1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Р.М.ЮСУПОВ Директор Санкт-Петербургского института. - презентация

1 1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Р.М.ЮСУПОВ Директор Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН

2 2 СОДЕРЖАНИЕ I. О состоянии информатики II. Основные тенденции, влияющие на развитие информатики и ИТ III. О перспективах развития информатики и ИТ IV. Заключение

3 3 «НАУКИ» ОБ ИНФОРМАЦИИ ИНФОРМАТИКА COMPUTER SCIENCE ИНФОРМАТОЛОГИЯ НАУКА ОБ ИНФОКОММУНИКАЦИЯХ ИНФОРМАЦИЯ ИНФОРМОДИНАМИКА ИНФОТРОНИКА ИНФОРМАТИСТИКА ИНФОРМОЛОГИЯ ИНФОРМОНОМИЯ COMPUTATIONAL SCIENCE INFORMATION SCIENCE ИНФОРМАЦИОЛОГИЯ

4 4 ИСХОДНЫЕ ПОНИМАНИЯ ИНФОРМАТИКИ «ИНФОРМАТИКА – научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации» (Энциклопедия кибернетики, 1974; Словарь по кибернетике, 1979) «ИНФОРМАТИКА – отрасль знания, изучающая закономерности сбора, преобразования, хранения, поиска и распространения документальной информации и определяющая оптимальную организацию информационной работы на базе современных технических средств» (Словарь терминов по информатике. Под.ред.А.И.Михайлова. М.:Наука, 1971)

5 5 ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАТИКИ (в широком понимании) Наука о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике. Предметом информатики является вычислительная технология как социально-исторический феномен…состав информатики – это три неразрывно и существенно связанные составные части: технические средства, программные и алгоритмические (Дородницин А.А.). Некая синтетическая дисциплина, которая включает в себя разработку новой технологии научных исследований и проектирования, основанное на использовании ЭВТ, и несколько крупных научных дисциплин, связанных с проблемой общения с машиной, и наконец, с созданием машины (Моисеев Н.Н.). Комплексная научная и технологическая дисциплина, которая изучает, прежде всего, важнейшие аспекты разработки, проектирования, создания, встраивания машинных систем обработки данных, а также их воздействия на жизнь общества (Михалевич В.С.). Фундаментальная естественная наука, изучающая процессы передачи и обработки информации (Ершов А.П.). Наука о проблемах обработки различных видов информации, создании новых высокоэффективных ЭВМ, позволяющая предоставлять человеку широкий спектр различных информационных ресурсов (Якубайтис Э.А.). Информатика (наука об инфокоммуникациях) – наука, которая изучает, как преобразуется, репрезентируется (представляется), хранится и воспроизводится информация, а также как она передается и используется (Кузнецов Н.А.). Информатика – научное направление, являющееся составной частью кибернетики, основные задачи которого заключаются в изучении информационных потребностей общества и разработке путей, средств и методов наиболее рационального их удовлетворения (Герасименко В.А.). Наука об осуществляемой преимущественно с помощью автоматических средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как представление знаний и сообщений в технических, экономических и социальных областях (Французская Академия наук). Наука, техника и применение машинной обработки, хранения и передачи информации (М.Брой, Германия).

6 6 ИНФОРМАТИКА – отрасль науки о методах и средствах сбора, обработки, хранения, поиска, передачи, представления и защиты информации

7 7 ИНФОРМАТИКА (informatics) Computer Science + Information Science Gorn S. The Computer and Information Sciences. A New Basic Discipline // SIAM Review, April, Vol 5, No. 2. Gorn S. Informatics (Computer and Information Science): Its Ideology, Methodology and Sociology // The Studies of Information: Interdisciplinary messages / Ed. by F. Machlup and V. Mansfield. – New York: Wiley, 1983.

