Построение системы терминов информационно-компьютерной науки: проблемно-ориентированный подход Зацман Игорь Моисеевич (ИПИ РАН) Доклад на 6-м заседании. - презентация

1 Построение системы терминов информационно-компьютерной науки: проблемно-ориентированный подход Зацман Игорь Моисеевич (ИПИ РАН) Доклад на 6-м заседании семинара МПНИ 19 апреля 2012 Ссылка на аудиозапись доклада: Зацман И.М. Построение системы терминов информационно-компьютерной науки: проблемно-ориентированный подход. Аудиозапись доклада на 6-м заседании семинара МПНИ 19 апреля 2012 – http … Ссылка на текст доклада: Зацман И.М. Построение системы терминов информационно- компьютерной науки: проблемно-ориентированный подход. Текст доклада на 6-м заседании семинара МПНИ 19 апреля 2012 – Ссылка на презентацию доклада: Зацман И.М. Построение системы терминов информационно-компьютерной науки: проблемно-ориентированный подход. Презентация доклада на 6-м заседании семинара МПНИ 19 апреля 2012 – http … © И.М. Зацман, 2012

2 1.Введение (история вопроса) 2.Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям 3.Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины) 4. Принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы Ключевые слова описания предметной области информационно-компьютерной науки Сопоставление значений терминов 5. Выводы 1 ПЛАН ДОКЛАДА

3 1.1 Информационно-компьютерная наука как новая фундаментальная область знаний (Сол Горн, 1963 г.) 2 1. Примерами основных вопросов исследования в этой области знаний могут быть: системы программирования, проектирование компьютерных систем, искусственный интеллект, информационный поиск и т.д. 2. Вероятностная информационная теория Шеннона определенно принадлежит к этой области знания, но помимо нее существует еще теория машинной информации и ее обработки. 3. Одним из центральных вопросов этой новой дисциплины, скорее всего, станет синтез и анализ машинных языков и процессоров их обработки.

4 1.2 Перечень дисциплин для изучающих инфор- мационно-компьютерную науку (Сол Горн, 1963 г.) 3 1. В 1963 году Горн предложил перечень тех дисциплин, которые должны преподаваться студентам, изучающим информационно-компьютерную науку, включая: математику, физику, философию, лингвистику, психологию, вычислительную технику, компьютерное программирование. 2. Эта область знания не является ветвью математики, так как она должна соотносить себя с прагматическими вопросами, от которых математика не должна зависеть.

5 1.3 Информационно-компьютерная наука не является ветвью математики (иллюстрация этого положения Сола Горна на примере одной из задач ЕГЭ) 4 1. Вычисление информационного объема сообщения: в некоторой стране автомобильный номер длиной 6 символов составляется из заглавных букв (всего используется 32 буквы). Определите число возможных номеров (без учета их смысла). Если 32 буквы, то число возможных номеров 32**6 = =(2**5)**6= 2**30 номеров (приблизительно 1 млрд номеров). 2. Если дополнительно потребовать, чтобы учитывался смысл номера, то есть, автомобильный номер должен быть словом естественного языка, то эта задача только математическими методами не решается (и в задание ЕГЭ скорее всего не попадет).

6 1.4 Главный вывод Горна о единой области знаний – информатике (Сол Горн, 1983 г.) 5 1. «…нам не следует отделять компьютерную науку от информационной науки, а следует пытаться отстаивать единую область знания – информатику [как информационно- компьютерную науку]. 2. Любая попытка поощрить такое разделение, пытаясь создать, например, некоторую метанауку, может повлечь за собой отделение практической деятельности от знаний. 3. Такое разделение будет причиной прекращения деятельного кипения, которое поддерживается сплавом знаний и практической деятельности …».

