ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ Тема 4. Информационные технологии для сбора, обработки научной информации, оформления результатов научных исследований

Основные направления рационального применения ИТ в научных исследованиях: 1. Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации (НТИ). 2. Подготовка программ научных исследований (НИ), подбор оборудования и экспериментальных устройств. 3. Математические расчеты. 4. Решение интеллектуально-логических задач. 5. Моделирование объектов и процессов. 6. Управление экспериментальными установками. 7. Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных. 8. Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов. 9. Обобщение и оценка результатов НИ. 10. Оформление и представление итогов НИ. 11. Управление научно-исследовательскими работами (НИР).

ИТ НА ЭТАПЕ СБОРА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы: 1. Какие авторы или научные группы занимаются аналогичной темой? 2. Каковы известные решения по исследуемой теме? 3. Какими известными методами и средствами решаются исследуемые проблемы? 4. Каковы недостатки известных решений и какими путями их пытаются преодолеть? Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно- техническое решение, отвечающее высокому уровню. Основным источником информации являются научные документы, которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, аудиовизуальными и машиночитаемыми.

НАУЧНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ НА первичные и вторичные, опубликованные и неопубликованные. Первичные документы – это книги, брошюры, периодические издания (журналы, труды), научно-технические документы (стандарты, методические указания). Важное значение здесь имеет также патентная документация ( издания, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и т.п.); К неопубликованным первичным документам относятся: науч-ные отчеты, диссертации, депонированные рукописи и т.п.; Вторичные документы содержат краткую обобщенную информацию из одного или нескольких первичных документов: справочники, реферативные издания, библиографические указатели и т.п.

СПОСОБЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ НТИ анкетирование, собеседование, экспертный опрос и т.д., работа с научно-техническими документами, которая включает поиск, ознакомление, проработку документов и систематизацию информации. Поиск выполняется по каталогам, реферативным и библиографическим изданиям. Автоматизация этой процедуры обеспечивается использованием специализированных информационно-поисковых систем (ИПС) библиотек и научно-исследовательских институтов (НИИ), электронных каталогов, поиском в машиночитаемых (БД), а также с помощью программ поиска в Internet.

ПУТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ работа с литературным материалом; запросы в организации-держатели информации (государственные и общественные образовательные организации); привлечение к работе консультантов или экспертов; поиск информации в автоматизированных информационных системах; поиск в ресурсах компьютерных сетей; собственные наблюдения. Информационный поиск может быть – адресный (по формальным признакам); – семантический (по смыслу, содержанию); – документальный; – фактографический и др.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННО- ПОИСКОВЫХ СИСТЕМ документальные, позволяющие работать с полными текстами или адресами документов; фактографические, которые выдают необходимые сведения из имеющихся документов; информационно-логические (интеллектуальные) представляют информацию, полученную в результате логического поиска и целенаправленного выбора в автоматизированном режиме. При наличии в БД полных текстов документов названные средства и позволяют реализовывать процедуру ознакомления. Часто для этого вполне достаточны рефераты или аннотации документов. Трудоемкость организации табличных БД можно существенно уменьшить с использованием систем оптического распознавания (например, FineReader), обеспечивающих обработку сканированных документов и их экспорт в БД.

ИТ В ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Объем ТИ зависит от специфики и сложности проблемы. В общем случае может включать этапы: 1. Постановка задачи, где определяются цели исследования, наиболее эффективные пути реализации. Иногда формируется гипотеза, предварительно объясняющая явление. 2. Разработка модели процесса функционирования изучаемого объекта. В ТИ обычно используются математические, информационные или логические модели явления. 3. Выбор методов построения модели и их проверка. 4. Разработка алгоритмов и программных средств реализации моделей. 5. Выполнение математических расчетов или обработка информационных алгоритмов. 6. Анализ полученных результатов с помощью логических рассуждений и выводов, формулирование результатов исследований.

ИТ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Наиболее часто ВТ используют в проведении математических расчетов. ПО для данного направления условно делится на следующие категории: 1. Библиотеки программ для численного анализа, которые также делятся на библиотеки общего назначения (пакеты SSP, NAG) и узко специализи-рованные пакеты, ориентированные на решение определенного класса задач (MicroWay – матрицы, преобразование Фурье). 2. Специализированные системы для математических расчетов и графического манипулирования данными и представления результатов (Phaser - дифференциальные уравнения, Statgraf – статистический анализ), Eureca, Statistica. 3. Диалоговые системы математических вычислений с декларативными языками, позволяющими формулировать задачи естественным образом (MuMath, Reduce, MathCad, Matlab, Mathematica). 4. Электронные таблицы (ЭТ), которые позволяют выполнять различные расчеты с данными, представленными в табличной форме (Supercalc, Quattro Pro, Excel).

