Информатика в системе наук. Основные понятия информатики

ИНФОРМАТИКА КАК ГЛОБАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ ОБЛАСТЬ.

ЛЕКЦИЯ 1

Кибернетика

Теоретическая информатика

Информатика как глобальная научная область. Информатика в системе наук. Основные понятия информатики

Лекция 1

Методы анализа и толкования в историко-психологическом исследовании

В настоящее время историко-психологические исследования в нашей стране приобретают особое значение. Осознание их теоретической важности и возрастание их реального статуса в системе психологических наук в значительной мере определяется и стимулируется социальными условиями бытия науки, сложившимися на современном этапе общественного развития. Исторически подтверждено, что общество, осуществляющее коренные изменения в своем укладе или переживающее кризисные состояния, связанные с поиском новых, нетрадиционных путей своего развития, в поиске ответов на злободневные вопросы бытия неизбежно обращается к своему прошлому.

Данное учебное пособие представляет собой курс лекций по дисциплине «Информатика» для студентов заочной и вечерней форм обучения. Создание пособия продиктовано рядом объективных причин:

Представленный лекционный курс состоит из 6 лекций, включающих 24 параграфа, в которых освещены основные теоретические аспекты информатики как глобальной научной области.

Пособие предназначено для самостоятельной подготовки студентов к ответам на теоретические вопросы зачета или экзамена по дисциплине «Информатика».

Из учебного курса «Основы информатики и вычислительной техники» вы уже знаете, что информатика - это наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации.

Информация здесь выступает как общенаучное понятие, и ее определение чаще всего формулируется следующим образом: информация – это содержание сообщения, сигнала, памяти, а также сведения, содержащиеся в сообщении, сигнале или памяти.

Далее вы поймете, что данное определение слишком расплывчато, и познакомитесь с другим значением слова «информация»: информация есть мера определенности в сообщении.

Информация отлична от материи и энергии, хотя и тесно связана с ними. Любой сигнал, любое сообщение имеют определенное энергетическое или материальное воплощение. Это могут быть взмах флажка, электрические импульсы и т.д. Но носитель сигнала, сообщения сам по себе еще не является информацией.

Понятие информации неразрывно связано с понятием информационного процесса. Информационный процесс - это обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире; передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

В технической литературе можно встретить и такое определение: информатика – это комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области человеческой деятельности. Подобное определение связано с тем, что информатика как наука начала развиваться с середины XX столетия, когда появились специальные устройства - компьютеры, ориентированные на хранение и преобразование информации.

Слово «информатика» образовано из двух французских слов: INFORmation (информация) и autoMATIQUE (автоматика). Первоначально в научный обиход оно вошло во Франции в 60-е годы для обозначения автоматической переработки информации в широкой области научной и производственной деятельности человека. Именно поэтому некоторые европейские энциклопедии и определяют информатику как «совокупность дисциплин и «техник», способствующих автоматической и рациональной обработке информации».

У нас в стране термином «информатика» вначале обозначали лишь технологические операции с научно-технической информацией, документалистику, библиотечное дело, хранение и обработку материалов научных исследований. Но лавинообразное наступление информации на современного человека, быстрый рост ее потребления, хранения, насущная необходимость в ее переработке, преобразовании — все это заставило по-иному взглянуть на суть вопроса и переосмыслить само понятие «информатика». Стало ясно, что информатика обладает необыкновенной разносторонностью, способностью проникать во все отрасли народного хозяйства, многообразные сферы научной и общественной жизни, в деятельность каждого человека. Информатика получила статус новой отрасли и заняла особое место в системе наук. Теперь не вызывает сомнения, что без информатики не может обойтись ни одна область нашей жизни.

В системе наук информатика — это комплекс ряда современных научно-технических дисциплин, обладающих средствами и методами решения новых задач в условиях развития научно-технического прогресса и базирующихся на самых современных технических средствах — электронных вычислительных машинах, позволяющих наилучшим образом решать вопросы, связанные с разработкой, функционированием и применением информационных систем.