7 1.5 Статья Шрейдера «Информация и знание» (1988г.) 6 1. Не существует двух информатик (информационной науки и компьютерной науки), а есть два облика информатики. 2. Первый из них (информационная наука) дополнительно нагружен представлениями о традиционном информационном обслуживании. 3. Второй облик (компьютерная наука) неправомерно искажен чисто программистскими проблемами. 4. Специфические же проблемы информатики оказываются там, где возникают задачи информационного представления знаний в форме, удобной для обработки, передачи и творческого реконструирования знаний в результате усилий пользователя.

8 1.6 Шрейдер формулирует основы информатики (1988) 7 1. Информация есть общественное достояние, она в принципе социальна, в то время как знание, вообще говоря, соотнесено с конкретной личностью, с тем, кто им владеет и непосредственно пользуется. 2. Информация должна пройти через "когнитивный экран" тех, для кого она представляет ценность. Так возникает необходимость считаться … с феноменом личностного знания. 3. Тождественность информации и знания при этом исключается, но информация как превращенная форма знания сохраняет следы своего происхождения. 4. Далее Шрейдер пишет о пропасти, разделяющей информацию и знания как сущности разной природы.

9 1.7 Цитирование работ Горна на года (источник - базы данных Web of Science) 8

10 1.8 Используется ли термин «информационно- компьютерная наука» в системе высшего образования? 9 1. University of California, Irvine, Department of Information and Computer Science (найдено примерно страниц с помощью Google, если убрать название университета). Faculty Positions in Information and Computer Science: Computer-supported cooperative work Social impacts of computing Information studies (теория информации) and human-computer interactions 2. University of Mississippi, Department of Computer and Information Science (примерно страниц, если убрать название университета ).

11 1.Введение (история вопроса) 2.Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям 3.Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины) 4. Принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы Ключевые слова описания предметной области информационно-компьютерной науки Сопоставление значений терминов 5. Выводы 10 ПЛАН ДОКЛАДА

12 2.1 Аналитический отчет по вопросам обеспечения конкурентоспособности США в 21 веке (2005 год) Информационные технологии позиционируются как составляющая триады «научная теория – научный эксперимент – информационные технологии, обеспечивающие проведение экспериментов». 2. Информационные технологии являются основой научного познания практически во всех отраслях знаний (необходимо единое метаописание сред объектов, процессов и явлений предметных областей основных отраслей знаний в интересах создания этой составляющей триады - И.З. ). 3. Авторы отчета определяют междисциплинарную область исследований и разработок, которую называют «computational science», что переводится буквально как «вычислительная наука».

13 2.2 Один из подходов к метаописанию 12

14 2.3 Три составляющих вычислительной науки Алгоритмы (численные и нечисленные), программное обеспечение для моделирования, разработанное для решения проблем естественных, гуманитарных и инженерных наук; 2. Информационно-компьютерная наука, которая разрабатывает и оптимизирует современные аппаратные, программные и сетевые средства, а также компоненты управления данными, которые необходимы для решения вычислительно сложных проблем; 3. Вычислительная инфраструктура, которая поддерживает решение научных и инженерных проблем в разных областях знаний, а также развитие информа цион-но-компьютерной науки» ( на основе единого метаописания отраслей знаний - И.З. ).

15 2.4 Приоритетные направления исследований по кон- вергентным технологиям (примеры проектов РФФИ) Исследование и разработка нейроморфных средств и сложных антропоморфных технических систем ( модели восприятия информации, накопления знаний о среде и поведении путем обучения в реальном времени ) – требуется описать взаимосвязи информации, знаний и объектов среды. 2. Исследование ритмических кодов мыслительной деятельности и создание на этой основе модели когнитивного пространства человека и интерфейса мозг- компьютер высокого уровня (ни компьютерная наука, ни информационная наука не дают фундамен- тальных основ разработки таких моделей ).

