Меню Рубрики

Системный анализ как наука информатики

Проблемы предметной области.
Информатика.

Системный анализ

Системный анализ

Для того чтобы получить информационную модель любого реального объекта или процесса, необходимо рассмотреть его с системной точки зрения — выполнить системный анализ объекта. Задача системного анализа, который проводит исследователь, — упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы отразить их в информационной модели. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели:

РЕАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ => СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ =>
СИСТЕМА ДАННЫХ, СУЩЕСТВЕННЫХ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ => ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

Понятие системы

Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое.

Наука о системах называется системологией. Любой объект окружающего мира можно рассматривать как систему. Системы бывают материальные, нематериальные и смешанные. Примеры материальных систем: дерево, здание, человек, планета Земля, Солнечная система. Примеры нематериальных систем: человеческий язык, математика. Пример смешанных систем — школа.. Она включает в себя как материальные части (школьное здание, оборудование, тетради, учебники и пр.), так и нематериальные (учебные планы, программы, расписания уроков).

Все разнообразие существующих систем можно разделить на две категории: на естественные системы, т.е. -существующие в природе, и искусственные системы — созданные человеком. Например, Солнечная система — естественная, а компьютер — искусственная система. Для всякой искусственной системы существует цель ее создания человеком: автомобиль — перевозить людей и грузы, компьютер — работать с информацией, завод — производить продукцию. В системологии искусственную систему определяют как «средство достижения цели»*. Именно целесообразностью системы определяется ее состав и структура.

Состав системы. Подсистемы

Состав системы — это множество входящих в нее частей. В качестве примера системы рассмотрим объект, с которым ученикам приходится иметь дело на уроках информатики, — персональный компьютер.

Самое поверхностное описание ПК такое: это система, составными частями которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами компьютера? Конечно, нет! Каждая из этих частей — это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных частей. В состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств — также сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более углубляясь в подробности устройства компьютера.

Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор — подсистемой системного блока.

А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка — простая деталь, поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую структуру, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома, которые называли «элементарными» (например, электроны), тоже оказались не простыми.

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т.е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях — как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

Структура системы

Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие системологии — понятие структуры.

Структура — это совокупность связей между элементами системы.

Можно еще сказать так: структура — это внутренняя организация системы. Многие открытия в науке связаны именно с выяснением структуры природных систем. Например, экспериментально было доказано, что атом состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. Однако лишь открытие орбитальной структуры атома, сделанное Нильсом Бором, в полной мере объяснило природу атома. Стали понятны многие физические явления (например, механизм электромагнитного излучения).

Всякая система обладает определенным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

С примерами зависимости свойств различных систем от их структуры ученики встречаются в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества — углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая — слоистая. В результате алмаз — самое твердое в природе вещество, а графит — мягкий, из него делают грифели для карандашей. В химии известно явление, которое называется изомерией. Вещества, состоящие из молекул одинакового атомарного состава, но различающиеся структурой молекул, обладают разными свойствами.

Типы связей в системах

Связи в системах бывают материальными и информационными. В естественных системах неживой природы (космические системы, атомы и молекулы, природные системы на Земле и пр.) связи носят только материальный характер, а в системах живой природы существуют связи материальные и информационные.

Информационные связи — это обмен информацией между частями системы, поддерживающий ее целостность и функциональность.

Очевидно существование информационных связей в животном мире, в человеческом обществе. В технических системах, используемых в информационной сфере (радио, телевидение, компьютерные сети), также действуют связи информационного типа. В них информация — это семантическое содержание физических сигналов, передаваемых между частями системы.

Общественные (социальные) системы это различные объединения, людей. Конечно, между ними тоже есть определенные материальные связи (например, общее помещение, экономическая зависимость, родственно-генетические связи), но очень важны информационные связи. Ни один коллектив, от семьи до государства, не может существовать без информационного обмена.

Системный эффект

Следующее важное положение системологии формулируется так: всякая система приобретает новые качества, не присущие ее составным частям.

Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье — не обладают способностью к езде. Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием «велосипед», которая приобрела новое качество — способность к езде, т.е. возможность служить транспортным средством. Этим свойством не обладала ни одна из деталей в отдельности. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) — летающее устройство. Еще пример: социальная система — строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой.

Появление нового качества у системы называется системным эффектом. Это же свойство выражается фразой: «Целое больше суммы своих частей».

Модели систем

Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель. Рассмотрим три разновидности информационных моделей систем:

  1. модель черного ящика;
  2. модель состава;
  3. структурная модель.

Модель «черного ящика». Всякая система — это нечто цельное и выделенное из окружающей среды. Система и среда взаимодействуют между собой. В системологии используются представления о входах и выходах системы. Вход системы — это воздействие, на систему со стороны внешней среды, а выход — это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. Такое представление о системе называется моделью «черного ящика» (см. рисунок).

Модель «черного ящика» используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия. Например, в любой инструкции по использованию бытовой техники (телевизор, магнитофон, стиральная машина и пр.) дается описание работы с ней на уровне входов и выходов: как включить, как регулировать работу, что получим на выходе. Такого представления может быть вполне достаточно для пользователя данной техникой, но не достаточно для специалиста по ее ремонту.

Модель «черного ящика» отражает лишь взаимодействие системы с окружающей средой. Такой подход к сложным системам был введен в кибернетике. Казалось бы, это простейшая модель, которая не углубляется во внутреннее устройство системы. Однако и внешние взаимодействия реальной системы оказываются бесконечно сложными. Поэтому модель «черного ящика», как и любая другая, строится в соответствии с целью моделирования, учитывая лишь те входы и выходы системы, которые существенны с точки зрения цели моделирования, назначения создаваемой модели.

Если описать компьютер как «черный ящик», учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей:

Если, кроме информационного, учитывать еще и физическое взаимодействие компьютера с внешней средой, то на входе надо добавить: «электропитание», «температурное воздействие», «вибрационное воздействие». На выходе: «излучение экрана», «шум вентилятора», «нагрев от монитора». В таком расширенном списке входов и выходов следует выделить основные параметры и побочные. Основные — это те, которые связаны с главной функцией системы: работа с информацией. Среди побочных можно выделить необходимые (электропитание) и нежелательные (излучение экрана, шум вентилятора).

Модель можно расширить, добавив в нее экономические параметры, связанные с финансовыми расходами на входе (исходная цена, оплата электроэнергии, оплата за пользование Интернетом) и возможными доходами на выходе, если компьютер является рабочим инструментом, в результате использования которого человек зарабатывает деньги.

Модель состава системы дает описание входящих в нее элементов и подсистем, но не рассматривает связей между ними. Очевидно, что и модель состава компьютера может иметь разные варианты в зависимости от отражаемой в ней точки зрения на систему. Например:

Вариант 1: системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь.

Вариант 2: оперативная память, внешняя память, центральный процессор, устройства ввода, устройства вывода.

Вариант 3: центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, жесткий диск, флоппи-диск, лазерный диск, информационная магистраль, клавиатура, монитор, контроллеры внешних устройств и пр.

Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внутренние связи. Наряду с термином «связь» нередко употребляют термин «отношение».

Наглядным способом описания структурной модели системы являются графы. На рисунке в виде ориентированного графа приведена структурная модель компьютера.

Здесь стрелки обозначают информационные связи между элементами системы. Направление стрелок указывает на направление передачи информации.