Под информационной системой здесь и далее мы будем понимать хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации.

Итак, сегодня под названием «информатика» скрывается целый конгломерат наук, объединенных общим объектом исследования - информацией. Информатику составляют различные научные направления, представляющие собой комплексы самостоятельных наук, границы которых обнаружить весьма трудно, так как каждое из направлений информатики характеризуется взаимопроникновением методов и идей.

Как и другие науки, которые принято делить на теоретические и прикладные (например, в математике выделяются теоретическая и прикладная математика), информатика тоже состоит из научных разделов, которые можно назвать теоретической информатикой и прикладной информатикой. Каждый из этих разделов в свою очередь можно делить и дальше. Но такая структуризация информатики не слишком удобна, так как в один раздел попадают научные направления, значительно отличающиеся друг от друга и взглядом на информацию, и теми методами, которые в них используются. Поэтому группой ученых во главе с академиком Д. А. Поспеловым предпринято другое деление информатики на основные направления, опирающееся на внутреннее единство решаемых в них задач и подходов к пониманию сущности информации. В следующих параграфах вы познакомитесь с этими основными направлениями.

Важно отметить и такую специфику информатики. Ее интересуют комбинированные системы — человеко-машинные. Поэтому иногда говорят, что информатика есть применение науки и инженерного мастерства в обработке и использовании информации в управленческих, познавательных и иных социальных процессах.

Информатика – наука относительно новая. И эта новая наука создает новую информацию, позволяет открывать принципиально новые информационные ресурсы, использовать новые методы познания, что очень важно в наше время, когда информация быстро стареет, а цена новой информации невероятно быстро растет. Специалисты утверждают, что знания стали похожи на деньги: чем больше их оборачиваемость, движение среди людей, тем выше их ценность, что знания - «продукт» капризный, специфический и допускает только высшее качество. Знания должны работать, служить людям, приносить пользу обществу.

Таким образом, информатика способствует активизации человеческого фактора, поскольку с помощью ЭВМ позволяет повышать «разрешающую силу человеческого мозга», информатизировать, т.е. насыщать информацией, все сферы человеческой деятельности. Ныне общепризнанно, что переработка информации столь же необходимое условие для успешного осуществления производственного процесса, как и затрата энергии, сырья, материалов. Их надо не просто истратить, переработать. Их надо израсходовать разумно, целесообразно, с наилучшей отдачей. Для этого надо принять наилучшее решение, учитывающее все условия производства. Информация и есть не что иное, как отражение реальной действительности.

Все сказанное делает правомерным вывод, что информатика стала сегодня своеобразным катализатором научно-технического прогресса. В этом ее главная особенность. Информатика сегодня определяет не только уровень современной технологии, но и прогресс науки, производя революционные перемены. Информатика способствует включению в действие всех интеллектуальных резервов общества. Без информатики и информатизации немыслимы и процессы компьютеризации.

На глазах людей нынешнего поколения родилась новая научная технология, приводящая в действие все средства электронной вычислительной техники и автоматизации.

А зачем понадобилась новая научная технология, станет ясно, если посмотреть, как изменилось за последнее столетие перераспределение количества работы в материальном производстве и в информационной сфере. Например, в США в 1880 году на производство тратилось 95% работы, на информацию только 5%. А через 100 лет — в 1980 году соотношение почти уравнялось: 45% и 55%! Это говорит о том, как велики, интенсивны потоки информации.

Обратимся к примеру из отечественной практики. Уже в середине прошлого десятилетия в нашей стране только в управлении промышленностью циркулировало 200 миллиардов данных в год. В начале 80-х годов производилось около 600 миллиардов хозяйственных операций — актов. Каждый из них сопровождают документы: ежегодно в ходу было около 60 миллиардов письменных планово-управленческих документов, если принять за единицу рукопись в 10 страниц по 1800 знаков на каждой. Ныне в течение года у нас в деловой сфере циркулирует почти триллион документов. Предполагают, что в ближайшие годы поток документов мог бы возрасти в 2 — 3 раза. Но, к счастью, вмешалась информатика.