16 2.5 Создания новых поколений ИКТ в 7-й Рамочной программы ЕС ( ) - 4 направления исследований Как (ментальные) знания появляются, каким образом на этот процесс и его результаты влияет совместная деятельность, как формируются конвенциональные системы знаний; 2. Исследование многообразия форм представления одной и той же системы (ментальных) знаний; 3. Создание нового поколения интеллектуальных информационных систем, которые должны обеспечить семантическую интероперабельность в процессе совместной работы пользователей этих систем; 4. Исследование принципиальных возможностей и средств влияния на процессы формирования новых систем (ментальных) знаний в процессе совместной деятельности коллективов специалистов.

17 2.6 Проблемы формирования систем новых знаний, относящиеся к информационно-компьютерной науке Формирование и компьютерное представление в цифровой электронной среде личностных и коллективных систем (ментальных) знаний, то есть формируемых совместно коллективом специалистов. 2. Анализ и оценивание степени релевантности разных вариантов формируемых систем (ментальных) знаний социальным, экономическим, технологическим и другим общественно значимым потребностям, в интересах которых они были сформированы. 3. Целенаправленное влияние средствами ИКТ на формирование и эволюцию формируемых систем (ментальных) знаний, необходимое для получения запланированных (желаемых) результатов.

18 2.7 Четыре вопроса для сопоставления вариантов парадигмы информационно-компьютерной науки Допускает ли парадигма возможность членения системы (ментальных) знаний на «кванты»? Если ответ «да», то допускается единственный способ членения системы знаний на «кванты» или несколько? (+) 2. Используется ли категоризация ментальных знаний по степени их конвенциональности? Существует ли категория личностных ментальных знаний, которые их автором ни с кем не согласованы? (-) 3. Допускается ли пополнение и эволюция системы (ментальных) знаний во времени? (-) 4. Учитывается ли разделение ментальных знаний человека на имплицитные, которые не выражены им в явном виде, и эксплици рованные знани я ? (-)

19 1.Введение (история вопроса) 2.Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям 3.Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины) 4. Принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы Ключевые слова описания предметной области информационно-компьютерной науки Сопоставление значений терминов 5. Выводы 18 ПЛАН ДОКЛАДА

20 3 Четыре составляющих парадигмы информационно-компьютерной науки В соответствии с концепцией А. Соломоника научная парадигма любой «зрелой» науки состоит из следующих четырех составляющих, которые объединяются в единую и цельную конструкцию: 1.философские основания; ( –, семантический вэб) 2.аксиоматика; ( –, кванты ментальных знаний) 3.классификация объектов исследования, процессов и явлений; ( –, распределение объектов по средам) 4.система терминов. (+, – знаковая система) 2. Сам термин «парадигма науки » трактуется Соломоником в соответствии с теорией Т. Куна. У Куна мы не находим ответа на вопрос: «Из чего должна состоять парадигма любой «зрелой» науки?».

21 1.Введение (история вопроса) 2.Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям 3.Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины) 4.Принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы Ключевые слова описания предметной области информационно-компьютерной науки Сопоставление значений терминов 5. Выводы 20 ПЛАН ДОКЛАДА

22 4.1 Базовые принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки Средовой принцип разделения предметной области ин- формационно-компьютерной науки аналогично структуре научных исследований, предложенной К. Колиным (1990). 2. Принцип разграничения знаковой информации и данных по источнику их генерации, который был сформулирован Ю. Шемакиным (1995) 3. Соотнесение объектов и процессов предметной области информационно-компьютерной науки со средами (2003) 4. Определение сферы незнания как еще не познанного через ее противопоставление со сферой знания, предложенное В. Макаровым и Г. Клейнером (2007) 5. Принцип разграничения личностных, согласованных (коллективных) и общепринятых (конвенциональных) знаний согласно обобщенной модели формирования знаний Вежбицки и Накамори (2006, 2007)

