Введение в информатику

Введение в информатику

Введение

С вступлением в новый век человечество одновременно переживает смену как общественно - политических формаций, так и кардинальный переход к новой схеме рыночных отношений. В экономической информатике этот переход называют переходом от индустриального к постиндустриальному обществу и далее к информационному обществу, где производством информации и информационных услуг занято большинство трудоспособного и наиболее образованного населения.

Парадигма развития информационного общества “свобода передачи информации и свобода доступа к информации” составила основу новой предметной области - области существования и движения информационных ресурсов. Особое место заняла информатика и вычислительная техника, как науки о всех формах движения и преобразования информации. Также можно говорить о том, что возникла новая научная дисциплина - теория информационных ресурсов (ИР). Собственно ИР стал базовой категорией теорий социальной, экономической информатики, менеджмента и маркетинга, коммуникаций и управления.

Республика Беларусь, относящаяся к наиболее интеллектуальным из государств бывшего союза, безусловно, не стоит в стороне от этих глобальных мировых процессов. Причем для нашей республики ситуация осложняется тем, что развитие информационного общества происходит одновременно с болезненными социально - экономическими рыночными преобразованиями.

Учитывая инерционность и необратимость социально - экономических процессов в этих условиях, огромная ответственность ложится на государственное управление, где продуманность, обоснованность и последовательность принимаемых решений прямым образом зависят от полноты, достоверности и оперативности информации.

Эффективным средством решения этих задач являются современные информационные технологии, вычислительные и телекоммуникационные средства их обеспечения.

Становление теории информации

Всю историю накопления знания об информации обычно разделяют на четыре периода.

1. Первоначально информация была обнаружена в социальных системах, информационные процессы рассматривались только по отношению к человеку и сообществам людей. Под информационным процессом понималось получение главным образом неожиданных, принципиально непохожих на уже известные данных и знаний. Уже здесь были поставлены вопросы о полноте, достоверности, ценности, важности и формах передачи информации.

2. Важнейшим в теории информации является второй период ее развития. В 1948г., были опубликованы статья американского инженера К. Шеннона "Математическая теория связи" и монография профессора Массачусетского технологического института Н. Винера "Кибернетика или управление и связь в животном и машине". Впервые информация была определена как "обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств".

Понятие информации распространено на живую природу и искусственные самоуправляющиеся, самоорганизующиеся системы. Возникла новая предметная область - информатика, вобравшая в себя в качестве составной части кибернетику, а этот подход был назван функционально-кибернетическим.

3. Третий период -связан с распространением информации на неживую природу и социально - экономические процессы. Этот подход получил название атрибутивного. Основной постулат - «вещество - носитель знания». Вещество первично.



Рис. 1 Состояния материи согласно атрибутивному подходу

Согласно атрибутивному подходу, информация является свойством (атрибутом) движущейся материи, т. е. любых материальных систем, в том числе и неживой природы, независящим от того, используется она в данный момент другой системой или нет.

Взгляд на материю, как триединство вещества, энергии и информации, сформированный атрибутивным подходом, позволяет рассматривать информацию как ресурс управления особого рода и существенно изменяет современные представления об управлении в социально-экономических системах

4. Четвертый период, начало которого положено в последнем десятилетии, связан с переосмыслением места информации в модели движения материи.

Согласно этому подходу информация рассматривается как первооснова всех процессов во вселенной. Все науки и сама природа представляют собой ветви единого дерева, которым является информация.

Информация - вездесуща, она - внутри нас, вне нас и во всей Вселенной; это универсальное начало всех начал в природе и в обществе; информация - первична, материя - вторична. Информация - безальтернативный первоисточник зарождения Вселенной и безальтернативный ресурс развития мирового сообщества.

Этот период связан с появлением новой науки - информациологии. Информация и логия означает науку об информации. Информациология согласно этому подходу является фундаментальной единой наукой о первопричинах и источниках возникновения и развития Вселенной. Она изучает на единой информационной основе взаимоотношения нульматериальных точек, микрочастиц, атомов, организмов, объектов, состояний, процессов и явлений природы и общества, исходя из фундаментального принципа информациологического подхода.

Информациология изучает два класса информации - естественную и искусственную. Естественная информация - все безусловные (естественные) отношения, отображения и соотношения в природе, обществе и Вселенной. Искусственная информация зависит от нас и создается (производится) человечеством с момента его возникновения и в процессе его эволюции. Искусственная информация - это все отношения и отображения материальных объектов и предметов, придуманных и реализованных человеком.

