С. В. Ченцова. В. Чубарьинформатикакрасноярск 2002 введение
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
Министерство образования Российской Федерации Красноярский государственный технический университет Кафедра «Автоматизированной обработки информации» Г.В. ВАЩЕНКО С.В.ЧЕНЦОВ А.В. ЧУБАРЬ ИНФОРМАТИКА Красноярск 2002 ВВЕДЕНИЕ Время, в которое мы живем, принято называть эпохой научно- технической революции, определяющей чертой которой является информатизация всех сфер практической деятельности человека. А сама по себе информатизация является всеобщим, неизбежным периодом развития человеческой цивилизации, периодом освоения информационной картины мира, это глобальный процесс, связанный с кардинальным изменением структуры и характера мирового экономического и социального развития, с переходом к наукоемкому производству и новым видам информационного обмена. Информационные ресурсы страны теперь рассматриваются как национальное богатство, не уступающее по своему потенциальному эффекту природным ресурсам. Умение использовать эти ресурсы раскрывает перед современным образованным человеком огромные возможности для реализации своих замыслов, помогает ему в быту, а также может развлечь в свободное время. Информатизация неотделима от компьютеризации и вызвана ею, а также, развитием телекоммуникационных средств связи, позволяющих создавать эффективные информационно-вычислительные сети различного уровня и назначения. Важнейшей компонентой компьютеризации является наличие развитых программных средств, предназначенных для решения разнообразных задач из различных областей человеческой деятельности, включая средства поддержки эксплуатации самих вычислительных средств в различных режимах обработки информации и телекоммуникации. Широкое использование информационных технологий, под которыми понимается совокупность методов и средств получения и использования информации на базе вычислительной и коммуникационной техники и широкого применения математических методов, качественно изменяет орудия труда человека, технологические и управленческие процессы. Для того чтобы современный человек мог ориентироваться в море информации, умел пользоваться электронными информационными средствами, уже в школьную программу введена дисциплина «Информатика», в которой в зависимости от возможностей школы обучают школьников работе на ЭВМ. И, конечно, инженер третьего тысячелетия должен иметь более обширные знания и умения в области информационных технологий, увеличение этих знаний и умений и является целью данного курса. 3 4 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНФОРМАТИКЕ 1.1. Информатика как наука В настоящее время под ИНФОРМАТИКОЙ понимают различные по своей природе понятия: научную дисциплину, отрасль народнохозяйственной деятельности, актуальное направление науки, электронную информационную технологию и т.д. Но наиболее часто этот термин используют в двух значениях: как электронную информационную технологию и как научную дисциплину, составляющую теоретическую основу этой технологии. Информатика как научная дисциплина содержит следующие основополагающие понятия: информация и социальная коммуникация; языки представления информации, в том числе информационно-поисковые, алгоритмические, машинные; информационные процессы сбора, обработки, хранения, поиска и распространения информации, в частности, особое внимание обращено на автоматизацию семантической обработки и поиска информации с помощью вычислительной техники и построение автоматизированных информационных систем, дискуссионные проблемы: (предмет и объект изучения информатики), методы и средства реализации научно-информационной деятельности, а также вопросы практического применения основных методов и средств информатики при создании и эксплуатации автоматизированных систем. Развитие информатики связано с именами таких ведущих ученых как П. Отле, А. Лафонтен, Н. Винер, К. Шеннон, Л. Бриллюэн, К. Муерс, М. Тауб, Ф. Ланкастер, Дж. Солтон, Д. Прайс, Й. Коблиц, И. Ползович, А. Мерт, Ф. Бауэр, М. Глушков, А. Д. Урсул, А. И. Михайлов, А. И. Черный, Р. С. Гиляревский, А. В. Соколов и др. Своими фундаментальными научными исследованиями и практической деятельностью они положили начало изучению явления информации, анализу проблем социальной коммуникации, информационного поиска, разработке методов и средств механизации и автоматизации информационных процессов. Чрезвычайно широкая область интересов информатики обусловила в дальнейшем различные толкования ее как объекта и предмета изучения, и в настоящее время нет единого общепринятого определения информатики как науки. Концепция научной информатики, разработанная и признанная у нас в стране, сформирована такими признанными учеными как А.И. Михайлов, А.И.Черный, Р.С. Гиляревский трактует информатикукак научную дисциплину, изучающую структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации. При этом подчеркивается, что «…информатика - это пока лишь научная дисциплина, а не самостоятельная отрасль науки; информатика изучает структуру и общие свойства научной информации, а не любой информации, и даже не семантической информации; информатика занимается изучением всех процессов научной коммуникации, осуществляемых как по формальным 5 каналам, так и по неформальным каналам; информатика относится к кругу общественных дисциплин, так как она занимается изучением явлений и закономерностей, свойственных лишь человеческому обществу». Таким образом, объектом изучения научной информатики являются научная информация (логическая структура знания) и закономерности научных коммуникаций, предметом изучения − закономерности научно- информационной деятельности (ее теория, история, методика, организация), которая заключается в сборе, обработке, хранении, поиске и распространении научно-технической информации. Автоматизация процессов общественной коммуникации потребовала от представителей этой концепции уточнения предмета и объекта информатики. В частности, В.