8 8 «ОТРАСЛЕВАЯ» СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ Informatics Hardware Software Brainware

9 9 1 Информация 2 Информационные процессы Информационные технологии Информатизация Аппаратное обеспечение (hardware) Математическое и программное обеспечение (brain-software) Организационно- методическое обеспечение (orgware) 4 Методы, модели, алгоритмы, программное обеспечение 3 Вычислительная техника, микроэлектроника, средства связи и телекоммуникаций, оргтехника 5 Создание технической документации, кадровое обеспечение, управление и сопровождение разработок и т.д. ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ Научные дисциплины 1. статистическая теория информации философские аспекты качественная теория информации криптография теория информационных процессов теоретические основы вычислительной техники базы данных теория связи теория моделирования теория языков программирования теория алгоритмов теория программирования числовые и символьные вычисления искусственный интеллект многоагентные системы теория синтеза организационных структур методы управления разработками и программами теория информационных систем Информационные системы

10 10 1.Дискретные структуры 2.Основы программирования 3.Алгоритмы и теория сложности 4.Архитектура и организация ЭВМ 5.Операционные системы 6.Распределенные вычисления 7.Языки программирования 8.Взаимодействие человека и машины 9.Графика и визуализация 10.Интеллектуальные системы (включая робототехнику) 11.Управление информацией 12.Социальные и профессиональные вопросы информатики 13.Программная инженерия (включая историю информатики, информационную безопасность, философские вопросы) 14.Вычислительная математика (включая моделирование, исследование операций, высокопроизводительные вычисления) СТРУКТУРА СОВОКУПНОСТИ ЗНАНИЙ ПО ИНФОРМАТИКЕ (Computing Curricula – 2001)

11 11 Computing Engineering Computer Science Information Systems Information Technology Software Engineering Computing includes designing and building hardware and software systems for a wide range of purposes; processing, structuring, and managing various kinds of information; doing scientific studies using computers; making computer systems behave intelligently; creating and using communications and entertainment media; finding and gathering information relevant to any particular purpose, and so on. Computing Curricula – 2005

12 12 ЧТО ТАКОЕ ИНФОРМАЦИЯ 1. Любые сведения о каких-либо ранее неизвестных событиях 2. Содержательное описание объекта или явления 3. Результат выбора 4. Содержание сигнала 5. Мера разнообразия 6. Отраженное разнообразие 7. Сущность, сохраняющаяся при вычислимом изоморфизме 8. Уменьшаемая неопределенность 9. Мера сложности структур, мера организации 10. Результат отражения реальности в сознании человека, представленный на его внутреннем языке 11. Семантика или прагматика синтаксиса языка представления данных 12. Продукт научного познания, средство изучения реальной действительности 13. Основное содержание отображения 14. Непременная субстанция живой материи, психики, сознания 15. Вечная категория, содержится во всех без исключения элементах и системах материального мира, проникает во все поры жизни людей и общества 16. Свойства материи, ее атрибут. Некая реалия, существующая на ряду с материальными вещами или в самих себя 17. Язык мира как живого целого

13 13 К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИИ (1) Н.Винер [1948]: «Информация есть информация, а не материя и энергия. Тот материализм, который не признает этого, не может быть жизнеспособным в настоящее время». Т.Сарацевич [1979]: «Все недовольны тем, что информационная наука не хочет потрудиться над определением информации … на самом 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, в ньютоновских законах – противодействия. Это просто основные явления, и эта их первичность и служит им определением».

14 14 К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИИ (2) Н.Н.Моисеев [1998]: «Ныне существует обширная наука, именуемая информатикой. И ей посвящает свои усилия едва ли не половина всего научного персонала (даже не осознавая этого). А феномен этой дисциплины состоит в том, что центральное ее понятие «информация» до сих пор не имеет четкого и общепринятого определения – его используют главным образом на интуитивном уровне … я уверен, что строгого и достаточного универсального определения информатики не только нет, но и быть не может».