Сигнал, знак, данные, информация

Сформулированные в рамках функционально-кибернетического подхода положения теории информации в настоящее время нашли широкое применение в теории и практике управления, в построении автоматизированных и информационных систем различного назначения, в создании компьютеров и компьютерных сетей

Согласно функционально-кибернетическому подходу, информация рассматривается, как свойство определенного класса материальных кибернетических систем, к которым относятся:

- живые организмы и их сообщества;

- человек и человеческое общество;

- созданные человеком искусственные кибернетические устройства.

Базовыми понятиями этого подхода являются сигналы, знаки, данные, информация, знания. Заметим, что в данном случае речь идет не об информации как категории движения материи (атрибутивный и информациологический подходы), а в более узком смысле как о переходном состоянии от сигнала к знаниям.

Сигнал - это вещественно-энергетический или энергетический носитель информации и может быть представлен в виде электрических, электромагнитных импульсов, звуковых волн и других материальных процессов. Для представления сигнала введена минимальная единица представления - бит.

Знак. Это вещественный носитель информации, кодирующий информацию в виде, доступном для восприятия человеком в документах, электронном виде и т.д. Для представления знаков введена единица представления - байт, содержащая 8 бит.

Знаки составляют слова, слова составляют предложения.

Под данными понимаются комбинации знаков слов, предложений, несущих сведения, сообщения, записанные наблюдения, и т.д., которые в данный момент не оказывают воздействия на поведение.

Данные могут превратиться в информацию, если такое воздействие на поведение будет иметь место. С точки зрения принятия решений, можно утверждать, что информацией в узком смысле являются используемые полезные данные. Вспомним определение информации Винером: "обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств".

Для того, чтобы данные стали информацией, они должны последовательно пройти физический, семантический и прагматический фильтры.

Физический фильтр. Сигналы, знаки, слова, предложения вначале должны быть приняты. Качество, достоверность приема зависит от физического шума в приемнике и канале связи. В данном случае под «приемником» понимается не только некое техническое устройство. Например, это может быть человек, беседующий с собеседником, в силу комплекса факторов (шум, отвлечения другими, усталость, дикция собеседника, озабоченность другими проблемами и т.д.) не воспринимающий в полном объеме и достоверно излагаемые ему сведения. Будем говорить, что сведения проходят физический фильтр. Принятые сведения называются синтаксической информацией, остальные не принятые из-за помех в канале связи или приемнике отсекаются в виде физического шума.

На синтаксическом уровне исследуется соотношение между знаками в сообщении, независимо от их содержания и ценности для получателя, определяется с помощью каких знаков закодировано сообщение. Получатель тогда способен принять поступившее сообщение, когда располагает кодом (языком), с помощью которого записано сообщение. Знание языка, его синтаксической структуры позволяет получателю отсечь помехи и возможно восстановить сообщение.

К.Шеннон понимал под информацией не все сообщения, а только те, которые уменьшают неопределенность у получателя информации. Неопределенность же существует тогда, когда происходит выбор одной из нескольких возможностей. Неопределенность рассчитывается по формуле:

где Pi - вероятность наступления i -того события или принятия параметром системы i -го значения (i = 1,2,…n).

Согласно приведенной формуле, неопределенность будет тем больше, чем ближе между собой значения вероятностей. Значение неопределенности при равновероятных возможностях наступления события было принято за единицу информации и названо битом.

Пример расчета количества информации, равного 1 биту:

Далее синтаксическое сообщение должно быть понято получателем. Для этого оно должно пройти семантический фильтр - тезаурус.

Под тезаурусом понимают систематизированный словарь понятий, в котором фиксируются как сами понятия, так и постоянные, не зависящие от контекста, отношения между ними. На семантическом уровне исследуется содержание сообщения, т.е. соотношение между знаками, словами, фразами и объектами, которые они обозначают.

Семантическое сообщение будет получено только тогда, когда содержание данных увязывается с тезаурусом. Такое сообщение будем называть данными.

Принятые и понятые данные рассматриваются на прагматическом уровне. Здесь получатель оценивает, насколько семантическая информация полезна для стоящих перед ним актуальных задач, насколько она влияет на поведение получателя (прагматический фильтр). Данные, которые бесполезны для решения актуальных задач получателя, отсекаются как прагматический шум. И только те, которые оцениваются как полезные, представляют собой информацию.