И. Горькова (ВИНИТИ) предложила считать информатику отраслью науки, изучающей процессы сбора, передачи, переработки, хранения, поиска, распространения и использования научной информации и разрабатывающей методы и средства реализации этих процессов с помощью информационной техники в целях повышения эффективности системы общественной коммуникации. Наиболее актуальные проблемы, изучением которых занимается научная информатика следующие: семиотические (семиотика − наука, изучающая общие свойства знаков и знаковых систем); свойства и закономерности документальных информационных потоков, автоматизация семантической (смысловой) обработки информации (автоматизация реферирования, индексирования, перевода); автоматизация информационного поиска на базе современной вычислительной техники. В последние годы в связи с быстрым совершенствованием ЭВМ, увеличением их быстродействия объемов внешней оперативной памяти, их миниатюризацией и снижением стоимости они все шире применяются во всех процессах переработки информации. Это породило представление о том, что именно прогресс в вычислительной технике является определяющим для развития всей сферы научной или социальной информатики. Не случайно под информатикой стали понимать совокупность научных дисциплин и средств обработки информации с помощью вычислительных машин, а также сферу применения вычислительной техники в различных областях человеческой деятельности. Так академик Ершов А.П. определял информатику как отрасль науки, изучающей процессы сбора, передачи, переработки, хранения, поиска, распространения и использования научной информации, изучающую процессы передачи и обработки информации на ЭВМ. В сферу изучения информатики в этом случае входят алгоритмические языки и программирование. Академик Е.П. Велихов характеризует информатику как отрасль народного хозяйства, включающую вычислительную технику и электронную промышленность. Академик С. Михалевич представляет информатику как комплексную научную и инженерную дисциплину, изучающую все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования машинизированных систем. Академик А.А. Дороницын определяет информатику как слугу других 6 наук, которая не занимается изучением созданием конкретных материальных объектов, а снабжает методами исследования другие предметные области (диагностирование, прогнозирование, моделирование) и имеет предметом изучения три неразрывно и существенно связанные части - технические средства (в первую очередь вычислительную технику ), программные и алгоритмические. Вышеприведенные точки зрения можно свести к концепции прикладной (технической) информатики. В рамках этой концепции сам термин «информатика» понимается двояко: как наука, изучающая процессы передачи и обработки информации в системах технической коммуникации, и как «сумма технологий», объединяющая материально-технические средства в виде ЭВМ, устройств и техники связи, программное обеспечение и математические методы. Подводя итог вышесказанному, следует согласиться со всеми учеными, пытающимися определить место информатики среди наук и, с современной точки зрения, информатику можно рассматривать и как науку, и как прикладную дисциплину, и как отрасль народного хозяйства. Информатику можно отнести к классу фундаментальных наук, потому что законы обработки информации едины в общественных, биологических и инженерных системах. Информатику можно отнести к прикладным дисциплинам, потому что в ее состав входят: разработка методов и правил рационального проектирования устройств и систем обработки информации; технологии использования этих устройств и систем для решения научных и практических задач; методов взаимодействия человека с этими устройствами и системами. Информатику можно рассматривать и как отрасль народного хозяйства, ответственную за производство технических средств обработки и передачи информации, обработку информации и производство программных средств и систем. 1.2 Определения информации Термин «информация» происходит от латинского informatio , что означает изложение, разъяснение. В обыденной жизни под этим словом понимают сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим образом. Большинство научных дисциплин использует этот термин, хотя каждая из них вкладывает в него свое содержание. Первое понятие информации дали журналисты и филологи в 20-30-е годы XX столетия как новости, сообщения, своеобразного газетного жанра, с помощью которого человек получает различного рода сведения, Более строгая трактовка термина «информация» связана с возникновением двух новых дисциплин - математической (статистической) теории информации и кибернетики. В математической теории информации американского инженера и математика Клода Шеннона (1948), первоначально разрабатывавшейся 7 применительно к случайным процессам и явлениям, для которых характерна неопределенность исхода (да?, нет?), под информацией понимались не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. Итак, по теории Шеннона, информация - это снятая неопределенность. Неопределенность существует тогда, когда может произойти одно из нескольких событий, т. е. система может перейти в одно из нескольких состояний, При этом количество информации, получаемой в результате снятия неопределенности, вычисляется по формуле, называемой формулой Шеннона: i m i i p p I 2 1 log ∑ = − = , где I- количество информации; p - вероятность события; m - число возможных состояний системы. В частном случае для равновероятных исходов, когда p 1 =p 2 =...