Однако если нас интересуют связи по управлению, то получится следующая граф-модель компьютера:

Здесь стрелка обозначает направление управляющего воздействия. Смысл схемы заключается в том, что процессор управляет работой всех остальных устройств компьютера.

Следовательно, структурная модель одной и той же системы может быть разной. Все определяется целями моделирования.

Методические рекомендации

Одной из наиболее заметных тенденций в современном развитии школьной информатики стало проникновение в ее содержание элементов системного анализа. Знакомство учащихся с системным анализом может происходить по двум целевым направлениям:

  • развитие системного мышления учащихся;
  • знакомство с системным анализом как этапом информационного моделирования.

Начиная обсуждение понятия «система», следует обратить внимание учащихся на то, что с этим понятием они многократно встречались как в учебных дисциплинах, так и в повседневной жизни. Примеров можно привести достаточно много: Солнечная система, периодическая система химических элементов, системы растений и животных, система образования, система транспорта, система здравоохранения и многое другое. Безусловно, ученики имеют некоторое интуитивное понимание того, что такое система. Однако для информатики это понятие является одним из фундаментальных и поэтому здесь нельзя ограничиться интуитивным представлением.

Сформулировав определение системы, его необходимо подробно обсудить. В ходе такого обсуждения следует использовать знакомые и понятные ученикам примеры систем. Наряду с теми, что были перечислены выше, нужно напомнить примеры систем, с которыми ученики встречались в курсе информатики. Например, совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для . обработки на компьютере, называется системой данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения образует программные системы: операционные системы, системы программирования. Файловая система — организованная совокупность файлов и папок на дисках компьютера.

Двигаясь от интуитивного представления учащихся о системах к более строгому, научному пониманию, необходимо последовательно раскрыть следующие свойства систем:

  • функция (цель, назначение) системы;
  • взаимодействие системы с окружающей средой;
  • состав системы;
  • структура системы;
  • системный эффект.

На конкретных примерах необходимо показать неразрывность системного анализа с информационным моделированием. Информационная модель базируется на данных, т.е. на информации об объекте моделирования. Любой реальный объект — это сложная система, которая обладает бесконечным множеством различных свойств и характеристик. Важнейшим этапом моделирования является разделение параметров, характеризующих моделируемый объект или процесс, по степени важности влияния их изменений на поведение объекта или процесса, — то поведение, которое представляется важным с точки зрения достижения целей моделирования. Такой процесс называется ранжированием. Чаще всего невозможно (да и не нужно) учитывать все факторы, которые могут повлиять на поведение объекта или процесса, — нужно выделить важнейшие из них. От того, насколько удачно на этапе системного анализа будут выделены важнейшие факторы, зависит успех моделирования, быстрота и эффективность достижения цели.

Выделить более важные (или, как говорят, значимые) факторы и отсеять менее важные может лишь специалист в той предметной области, к которой относится модель. Например, если учитель хочет создать модель учебного процесса в классе, то ему потребуются данные об изучаемых предметах, расписании занятий, сведения об оценках учеников, о преподавателях. Если же он задался целью смоделировать процесс летнего отдыха (например, коллективную поездку на юг), то ему потребуются совсем другие данные: сроки поездки, маршрут поезда, стоимость билетов, стоимость расходов на питание и пр. Возможно, что единственными общими данными для этих двух моделей будет список учеников класса.

Задание:

    1. Составить схему ключевых понятий;
  • Подобрать практические задания с решениями для базового и профильного курсов информатики.

источник

§ 1. Что такое система

Понятие системы, так же как и понятие информации, относится к числу фундаментальных научных понятий. Так же как и для информации, для системы нет единственного общепринятого определения. В то же время это понятие часто используется нами в бытовой речи, употребляется в научной терминологии. Вот ряд примеров употребления понятия системы: система образования, транспортная система, система связи, Солнечная система, нервная система, Периодическая система химических элементов, система счисления, операционная система, информационная система.

Обобщая все приведенные выше примеры, дадим следующее определение.

Система — это совокупность материальных или информационных объектов, обладающая определенной целостностью.

Состав системы — это совокупность входящих в нее частей (элементов). Рассматривая компьютер как систему, можно выделить следующие составляющие его части: процессор, память, устройства ввода, устройства вывода. Но, в свою очередь, процессор тоже является системой, в состав которой входят: арифметико — логическое устройство (АЛУ), устройство управления, регистры, кэш — память. Поскольку процессор входит в состав компьютера, подчеркивая его собственную системность, процессор следует назвать подсистемой компьютера.

Таким образом, подсистема — это система, входящая в состав другой, более крупной системы.

В свою очередь АЛУ процессора тоже является системой. В его состав входят сумматоры, полусумматоры и другие элементы. Следовательно, АЛУ — это подсистема процессора. Таким путем можно продолжать углубляться дальше. Отсюда следует вывод: всякая система представляет собой иерархию составляющих ее подсистем (рис. 1.1).

Вопрос о том, что считать системой (подсистемой), а что — простым (неделимым) элементом, субъективен и зависит от решаемой задачи. Например, описывая школу как систему, реализующую функцию обучения и воспитания учащихся, мы будем рассматривать людей (учеников, учителей) в качестве простых элементов. В то же время медицина рассматривает человека как сложную анатомическую систему.

Внешняя система по отношению к данной является средой ее существования. Средой существования Земли является Солнечная система; средой существования Солнечной системы является Галактика и т. д. Всякая система относительно обособлена от среды своего существования. Это значит, что, с одной стороны, ее можно выделить из среды (рассмотреть отдельно), но, с другой стороны, она постоянно связана со своей средой.

Системы бывают естественные и искусственные. Естественные системы — это природные системы. Примеры: системы звезд и планет, растительность и животный мир Земли, молекулы и атомы. Искусственные системы создаются людьми — это заводы, дороги, образование, культура, здравоохранение, компьютеры, самолеты и др. Некоторые системы объединяют в себе части естественного и искусственного происхождения. Например: гидроэлектростанция, городской парк.

Всякая система обладает свойством целостности, поскольку она существует в совокупности своих частей и выполняет свою отдельную функцию в среде своего существования.

Системный эффект. Система не является случайным набором частей. Ее состав подчиняется тому назначению, которое система имеет в природе или в обществе. Искусственные системы человек создает с определенной целью. В связи с этим существует следующее определение системы: система — это средство достижения цели. Вот примеры: транспортная система предназначена для перевозки людей и грузов, система здравоохранения — для лечения и укрепления здоровья людей, компьютер — для работы с информацией.

В науке о системах — системологии сформулирован закон, который называется принципом эмерджентности, или законом системного эффекта. Звучит он так: целое больше суммы своих частей. Говоря другими словами, свойства системы не сводятся к совокупности свойств ее частей и не выводятся из них. Слово «эмерджентность» происходит от английского emergence — внезапное появление. Например, сложная система организма животного или человека создает системный эффект, который называется жизнью. Выход из строя какой-либо подсистемы организма (кровооб-ращения, пищеварения и др.) приводит к утрате жизни.

Связи (отношения) в системе. Части системы всегда связаны между собой, находятся в определенных отношениях. Виды этих связей могут быть самыми разными. В естественных и технических системах они носят материальный характер. Например, планеты Солнечной системы связаны силами гравитации; детали автомобиля связаны между собой болтами, сваркой, шестеренками; части энергетической системы связаны линиями электропередач.