15 15 ПРОБЛЕМА – РОЛЬ ИНФОРМАЦИИ В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ Атрибутивный подход – информация является неотъемлемым свойством (атрибутом) материи, может проявлять себя во всех объектах, процессах и явлениях как живой, так и неживой природы (А.Д.Урсул, К.К.Колин и др.) Функциональный подход – информация присуща только объектам живой природы, для которых характерны целенаправленные действия (принятие решений) (Н.Винер, Н.Н.Моисеев и др.)

16 16 ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗВИТИЕ ИНФОРМАТИКИ: ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗВИТИЕ ИНФОРМАТИКИ: 1.Формирование нового этапа взаимоотношений науки и технологий (технонанука - technoscience) 2.Естественная эволюция информатики 3.Развитие междисциплинарных связей

17 17 ТЕХНОНАУКА ТЕХНОНАУКА (technoscience) Целью научной деятельности является не столько объяснение мира и получение знаний, так или иначе претендующих на истинность, сколько получение эффекта, который может быть оперативно воплощен в пользующиеся спросом технологии. Наиболее очевидные признаки технонауки – это существенно более глубокая, чем прежде встроенность научного познания в процесс создания и продвижения новых технологий, неуклонное приближение науки и технологий к непосредственным потребностям человека.

18 18 РАЗВИВАЮЩИЕСЯ РАЗДЕЛЫ ИНФОРМАТИКИ И ИТ: многоагентные системы контекстно-ориентированное управление знаниями; машинное обучение; компьютерное зрение; речевая информатика; стеганография и стеганоанализ; интеллектуальные сенсорные сети; защита компьютерных сетей; новые технологии компьютерного моделирования и супервычислений; computational science (ubiquitous computing); GRID – computing p-2-p – технологии; ситуационное управление; RFID – технологии; мультимодальный интерфейс биометрия и т.д. и т.п.

19 19 ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ ИТ Интеллекту- альные системы Компьютерные сети различного наполнения Интеллекту- альное пространство Кооперация компьютерных сетей Повсеместные вычисления (UbiComp) Повсеместные коммуникации (UbiCommun) Интеллектуальные многомодальные интерфейсы (IUI) Научная и технологическая базы (парадигмы)

20 20 COMPUTATIONAL SCIENCE: Ensuring Americas Competitiveness (доклад PITAC – Presidents Information Technology Committee, 2005) – новая стратегическая компьютерная инициатива для обеспечения конкурентоспособности США

21 21 COMPUTATIONAL SCIENCE Алгоритмы и программное обеспечение для моделирования и имитации, используемые для решения научных, инженерных и гуманитарных проблем (algorithms and modeling and simulation software). Информатика (computer and information science) – развитие и оптимизация современных аппаратно-программных средств, сетевых технологии и информационного менеджмента, необходимых для решения сложных вычислительных проблем. Компьютерная инфраструктура (computing infrastructure). Три «колонны здания» науки = теория + физический эксперимент + вычислительная наука (вычислительный эксперимент)

22 22 А.А.Самарский – математическое моделирование и вычислительный эксперимент 1986 г. – Постановление ЦК КПСС и СМ СССР об усилении научно-исследовательских работ в области математики. Предусматривались создание службы математического моделирования и разработка общегосударственной программы широкого использования математического моделирования в различных отраслях народного хозяйства. 5 Сравнение результатов расчета с данными опыта, уточнение модели 3 Программирование 1 Построение математической модели 2 Составление разностной схемы 4 Расчеты на ЭВМ

23 23 ИНФОРМАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Взаимодействие – фундаментальная категория, отражающая процессы воздействия различных объектов друг на друга, их взаимную обусловленность, изменение состояния, взаимопереход, а также порождение одних объектов другими. Физика – силовое (энергетическое), например, гравитационное взаимодействие тел. Информационное взаимодействие – взаимодействие объектов, при котором осуществляется передача (генерация и освоение) идеальных категорий (смыслов, значений, образов, эмоций). Информационное взаимодействие – взаимодействие объектов, приводящее к изменению знаний хотя бы одного из них (Кузнецов Н.А.)