ИТ В НАУЧНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ, МОДЕЛИРОВАНИИ И ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НИ Основные задачи экспериментальных исследований (ЭИ): 1. Целенаправленное наблюдение за функционированием объекта для углубленного изучения его свойств. 2. Проверка справедливости рабочих гипотез для разработки на этой основе теории явлений. 3. Установление зависимости различных факторов, характеризующих явление, для последующего использования найденных зависимостей в проектировании или управлении исследуемыми объектами. ЭИ включают этапы подготовки эксперимента, проведения исследований и обработки результатов.

ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ На подготовительном этапе определяются цели и задачи ЭИ, разрабатываются методика и программа его выполнения. Этот этап включает также подбор необходимого оборудования и средств измерений. При разработке программы ЭИ стремятся к меньшему объему и трудоемкости работ, упрощению эксперимента без потери точности и достоверности результатов. В этой связи данный этап ЭИ требует решения задачи определения минимального числа опытов (измерений), наиболее эффективно охватывающего область возможного взаимодействия влияющих факторов и обеспечивающего получения их достоверной зависимости. Данная задача решается средствами раздела математической статистики – планирование эксперимента, который представляет необходимые методы для рациональной организации измерений, подверженных случайным ошибкам.

ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Этап проведения собственно исследований определяется спецификой изучае-мого объекта. По характеру взаимодействия средств эксперимента с объек-том различают обычные и модельные ЭИ. В первом, взаимодействие оказы-вается непосредственно на объект, во втором – на заменяющую его модель. Метод моделирования объектов и процессов является основным в научном эксперименте. Различают: Физическое моделирование выполняется на специальных установках. ВТ используются для управления процессом эксперимента, сбора регистрационных данных и их обработки. Для аналогового моделирования используются аналоговые вычислительные машины, что позволяет создавать и исследовать модели-аналоги, которые могут описываться одинаковыми диф. уравнениями с исследуемым процессом. Математическое моделирование включает исследования не только с помощью чисто математических моделей. Здесь используются также информационные, логические, имитационные и другие модели и их комбинации.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ целесообразно использовать ПС, разработанные специалистами с использованием последних достижений прикладной математики и программирования. Возможности современных ПС, в части машинной графики, включая параметризацию, использование способов фрактала, цветовой динамики, мультипликации и т.п., обеспечивают достаточную наглядность результатов. Наиболее широкое применение находит ВТ для: логического, функционального и структурного моделирования электронных схем; моделирования и синтеза систем автоматического управления; моделирования механических и тепловых режимов конструкций, механики газов и жидкостей. При этом используются сотни функционально-ориентированных ПС (например, MICRO - Logic, ANSYS, DesignLAB), так и системы универ-сального применения (ЭТ – Excel, QuattroPro, система MathCad).

ИТ В ОФОРМЛЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ НИ Результаты НИ могут быть представлены в виде отчета, доклада, статьи и т.п., в оформлении которых в настоящее время широко используются средства ВТ. Процесс создания научного документа включает: 1. Подготовку текстовой части, содержащей формулы и спецсимволы. 2. Формирование таблиц и их графическое отображение. 3. Подготовку иллюстраций в виде схем, рисунков, чертежей, графиков, диаграмм. 4. Грамматический и лексический контроль. 5. Импорт рисунков и графических изображений из других систем. 6. Прямой и обратный переводы. 7. Форматирование документа и печать.

ПС ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАУЧНЫХ ТЕКСТОВ кроме текстовых редакторов используются: 1. Для формирования табличной информации – средства ЭТ (Excel, QuattroPro) с использованием возможностей графического отображения. 2. Для создания сложных графических иллюстраций – системы деловой графики (Corel Draw) и геометрического моделирования (AutoCAD). 3. Для эффективного грамматического контроля текста – специализированные системы типа Orfo, Lingvo Corrector, Propis. 4. Для создания фотоизображения – средства оптического распознавания, средства редактирования и цифровую фотографию (FineReader, Adobe Photoshop и т.п.). 5. Для автоматизированного перевода – системы Prompt, Socrat.

НАПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО СОЗДАНИЯ ДОКУМЕНТОВ 1. Применение интегрированных программных систем, обеспечивающих в рамках одной системы создание текста, таблиц, графиков (Framework, Works). 2. Использование комплексов взаимосвязанных программ в рамках одной операционной оболочки (MS Office включает самостоятельные ПС Word, Excel и др., имеющие механизм эффективного обмена данными). 3. Гиперсреды и мультимедийные системы.

ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЕТЕВЫХ ИТ область экологии, охраны окружающей среды, медицины, биологии связаны с методами оценки параметров окружающей среды, методами анализа и прогнозирования катастроф, технологиями оценки риска экологически опасных производств, анализа прогнозирования и принятия решений в связи с чрезвычайными ситуациями, системами проектирования экологического оборудования, системами диагностики и принятия решений в медицине и биологии (в т.ч. телемедицины)