Преподаватель: Котов Ю.А.

Основные понятия и определения информатики Терминология информатики Термин информация имеет множество определений. В «Энциклопедии кибернетики» «информация (лат. informatio разъяснение, изложение) одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний и т. п.». В широком смысле «информация» это отражение реального мира; в узком смысла «информация» это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. В современном мире информация, как правило, обрабатывается на вычислительных машинах. Поэтому информатика тесно связана с инструментарием вычислительной машиной. Широко используется еще один термин: данные (лат. data), термин принято применять в отношении информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать с помощью технических средств. Информатика – наука, связанная с: разработкой вычислительных машин и систем, технологий их создания; разработкой математических моделей естествознания и общественных явлений с целью их строгой формализации; обработкой данных, созданием численных и логических методов решения задач, сформулированных на этапе построения математической модели; разработкой алгоритмов решения задач управления, расчета и анализа математических моделей; программированием алгоритмов, созданием программного обеспечения ЭВМ

Объект информатики Объектом информатики выступают автоматизированные, основанные на ЭВМ и телекоммуникационной технике, информационные системы (ИС) различного класса и назначения. Информационные технологии (PIT) это машинизированные (инженерные) способы обработки семантической информации данных и знаний, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем (АИС). В настоящее время АИС получили широчайшее распространение. Классификация АИС осуществляется по ряду признаков, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаки классификации. Классификация отраслевых АИС по направлению деятельности: промышленной сферы АИС объединением, крупной фирмой АСУП АСУ цехом АСУ технологическими процессами АСУ непрерывными технологическими процессами АСУ дискретными технологическими процессами АСУ периодическими технологическими процессами непромышленной сферы АИС на транспорте АИС банков, кредитно-финансовой деятельности АИС в торговле АИС социальными процессами научной сферы, образования и культуры АИСНИИ, КБ вузов АСНИ САПР экспертные системы АИС «Библиотека»

Классификация АИС на предприятии АИС АИС управления производством АИС организации хозяйственной и экономической деятельности оперативное управление социальная сфера предприятия кадры склады снабжение транспорт финансы бухгалтерский учет контроль качества продукции АСУ ТП диагностика стратегическое прогнозирование и планирование

Информатика как наука Категории информатики Вся система категорий (понятий) информатики состоит из трех элементов: понятия, заимствованные информатикой из других наук; оригинальные понятия и аксиомы, отличающиеся принципиальной новизной; Понятия более низких иерархий суп понятия, раскрывающие содержание каждого из основных понятий информатики, как мета науки. Понятия информатики, заимствованные из ранее появившихся дисциплин: информация (в традиционном шенноновском смысле), информационный шум, избыточность, бит, байт и другие понятия математической теории связи. Сюда можно добавить понятия кибернетики: цель, управляющая и управляемая подсистемы (объект и орган управления), прямая и обратная связи и др. Система оригинальных понятий информатики вырастает из основного понятия понятия «информационный ресурс, а именно: информационный ресурс; социальная энтропия; полезная и информационная работа (отдача) ЭВМ; информационная среда; информационная напряженность; исходный и полный информационные потоки; информационные технологии; искусственный интеллект; творческая система; социальный (коллективный) интеллект.

Раскроем более подробно понятийный аппарат информатики. Информационный ресурс (ИР) – симбиоз знания и информации. 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. 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»). Потребовалось развитие формально-логических подходов, машинных языков, создание моделей представления знаний на основе логики предикатов первого порядка. Возникли обобщенные представления в области АИС, их природы, функций, общей структуры, сущности ИТ и их уровней и т.д. Однако всего этого оказалось недостаточно для развития работ в области ИИ. Нужны были продвижения в содержательном (когнитивном) направлении: в создании моделей, использовании фрей­мов, семантических сетей. С этим связно формирование второго аспекта категории ИР, его когнитивной, содержательной стороны. Таким образом, в основе методов использования представления знаний (первый аспект ИР) лежат главным образом математическая формализация и логическая полнота. Напротив, когнитивный подход (второй аспект ИР) основан на понимании процесса осознания чего- либо человеком, поэтому представлению знаний в данном случае свойственно скорее выразительность, чем математические изящество и скорость. В рамках когнитивно- содержательного направления развивается понимание зависимости от коммуникаций, информа­ционных связей. Здесь главным объектом изучения выступает соотношение знания и информации, переход одного во второе, а также фазовый переход знания в социальную силу. В результате слияния формально-логического и когнитивно- содержательного направлений и рождается фундаментальное понятие информационного ресурса..

Социальная энтропия. Вторая фундаментальная категория информатики. Социальная энтропия это мера отклонения от некоторого состояния, принимаемого за эталонное, оптимальное по критерию недоиспользования ИР. Социальная энтропия категория информатики для характеристики управленческих процессов, уровня их осуществления. Энтропия не просто мера упорядоченности организационных систем, а мера соответствия их состояния имеющимся целевым установкам. Чем выше информационный уровень функционирования народнохозяйственной системы, т.е. чем ниже энтропия, тем экономнее расходует она традиционные ресурсы производства: энергию, сырье, рабочую силу и особенно время Полезная работа (отдача) ЭВМ. Чтобы качественно и количественно определить отдачу ЭВМ, необходимо определить, что такое информационная работа вообще. Информационная работа в полном цикле это воздействие наблюдателя (управляющей подсистемы) на объект путем выработки и передачи сообщений, обусловливающих удержание объекта в имеющемся исходном состоянии, а также перевод его в новое состояние достижение новой цели. Информационная работа имеет негэнтропийную природу. Постановка новой цели объекту добавляет ему энтропию, снятие которой требует новой, дополнительной информационной работы. С другой стороны, информационная работа обеспечивает развитие объекта, перевод его в новое состояние. Иначе говоря, эта часть и определяет полезность информационной работы внешнюю отдачу наблюдателя и, следовательно, ЭВМ. 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. Полный информационный цикл включает рождение информации, ее накопление, обработку, прием и использование для целей развития системы.