Отношения между частями социальных систем бывают различными. Это могут быть отношения подчинения (начальник — подчиненный, министерство — предприятие), отношения вхождения (университет — факультет — кафедра — преподаватель), отношения родственных связей членов семьи. Решающее значение для функционирования таких систем играют информационные связи внутри системы, а также с внешней средой. Такие связи реализуются через прямое общение, переписку, технические средства связи, средства массовой информации. Человек является частью многих систем: семьи, класса, производственного коллектива, команды, государства и др. Во всех этих системах он находится в состоянии информационного взаимодействия с другими людьми.

Большое значение информационные связи имеют для деятельности производственных коллективов. Если распоряжение руководителя не доходит до подчиненных или искажается в процессе передачи, то может быть нарушен производственный процесс с самыми серьезными последствиями, вплоть до катастрофы. Во время боевых действий в армии от работы информационной связи зависят жизни людей. Армия, лишенная связи, не может выполнять свое назначение — эффективно вести военные действия.

Из приведенных примеров следует, что системный эффект обеспечивается не только наличием нужного состава частей системы, но и существованием необходимых связей между ними.

Структурой системы называется совокупность связей, существующих между частями системы. Наглядным примером отображения структуры системы являются схемы электрических цепей. Элементы электрического устройства соединяются между собой двумя способами: последовательным и параллельным соединением. От способа соединения зависит свойство всей цепи. Например, если три проводника, имеющие сопротивления R1, R2, R3, соединить последовательно, то общее сопротивление цепи будет равно R1 + R2 + R3. А если их соединить параллельно, то сопротивление цепи будет равно: (R1*R2*R3)/(R1*R2 + R1*RЗ + R2*R3). Первое сопротивление больше второго. Поэтому, например, при пропускании электрического тока в первой цепи будет выделяться больше тепла, чем во второй.

В науке существует много примеров, когда для понимания свойств каких-то систем требовалось понять их структуру. Например, открытие немецким химиком Ф. Кекуле структуры молекулы бензола (бензольного кольца) помогло понять химические свойства этого органического вещества. Свойства атома стали лучше понятны физикам после того, как Эрнест Резерфорд открыл «планетарную» структуру атома, а Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты.

Для любой социальной системы, объединенной информационными связями, также характерна определенная структура. Эффективность функционирования системы существенно зависит от ее структуры. Структурная организация любой социальной системы определяется законами, уставами, правилами, инструкциями. Структура государства описана в конституции, структура армии — в уставе.

Обобщая всё сказанное о системах, сформулируем следующее определение.

Системацелостная, взаимосвязанная совокупность частей, существующая в некоторой среде и обладающая определенным назначением, подчиненная некоторой цели. Система обладает внутренней структурой, относительной обособленностью от окружающей среды, наличием связей со средой.

Системным подходом называется научный метод изучения действительности, при котором любой объект исследования рассматривается как система, при этом учитываются его существенные связи с внешней средой.

1. Что такое система? Приведите примеры.

2. Что такое структура системы? Приведите примеры.

3. Приведите примеры систем, имеющих одинаковый состав (одинаковые элементы), но разную структуру.

4. В чем суть системного эффекта? Приведите примеры.

6. Выделите подсистемы в следующих объектах, рассматриваемых в качестве систем:

7. Удаление каких элементов из систем, названных в задании 6, приведет к потере системного эффекта, т. е. к невозможности выполнения основного назначения систем? Попробуйте выделить существенные и несущественные с позиции системного эффекта элементы этих систем.

Следующая страница § 2. Модели систем

источник

Задачи информатики как фундаментальной науки. Системный анализ как одно из направлений теоретической информатики. Основная цель работ в области искусственного интеллекта. Программирование как научное направление. Кибернетика и вычислительная техника.

Просим использовать работы, опубликованные на сайте, исключительно в личных целях. Публикация материалов на других сайтах запрещена.
Данная работа (и все другие) доступна для скачивания совершенно бесплатно. Мысленно можете поблагодарить ее автора и коллектив сайта.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Исторические этапы возникновения кибернетики. Формирование информатики как науки и как технологии. История развития информатики в СССР и современной России. Характеристика автоматизированных систем управления. Роль информатики в деятельности человека.

реферат [37,0 K], добавлен 01.05.2009

Появление, становление и структура информатики. Сущность теоретической информатики, математической логики, теории информации, системного анализа, кибернетики, биоинформатики, программирования. Особенности перехода от классической кибернетики к новой.

реферат [40,9 K], добавлен 16.11.2009

Формирование информатики как науки. Единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации. Теоретическая информатика, кибернетика, программирование, искусственный интеллект и вычислительная техника.

реферат [45,8 K], добавлен 30.11.2012

Основные определения и понятия информатики. Вычислительная техника, история и этапы ее развития. Методы классификации компьютеров, их типы и функции. Разновидности системного и прикладного программного обеспечения. Представление информации в ЭВМ.

учебное пособие [35,3 K], добавлен 12.04.2012

Появление и развитие информатики. Ее структура и технические средства. Предмет и основные задачи информатики как науки. Определение информации и ее важнейшие свойства. Понятие информационной технологии. Основные этапы работы информационной системы.

реферат [127,4 K], добавлен 27.03.2010

Происхождение и развитие информатики, ее структура и связь с другими науками, сходства и различия с кибернетикой. Информационные революции и этапы развития вычислительной техники. Информация как научная категория. Информационные процессы и системы.

реферат [200,6 K], добавлен 21.12.2010

Понятие информатики как научной дисциплины, история ее становления и развития, структура на современном этапе и оценка дальнейших перспектив. Характеристика и анализ содержания различных аспектов информатики: социальных, правовых, а также этических.

контрольная работа [28,9 K], добавлен 10.06.2014

Информатика как фундаментальная и прикладная дисциплина, ее функция и задачи, объекты приложения, структура, назначение, история развития. Место информатики в системе наук. Ее связь с развитием вычислительной техники. Содержание информационного процесса.

реферат [59,7 K], добавлен 25.04.2013

Определение перспектив, направлений и тенденций развития вычислительных систем как совокупности техники и программных средств обработки информации. Развитие специализации вычислительных систем и проблема сфер применения. Тенденции развития информатики.

реферат [19,5 K], добавлен 17.03.2011

Ознакомление с педпосылками интеграции изучения средств информатики. Развитие логического и алгоритмического мышления при изучении информатики. Описание компьютерной технологии обучения. Использование здоровьесберегающих технологий для детского здоровья.

контрольная работа [29,1 K], добавлен 26.02.2015

источник

Рассмотрим место науки информатики в традиционно сложившейся системе наук (технических, естественных, гуманитарных и т.д.).

В 1981 году на 3-й Всемирной конференции Международной федерации по обработке информации и ЮНЕСКО по применению ЭВМ в обучении в Лозанне (Швейцария) Андре́й Петро́вич Ершо́вделает доклад под названием «Программирование — вторая грамотность». Название доклада быстро становится лозунгом. В Новосибирске начинаются эксперименты по преподаванию программирования, а затем и информатики школьникам. Разрабатывается компьютер Агат, обучающая система «Школьница» и язык «Рапира». В 1985 году Ершовым совместно с группой соавторов был выпущен школьный учебник «Основы информатики и вычислительной техники» (ОИВТ) и началось преподавание информатики как учебного предмета во многих школах Советского Союза. Для записи алгоритмов в этом учебнике применялся Алголо-подобный язык, так называемый Русский алгоритмический язык (или Учебный алгоритмический язык), в шутку называемый «Ершол». Реализацией этого языка стал Е-практикум, разработанный на механико-математическом факультете МГУ.