Ценность информации оценивают через приращение вероятности достижения цели после получения сигнала. Если эта вероятность до получения информации составляла , а после ее получения -, то ее ценность:



Информация в узком смысле (знания) - это только новые знания, принятые, понятые и оцененные как полезные для решения актуальных задач, побуждающие органы управления, менеджеров к принятию решений, к конкретным действиям.

Информация обладает следующими свойствами:

1. Всегда существует вещественный или энергетический носитель информации - сигнал.

2. Информация имеет количественные и качественные характеристики.

3. Информация не исчезает от употребления. Она может многократно использоваться.

4. Информация способна накапливаться. Объективной закономерностью развития человеческого общества является накопление информации, и этому процессу нет предела.

5. Существование информации определяется ее использованием. Неиспользуемая информация устаревает, т.е. теряет свою актуальность, полезность и ценность. Это свойство не противоречит предыдущему, т.к. накопление информации само определяется потребностью ее использования, фактором ее движения.

Значение информации в современном обществе определяется следующими факторами:

информация является важнейшим, ресурсом управления особого рода..

информация выступает как основа процесса управления.

информация выступает как основа коммуникаций в системе управления.

информация является предметом управленческого труда.

Информатика. Проблемная область и содержание

Информатика в широком смысле - система знаний, относящихся к производству, переработке, хранению и распределению всех видов информации в обществе, в природе и в технических устройствах.

Первоначально имела название «Кибернетика». В последующем получила более широкую трактовку, а кибернетика стала ее составной частью.

В настоящее время в информатике выделяют следующие разделы:

· теоретическая информатика;

· кибернетика;

· программирование;

· искусственный интеллект;

· информационные системы;

· вычислительная техника;

· информатика в обществе и природе.

1. Теоретическая информатика. Математическая дисциплина, основанная на методах построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации.

В теоретической информатике выделяют 5 направлений:

Математическая логика:

· теория алгоритмов;

· теория параллельных процессов;

· теория автоматов;

· теория сетей Петри.

Вычислительная математика и вычислительная геометрия:

· преобразование алгоритмов и математических задач в форму, удобную для программирования;

· математические аспекты машинной графики.

Теория информации. Теория кодирования:

· исследование информации как абстрактного объекта, выявление общих закономерностей;

· передача данных по каналам связи;

· защита информации.

Системный анализ:

· теория распознавания образов;

· методы и алгоритмы принятия решений;

· математическое моделирование.

Исследование операций:

· теория игр;

· математическое программирование;

· теория принятия решений;

· теория коллективного поведения.

2. Кибернетика. Первоначально возникла как общая наука управления в живых, неживых и искусственных системах. Важнейший раздел - техническая кибернетика.

Выделяют шесть направлений:

Теория автоматического управления. Автоматика;

Техническая диагностика;

Распознавание образов. Обучение на примерах;

Бионика;

Нейрокибернетика;

Человеко-машинные системы. Автоматизированные системы.

3. Программирование. Первоначально основывалось на эвристическом индивидуальном подходе «ремесленников высшей квалификации», преобразующих исходные математические и другие задачи в программы на ЭВМ. Сейчас программирование - наука, решающая:

задачи спецификации, задачи разработки программ и комплексов программ, их отладки, верификации, оценки достоверности и надежности;

проблемы создания классов языков, технологий программирования, включая сетевые технологии.

4. Искусственный интеллект. Цель искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности овладевать знаниями и принимать на их основе решения. Задача этого направления - использовать полученную информацию в искусственных, в первую очередь компьютерных системах. В проблематике искусственного интеллекта выделяют следующие направления.

Представление знаний

· формальное представление знаний из различных предметных областей;

· классификация и обобщение знаний;

· создание средств хранения сложно структурированных баз знаний.

Моделирование рассуждений

· формализация процессов умозаключений;

· разработка методов обработки сложно структурированных баз знаний и специализированных вычислительных машин реализации алгоритмов умозаключений.

Диалоговые средства и интерфейсы общения с человеком

· общение с человеком в процессе обучения системы, решения задач, интерпретации результатов.

Обучение интеллектуальной системы

· накопление интеллектуальной системой знаний о предметной области;

· создание модели предметной области;

· создание и развитие модели деятельности.

Конечной целью искусственного интеллекта является создание комплекса программно-аппаратных средств, способных в некоторой предметной области по укрупненным постановкам задач на языке этой предметной области находить их решения. Область применения результатов:

· робототехника;

· медицинские диагностические системы;

· обучающие системы;

· лингвистические системы.

