БИ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ. БИ_курс лекций. Р. С. Гиляревский основы информатики курс лекций
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
Предмет и объекты исследования Предметом изучения информатики как научной дисциплины яв- ляются структура, свойства и закономерности семантической инфор- мации, процессы ее сбора, переработки, хранения, поиска, распростра- нения (передачи) и использования. Определение «семантическая», которым мы уточняем содержа- ние понятия «информация», необходимо, поскольку в русском языке информация трактуется весьма широко. Семантическая информация, будучи социальной, т. е. циркулирующей в обществе, существенно от- личается от вероятностной, или шенноновской информации, в которой определяющую роль играет ее знаковое представление, а смысл игно- рируется. Во всем многообразии социальной информации определение «семантическая» позволяет выделить информацию, выраженную на естественном языке и имеющую смысл, доступный для логического восприятия. Это определение было бы излишним, если бы в языковой практике четко различали понятия «информация» и «данные», которые часто употребляются как синонимы в литературе по вычислительной технике и программированию. Данные – это представление фактов и понятий в форме, пригод- ной для их передачи, обработки и интерпретации (т. е. толкования, объяснения, раскрытия смысла), а информация – это смысл, который человек приписывает данным на основании известных ему правил их представления. Среди видов семантической информации научная ин- формация играет особенно важную роль, так как она неразрывно свя- зана с наукой, в повышении эффективности которой все в большей степени заинтересовано общество. Поскольку научная информация обладает всеми свойствами семантической информации и сверх того своими собственными, изучение свойств и закономерностей семанти- ческой информации осуществлялось в основном на материале инфор- мации научной. Эффективность развития науки в значительной мере зависит от того, насколько быстро и полно используется в науке и про- 17 изводстве получаемая научная информация. Именно общественная потребность в этом и обусловила выделение научно-информационной деятельности в самостоятельный вид научного труда, а информатики – в самостоятельную научную дисциплину. Объектами исследований информатики служат методы и сред- ства, используемые для сбора, переработки, хранения, поиска и рас- пространения (передачи) семантической информации, а также особен- ности ее использования различными категориями потребителей. Од- ним из главных объектов служит система научной коммуникации, от которой в значительной степени зависят темпы развития науки и тех- ники, а также эффективность всей системы интеллектуальной (инфор- мационной) коммуникации в обществе. Под системой интеллектуальной (информационной) коммуника- ции здесь понимается совокупность всех методов и средств, которые используются для распространения (передачи) семантической инфор- мации, получаемой и используемой во всех сферах деятельности. Ин- форматика призвана значительно повысить эффективность функциони- рования этой системы. Итак, информатика как научная дисциплина изучает предметы и явления, присущие лишь человеческому обществу. Это означает, что информатика является общественной, а не естественной или техниче- ской научной дисциплиной. Информатика и другие науки и научные дисциплины Информатика сложилась на стыке ряда наук и научных дисцип- лин, из которых основными являются: библиотеко-, библиографо-, книго-, архиво- и науковедение, документалистика, структурная лин- гвистика, семиотика, социальная психология, математическая логика, теория информации, кибернетика, математическое программирование и вычислительная техника. Достижения и методы этих наук и научных дисциплин в разной степени используются в информатике. Сами они тоже все в большей мере испытывают влияние идей и методов инфор- матики. В свое время острый полемический интерес представляли взаи- мосвязи информатики с дисциплинами коммуникативного цикла, в первую очередь, с библиотековедением. Теперь острота этих споров ослабла, а подробного обсуждения требуют взаимосвязи информатики с программированием и вычислительной техникой. Быстрое внедрение 18 компьютеров во все сферы деятельности создают ложное представле- ние об их всемогуществе, о превращении информационной техники в определяющую силу развития современного общества. Возникают и распространяются вредные технократические иллюзии, что массовое применение все более совершенных компьютеров и других средств информационной техники само по себе решит острейшие экономиче- ские и социальные проблемы, стоящие сегодня перед человечеством. При рассмотрении взаимосвязей между информатикой, про- граммированием и вычислительной техникой необходимо помнить, что для решения на компьютере любой задачи