Андрей Петрович Ершов Известен как один из первых программистов СССР и один из пионеров российской корпусной лингвистики, как создатель сибирской школы программирования, один из создателей (наряду с А.А. Ляпуновым, Г.И. Марчуком, Н.Н. Яненко) сибирской школы информатики
Дата рождения: 19 апреля 1931
Место рождения: Москва, РСФСР
Дата смерти: 8 декабря 1988 (57 лет)
Место смерти: Москва, РСФСР
Страна: СССР
Научная сфера: Информатика и вычислительная техника, программирование
Место работы: Новосибирский Академгородок
Учёное звание: академик АН СССР
Альма-матер: МГУ (мехмат)
Сайт: ershov.iis.nsk.su

По определению А.П. Ершова информатика ‑ “фундаментальная естественная наука”. Академик Б.Н. Наумов определял информатику “как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача)”.

Уточним, что такоефундаментальная наука и что такоеестественная наука. К фундаментальным наукам принято относить те науки, основные понятия которых носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности. Нет, например, сомнений в фундаментальности столь разных наук как математика и философия. В этом же ряду и информатика, так как понятия “информация”, “процессы обработки информации”, несомненно, имеют общенаучную значимость.

Естественные науки – физика, химия, биология и другие – имеют дело с объективными сущностями мира, существующими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним информатики отражает единство законов обработки информации в системах самой разной природы – искусственных, биологических, общественных.

Рис. 1. К вопросу о месте информатики в системе наук

Однако, многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные черты и других групп наук – технических и гуманитарных (или общественных).

Черты технической науки придают информатике ее аспекты, связанные с созданием и функционированием машинных систем обработки информации. Так, академик А.А. Дородницын определяет состав информатики как “три неразрывно и существенно связанные части: технические средства, программные и алгоритмические”. Науке информатике присущи и некоторые черты гуманитарной (общественной) науки, что обусловлено ее вкладом в развитие и совершенствование социальной сферы. Таким образом, информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания, как это изображено на рис. 1.

Структура информатики

Оставляя в стороне прикладные информационные технологии, опишем составные части “ядра” современной информатики. Каждая из этих частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике – все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.

На рисунке представлена структура информатики как научной и прикладной дисциплины.

Теоретическая информатика – это научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы, в которой осуществляется изобретение и создание новых средств работы с информацией. Как любая фундаментальная наука, теоретическая информатика (в тесном взаимодействии с философией и кибернетикой) занимается созданием системы понятий, выявлением общих закономерностей, позволяющих описывать информацию и информационные процессы, протекающие в различных сферах (в природе, обществе, человеческом организме, технических системах).

По самой своей природе информация тяготеет к дискретному представлению. Множество информационных сообщений, как правило, можно описывать в виде дискретного множества. А значит, по своему характеру теоретическая информатика близка к дискретной математике, изучающей объекты именно такого типа. Поэтому многие модели теоретической информатики заимствованы из дискретной математики.

Сама теоретическая информатика распадается на ряд самостоятельных дисциплин. По степени близости решаемых задач их можно условно разделить на несколько классов:

1. К первому классу относятся 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).

2. Компьютеры, как известно, оперируют с числами, т. е. с информацией, представленной в дискретной форме. А сами процедуры, реализуемые компьютером, есть алгоритмы, описанные в виде программ. Чтобы составить программу, необходимо разработать специальные приемы решения задач. Раньше математики не заботились о возможности перевода своих методов решения задач в такую форму, которая допускает программирование, т. е. перевод в программы, реализуемые на вычислительной машине. В результате развития устройств, автоматизирующих вычисления, появились современные компьютеры, и это стимулировало развитие в математике специальных приемов и методов решения задач. Так возникли дисциплины, лежащие на границе между дискретной математикой и теоретической информатикой. Это вычислительная математикаи вычислительная геометрия. Слово «вычислительная» подчеркивает, что эти науки направлены на создание методов, ориентированных на реализацию в компьютерах.

Вычислительная математика возникла довольно давно. Вавилонская глиняная табличка примерно 1800—1600 года до н. э. с современными аннотациями. Надписи на табличке дают приближение значения квадратного корня из 2 как суммы четырёх шестидесятеричных чисел:

В вычислительной математике выделяют следующие направления: анализ математических моделей, разработка методов и алгоритмов решения стандартных математических задач, автоматизация программирования. Одна из проблем вычислительной математики заключается в том, что при решении вычислительных задач человек оперирует машинными числами, которые являются дискретной проекцией вещественных чисел на конкретную архитектуру компьютера. Так например, если взять машинное число длиной в 8 байт, то в нём можно запомнить только 264 разных чисел, поэтому важную роль в вычислительной математике играют оценки точности алгоритмов и их устойчивость к представлениям машинных чисел в компьютере.

3. Специально 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, в задачу которой входит изучение тех форм, в которые может быть «отлито» содержание любой конкретной информационной единицы (передаваемого сообщения, гранулы знаний и т. п.). В теории информации имеется раздел, специально занимающийся теоретическими вопросами передачи информации по различным каналам связи.

Основные разделы теории информации — кодирование источника (сжимающее кодирование) и канальное (помехоустойчивое) кодирование. Теория информации тесно связана с криптографией и другими смежными дисциплинами.

А. Шень Лекции «Алгоритмическая теория информации» http://www.lektorium.tv/course/? >

4. Информатика имеет дело с реальными и абстрактными объектами. Информация, циркулируя в реальном виде, овеществляется в различных физических процессах, но в информатике она выступает как некоторая абстракция. Такой переход вызывает необходимость использования в компьютерах специальных абстрактных (формализованных) моделей той физической среды, в которой «живет» информация в реальном мире. Другими словами, вместо реальных объектов в компьютерах надо использовать их модели. Переход от реальных объектов к моделям, которые можно использовать для изучения и реализации в компьютерах, требует развития особых приемов. Их изучением занимается системный анализ наука, возникшая в 60-е годы ХХ века. Системный анализ изучает структуру реальных объектов и дает способы их формализованного описания. Частью системного анализа является общая теория систем, изучающая самые разнообразные по характеру системы с единых позиций. Системный анализ занимает пограничное положение между теоретической информатикой и кибернетикой.

Такое же пограничное положение занимают еще две дисциплины. Имитационное моделирование— одна из них. В этой науке создаются и используются специальные приемы воспроизведения процессов, протекающих в реальных объектах, в тех моделях этих объектов, которые реализуются в вычислительных машинах. Вторая наука — теория массового обслуживания изучает специальный, но весьма широкий класс моделей передачи и переработки информации, так называемые системы массового обслуживания.

5. Последний класс дисциплин, входящих в теоретическую информатику, ориентирован на использование информации для принятия решений в самых различных ситуациях, встречающихся в окружающем нас мире. Сюда, прежде всего, входит теория принятия решений, изучающая общие схемы, используемые людьми при выборе нужного им решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр.

Всегда хочется среди всех возможных решений выбрать наилучшее или близкое к такому. Проблемы, возникающие при решении этой задачи, изучаются в дисциплине, получившей название математическое программирование(не следует путать с программированием для компьютеров, слово «программирование» здесь употребляется в ином смысле). При организации поведения, ведущего к нужной цели, принимать решения приходится многократно. Поэтому выбор отдельных решений должен подчиняться единому плану. Изучением способов построения таких планов и их использованием для достижения поставленных целей занимается еще одна научная дисциплина — исследование операций. В этой же науке изучаются и способы организации различного рода процессов, ведущих к получению нужных результатов.