5. Информационные системы. Резкое увеличение объемов перерабатываемой информации потребовало выделить это направление как самостоятельное. В рамках этого направления решаются следующие задачи:

Анализ и прогнозирование потоков информации во всех сферах человеческой деятельности;

Способы представления информации, сжатие данных, формализация описаний, гипертексты, мультимедиа;

Методы поиска и сортировки данных;

Разработка аппаратно программных средств реализации;

Распределенные информационные системы. Методы множественного доступа;

Сети. Глобальные информационные системы. Internet, WEB-технологии.

6. Вычислительные средства. Средства реализации всех задач обработки и передачи информации.

7. Информатика в обществе и природе. Этот раздел наиболее близок социальной сфере, так как в нем рассматриваются следующие вопросы:

q Социальные, правовые и технические проблемы перехода к информационному обществу (социальная информатика).

Бионика:

информатика и живые организмы;

лечение, анализ биологической активности;

сохранение равновесия природных систем, поиск стабилизирующих воздействий.

Определение и предметное поле информатизации

Существует несколько определений понятия «информатизация». Удачным на наш взгляд является определение А.Д. Урсула: «Информатизация - это системно-деятельностный процесс овладения информацией как ресурсом управления и развития с помощью средств информатики с целью создания информационного общества и на этой основе - дальнейшего прогресса цивилизации». Информатизация как и автоматизация содержит в себе как технократическое начало, так и социально-гуманитарное. Поэтому все аспекты информатизации должны рассматриваться с позиций диалектического единства и взаимодействия этих начал [ ].

В то же время необходимо отличать понятия «автоматизация» и «информатизация».

Автоматизация возникла как средство повышения эффективности человеко-машинных систем индустриального общества. Предметное поле автоматизации - управление и обработка информации при помощи ЭВМ и систем, предполагающая участие человека в контуре управления или обработки. Автоматизация повышает эффективность деятельности таких систем и только опосредованно влияет на производство основного продукта индустриального общества - промышленной продукции.

Предметное поле информатизации составляют информация и информационные услуги. Но они же одновременно являются основным продуктом на рынке информационного общества. Манипулируя основным общественным продуктом информационного общества информатизация превращается в социально-экономический процесс, управляющий в значительной степени обществом в целом. Она охватывает весь комплекс социально - экономических проблем развития информационного общества, образует новые предметные области: экономическую информатику, социальную информатику, информационное управление, информационную психологию и ряд других, характерных только для информационного общества.

Поэтому в научной литературе процесс информатизации всегда рассматривается как многоаспектный в техногенной, информационной, экономической, социально-гуманитарной, психологической сферах, государственном, микро- и макроэкономическом управлении.

Информатизация охватывает все стороны социально-экономического общественного развития. Она оказывается объективно востребованной в экономической, социальной и культурно-духовной сферах, а условия ее развития определяются технической, информационной оснащенностью общества, его интеллектуальным потенциалом и культурой.

В экономической области информатизация создает новую производственную и рыночную сферу. Управляя информационным продуктом, ресурсом и услугами, она отвлекает на себя основные инвестиции и интеллектуальный потенциал общества. Очень важно, что информатизация в экономической области становится необходимым условием сохранения конкурентоспособности организации, общества, нации. Поэтому экономическая мотивация информатизации общества, нации, группы, личности очень высока.

В социальной и культурно-духовной сфере, понимаемой как «пространство и процесс физического, интеллектуального и культурно-духовного воспроизводства человека как личности, как субъекта исторического процесса», информатизация составляет основу образовательных процессов, выступает средством воспроизводства интеллектуального потенциала общества, нации, группы, личности.

За счет информационных услуг, их качества и оперативности повышаются условия жизни. Особенно это касается категорий людей (инвалиды, пенсионеры и т. д.) с ограниченными возможностями. В определенной мере снижается безработица за счет надомной занятости, выполнения интеллектуальных работ и заказов по информационным сетям.

Информатизация снимает географические, политические и социальные барьеры в общении людей, обеспечивая тем самым свободу личности. Образуются прямые межнациональные культурные связи. Мировые художественные и культурные ценности реально становятся доступными всему человечеству.

Поэтому социальная мотивация информатизации также весьма высока.

Таким образом, экономическое и социально-культурное развитие общества являются главными стимулами информатизации.