23 22 1.К.К. Колин описал структуру предметной области информатики как фундаментальной науки (2006): Теоретическая информатика Техническая информатика Социальная информатика Биологическая информатика Физическая информатика 2.Представлены основные среды, которые имеются в окружающем нас мире живой и неживой природы. 3.В каждой среде рассматриваются информационные процессы и/или их отражение в этой среде (добавлено мной – И.З.). 4.Каждая среда оказывает влияние на специфику проявления информационных закономерностей, в т.ч. на меру вычисления объема информации (И.З.). 4.2 Средовой принцип разделения предметной области информационно-компьютерной науки

24 23 1.В соответствии с этим признаком «данные» трактуются как сведения, поступающие от внешних по отношению к субъекту-человеку источников, на основе которых может быть получена знаковая информация (Ю.И. Шемакин, 1995). 2.Процесс создания информации может быть связан с данными, полученными в результатом наблюдений или измерений, но для создания информации данные должны быть интерпретированы когнитивными структурами человека (B.C. Brooks, 1980). 4.3 Принцип разграничения знаковой информации и данных по источнику их генерации

25 Пример разграничения знаковой информации и данных по источнику их генерации

26 25 Ставится цель построения системы терминов, в рамках которой объекты, относящиеся к разным средам, называются по-разному, а одинаковые объекты одной среды - одинаково с точности до явно определенных синонимов (пример с терминами, которые будут определены далее, и тремя средами): ментальные знания, «кванты знаний», ментальные единицы невыраженных знаний, концепты и элементарные концепты (ментальная среда), знаковая информация, информационные объекты, элементарные информационные объекты и данные (социально-коммуникационная среда), коды, цифровая информация, цифровые коды и цифровые данные (цифровая электронная среда). 4.5 Принцип соотнесения объектов предметной области информационно-компьютерной науки со средами

27 Ментальные знания, «кванты знаний», единицы ментальных знаний, концепты и элементарные концепты) Менталь- ная среда Цифровая электрон- ная среда Социально- коммуникаци- онная среда Коды, цифровая информация, цифровые коды и цифровые данные … Знаковая информация, информационные объекты, элементарные информационные объекты и данные 4.6 Ментальная, социально-коммуникационная и цифровая электронная среды (аксиома средового разграничения) 26

28 Объекты сферы незнания 1.Определение сферы незнания как сферы мысленно представляемого, но еще не познанного, через ее противопоставление со сферой знания, было предложено В.Л. Макаровым и Г.Б. Клейнером (2007). 2.В докладе к сфере незнания отнесены результаты сенсорного восприятия человеком тех данных социально-коммуникационной среды, которые не могут быть им интерпре- тированы и выражены в отчужденной форме (например, смысл нижеприведенных данных многим непонятен).

29 28 4.Интерна- лизация Коллек- тивные невыража- емые Коллек- тивные выража- емые Индиви- дуальные выража- емые Индиви- дуальные невыража- емые 2.Экстерна- лизация 1.Социали- зация 3. Синтез 4.8 Разграничение личностных и согласованных (коллективных) ментальных знаний (Нонака, 1991) Креативное пространство, определенное Вежбицки и Накамори,2006, включает также конвен- циональные знания

30 29 4.Интерна- лизация Коллек- тивные невыража- емые Коллек- тивные выража- емые Индиви- дуальные выража- емые Индиви- дуальные невыража- емые 2.Экстерна- лизация 1.Социали- зация 3. Синтез 4.9 Объекты интерпретации как первоисточники личностных и согласованных знаний Объекты интерпре- тации, при- надлежащие материальной, социально- коммуникаци- онной или цифровой среде Объекты интерпретации, принадле- жащие …

31 1.Введение (история вопроса) 2.Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям 3.Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины) 4.Принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы Ключевые слова описания предметной области информационно-компьютерной науки Сопоставление значений терминов 5. Выводы 30 ПЛАН ДОКЛАДА

32 Ментальные знания и информация 1.Ментальные знания» (далее кратко – знания), определим как результаты познавательной и креативной деятельности человека, носителем которых может быть только человек и в которых могут быть выделены отдельные «кванты» знаний (аксиома существования «квантов» знаний). 2.Информацию определим как 1) авторские, 2) коллективные или 3) общепринятые формы 4) эксплицитного (явного) и 5) отчужденного от человека представления его ментальных знаний, предназначенные для 6) передачи, 7) непосред- ственного сенсорного восприятия и 8) понимания их другими людьми.