помимо исходной ин- формации обязательны три компонента: 1) общая схема решения зада- чи; 2) программа, представляющая собой определенную последова- тельность команд, выполнение которых приводит к решению этой за- дачи; 3) компьютер и другие связанные с ним технические средства, при помощи которых реализуется программа решения. Каждый из этих компонентов требует участия людей, обладаю- щих специальными знаниями и навыками. Задачу обычно ставит и формулирует в содержательных терминах специалист в той области, к которой относится задача. Общую схему решения предлагают или раз- рабатывают информатики, которые обычно пользуются помощью спе- циалиста, поставившего задачу. Программу решения задачи на компь- ютере на основании предложенного информатиками способа состав- ляют, отлаживают или выбирают программисты. Если же программи- сты пытаются сами решить задачу пользователя, результат нередко бывает похож на карикатуру, представленную на рис. 1. Ясно, что каж- дый участник процесса решения информационных задач на компьюте- ре в своих исследованиях стремится отвлечься от конкретного содер- жания решаемых задач и за внешним многообразием распознать сход- ство или даже совпадение многих из них, чтобы разработать и приме- нить типовые методы, алгоритмы и программы решения. 19 Рис. 1. Барьер непонимания между пользователем и программистами 20 Информатики стараются найти общие закономерности семанти- ческой информации, не зависящие от конкретных отраслей ее получе- ния и/или использования, и разработать методы алгоритмического ре- шения типовых информационных задач. Программисты отвлекаются от семантического аспекта обраба- тываемой информации и рассматривают лишь ее знаково-структурный аспект, т. е. воспринимают информацию как цепочки тех или иных сим- волов, над которыми в компьютере должны производиться определен- ные действия для получения требующегося результата. Специалисты по вычислительной технике трудятся над созданием таких компьютеров, которые были бы в состоянии эффективно работать под управлением любых программ и с любыми массивами данных. Таким образом, информатика, программирование и вычисли- тельная техника имеют разные предметы, изучают разные объекты или разные стороны одних и тех же объектов и решают разные задачи. Но достижения этих дисциплин используются совместно для решения практических задач при помощи вычислительных машин. Это означа- ет, что информатика, программирование и вычислительная техника тесно соприкасаются, но не пересекаются и тем более не поглощают друг друга. Поэтому нет никаких оснований считать, что какая-либо из этих научных дисциплин менее важна, чем другие. Можно лишь гово- рить о том, что уровень развития той или иной из них отстает от тре- бований сегодняшнего дня. Необходимо также отметить, что в настоящее время ощущается возрастающая потребность в более тесном взаимодействии информа- тики с вычислительной техникой и программированием, ибо при раз- работке вычислительных машин и их программного обеспечения мало учитывались достижения и требования, относящиеся к решению ин- формационно-логических задач в информатике. Эта сфера непосредст- венно примыкает к направлению комплексных исследований, полу- чившему название «искусственного интеллекта». Они ведутся с целью создания автоматизированных систем, способных выполнять некото- рые функции человеческого мозга. В них используются методы и ре- зультаты многих научных дисциплин, включая информатику. 21 Информация – знание – наука " Информация есть информация, а не материя и не энергия", – писал Н. Винер, который ввел это понятие в науку, отказавшись от его определения, считая его сродни таким общим категориям, как движе- ние, жизнь, сознание и т. п. 1 Ему вторит известный американский спе- циалист в области информатики Т. Сарацевич: "Все недовольны тем, что информационная наука не хочет потрудиться над определением информации… На самом же деле ни одна современная наука не имеет определений своих основных феноменов. В биологических науках нет определения жизни, в медицинских – здоровья, в физике – энергии, в электротехнике – электричества, а в ньютоновских законах – проти- водействия. Это просто основные явления, и эта их первичность и служит им определением" 2 В последние годы в информатике обсуждается возможность разных подходов к понятию информации, которая может трактоваться как управляющий сигнал в автоматической системе, ряд символов, пе- реданных по каналам связи, или же как знание, отчужденное от инди- видуального его носителя и обобществленное в процессе коммуника- ции. В первом случае мы имеем дело с материальными объектами – электрическими сигналами, изображениями, буквами, а во втором – со знаниями, которые относятся к сфере идеального, поскольку отражают человеческое представление о мире. Это различение важно, так как в данном курсе лекций речь идет о семантической информации, т. е. об информации имеющей определенный смысл и циркулирующей в об- ществе. 