24 24 ОСОБЕННОСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (гипотезы): ведущая роль принадлежит не энергии или веществу, а информации в различных формах ее проявления; реализуется коммуникативная функция и происходит как закладка смысла в сообщение, так и его постижение при приеме сообщения, т.е. при информационном взаимодействии главными операциями являются операции со смыслами, образами, эмоциями, а это значит, что передается идеальное; информационное взаимодействие не может осуществляться при отсутствии памяти у взаимодействующих объектов или более расширительно при отсутствии того, что принято называть элементами сознания.

25 25 СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ: 1.Рождение сообщения, наделенного смыслом 2.Формирование сообщения на каком-либо языке 3.Закладка сообщения в сигнал (кодирование, модуляция) 4.Преодоление пространства (передача сигнала) 5.Прием сигнала (выделение из помех, демодуляция, декодирование) 6.Интерпретация сообщения, постижение его смысла 7.Адекватная реакция на сообщение

26 26 Информатика Информатика - междисциплинарная фундаментально- прикладная наука (комплекс научных направлений) об информации и информационном взаимодействии в природе и обществе. Основной теоретической задачей информатики Основной теоретической задачей информатики является определение общих законов и закономерностей, в соответствии с которыми происходит информационное взаимодействие в природе и обществе, реализуемое через информационные процессы. Основной прикладной задачей информатики Основной прикладной задачей информатики является создание информационных технологий, связанных с автоматизацией информационных процессов (сбор, обработка, передача, представление, хранение, защита информации)

27 27 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИНФОРМАТИКИ С ДРУГИМИ НАУЧНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ 1.Информатика – искусство (музыка, живопись, архитектура и т.д.). Артоника. 2.Информатика – социокультурные системы (психология, социология, культурная антропология, юриспруденция и т.д.). Соционика. 3.«Конвергенция технологий, повышающая возможности человека – нанотехнологий, биотехнологий, информационных технологий, когнитивных наук – NBIC» (США, 2001 г.). Мегатехнология. 4.Информатика – кибернетика. Неокибернетика.

28 28 ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ «БЛИЗОСТИ» ИНФОРМАТИКИ И КИБЕРНЕТИКИ Информатика развивалась в недрах кибернетики, практически на единой технической базе – вычислительная техника и средства связи и передачи данных Основным объектом исследования в кибернетике является управление. Управление – в значительной мере информационный процесс. Поэтому кибернетика объективно была вынуждена заниматься вопросами сбора, обработки, хранения и передачи информации

29 29 КИБЕРНЕТИКА Н.Винер (1948). Наука об управлении и связи в животном и машине А.И.Берг (1959) - Представляет собой теоретическую основу изучения процессов управления и строения управляющих систем (1959) - Наука о целеустремленном управлении развивающимися процессами. Содержание кибернетики заключается в сборе, переработке и передачи информации с целью улучшения управления для достижения поставленной задачи (1964) - Наука об оптимальном управлении Энциклопедия кибернетики (1974). Наука об общих закономерностях получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах

30 30 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИБЕРНЕТИКИ И ИНФОРМАТИКИ КИБЕРНЕТИКАИНФОРМАТИКА ОпределениеНаука об общих законах и закономерностях управления и связи в сложных системах различной природы Наука об информации, методах и средствах обработки, хранения, передачи, представления и защиты информации Объект исследованияУправление, процессы управления Информация, информационные процессы Предмет исследованияСистемы и технологии управления Информационные системы и технологии Основные понятияУправление, процессы управления, система управления, обратная связь, модель, информация, технология управления … Информация, информационные процессы, системы, технологии, каналы связи и передачи данных, модель … Основная прикладная задача Анализы и синтез технологий и систем управления Создание информационных технологий и информационных систем

31 31 МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИНФОРМАТИКИ И КИБЕРНЕТИКИ – управление информацией; – адаптивные компьютерные системы; – проактивные компьютерные системы; – адаптивные предприятия; – киберпространство; – киберпреступление и т.д. ИНФОРМАТИКА КИБЕРНЕТИКА –информационное управление; –интеллектуальное управление (ситуационные, нейроуправление, многоагентное, управление на основе эволюционных алгоритмов, основанное на знаниях); –программная кибернетика и т.д.