33 Концепты 1.«Кванты» знаний будем называть концептами, если они могут быть выражены в рамках некоторого естественного языка (или иной знаковой системы). 2. «Кванты» знаний, которые не выражены в рамках известных знаковых систем, будем называть ментальными единицами сферы незнания человека, частным случаем которых являются ментальные образы сенсорно воспри- нимаемых (неинтерпретированных) данных. 3.Множество концептов, выражаемых в рамках одной знаковой системы, будем называть ее планом содержания, а формы выражения этих концептов – ее планом выражения.

34 Система ментальных знаний и ее концепты

35 Знаковая информация 1.Термин «знаковая информация» определим как результаты процесса представления концептов человеком-генератором этих результатов в плане выражения некоторой знаковой системы в отчужденной форме, которая является сенсорно воспринимаемой другими участниками коммуникаций и содержательно интерпретируется ими в рамках этой знаковой системы. 2.Термин «знаковая информация» имеет отношение только к знаковым формам представления концептов, а введенный ранее термин «информация» - к любым формам представления «квантов» знаний.

36 Коды как эквиваленты двоичных цифр 1.Термин «коды» определен как компьютерные эквиваленты двоичных цифр «0» и «1» (или их последовательностей), которые могут представлять собой намагниченность или ее отсутствие, наличие электрического тока или его отсутствие, способность к отражению света или ее отсутствие в цифровой электронной среде (D. McArthur, 1997). 2.Двоичные цифры «0» и «1», о которых говорится в определении термина «коды» принадлежат социально-коммуникационной среде, а компьютерные эквиваленты «0» и «1» - цифровой электронной среде.

37 Три категории кодов 1.Коды, соотнесенные с концептами в качестве их «представителей» в цифровой электронной среде, например коды концептов (смыслового содержания) индикаторов – это первая категория семантических кодов. 2.Коды, соотнесенные с эксплицитными и отчужденными от человека формами представления концептов в плане выражения социально-коммуникационной среды, например коды имен индикаторов – это вторая категория информационных кодов. 3.Коды, соотнесенные с объектами интерпретации любой природы, например коды денотатов индикаторов как совокупностей их программ, данных и значений индикаторов – это третья категория объектных кодов.

38 Три среды и три категории кодов

39 38 Ментальная среда Социально-коммуникационная среда Цифровая электронная среда Концепт Знак Имя инди- катора Информаци- онный код (код2) Дефиниция индикатора 2. Система классификации индикаторов Концепт Знак Имя инди- катора Концепт Семантичес- кий код (код1) Программа вычисления значений индикатора Объектный код ( код3) Данные для вычис- ления индикатора Пример 1 использования трех категорий кодов

40 39 Цифровая электрон- ная среда Ментальная среда Социально- комму- никацион-ная среда Знак Имя уст. области Код1 Концепт устьевой области Код2 Денотат (устьевая область реки) Код3 II Сфера природных (материальных) объектов и явлений I Пример 2 использования трех категорий кодов

41 Данные и ментальные образы данных 1. Цифровые данные определим как коды цифровой среды, не относящиеся в явном виде к трем выше определенным категориям. 2. К цифровым данным будем относить результаты любых измерений, не являющиеся результатом представления знаний человека. 3. Формы представления цифровых данных в социально-коммуникационной среде в сенсорно воспринимаемой форме будем называть данными. 4. Ментальные образы сенсорно воспринима- емых (неинтерпретированных) данных определим как структурные единицы невыраженных знаний человека, не являющиеся концептами и соответствующие этим данным.