Если решения принимаются не единолично, а в коллективе, то возникает немало специфических ситуаций: образование партий, коалиций, появление соглашений и компромиссов. Эти проблемы частично изучаются в уже упомянутой теории игр, но в последнее время активно развивается новая дисциплина — теория коллективного поведения, для которой задачи коллективного принятия решений — предмет специального изучения.

Искусственный интеллект. Это направление информатики — самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика[1] теснейшим образом связана с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования.

1. Когнитивная психология — раздел психологии, изучающий когнитивные, то есть познавательные процессы человеческого сознания. Исследования в этой области обычно связаны с вопросами памяти, внимания, чувств, представления информации, логического мышления, воображения, способности к принятию решений.

Основная цель работ в области искусственного интеллекта — стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии — науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление — когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.

2. Другое направление психологии — психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.

3. Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.

4. Экспертная система — еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности:

a. она адаптирована для любого пользователя,

b. она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что. но и знать как.

c. она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

Компьютерная система, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. Современные ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление.

В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.

Похожие действия выполняет такой программный инструмент как Мастер (англ. Wizard). Мастера применяются как в системных программах так и в прикладных для упрощения интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от ЭС — отсутствие базы знаний — все действия жестко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.

Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики. В этой области работает значительный отряд специалистов, которые подразделяются на системных и прикладных программистов.

1. Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение, которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.

Языки программирования создаются для разработки прикладного программного обеспечения. Эти языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.

Есть ещё машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня, в программы на машинном языке используются специальные программы — трансляторы, которые также создаются системными программистами.

2. Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решения тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС), в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определённой предметной области.

Прикладная информатика – раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ — автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР — системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС — автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ — автоматические системы управления), в обучении (АОС — автоматизированные обучающие системы) и др.

Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области – неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации. Раздел информатики, посвящённый вычислительной технике, широко представлен в Интернете.

Кибернетика. Термин «кибернетика» (от греческого слова κυβερνητης, т.е. «кормчий») появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом Винером. В течение ряда лет они проводили исследования в различных областях научных знаний (математической статистики, электросвязи, нейрофизиологии и др.), связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов. В следующем году Н. Винер публикует монографию под названием «КИБЕРНЕТИКА или управление и связь в животном и машине». Идея «общей теории управления» получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи. В 50-е годы наряду с идеей об универсальности схем управления в кибернетике развиваются и другие идеи: идея универсальной символики, идея логического исчисления, идея измерения информации через понятия вероятностной и статистической (термодинамической) теорий. Все эти и ряд других идей и направлений исследования так называемой «ничейной территории» между различными сложившимися науками впоследствии станут основой кибернетики, которую в свою очередь вберёт в себя информатика после создания и развития компьютерной техники.

1. Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В её состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения, атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.

2. Ведущее место в кибернетике занимает распознавание образов. Основная задача этой дисциплины — поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности. соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов — это пограничная область между кибернетикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.

3. Ещё одно научное направление связывает кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют учёных. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищет бионика — пограничная наука между кибернетикой и биологией. В свою очередь, нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

4. Недавно возникло и ещё находится в стадии оформления научное направление кибернетики — гомеостатика, изучающая равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др. Гомеостатика – наука, изучающая механизмы иерархического управления сложными системами различной природы (клетка организма, сложные технические системы, социальные системы), обеспечивающими поддержание динамического постоянства жизненно важных функций, параметров, ритмов и тенденций развития.

5. Наконец, математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие. Это научное направление в области математического и компьютерного моделирования интеллектуальных процессов у человека и животных при создании систем искусственного интеллекта, которое ставит своей целью использование математических моделей для описания естественных языков.

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатикисостоят в следующем:

  • исследование информационных процессов любой природы;
  • разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
  • решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Два вида приложений информатики:

  • решение задач методами информатики в некоторой области применений с помощью обычных для этой области способов:
  • преобразование (изменение) области применений на основе возможностей информатики, в результате которых прикладная область открывает для себя совершенно новые методы и образ деятельности.
[1] Гомеостатика — новая ветвь кибернетики, изучающая системы с внутренними противоречиями

источник

Можно, видимо, говорить о завершении этапа информатики, понимаемой как основы информатики и вычислительной техники и наступлении этапа научной, системно-междисциплинарной информатики, этапа поднимающего эту дисциплину над компьютерными и информационными технологиями, помогающие ему достичь статуса фундаментальной, научной дисциплины, концентрирующие внимание не на вещественно-энергетических, а на информационно-логических, системно-математических аспектах, т.е. достичь статуса науки, которая максимально помогает строить и исследовать системно-информационную картину мира.

Известно классическое определение информатики как науки изучающей структуру, общие свойства, вопросы сбора, хранения, поиска, переработки, преобразования, использования знаний, научно-технической информации.

Можно предложить и такое определение информатики: информатика- наука об информации и информационных процессах, о моделях и моделировании, об алгоритмах и алгоритмизации (о программах и программировании), о различных классах исполнителей алгоритмов, в частности, компьютерах, о технологиях получения и актуализации информации, об их использовании в общественном развитии, в ноосфере.

Информатика — синтетическая наука и охватывает своими методами, моделями, алгоритмами, технологиями, инвариантами многие дисциплины. В силу этого, невозможно выразить одним понятийным аппаратом, формальными определениями предмет всей информатики, ее проблемы. При решении региональных проблем важен подход к проблемам информатизации с общих системно-методологических позиций экономики, экологии, права, социально-гуманитарных и образовательных позиций, позиций гармонизации, гуманизации и гуманитаризации общества; технократический подход при рассмотрении важных проблем информатизации часто малоэффективен, а зачастую и вреден, так как часто представляет собой «навешивание компьютеров» на старые информационные системы и методы актуализации информации, не изменяя структур, не развивая их. В силу этого, при рассмотрении проблем информатизации и информатики необходимы анализ и актуализация следующих важных определений информатики.

Информатика — наука, изучающая информационные, информационно-логические аспекты системного анализа и системные аспекты информационных процессов, информационно-динамические инварианты этих процессов. Это определение можно считать системным определением информатики. Оно важно для системного подхода к проблемам информатизации.

Информатика — это наука об инвариантах (т.е. неизменных сущностях) информационных процессов, протекающих, как правило, динамически, их выявлении, описании, изучении, применении, их организации и самоорганизации (изменения структуры системы в пространстве, во времени, по сложности). Такое определение естественно назвать синергетическим определением информатики. Оно имеет важное значение для исследования синергетики информационных процессов.

Инвариант понимается в системно-математическом смысле.

Конструктивным процессом называем процесс применения операции композиций и суперпозиций (декомпозиции и агрегирования) к базовому выбранному множеству объектов и к объектам, уже полученным в результате предыдущих конструктивных процессов над ними.

Конструктивный объект над множеством Х — объект, который можно построить (в соответствии с выбранными спецификациями) с помощью некоторого конструктивного процесса над множеством Х. Объекты базового множества (их копии) могут участвовать в процессе сколь угодно раз (это вполне согласованно с абстракцией потенциальной осуществимости; при этом абстракция актуальной бесконечности не позволяет строить такие объекты, допуская их существование).