Или другой пример. Современная интенсификация производства основана на массовом использовании научных открытий. Любая научная идея должна быть зафиксирована, обработана, передана и принята. Зафиксированная идея — значит учтенная, опубликованная в научной печати. Ежегодный объем печатной продукции, по сведениям Всесоюзной книжной палаты, составляет приблизительно 7 миллиардов страниц, из них десятая часть — научная информация.

Подсчитано, что химик, свободно владеющий 30 языками (условие невероятное), «глотающий» по 20 статей в сутки, без выходных дней и отпусков, не сможет ознакомиться и с десятой долей публикаций по его проблематике только в периодической печати. Но ведь ему мало «проглотить», надо и «переварить» прочитанное! Не меньше публикаций по математике, физике, биологии, многим другим наукам. Поток сведений, данных, фактов, сообщений выходит из бумажных берегов, делает сами эти факты, сообщения, данные, сведения труднодоступными для использования.

Поэтому информатика вводит ограничение на понятие «информация», считая информацией сообщения, сведения, в которых есть соотношение между их источником и потребителем. Иными словами, информация — не то, что лежит мертвым грузом, а то, что находится в действии, необходимо кому-либо или чему-либо.

В целом, общая система взглядов на информатику и информатизацию основывается на том, что информация является новым, чрезвычайно ценным ресурсом человечества наряду с другими, давно известными, — например, энергетическими, природными, людскими. Причем этот новый ресурс с увеличением количества людей на планете не уменьшается как энергия, или продовольствие, или свободное пространство земли, а наоборот, растет. Этот ресурс не убывающий, а расширяющийся.

Можно смело утверждать, что теперь положение государства в мире определяется не только тем количеством энергии, которое вырабатывается, не только тем количеством продукта, которое производится, но и объемом и качеством информации, которая осваивается. Работа с информацией влечет за собой множество проблем: поиск, кодирование, защиту, передачу, обработку, восприятие, хранение информации и др.

На Всесоюзной конференции по информатике, проходившей в 1984 году, академик А. А. Самарский, известный специалист в области математической физики, вычислительного эксперимента и вычислительной математики, показал слайд, на котором информатика была изображена в виде красавицы, несущейся на трех китах по научному океану. Имена китов — Модель, Алгоритм, Программа.

В широком смысле, используя понятия «модель» и «алгоритм», здесь и далее, мы будем понимать следующее. Модель – любой образ, аналог (мысленный или условный: изображение, описание, схема, чертеж, график, план, формула и т. п.) какого-либо объекта, процесса или явления («оригинала» данной модели), обладающий существенными для целей исследования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяющий исходный объект. Любая задача – есть также модель, модель некоторой ситуации. Для того чтобы разрешить проблемную ситуацию, т. е. решить задачу, необходимо найти способ решения, или алгоритм. Итак, алгоритм – способ (программа) решения вычислительных и других задач, точно предписывающий, как и в какой последовательности получить результат, однозначно определяемый исходными данными. Заметьте, что программа в широком смысле – есть алгоритм.

В узком смысле программа – это алгоритм, записанный на машинном языке конкретной ЭВМ либо на языке программирования. Именно в этом смысле чаще всего используется данное понятие в информатике.

С помощью описанных «трех китов» можно успешно применять достижения теоретического и эмпирического познания в сочетании с машинной переработкой информации. К авторитетному мнению ученого необходимо добавить, что информатика — не «чистая» вычислительная технология (то есть не технология обработки данных «в чистом виде»). Информатика позволяет отказаться от укоренившегося взгляда на компьютеры лишь как на средство переработки готовой информации и использовать их как инструмент познания, глубокого проникновения в суть изучаемых явлений, в технологию конструирования машин, в сложности проектируемых объектов.