42 Распределение терминов по трем средам предметной области информационно-компьютерной науки Для распределения терминов использовались средовой принцип (К.К Колин), определение сферы незнания (В.Л. Макаров, Г.Б. Клейнер), разграничение между знаковой информации и данными (Ю.И. Шемакин).

43 42 ПЛАН ДОКЛАДА 1.Введение (история вопроса) 2.Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям 3.Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины) 4.Принципы построения системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы Ключевые слова описания предметной области информационно-компьютерной науки Сопоставление значений терминов 5. Выводы

44 Информация по Фаррадейну и Бруксу 1. Смысловое содержание определенных в докладе терминов «ментальные знания», «концепты», «информация», «знаковая информация» и «данные» во многом соответствуют основаниям информационной науки с точностью до лексики. 2.Языковая информация по Фаррадейну в докладе обозначена термином «знаковая информация». 3.Ментальная информация по Бруксу может быть обозначена исчисляемым существитель- ным «концепты», если задана знаковая система, с помощью которой ментальная информация по Бруксу вычленяется из системы знаний.

45 Сопоставление значений терминов Отношения принадлежности рассмотренных терминов двум средам сведены в таблицу. В эту же таблицу добавлены термины «знания» и «информация» в трактовке Ю.А. Шрейдера.

46 1. Рассмотренные положения из работ Горна и Шрейдера используются в качестве базовых исходных данных при описании научной парадигмы информационно-компьютерной науки. 2. Рассмотренные положения предлагается структурировать согласно четырем составляю- щим научной парадигмы с последующим их объ- единением в единую и цельную конструкцию: философские основания, аксиоматика, классификация объектов, процессов и явлений предметной области + распределение по средам, система терминов. 45 Выводы

47 3. Сформулированы пять базовых принципов построения системы терминов информационно- компьютерной науки: Средовой принцип разделения предметной области согласно структуре научных исследований, предложенной К.К. Колиным (1990, …). Принцип разграничения знаковой информации и данных по источнику их генерации (Ю.И.Шемакин, 1995). Принцип соотнесения объектов предметной области информационно-компьютерной науки со средами (2003). Определение сферы незнания как еще не познанного, предложенное В.Л. Макаровым и Г.Б. Клейнером (2007). Принцип разграничения личностных, согласованных (коллективных) и общепринятых (конвенциональных) знаний (Вежбицки и Накамори 2006, 2007). 46 Выводы

48 4. Основная идея построения системы терминов информационно-компьютерной науки заключается в том, что объекты, относящиеся к разным средам, называются по-разному, а одинаковые объекты, одной среды - одинаково с точности до явно определенных синонимов: ментальные знания, «кванты знаний», ментальные единицы сферы незнания человека, концепты и элементарные концепты (ментальная среда), знаковая информация, информационные объекты, элементарные информационные объекты и данные (социально-коммуникационная среда), коды, цифровая информация, цифровые коды и цифровые данные (цифровая электронная среда). 47 Выводы

49 5. Процесс построения системы терминов не претендует на завершенность, так как семиотический термин «знаковая система», предполагает устойчивое единство формы и значения знака, которое посредством сенсорно воспринимаемой формы знака репрезентирует социально приданное ему значение. Для продолжения требуется: обощить понятие «знаковая система», включив в него авторские и коллективные концепты и знаки, не обладаю- щие устойчивым единством форм и значений (семиотика); разработать метаописание сред объектов, процессов и явлений предметных областей основных отраслей знаний (философия), классифицировать взаимосвязи (процессы взаимного перехода) имплицитных и эксплицитных личностных, коллективных и конвенциональных ментальных знаний (когнитивная наука как наука о процессах мышления). 48 Выводы (три фактора, замедляющие интеграцию)

50 Спасибо за внимание