Две системы назовем эквивалентными, если между ними можно установить отношение эквивалентности некоторой конструктивной процедурой или алгоритмом (эти понятия не совпадают!).

Эквивалентность систем может быть как по целям, ресурсам, так и по структуре. Соответственно классифицируются и эквивалентные системы.

Пусть даны две эквивалентные системы X и Y и система X обладает структурой (свойством) S. Если из этого следует, что и система Y обладает этой структурой (или свойством) S, то S называется инвариантом систем X и Y. Можно говорить об инвариантном содержании двух и более систем или об инвариантном погружении одной системы в другую. Спираль познания — инвариант любого процесса познания, независимый от внешних условий и состояний (хотя параметры спирали и его развертывание, например, скорость и крутизна развертывания зависят от этих условий); цена — инвариант любых экономических отношений, любой экономической системы: цена может определять и деньги, и стоимость, и затраты.

При решении проблем региональной информатики, которые часто носят научно-практический характер, важное значение приобретают вопросы, связанные с математической, теоретической информатикой. Дадим определение математической информатики.

Информатика — наука, изучающая вопросы построения и исследования математических методов и моделей, алгоритмов, формальных систем их описания и актуализации (технологий) для различных типов информационных систем и процессов, различных классов операционных пространств, наука выявляющая и математически (формально) исследующая их инварианты.

Именно приведенные выше три последних определения информатики дают полное понимание основ информационных магистралей систем, их функционирования и самоорганизации.

Дадим и философское определение информатики: информатика — наука, изучающая общие свойства и процессы отражения материи, ее структурированность и отражение в сознании человека, общества.

Можно дать различные определения информатики — с акцентом на ту или иную предметную область, например, физическая информатика (часто неточно интерпретируемая как компьютерная физика — раздел физической информатики) изучает проблемы информационных процессов, управления, и, что наиболее важно, вопросы самоорганизации, хаоса (порядка) в открытых физических системах.

Наиболее актуальными, в силу схожести и важности информационных процессов и структур, являются четыре следующие определения.

Экономическая информатика изучает информационные системы и процессы экономического характера (производства, потребления, накопления, спроса, предложения, финансирования, кредитования, ценообразования, инфляции, капитала и прибыли и др.), а также управление и самоорганизацию в таких системах (открытых).

Экологическая информатика изучает информационные системы и процессы в экологических средах, включая экологию человека, а также управление и самоорганизацию в таких системах (открытых).

Правовая информатика изучает информационные системы и процессы в системах права, юриспруденции, а также управление и самоорганизацию в таких системах (открытых).

Социально-гуманитарную информатику можно определить как информатику, изучающую информационные процессы в социальной и гуманитарной сферах, а также управление и самоорганизацию в таких системах (открытых).

Предмет информатики, как следует из вышеприведенного, точно («математически») невозможно определить, в силу его сложности, многосторонности, динамической изменчивости. Тем не менее, можно отметить следующие основные базовые понятия (инварианты) информатики:

  • информация и сообщение, в частности, получение, переработка, сжатие, актуализация информации с помощью сообщений различного типа, происхождения и форм передачи (последовательной, параллельной и смешанной);
  • алгоритм и алгоритмизация, в частности, программа, программный комплекс и проектирование программ, программирование;
  • система и структура, отношение и связь, порядок, в частности, информационные система и структура, отношения в них;
  • изменение, изменчивость и выбор, в частности, выбор решений на базе инвариантов различных информационных систем, процессов;
  • модель и моделирование, в частности, описание и исследование систем с помощью моделей и моделирования;
  • исполнитель и его операционная среда, в частности, автомат (компьютер) и комплекс автоматов (компьютерная система);
  • язык и грамматика, в частности, алгоритмические языки, языки программирования, языки общения с пользовательскими средами;
  • проектирование систем и технология, в частности, информационная и компьютерная технологии.

Информатика предоставляет свои общие и частные методы исследования другим наукам, помогает прокладывать и усиливать межпредметные связи, исследовать проблемы различных наук, цементирует их своими идеями, методами, технологиями и инвариантами.

Информатика предоставляет к использованию в различных науках и информационных системах следующие основные методы и процедуры:

  • абстрагирование и конкретизация;
  • анализ и синтез;
  • индукция и дедукция;
  • формализация;
  • виртуализация;
  • актуализация;
  • визуализация;
  • структурирование;
  • макетирование;
  • алгоритмизация и программирование;
  • инфологическое (информационно — логическое) моделирование;
  • математическое моделирование;
  • компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент;
  • программное управление;
  • распознавание, классификация и идентификация образов;
  • экспертное оценивание и тестирование
  • и другие методы и процедуры.

Информатика описывает, изучает, актуализирует такие важные системные и междисциплинарные отношения, как отношения типа:

  • «система — система»;
  • «система — модель»;
  • «модель — модель»;
  • «система — технология»;
  • «технология — технология»;
  • «система — структура»;
  • «модель — структура»;
  • «структура — структура»;
  • «система — инвариант»;
  • «система — актуализация»

и другие отношения (инварианты).

Предметная область науки «информатика» — информационные процессы и системы, модели, языки их описания и технологии их актуализации, направленные как на получение знаний (это — внутренняя сущность информатики и она определяет внутреннюю сложность проблем, систем), так и на применение знаний, принятие на их основе решений в различных проблемных областях (внешняя сущность информатики, она определяет внешнюю сложность проблем).

Информатизация — процесс преобразования информации, знаний в один из наиболее важных ресурсов общества, который все более определяет и уровень развития, и направление прогресса общества, его структур, систем, институтов. Общество, в котором информация становится наиглавнейшим ресурсом, определяющим развитие как производственных отношений, так и производительных сил и имеет все необходимые для этого (качественно и количественно) информационные магистрали и информационные потоки, ресурсы, методы, технологии, средства, т.е. имеет соответствующую самоорганизующуюся (это очень важно!) инфраструктуру для удовлетворения как индивидуальных, так и общественных потребностей в информации, совершенствования интеллектуального, социально-экономического, гуманитарного, физиолого-психологического состояния человека и общества в целом — информационное общество (общество информационных технологий и принятия решений).

Отличительные стороны, особенности информационного общества:

  • открытость (особенно, информационная, т.е. доступность общенеобходимой информации);
  • технологичность (особенно, информационная, т.е. наличие и доступность новых информационных технологий и необходимых для открытости информационных магистралей, потоков и ресурсов);
  • интеллектуальность;
  • электронизация, компьютеризация производства, потребления, услуг;
  • качество, надежность и достаточность систем связи (особенно, спутниковой), актуализации и приема-передачи информации, мониторинга различных сфер общества, включая и социально-экономическую, а также защищенность таких систем;
  • доступ к мировым информационным ресурсам;
  • высокая степень обеспечения безопасности (особенно, информационной, экономической и экологической безопасности);
  • гибкость и самоорганизация выше указанных систем.

Информатизация — процесс применения достижений информатики в предметных областях, в общественной жизни.

Материальная основа информатизации — информационные, компьютерные среды, системы, средства коммуникаций и др.

Идеальная основа — математические, информационные методы и модели (особенно, когнитивные), базы знаний.

Технологические основы информатизации составляют новые информационные технологии и методы организации интерфейса.

Организационные основы информатизации — структуры, системы информационного обслуживания, инфраструктуры региона.

Все эти основы, разумеется, не могут существовать без человеческих ресурсов, без системно, информационно и компьютерно грамотных профессионалов в своей области деятельности.