В то же время высокая мотивация информатизации есть необходимая, но не достаточная предпосылка ее развития. В обществе должны быть созданы определенные условия ее развития. Рассмотрим их более подробно.

Уровень технического развития. В 70- годы прошлого столетия развитие технических средств было главным тормозом информатизации в глобальном мировом масштабе. Сегодня ситуация кардинально изменилась. Опережающее развитие технических средств фактически «заставляет» общество применять информационные технологии. Возник феномен отставания способности общества внедрять и использовать информационные технологии в различных сферах деятельности от возможностей технических средств информатизации.

Технический аспект условий информатизации включает две составляющие. Во-первых, это развитие электроники, средств коммуникаций, компьютерных сетей, персональных компьютеров, доступных практически каждому по стоимости и обеспечивающие весь комплекс услуг в информационных сетях, что является основным условием информатизации. Во-вторых, это инструментальные программные средства, обеспечивающие собственно работу всего комплекса технических средств. Сюда относят операционные системы (например, семейство Windows, OS2, Novell), интегрированные пакеты (MS Office), базы данных(Lotus, Oracle, DB2), средства проектирования (AutoCad), графические пакеты (Corel Draw), множество приложений и т.д.

Можно утверждать, что современный уровень технических средств и их производство в развитых странах достаточны для развития процессов информатизации.

Уровень информационного развития. Этот уровень определяют два фактора.

Первый - это средства доступа и получения информации и информационные услуги. Он непосредственно связан с развитием коммуникаций, средств хранения и доступа к информации, механизмов ее распространения.

Второй фактор - это уровень средств поиска и обработки информации, предоставления ее пользователю в наиболее доступной форме. С информационной стороны это эффективные механизмы поиска и адресации в глобальных сетях. С социально-гуманитарной - это направленность поиска и обработки информации на значимые для общества, социальных групп, личности виды деятельности. Именно этот фактор в силу принципа экспоненциального роста знаний информационного общества связан с комплексом психологических проблем информационных стрессов, компьютероманий и фобий.

В частности, в качестве оценки уровня информационного развития конкретной нации, общества может служить степень доступности к сети Интернет.

Уровень информационной культуры. Это мотивация (необходимость), возможность (доступ) и способность (информационная грамотность) общества, социальных групп, личности адекватно воспринимать информацию.

Уровень интеллектуального развития. Это возможность (благоприятная интеллектуально-информационная среда) и способность синтеза обществом, социальными группами, личностью новых знаний. С информационной стороны это эффективные механизмы и средства синтеза знаний (технологии искусственного интеллекта). С социально-гуманитарной - это образовательные технологии и механизмы воспроизводства интеллектуального потенциала общества, группы, личности.

Развитие социальных коммуникаций. Интернет

Важнейшей составляющей информационного развития общества является степень развития коммуникационной составляющей информационной среды.

В истории своего развития мировое сообщество прошло ряд фаз развития коммуникационных процессов.

Устная фаза характерна для этапа зарождения человечества, формирования трудовых коллективных взаимоотношений, создания начальных общественных групп. Именно с устной фазой связывают первое принципиально важное явление в развитии коммуникаций - появление речи.

Письменная фаза позволила устранить главное ограничение устной фазы - необходимость непосредственного общения. Письменность привела к созданию знаковых форм оформления речи, созданию языков, объединению социальных групп по языковому принципу.

Книжная фаза явилась следствием необходимости размножения информации, расширения ее пространственного представления.

Радиоэлектронная фаза повысила оперативность доступа к информации, обеспечила широковещательность, принимать и передавать информацию в виде звука, графики.

Компьютерная фаза обеспечила в социальной сфере вхождение человека в мировое информационное пространство. Расширились технические возможности получения и переработки информации. Компактность цифровой записи и скорость считывания информации, позволила хранить информацию без искажений сколь угодно долго. Персональные компьютеры стали домашними библиотеками. Развитие гипертекста, мультимедиа, разработка механизмов доступа к базам данных. Параллельно шло развитие интеллектуальных компьютерных систем, обеспечили дружественный интерфейс доступа, облегчили работу неспециалистов, заменили человека при решении неформализованных задач.

Настоящий период характерен развитием информационных сетей, систем поиска информации в глобальных сетях, созданием протоколов (стандартов) работы в них. Раскрывая тенденции этого периода необходимо уделить особенное внимание феномену «всемирной паутины» в сети Интернет. Подробно эти вопросы будут раскрыты во второй части учебного пособия.