1 Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. – Изд. 2-е. – М.: Советское радио, 1968. – С. 201. 2 S a r a c e v i c T. Report at conference on “Education for Information Science – Strategies for Change in Library School Programs”, Albany (N. Y.) 1977 // Journal for Information Science. – 1979. –Vol. 1, N 2. – P. 76. 22 Информация и данные Термин «информация» прочно вошел в самые различные отрас- ли современной науки и техники, в повседневную жизнь. Однако точ- ное и исчерпывающее его определение остается одной из труднейших научных задач. В повседневной жизни информация означает сообщение, осве- домление о положении дел, сведения о чем-то. Для философов, склон- ных рассматривать информацию в одном ряду с такими категориаль- ными понятиями, как материя и энергия, информация – это передача, отражение разнообразия в любых объектах и процессах живой и даже неживой природы. Математики, физики и специалисты по системам связи рассматривают информацию как фактор и меру уменьшения, снятия неопределенности в результате получения сообщения, а кибер- нетики – как сообщение, неразрывно связанное с управлением в един- стве синтаксических, семантических и прагматических характеристик. Биологи, как и философы, довольствуются трактовкой информации как того, что отражает, ограничивает многообразие, но в отличие от фило- софов относят это понятие только к живой природе. Для социологов важны аксиологические (т. е. связанные с ценностью, полезностью) свойства информации, а для специалистов по программированию и вычислительной технике наиболее существенным является знаковое представление информации, и т. д 1 Для специалистов в области информатики, изучающей структу- ру и общие свойства и закономерности информации, а также процессы ее сбора, обработки, хранения, поиска, распространения и использова- ния, такие довольно односторонние трактовки явно недостаточны. Особенно неприемлемо игнорирование самого главного в информа- ции – ее смыслового, семантического содержания. Требуется также уточнение значения и взаимосвязей терминов «сведения» 2 1 Информация // Философский энциклопедический словарь. – М.: Советская энцик- лопедия, 1983. , «данные», «информация» и «знания», которые очень часто считаются синонима- ми и определяются или трактуются друг через друга, в результате чего образуются порочные логические круги. Приведем еще раз наше тол- 2 Толкование термина «сведения» см.: Словарь русского языка: В 4-х т. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Русский язык, 1981. – 1984. – Т. 4. – С. 38. 23 кование терминов «данные» и «информация», их смысловых различий, так как они очень важны для правильного понимания рассматриваемой темы. Данные суть факты, идеи, сведения, представленные в знаковой (символьной) форме, позволяющей производить их передачу, обработ- ку и интерпретацию (т. е. толкование, объяснение, раскрытие смысла), а информация – это смысл, который человек приписывает данным на основании известных ему правил представления в них фактов, идей, сообщений. Такое понимание информации соответствует и этимологии обозначающего его слова (от лат. information – разъяснение, изложе- ние). Структурированная информация, т. е. связанная причинно-след- ственными и иными отношениями и образующая систему, составляет знания. Из этих толкований следует, что если данные воспринимаются и интерпретируются человеком, то они становятся для него информа- цией. Данные в определенной степени подобны письменному сообще- нию, передающему какие-то сведения грамотному человеку и остаю- щиеся набором непонятных знаков для неграмотного. Таким образом, информация – это потенциальное свойство дан- ных, которое может быть реализовано одним воспринявшим их чело- веком и не реализовано другим. Объектом машинной обработки явля- ются данные, а не информация, так как никакая машина не в состоянии интерпретировать данные, т. е. преобразовать их в информацию, ибо машина не обладает, как человек, необходимым запасом знаний о мире и не может мыслить. Такова диалектическая связь между понятиями «данные» и «информация». Однако в устной и письменной речи часто слово «информация» употребляют вместо слова «данные» как мета- фору, т. е. в переносном смысле, по аналогии. Такое встречается даже и в этом курсе лекций. Это надо учитывать, когда встречаются выска- зывания о том, что компьютер обрабатывает информацию. На самом деле, речь в данном контексте может идти только об обработке дан- ных. В обществе циркулируют разные виды информации. Но из них особенно важную роль играет научная информация, так как она нераз- рывно связана с наукой. Определение «научный» в термине «научная информация» означает, что эта информация удовлетворяет общепри- нятым в данное время критериям научности (т. е. она