Информатизация определяет скорость перехода от (пост) индустриального общества к информационному обществу, а уровень информатизации общества — динамику связей в обществе, качество и оперативность принимаемых решений, способность к накоплению, хранению, актуализации знаний (во времени, в пространстве, в форме организации). Информатизация резко поднимает требования к качеству (информации, информационных технологий, средств информатизации, подготовки специалистов, используемых в регионе методов управления, рентабельности информационных систем).

В последнее время употребляются термины «региональная информатизация», «региональные проблемы информатизации» — как совокупность проблем информатизации, возникающих в регионах — областях и республиках, субъектах и учитывающих национально-региональные предпосылки постановки проблем и соответствующие ресурсы при решении проблем информатики, уровень информационно-технологического развития, исторические, географические, национально-демографические, экономические, экологические и общекультурные особенности региона.

Информатизация региона состоит в информатизации, в частности, следующих основных систем региона:

  1. Банковских систем, основные задачи: развитие банковских расчетов и межбанковских обменов, в том числе и зарубежных, компьютерных безналичных расчетов на основе кредитных карточек; компьютеризация и использование типовых компьютерных сетей и систем для банковского учета и контроля; разработка и использование экономико — математических моделей различных банковских ситуаций; разработка и использование АРМ — автоматизированных рабочих мест (банковского работника) и др.
  2. Систем рыночной экономики, основные задачи: обеспечение занятости населения с помощью банков данных; разработка и использование экономико-математических моделей и расчетов для оперативного и долгосрочного прогноза экономических ситуаций; внутрихозяйственные экономические расчеты; разработка и использование АРМ работника рыночной экономики и др.
  3. Систем социального обеспечения, основные задачи: развитие и совершенствование пенсионных расчетов и их автоматизация; компьютерная, информационная поддержка инвалидов, престарелых, пенсионеров; автоматизация учета и планирования социальной помощи; разработка и использование экономико-математических моделей динамики социальных ситуаций в обществе; разработка и использование АРМ социального работника и др.
  4. Систем налоговой службы, основные задачи: технологическое обеспечение и компьютерная поддержка деятельности налоговых служб; автоматизация налогообложения (ведение баз данных по налогооблагаемым лицам, налоговому законодательству, действиям налоговой службы и др.); разработка и использование экономико-математических моделей динамики налогособираемости и ставок налогообложения; разработка и использование АРМ работника налоговой службы и др.
  5. Систем промышленности, основные задачи: организация маркетинга, использование гибких автоматизированных линий и производств (ГАП), различного типа робототехнических систем; автоматизированное проектирование производимых продуктов и автоматизированное производство; компьютерные контроль, наладка и учет промышленных изделий; разработка и использование экономико-математических моделей промышленных систем и ситуаций; разработка и использование систем автоматизированного проектирования — САПР и АРМ и др.
  6. Систем транспорта и связи, основные задачи: разработка и внедрение типовых автоматизированных систем продажи билетов; автоматизация контроля и планирования транспортных перевозок; использование компьютерных систем разработки и внедрения новых транспортных средств и услуг; автоматизация и компьютеризация сетей связи, включая спутниковую связь; разработка и использование экономико-математических моделей транспортных потоков и связи; выбор оптимального маршрута движения транспорта, трафика сетей связи; разработка и использование АРМ работника транспорта (связи) и др.
  7. Систем топливно — энергетического комплекса, основные задачи: организация маркетинга, автоматизация разведки, добычи и переработки нефти, газа или угля; учет и контроль состояния энергоресурсов; разработка экономико-математических моделей оптимального объема добычи и использования энергоресурсов; разработка и использование АРМ работника комплекса и др.
  8. Информатизация строительного комплекса, основные задачи: информационное обеспечение инвестиционных потоков (стыковка финансовых потоков, их согласование, исключение противоречий, в частности, исключение дублирования); создание и ведение баз данных архитектурных конструкций, примитивов, строительных норм и правил, норм расценок, картографических и геологических данных; разработка и использование экономико-математических моделей (методов) для решения задач строительства; инженерно-технические расчеты материалов и конструкций; учет, контроль, управление, оптимизация парка строительных машин, механизмов и их простоя; расчет надежности, долговечности строительных конструкций и др.
  9. Систем правительственных услуг и права, основные задачи: автоматизация подготовки, передачи, контроля исполнения документов для различного типа и ранга структур (региональных, муниципальных и др.); повышение оперативности и обеспечение аналитическими данными для принятия решений на всех уровнях правительственной власти; автоматизация обработки и предоставления правовых услуг; разработка и использование экономико-правовых математических моделей принятия решений; разработка консультирующих правовых компьютерных систем; разработка моделей прогноза динамики правонарушений и их предупреждения в зависимости от различных социальных и других факторов; разработка и использование АРМ работника правительственной службы (права) и др.
  10. Систем здравоохранения и медицины, основные задачи: компьютерное и оперативное ведение историй болезней; компьютеризация постановки диагноза болезни с использованием соответствующих интеллектуальных систем; компьютерная томография; медико-математическое моделирование и прогнозирование; послеоперационное наблюдение за различными физиологическими и психологическими характеристиками состояния больного с помощью компьютерных систем; разработка и использование АРМ терапевта, хирурга, другого медицинского работника и др.
  11. Систем экологии, основные задачи: осуществление контроля и управления экологическими системами; прогноз состояния окружающей среды на основе эколого-математических моделей прогноза экологических ситуаций, например, моделирования и управления основными экологическими факторами рационального природопользования; моделирование и прогнозирование различных экологических катастроф, прогноз загрязнения водного и воздушного бассейна; разработка и использование АРМ эколога и др.
  12. Систем сельского хозяйства, основные задачи: создание условий для программирования урожайности сельхозкультур и продукции животноводства; управление агротехническими мероприятиями; оптимизация обеспечения минеральными удобрениями и водой; автоматизация различных мелиоративных и животноводческих систем; разработка и использование экономико — математических моделей в сельском хозяйстве; автоматизация учета и хранения сельхозпродукции; разработка АРМ работника сельского хозяйства и др.
  13. Систем образования и образовательных услуг, основные задачи: развитие алгоритмического стиля и культуры мышления; выработка умений и навыков описания систем, объектов в целом и связей между ними; выработка умений и навыков планирования ресурсов, необходимых для достижения поставленной цели; автоформализация профессиональных знаний; профессиональная подготовка и переподготовка кадрового состава предприятий и организаций; телекоммуникационные средства обучения; воспитание в личности терпения, аккуратности, порядка в логике мышления и в работе; усиление междисциплинарных связей; использование средств мультимедиа; разработка и использование обучающих систем и сред и др.
  14. Систем безопасности, основные задачи: обеспечение безопасности различного уровня и назначения — от безопасности учреждений до государственной, национальной безопасности, безопасности информационного поля региона, безопасности национальных языков и традиций, менталитета, средств массовой информации и рекламы; моделирование и прогнозирование опасности; разработка технических средств и систем обеспечения безопасности; разработка АРМ работника безопасности и др.
  15. Информатизация делопроизводства, основные задачи: автоматизированное создание, оформление, прием, передача, подписание, согласование, утверждение, регистрация, хранение, контроль исполнения различных документов и др.

Можно говорить и корпоративной информатизации (информатизации в рамках корпорации).