=p i степень неопределенности, снимаемой в результате получения информации, измеряется логарифмом числа состояний системы и называется энтропией: H = log 2 m. Для систем с двумя равновероятностными возможностями («да», «нет», или «плюс», «минус», или «0», «1») H = log 2 2 = 1. Эта величина принята за единицу измерения и названа битом. Как правило, состояние системы характеризуется не двумя, а большим числом возможностей выбора, Например, русская письменность использует 32 буквы алфавита; выбор идет из 32 двух возможностей, т.е. m = 32, Если допустить, что появление каждой буквы равновероятно, то каждая из них несет Y = log 2 32 = log 2 5 = 5 бит информации. Равные по объему сообщения могут содержать разное количество информации. Чем больше разнообразие знаков, из которых состоит сообщение, тем больше в нем информации. Таким образом, теория Шеннона дала возможность количественного определения информации в сообщении. Однако она полностью игнорирует содержание передаваемой информации, оставляет в стороне смысл сообщения. Было сделано несколько попыток найти меру содержательности информации для ее получателя. Так, советский математик Ю.Шрейдер предложил оценивать информацию по увеличению объема знаний у человека под воздействием информационного сообщения. Академик А. А. Харкевич предложил измерять содержательность информации по увеличению вероятности достижения цели после получения информации человеком или машиной. Однако и этот подход требует дальнейшей разработки. В настоящее время в различных источниках, даются различные определения информации, зачастую противоречивые, поэтому, для частичного 8 преодоления этих трудностей, воспользуемся определением, предлагаемым В. Г. Афанасьев, который вводит близкое информации понятие информационных данных: «Данные − это всякие сведения, сообщения, знания. Они могу храниться, перерабатываться, передаваться, но характер информации они приобретают лишь тогда, когда получают содержание и форму, пригодную для управления, и используются в управлении, причем, речь идет как об управлении человека самим собой, так и управлением технико- человеческими и социальными системами различных уровней». Собственно говоря, эта точка зрения прочно утвердилась в концепциях программирования и автоматической обработки информации на ЭВМ, в экономической семиотике, где «данные» и «информация» рассматриваются как близкие, взаимосвязанные, но различные понятия». 1.3. Виды информации Информацию, материализованную в виде зрительных образов, звуков, запахов, ощущений, в устной (живая речь) и письменной форме соответственно восприятию органами чувств называют визуальной, аудиальной, тактильной, вкусовой и запах. Информацию для специалистов в области науки, техники и производства можно выделить в специальную научно-техническую в отличие от массовой, т. е. предназначенной для всех. В массовой информации можно выделить общественно-политическую, обыденную и эстетическую. Общественно-политическая информация это информация о событиях в жизни общества, зачастую может нести в себе идейную направленность. Основная задача обыденной информации − регламентация поведения членов общества, ориентирования их поведения в социальной среде. Эстетическую информацию рассматривают как специфический вид информации, обладающий свойством воздействовать на эмоциональную сферу человека с помощью художественных образов. В специальной информации можно выделить информацию: научную, техническую, производственную, научно-техническую. Научнаяинформация создается в сфере науки в ходе научных исследований, направленных на изучение закономерностей природы, общества, мышления, Ее в свою очередь можно подразделить соответственно различным областям общественных, естественных и философских наук. Техническая информация образуется в сфере техники и предназначена для решения конкретных технических задач, например для разработки новых изделий, материалов, технологических процессов. Выделяют различные виды технической информации по отраслям народного хозяйства, т.е. отраслевую информацию, отражающую особенности каждой отрасли - машиностроения, электротехники и энергетики, транспорта, строительства, сельского хозяйства и т.д.Производственная информация относится к сфере производственной деятельности и используется для создания материальных благ. В зависимости от характера 9 производственных процессов можно выделить информацию технологическую, конструкторскую, планово-экономическую, эксплуатационную и др. В связи с тем, что наука стала в настоящее время непосредственной производительной силой, и все виды специальной информации, особенно научной и технической, находятся в тесной взаимосвязи, поэтому в практике информационного обслуживания пользуются понятием научно-технической информации. 1.4. Структура информации Различают содержательную и формальную структуру социальной информации. Содержательную структуру определяет структура знания, которая имеет несколько уровней. Элементами первого уровня являются эмпирические факты о предметах, процессах или событиях реальной жизни; на втором уровне - познании - происходит осмысление эмпирических фактов, устанавливаются между ними связи, эмпирический факт превращается в научный; высшим является уровень абстрактно-логического мышления, в процессе которого вырабатываются концепции - гипотезы, теории, законы, директивы. Выделение названных уровней в содержательной структуре информации в известной мере условно, так как информационные сообщения могут содержать элементы каждого уровня познания, т.е. и факты и концепции. Формальная структура информации предполагает анализ знаковой формы, с помощью которой передается содержание информации. Наиболее часто такой знаковой формой является естественный язык. Известно, что в структуре естественного языка выделяются три уровня: фонетический, лексический и синтаксический. На каждом из них можно выделить синтагматическую (горизонтальную) ось, определяющую порядок следования элементов на каждом уровне (букв в алфавите, букв в слове, слов в предложении, предложений в тексте сообщения), и |