Лекция 2 Информатика как наука

Основные положения о дисциплине.

1) Информатика – это фундаментальная естественная наука, изучающая процессы передачи и обработки информации.

2) Информатика- изучает проблемы создания вычислительных машин, математического обеспечения, научных исследований.

3) Информатика – комплексная научная и техническая дисциплина, которая изучает важнейшие аспекты разработки, проектирования, создания систем обработки данных, а также их воздействия на жизнь общества и государства.

Объектом информатики выступают автоматизированные, осно­ванные на ЭВМ и телекоммуникационной технике, информационные системы (ИС) различного класса и назначения. Информатика изучает все стороны их разработки, проектирования, создания, анализа и ис­пользования на практике.

Информационные технологии (ИТ) — это машинизированные (инженерные) способы обработки семантической информации — данных и знаний, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем (АИС).

В зависимости от организации информационных процессов АИС делятся на два больших класса: управляющие и информационные. В информационных системах управление отсутст­вует (автоматизированные системы научных исследований — АСНИ, «Библиотека», системы автоматизированного проектирования — САПР, экспертные системы — ЭС и др.).

Если информация — категория всеобщая, присущая всем истори­ческим периодам, то информатика — категория конкретно-историческая, присущая лишь современному и будущим историче­ским периодам. Ранее, когда не было ИТ, т.е. не было объекта ин­форматики, информация перерабатывалась не машинными, рутин­ными способами. На базе ЭВМ рождаются ИС, реализующие специ­альные технологии сбора, переработки, передачи и применения ин­формации, т.е. рождается объект информатики, что является основ­ным содержанием современной научно-технической революции.

Таким образом, объект информатики, охватывающий все элемен­ты ИТ: технические средства, математическое, алгоритмическое, программное, лингвистическое обеспечения, средства связи во взаи­модействии с людьми, резко усложняется.

Предметом информатики как новой фундаментальной науки выступает информационный ресурс — его сущность, законы функционирования, механиз­мы взаимодействия с другими ресурсами общества и воздействия на социальный прогресс.

Информатика как наука о законах получения, передачи и исполь­зования ИР в общественной практике подводит теоретический фун­дамент под использование ЭВМ и автоматизированных систем, кото­рые и предназначены для усиления информационных процессов в обществе, использования ИР.

Таким образом, предметом информатики является информа­ционный ресурс как симбиоз знания и информации. Он выступает в качестве предмета новой науки и с содержательной, и с формально-математической, и с технической стороны. Необходимо разграничи­вать предмет информатики как фундаментальной науки, ее объект и инструментарий: основанные на ЭВМ вычислительные системы, про­граммы, сети связи и т. д. Без ЭВМ нет информатики, но нельзя объ­являть информатику наукой об ЭВМ.

Информатика делится на две части: теоретическую и прикладную информатику.

1. Теоретическая информатика рассматривает все аспекты разра­ботки автоматизированных информационных систем: их проектиро­вания, создания и использования не только с формально-технической, но и содержательной стороны, а также комплекс экономического, политического и культурного воздействия на социальную динамику. Теоретическая информатика изучает общие свойства, присущие всем многочисленным разновидностям конкретных ИТ, процессов и сред их протекания. Решающее значение для рождения теоретической информатики имеет появление ИТ высшего уровня, основанных на искусственном интеллекте (ИИ).

2. Прикладная информатика изучает конкретные разновидности ИТ, которые формируются с помощью специальных ИС (управ­ленческих, медицинских, обучающих, военных, криминалистических и др.). Рождаются ветви прикладной информатики, обслуживающие создание проекти­рующих систем, экспертных систем, диагностических комплексов, управляющих и других функциональных систем. Возникли также от­раслевые ветви информатики, обслуживающие информатизацию раз­ных сфер социальной и экономической практики: промышленность, науку, медицину, связь и т.д. Поэтому наряду с теоретической инфор­матикой развиваются ее конкретные ветви: экономическая информати­ка, медицинская информатика, военная информатика и др.

Формирование новой фундаментальной науки требует решения трех основных задач:

1) определения предметной области .

2) создания системы основных понятий и аксиоматики .

3) разработки математического аппарата.

Информатика впитала в себя достижения ряда наук, особенно кибернетики, теории информации, теории систем, системотехники, семиотики, т.е. является в большой степени интегративной дисцип­линой со всеми чертами метанауки.

Вся система категорий (понятий) информатики состоит из двух элементов:

1) Понятия, заимствованные информатикой из других наук — информация (в тради­ционном шенноновском смысле), информационный шум, избы­точность, бит, байт и другие понятия математической теории связи.

2) Система оригинальных понятий информатики:

1. Информационный ресурс (ИР). Это основное понятие, яв­ляющееся предметом информатики. ИР имеет две неразделимые стороны: формально-логическую (информационную) и семантическую (когнитивную). Когнитивный (от лат. cognition — знание, познание) означает познаваемый, соответствующий познанию. Первый аспект этого понятия (формально-логическая сторона) формируется в результате обобщения практики компьютеризации и развития инженерии знаний. Сам термин «инженерия знаний» (Knowledge engineering) появился в США в 1977 г. на ранних этапах создания ИИ. Развитие формально-логического направления в 70-е годы в основном было связанно с практикой создания интеллектуальных систем, главная особенность которых состоит в наличии у них базы знаний и механизма их вывода («логической машины.