Информационная среда. Это понятие связано с понятием информационной работы в ее полном цикле. Информационная среда это весь набор условий для технологической переработки и эффективного использования знаний в виде информационного ресурса. Информационная напряженность – это та сила, побудительный мотив, с которой объект и его среда действуют на управляющую подсистему, вызывая ее действия по обеспечению достижения объектом новой цели в течение определенного времени. Исходным информационным потоком называется поток от главного, верхнего элемента управляющей подсистемы (наблюдателя) к каждому элементу управляющей подсистемы. Полный информационный поток это поток, воздействующий на объект за период его перехода в новое целевое состояние. Категория искусственный интеллект (ИИ). Слово «интеллект» (от лат. Intellects) означает ум, рассудок, разум, мыслительная способность человека. Учение об интеллекте развивается по трем направлениям. Первое из них, приведшее к появлению самого термина «искусственный интеллект», связано 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. Не вдаваясь в подробный анализ научных и инженерных изысканий, отметим главное: искусственный интеллект ориентирован на создание методов дублирования (разумеется, в пределах доступного) функций живых интеллектуальных систем искусственными сис­темами. ЭВМ в виде ИИ рождают социальный интеллект как единую целенаправленную творческую систему. Социальный интеллект не просто одно из важных понятий теоретической информатики. Это категория, посредством которой информатика смыкается с общественными науками. Подход к обществу и его отдельным подсистемам и звеньям с позиций социального (коллективного) интеллекта это принципиально новый подход, отвечающий современному этапу развития цивилизации. Творческая система. Интеллектуальные системы это информационные комплексы, оснащенные ИИ. Творческими системами называются интеллектуальные системы полного цикла, обеспечивающие фазовый переход знаний в силу, творящие объект. Творческие системы это высшая форма информационных систем полного цикла. АСУ сложными системами, объединяющие АСУП, АСУТП, САПР, АСНИ, т.е. интегрированные АСУ, можно назвать прообразами творческих систем.

Аксиоматика информатики Первая аксиома информатики В сложных системах управления управляющая подсистема имеет иерархическую структуру. Назовем наблюдателем главный, верхний элемент управляющей подсистемы. К каждому элементу управляющей подсистемы от наблюдателя идет исходный информационный поток (бит), равный: (2.1.) где N количество сигналов (команд, документов, данных, указаний и т. п.), исходящих от наблюдателя; Н энтропия этих сигналов (). Это первая аксиома информатики. Вторая аксиома информатики Информационная напряженность каждого элемента управляющей подсистемы, определяется инфор­мационным воздействием на него наблюдателя (исходным информационным потоком) с учетом энтропии данного элемента : (2.2.) В содержательном аспекте энтропия любого элемента управляющей подсистемы Hj является показателем его способности к творчеству, т.е. функционированию с учетом отрицательной об­ратной связи с объектом. Если Hj=1, это означает, что рассматриваемый элемент управляющей подсистемы лишь воспринимает и ретранслирует команды наблюдателя и не вырабатывает собственной информации, т.е. не осуществляет корректирующих воздействий на объект управления с учетом конкретных условий. Если Hj=0 управляющий элемент осуществляет управление объектом независимо от наблюдателя, полностью самостоятельно. При 0<Hj<1 управляющий элемент не только ретранслирует командную информацию, идущую от наблюдателя, но и вносит собственный творческий вклад в информационный потенциал управляющей подсистемы. Например, если Hj =0,5, то элемент в два раза усиливает направленный на него информационный поток.

Третья аксиома информатики Информационная напряженность всей управляющей подсистемы равна сумме напряженности все ее элементов, включая и наблюдателя: (2.3.) где gj – информационная напряженность конкретного j-го элемента; т число элементов управляющей подсистемы. Четвертая аксиома информатики Четвертая аксиома информатики устанавливает соотношение между полным информационным потоком I, воздействующим на объект управления за период его перехода в новое целевое состояние, информационной напряженностью Q и энергией объекта управления Е, затрачиваемой объектом управления на переход в новое состояние:. (2.4.) Пятая аксиома информатики Работа управляющей подсистемы А (осуществление физической работы, затраты вещественно-энергетических ресурсов на осуществление информационной работы) состоит из двух частей: (2.5.) где а внутренняя работа управляющей подсистемы, затраченная на компенсацию ее исходной энтропии; b работа, направленная на объект, т.е. усилия управляющей подсистемы на ее информационную отдачу. Шестая аксиома информатики Полезная работа управляющей подсистемы (b) должна соответствовать полному информационному потоку I, за рассматриваемый период времени