объективна, ис- тинна, проверяема и т. п.), но не обязательно получена или использует- 24 ся только в сфере науки. Если попытаться дать более четкое и полное определение понятию «научная информация», то оно может иметь сле- дующий вид. Научная информация – это логическая информация, по- лучаемая методами опытно-рационального познания объективного мира в любой сфере деятельности людей, не противоречащая господ- ствующей системе научных представлений и используемая в общест- венно-исторической практике. Свойства информации Ниже кратко характеризуются важнейшие свойства информа- ции, которые можно условно разделить на собственные и потребитель- ские (аксиологические, прагматические). Собственные свойства информации: – неаддитивность: прибавление информации к уже имеющейся не увеличивает ее суммарное количество на величину прибавленной; – некоммутативность (неперестановочность): суммарное коли- чество полученной информации зависит от последовательности посту- пления (получения) информационных сообщений А+В ≠ В+А, где А и В – разные информационные сообщения); – неассоциативность: количество полученной информации зави- сит от конкретных сочетаний поступивших информационных сообще- ний ((А+В)+С ≠ А+(В+С)); – независимость содержания информации от формы и способа ее записи (фиксации) и представления; – устаревание во времени. Потребительские свойства информации: – неэквивалентность количества и качества (ценности, полезно- сти) информации: ценность полученной человеком информации опре- деляется не количеством снимаемой ею неопределенности, а потреб- ностью этого человека в данной информации, подготовленностью по- следнего к ее восприятию и использованию; – неисчезаемость информации при ее использовании (потреб- лении); – независимость ценности (полезности) информации для потре- бителя от количества затрат на ее получение. С понятием ценности (полезности) информации тесно связаны и такие ее потребительские свойства, как точность, полнота, глубина, 25 достоверность, надежность, доказательность, новизна, оперативность, эффективность и другие. Структура информации Общим свойством данных, содержащих семантическую инфор- мацию, является их дискретность. Этим они отличается, например, от данных, получаемых в процессе чувственного познания, которые, как и показания приборов, могут быть непрерывными. Если пользоваться лингвистическими терминами, то можно сказать, что в плане выраже- ния и в плане содержания эта дискретность различна. В плане языко- вого выражения единицами информации являются слова, предложения, отрывки текста, в плане содержания – понятия, высказывания, описа- ния фактов, гипотезы, концепции, теории, законы, учения. Поскольку отчуждение информации от ее создателей происхо- дит не непрерывно, а дискретно, в виде относительно законченных творческих актов, получающих материальное воплощение, постольку основной единицей информации, ее квантом можно считать произве- дение. Произведение это результат целенаправленной познавательной деятельности, обладающий логической завершенностью и материаль- ным оформлением. Будучи изложено в письменном виде оно становит- ся документом. С дискретностью семантической информации тесно связана и ее структура, которая имеет явно выраженный иерархический характер. В этой структуре также можно различать содержательный и формальный аспекты. При рассмотрении обоих аспектов видно, что чем выше уро- вень иерархии, тем большую специфику имеет класс информации. В содержательной структуре это связано с ростом кумулятивности ин- формации. Такими классами служат: а) факты; б) гипотезы, теории и концепции; в) основы областей знания; г) мировоззрение. Формальная структура данных / семантической информации так же иерархична, как и содержательная. Низшие уровни этой иерархии являются общими для всех данных / семантической информации, в которой можно выделить звуки или буквы, слова, фразы, смысловые фрагменты, произведения. На высших уровнях иерархии, при обраще- нии к научным документам и, особенно, к их потокам мы сталкиваемся со спецификой, присущей одной лишь научной информации. Мотивы создания научных документов, пути и способы их распространения и использования находятся в сфере действия особых закономерностей. 26 Научная литература является высшим уровнем организации в формальной структуре научной информации. Она хотя и обладает все- ми внешними атрибутами литературы художественной, представляет собой совершенно особое социальное явление, целиком находящееся в сфере научной коммуникации. Содержательный и формальный аспек- ты структуры научной информации находятся в известной взаимосвя- зи. Каждый из названных содержательных классов тяготеет к опреде- ленным видам научных документов и отражается в формальной струк- туре по некоторым не вполне строгим правилам, знание которых оди- наково важно для всех работников умственного труда. |