2. Социальная энтропия. Вторая фундаментальная категория инфор­матики. Социальная энтропия — это мера отклонения от некоторого состояния, принимаемого за эталонное, оптимальное по критерию недоиспользования ИР. В теории информации Шеннона энтропия — это мера неопределенности случайной величины любой природы. Итак, социальная энтропия — новая категория информатики для характеристики управленческих процессов, уровня их осущест­вления.

3. Полезная работа (отдача) ЭВМ. Определим, что такое информационная работа вообще. Информационная работа обеспечивает развитие объекта, перевод его в новое состояние. Таким образом, полезная информационная работа наблюдателя, а значит и ЭВМ как орудия наблюдателя, есть остаток от работы, затраченной на компенсацию энтропии самого наблюдателя, его неупорядоченности и исходной энтропии объекта.

4. Информационная среда. Информационная среда — это весь набор условий для технологической переработки и эффек­тивного использования знаний в виде информационного ресурса. К информационной среде относятся аппаратные средства, программное обеспечение, телекоммуникации, уровень подготовки кадров — специалистов и пользователей, формы стимулирования, контроля, методы и формы управления, документопотоки, процедуры, рег­ламенты, юридические нормы и т.д.

5. Иформационно-управленческий процесс в его полном виде — не просто сообщение данных, а функционирование ИР — информдинамики, связанной с функционированием всей информационной среды, всех ее элементов, среди которых активными являются люди, а пассивными — технические средства и другие материальные ресурсы. Такой подход очень важен при создании интегрированных АСУ.

6. Напряженность информационного поля — это та сила, побу­дительный мотив, с которым объект и его среда действуют на управляющую подсистему, обеспечивая достижения объектом новой цели или перевода всей системы в новое целевое состояние в течение определенного времени.

7. Искусственный интеллект (ИИ). Слово «интеллект» (от лат. Intel lectus) означает ум, рассудок, разум, мыслительная способность человека. Учение об интеллекте развивается по трем направлениям. Первоесвязано с теорией эвристического поиска и созданием машинных «решателей задач», относящихся к разряду творческих. Второе направление связано с разработкой роботов, автономно действующих в реальной среде и решающих нетривиа­льные задачи, поставленные человеком. Третье — главное — направ­ление связано с коренной интеллектуализацией ЭВМ путем осна­щения их программно-техническими средствами высокого уровня, способными делать логические выводы.

Инструментарием, носителем искусственного интеллекта являются ЭВМ, роботы, экспертные системы, телекоммуникации. Непосредственным толчком к выработке нового подхода к ИИ, его понимания как искусственного аналога социального интеллекта послужили разработки пятого поколения ЭВМ в начале 80-х годов. В Японии, а затем сразу же в США, Западной Европе и с опозданием в 3—4 года в СССР были опубликованы проекты создания вычис­лительной системы (ВС) пятого поколения, реализующей функции интеллекта, включая функцию абстрактного мышления. Главными элементами этой «социальной машины» являются: «супермозг науки» — центральный процессор с быстродействием свыше 10 млрд. оп/с .

8. Творческая система, интеллектуальные системы — это информационные комплексы, оснащенные ИИ.

Творческие системы (Creative Systems) не просто творят новые знания, не просто дают новое представление об объекте, новые управленческие решения — это могут делать информационные системы неполного цикла, — а творят, созидают новые состояния объектов — предприятий, учреждений, технологий, хозяйственных комплексов, т.е. обеспечивают их развитие. Эти системы обеспе­чивают автоматизированный, высокопроизводительный процесс перевода знаний (книг, статей, патентов, квалификации людей) в ИР, т.е. в конкретные программы и решающие алгоритмы.

9. Квантификация знаний. Это умственная (интеллектуальная) деятельность всегда была областью, где нет метрики, где фигурируют лишь качественные, трудно определимые понятия.

Знания в виде информации можно учесть с помощью единицы семантической информации — ранжиро­ванного бита.

Ранжированный бит — это информационная единица, отражаю­щая величину системной, социальной ценности конкретного сообще­ния.

Информационный ресурс — это отчуждаемые знания, становя­щиеся сообщениями, — выступает в пассивной и активной формах. К пассивной относятся такие формы существования знаний, когда они не связаны или слабо связаны с конкретными предметными облас­тями (книги, статьи, патенты, банки данных). Активные формы существования ИР: модель, алгоритм, программа, проект. Каждая из этих четырех активных форм ИР может иметь разные степени общности, научно-технический уровень и завершенность (комплек­тность).

Формирование аксиоматики т.е. фундаментальных соотношений, — решающий момент в становлении любой науки. Аксиоматика вводится дедуктивным путем.