В разных областях деятельности решаются разные задачи, но для каждой из областей нужны оптимальные сбор, хранение, переработка и выдача больших массивов информации, нужна автоматизированная выборка и обработка данных. Связать воедино функционирование информации в конкретной среде с требованиями ее машинной обработки — цель исследований в информатике.

Мы еще раз обращаем ваше внимание на то, что технические средства – компьютеры занимают по отношению к информатике такое же положение, как физические приборы по отношению к физике. Все дисциплины, образующие информатику, нацелены на изучение общих свойств процессов сбора, хранения, обработки, передачи и использования информации.

Специалистов, работающих в этом направлении, объединяет, во-первых, центральная для информатики идея того, что информационные процессы обладают свойствами, не зависящими от их физического воплощения и общими для всех сфер природы и общества, и, во-вторых, общая схема информатизации, т. е. схема представления изучаемых явлений и решаемых задач в виде систем, перерабатывающих информацию.

Поясним смысл данной схемы. Сначала создается информационная математическая модель изучаемого объекта. Виды этих моделей разнообразны: формальные системы, автоматы, игровые модели и др. Выбор вида модели зависит от информационной сущности объекта, а не от его физической природы. Скажем, логические модели используются и при моделировании человеческих рассуждений, и при описании логических схем автоматики, и при построении трансляторов. Затем разрабатываются алгоритмы обработки информации в этих моделях. Далее определяются конкретные виды символических представлений информации в созданной модели (выбираются алфавиты, коды, языки). И, наконец, на основе разработанных алгоритмов и представлений информации создаются программы для ЭВМ.

Обобщая приведенные в данном параграфе определения, можно сказать, что информатика – одно из главных направлений научно-технического прогресса; область научно-технической деятельности, занимающаяся исследованием процессов получения, передачи, обработки, хранения, представления информации, решением проблем создания, внедрения и использования информационной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

В содержании предмета «информатика» довольно часто встречается термин «формализация» и термины, производные от него. Поэтому для уточнения смысла введем некоторые определения.

Формализация – это уточнение содержания изучаемых предметов, которое давала бы право оперировать ими с помощью математических и логических методов.

Поясним смысл формализации. Существует целый арсенал подходов к изучению явлений действительности. Но какой бы подход не использовался – отождествление, идеализация, упрощение, абстракция – всегда идет «огрубление», «заострение», выделение главного, общего.

Научная теория считается точной, строгой, если ее содержательные элементы (абстракция, идеализация, отождествление и т.п.) уточнены в такой степени, что они допускают применение к ним единообразных правил оперирования (т.е. правил, отличающихся формальным характером). Поэтому процесс уточнения, приводящий к возможности такого оперирования, можно назвать процессом формализации.

Принято говорить об узком и широком значении слова «формализация».

В широком смысле под формализацией понимают изучение предметов, уточнение их содержания по правилам формальной логики. Некоторые ученые считают, что в зародыше формализация возникла вместе с языком и мышлением. Они полагают, что формализацией можно признать уже наделение какого-либо предмета названием.

В узком смысле формализация – такое уточнение содержания изучаемых предметов, когда возможно оперировать с ними математически. Это подчеркивается и в определении, данном выше.

Формализация пока что осуществлена в математике и математической логике, отчасти в физических науках. Именно благодаря формализации математическую логику смогли применять в электронно-вычислительных машинах, которые работают по ее законам.

В информатике формализованы такие дисциплины, как теория информации, теория игр, теория принятия решений, теория оптимизации и некоторые другие. Об этом будет идти речь в следующих главах учебного пособия.

Известно, что совокупность научных исследований обретает права науки, если выполнены два необходимых условия. У этих исследований должен быть объект изучения, не совпадающий с теми, которые изучают другие науки. И должны существовать специфические методы исследования этого объекта, отличные от методов других, уже сложившихся наук. Как уже было сказано, в современной информатике выделился ряд основных направлений. В настоящее время их насчитывается восемь. Следующие параграфы представляют краткое изложение этих направлений и доказывают выполнение условий, указанных выше.

Дата добавления: 2014-01-07