В процессе информатизации региона (корпорации) необходимо:

создать математическую и элементную (техническую) базу разработки и внедрения новых перспективных средств вычислительной техники и передачи данных;

создать качественную и гибкую индустрию информационных потоков, технологий, произвести реинжиниринг информационных систем; в частности, развивать и использовать основные новые информационные технологии:

  • математическое и компьютерное моделирование;
  • базы данных и базы знаний;
  • экспертные системы;
  • планирование, управление с помощью электронных таблиц, органайзеров;
  • электронная почта и телекоммуникационные средства доступа;
  • интеллектуальные системы проектирования и управления производством;
  • компьютеризированные и виртуальные офисы и корпорации;
  • интегрированные пакеты прикладных программ;
  • технологии и системы мультимедиа;
  • гипертекстовые и гипермедийные технологии и WWW — системы, среды;
  • эвристические процедуры и технологии;
  • технологии сжатия информации;
  • технологии визуализации;
  • технологии виртуализации;
  • когнитивные, нейроматематические, нейроинформационные технологии;
  • объектно- и средо-ориентированные технологии;
  • корпоративные и CASE — технологии;
  • нечеткие среды и технологии;
  • технологии информационного инжиниринга и реинжиниринга и др.

подготовить системы информатизации и совершенствования управления, особенно, компьютеризованного, на основе новых информационных технологий причем в обществе важно избавиться от технократического понимания информатизации и выработать научно обоснованное понимание информатизации и ее роли в системном развитии общества и обеспечения человеческой жизнедеятельности и жизнеспособности, выживании (не только в биологическом смысле, но и в экономическом, экологическом, гуманитарном и т.д. смыслах);

обеспечить информационную безопасность социально-гуманитарной инфраструктуры;

воспитать системно, информационно и компьютерно грамотных людей (развить соответствующую инфраструктуру для этого).

Основные системные социально-экономические проявления информатизации:

  • высокая информационная и социально-экономическая культура членов и систем, ее государственное воспитание и поддержание;
  • социально-экономическая структуризация и индустриализация информационного обслуживания (включая и решение проблем человека в информационных средах);
  • превращение информационно, экономически дружественной и безопасной системы, объекта в товар с его классическими атрибутами (цена, стоимость, спрос, предложение, денежный эквивалент, издержки, реклама и т.д.), развитие и виртуализация рынка таких товаров;
  • потенциально свободный доступ каждого к интеллектуальному богатству общества, всего мирового сообщества (например, через сети Интернет), консолидация общества вокруг идеи информационного роста и построения информационного общества в регионе;
  • превращение знаний и профессионализма в непосредственный атрибут товарно-денежных отношений, капитализация информационных ресурсов и отношений, знаний, умений и навыков;
  • превращение труда в большей частью умственный и интеллектуальный труд, высвобождение большего времени для духовного развития или саморазвития человека, высокий уровень информационного сервиса быта и социально-экономических условий труда;
  • обеспечение информационной защиты и безопасности общества и членов общества (особенно от вредного влияния негативных средств массовой информации, например, рекламы), стабильности и устойчивости существования этого общества;
  • высокий уровень принятия решений на основе экономических баз данных, знаний, экспертных систем и других новых технологий и компьютерных систем (уровень позволяющий устранять негативные экономические и социальные факторы);
  • использование как классических представлений математических моделей социально-экономических систем, так и неклассических, позволяющих, например, учитывать пространственную структуру системы (клеточные автоматы и фракталы), структуру и иерархию в системе (графы и структуры данных), опыт и интуицию (эвристические и экспертные процедуры), а также различные операции моделирования (агрегирование, декомпозиция, линеаризация и др.); применение этих операции по отношению к системам (моделям) должно происходить по функциональным критериям, например, по управлению траекторией системы, управление системой же должно быть конечной целью моделирования, причем по своему характеру оно отличается от управления техническими системами, например, — тем, что при моделировании необходимо динамически переупорядочивать связи в системе (необходима самоорганизация);
  • учет системной, структурной активности и сложности: динамической, вычислительной и структурной, а также внутрисистемной способности социально-экономических систем к саморегулированию, к противостоянию, возмущениям среды, ибо в процессе коэволюции эти системы претерпевают (в соответствии с принципами синергетики) изменения, которые позволяют системе максимизировать контакт с внешней средой в целях поиска более эффективных обратных связей;
  • учет того, что методы и технологии информатики становится мощным, а часто и единственным средством установления причинно-следственных связей в системе, определения, описания, изучения систем.

Важное методологическое значение при решении проблем информатизации имеют некоторые сформулированные в синергетике (школой Пригожина и др.) ключевые законы, среди которых (и применительно к социально-экономическим проблемам информатики) укажем основные:

Для любой открытой системы информатизации характерна эволюция, необратимость, историчность и логичность процессов развития.

Для любой такой системы возможно определяющее влияние малых (в пространстве, во времени, по структурированности, информативности) событий и процессов на эволюцию системы.

Для сложных систем характерна множественность путей развития, что не только не исключает, но и предполагает возможности и альтернативность, многовариантность выбора оптимальных из них.

Сложным системам нельзя навязывать пути их развития, а необходимо понять и стимулировать их собственные тенденции развития, т.е. траектория развития системы должна быть близкой к траектории самоуправляемой, саморазвивающейся системы.

Для сложных саморазвивающихся систем при выборе пути в точках ветвления (бифуркации) траектории развития системы проявляется некая предопределенность, детерминированность хаоса. При этом любые социально-экономические процессы — стохастические и протекают в условиях той или иной степени неопределенности.

Будущее состояние системы как бы организует, формирует, изменяет наличное ее состояние. Причем в точках бифуркации зависимость настоящего, а следовательно, и будущего от прошлого практически исчезает и порождает принципиальную непредсказуемость эволюции, а следовательно, и необратимость времени.

По мере усложнения организации систем происходит одновременное ускорение процессов развития и понижение уровня их стабильности, а неустойчивость может выступать условием стабильного и динамического саморазвития, происходящего путем уничтожения нежизнеспособных форм; устойчивость и неустойчивость, оформление структур и их разрушение сменяют друг друга. Порядок и хаос возникают и существуют одновременно: один включает в себя другой и вместе работают на одно целое, на возникновение и развитие новой структуры.

В неустойчивой социально-экономической среде микропроцессы (вплоть до действий отдельного человека) могут влиять на макропроцессы в этой среде.

Чем больше, интенсивнее используются информационные системы и технологии, то тем больше и интенсивнее они развиваются. Информационные ресурсы могут достигать уровня саморазвития и самосовершенствования. Развитие системы (борьба организации и дезорганизации в системе) связано с накоплением и усложнением информации, ее организацией и самоорганизацией. Чем сложнее система, тем более разнообразные и более сложные внутренние (внутрисистемные) информационные процессы приходится актуализировать для того, чтобы система функционировала, развивалась как система. Высшая форма развития системы — развитие, обеспечивающее режим коэволюции системы, человека (общества) и биосферы (природы).

Системно мыслящий и действующий человек, как правило, умеет прогнозировать и считается с результатами своей деятельности, соизмеряет свои желания (цели) и свои возможности (ресурсы) учитывает интересы окружающей среды, развивает интеллект, вырабатывает верное мировоззрение и правильное поведение в различных средах, включая человеческие. Отсутствие базы для системного, синергетического анализа и целеполагания, планирования ресурсов для достижения поставленной цели, построения алгоритмов их достижения, отсутствия знаний, навыков соединять кванты знаний и умений — основные причины интеллектуального бездействия людей.

источник

Читайте также:  Как брать анализ мочи у собак