа и ее влияние на общество;
б) исследование способов представления и хранения информации; создание банков данных;
в) создание информационно-поисковых систем;
г) создание сетей хранения, обработки и передачи информации;
д) создание корпоративных информационных систем.
Это направление тесно связано с прикладной лингвистикой и теорией информации.
Вычислительная техника. Развитие современной информатики немыслимо без компьютеров – пока единственного инструмента для работы с разнообразной информацией. С другой стороны, развитие и эффективное использование компьютеров невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Создание операционных систем, вообще всего программного обеспечения (software), разработка современной элементной базы вычислительных машин (hardware) требует знания теоретической информатики, программирования, искусственного интеллекта и других разделов информатики.
Информатика в обществе. Развитие информационной техники и технологий стало фактором, определяющим развитие общества. Современное общество можно назвать информационным. Влияние процессов информатизации на человека, на его взаимоотношения изучаются в этом разделе информатики.
В связи с тем, что в информационном обществе информация превратилась в товар, здесь же исследуются экономические аспекты информатики.
Информатика в природе. Это направление изучает информационные процессы, протекающие в биологических системах. Можно выделить три составляющих этого направления:
биокибернетка (исследование информационно-управляющих процессов в живых организмах, диагностика заболеваний, оценка биологической активности химических соединений);
бионика (поиск аналогий между живыми и неживыми системами);
биогеоценология (разработка системно-информационных моделей поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиск таких воздействий на них, которые стабилизируют разрушающее воздействие человеческой цивилизации на биомассу Земли).
Понятие информации
Информация – одно из самых фундаментальных понятий в современной науке, наряду с веществом, энергией, пространством, временем. А фундаментальное, т.е. первичное, понятие невозможно строго определить через вторичные, или производные понятия.
Под информацией в быту понимают любые сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком (с помощью органов слуха, зрения, осязания, обоняния, вкуса) или специальными устройствами.
Под информацией в технике понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов.
Под информацией в теории информации понимают не любое сообщение или сведение, а только такое сообщение, которое уменьшает существующую до этого неопределенность в той предметной области, к которой оно относится. Позже мы покажем связь информации с мерой неопределенности – энтропией.
Под информацией в теории управления понимают те сообщения (сигналы), которые используются для совершения активного действия, например, управленческого решения.
Под информацией в семантике понимают сведения, обладающие новизной.
Под информацией в документоведении понимают все то, что зафиксировано в знаковой форме в виде документов.
Таким образом, в узком смысле информацией можно назвать сведения о предметах, фактах, понятиях некоторой предметной области.
С середины CC века информация рассматривается в широком смысле как общенаучное понятие, включающее в себя как совокупность сведений об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, так и обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами между живой и неживой природой, в животном и растительном мире, а также генетическую информацию.
Имея в виду это определение, информацию можно подразделить на:
1) структурную (или связанную) присущую объектам неживой и живой природы естественного или искусственного происхождения. Эти объекты (орудия труда, предметы быта, произведения искусства, научные теории и т.п.) возникают путем опредмечивания циркулирующей информации, то есть благодаря и в результате целенаправленных управленческих процессов;
2) оперативную (или рабочую), циркулирующую между объектами материального мира и используемую в процессах управления в живой природе, в человеческом обществе.
Преемственность этих двух форм информации очевидна. Генетически структурная информация неживой природы явилась необходимой предпосылкой возникновения оперативной информации и функциональных систем живой природы. Субъект извлекает из объектов неживой природы информацию, включает ее в контур познания и/или управления. При этом выявляется содержание информации, она приобретает ценность, то есть раскрываются семантический и прагматический аспекты информации.
Информация всегда предусматривает существование ее источника и ее потребителя (получателей).
Здесь уместно вспомнить анекдот про неуловимого Джо.
Информация, представленная в формализованном виде, удобном для ее сбора, пересылки, хранения, обработки, получила название "данные".
В некоторых случаях данные могут оказаться полезными и в их первоначальном, необработанном виде и, таким образом, служить информацией для принятия решения. Но обычно данные предварительно обрабатываются, систематизируются, реорганизуется (иногда с проведением необходимых вычислений) и представляются пользователю в удобном виде.
Например, при подготовке к лекциям данного курса лектор работал с большим количеством литературы по информатике, экономике, математике и выуживал информацию в «сыром» виде. Затем найденная информация обрабатывалась и представлялась аудитории в виде лекции.
Более того, если раньше побеждал тот, кто умел получать недоступную другим информацию, то теперь ситуация изменилась. Информация наступает на нас со всех сторон, и "иметь информацию" еще не означает "владеть информацией". Сейчас впереди оказывается тот, кто умеет обработать ее быстрее и лучше других.
Совокупность полезной информации, правил и процедур ее обработки, необходимая для получения новой информации о какой-либо предметной области называют знанием.
Знания - результат подготовительной деятельности человеческого интеллекта; их характерной чертой является динамичность и творческий характер. Если же знания отчуждаются от человека, то приобретают автономный закрытый характер, лишаются творческого начала, обретают статичность, тогда они превращаются в информацию (прибегая к образному изложению, информация - это знания минус человек).
Знаниями, преобразованными в информацию, оперируют системы искусственного интеллекта, выдавая новые решения. Возвращаясь к человеку и поступая в его распоряжение, достигнутые с помощью компьютера решения обретают все свойственные знанию качества. Таким образом, между знаниями и информацией происходит неизменный процесс преобразования, и исходной величиной в этом процессе являются знания.
Виды информации
Существуют различные принципы классификации информации.
Информацию разделяют на: 1) общественно - политическую, социально - экономическую, научно - техническую и т.п.; 2) статическую (постоянную) и динамическую (переменную); 3) первичную (входную), производную (промежуточную) и выходную; 4) осведомляющую и управляющую; 5) полную и выборочную; 6) избыточную и недостаточную; 7) полезную и ложную и т.д.
Свойства информации
Информационное поле
По современным представлениям человек живет в информационном поле - это одно из трех полей, окружающих человека. К ним относятся гравитационное, энергетическое (электромагнитное) и информационное. Эти поля воздействуют тем или иным способом на человека и все живое и неживое на Земле.
Со стороны информационного поля на человека воздействуют различные потоки информации: сенсорный поток, который воспринимается органами чувств через первую сигнальную систему; вербальный поток (или словесный - verbalis (лат.)) устных и письменных слов; структурный поток, компонентами которого являются вода и пища, вдыхаемый воздух.
Понятие информатизации
Информатизация - это реализация комплекса мер, направленных на обеспечение полного и своевременного использования достоверных знаний во всех общественно значимых видах человеческой деятельности.
Научные основы информатизации развиваются в двух направлениях. Первое направление - фундаментальные и прикладные исследования, связанные с созданием новых информационных средств и технологий. Теоретическую основу этого направления формирует современная информатика как междисциплинарная наука об информации, информационных процессах, системах и технологиях.
Второе направление формируется в настоящее время. Оно объединяет исследования, позволяющие анализировать и прогнозировать пути и последствия информатизации общества.