32 32 ИНФОРМАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ Под информационным управлением понимается процесс выработки и реализации управленческих решений в ситуации, когда управляющее воздействие носит неявный, косвенный характер, и объекту управления представляется определяемая субъектом управления информация о ситуации (информационная картина), ориентируясь на которую этот объект как бы самостоятельно выбирает линию своего поведения

33 33 УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИЕЙ (Information Management) Этапы формирования направления: 1.Управление информационными системами (Information Systems Management) – до 1960 г. 2.Управление информационными ресурсами (Information Resources Management) – 1980 г. 3.Управление знаниями (Knowledge Management) – с 1990 г.

34 34 ПРОГРАММНАЯ КИБЕРНЕТИКА Первый семинар по программной кибернетики – 2004 г., Гонконг, 28-я Международная конференция по ПО Основная идея программной кибернетики – более тесно и формализованно объединить процессы создания и функционирования ПО с управлением и дать ответы на вопросы типа: как формализовать механизмы обратной связи в программных процессах и системах, как ввести в них соответствующие меры; как интегрировать программную инженерию с инженерией управления; как адаптировать принципы теории управления (кибернетики) к программным процессам и системам и т.д.

35 35 ДЕРЕВО ИНФОРМАТИКИ (Д.А.Поспелов, 1994 г. )

36 36 «ИНТЕГРАЦИЯ» ИНФОРМАТИКИ И КИБЕРНЕТИКИ 1.Предварительный отчет – рекомендация для рамочной программы РП-7 «Исследование по системам управления в Европе» (2005). 2.К.Острем. Доклад «Present Development in Control Applications» юбилейное заседание ИФАК (Хайдельберг, сентября 2006 г.); 1-я Российская мультиконференция по проблемам управления (Санкт-Петербург, октября 2006 г.). C 3 =control+communication+computing. 3.Р.М.Юсупов «К 90-летию академика Е.П.Попова (Информационно-управляющие системы, 1, 2005) КИБЕРНЕТИКА Λ ИНФОРМАТИКА = НЕОКИБЕРНЕТИКА 4.2-я Российская мультиконференция по проблемам управления (Санкт-Петербург, октября 2008 г.) - Юсупов Р.М., Соколов Б.В. Неокибернетика: возможности и перспективы. - Фрадков А.Л. К единой теории управления, вычисления и связи. Computing Control Physics Biology Mathema tics Communi cation C 3 BMP

37 37 ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Постиндустриальное (информационное)общество (с 1950-х годов) Индустриальный этап (до 1950-х годов) Аграрный этап (до XVIII века) Этап охоты и собирательства (до 2000 г. до н.э.)

38 38 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО – такое общество, в котором производство и потребление информации являются важнейшим видом деятельности, информация признается наиболее значимым стратегическим ресурсом, новые информационно- коммуникационные технологии (ИКТ) становятся базовыми технологиями, а основу инфраструктуры общества формирует информационно- коммуникационная инфраструктура.

39 39 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО = РАЗУМНАЯ ВЛАСТЬ + + ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ВСЕЙ СТРАНЫ

40 40 ЛИТЕРАТУРА 1. Поспелов Д.А. Становление информатики в России // Очерки истории информатики в России. Новосибирск:НИЦ ОИГГМ СО РАН, История информатики в России. Ученые и их школы. Составители В.Н.Захаров, Р.И.Половченко, Я.И.Фет. М.:Наука, Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. Под общей редакцией Д.А.Поспелова. М.:Педагогика-Пресс, Юсупов Р.М., Заболотский В.П. Научно-методологические основы информатизации. СПб.:Наука, Юсупов Р.М., Кузнецов Н.А., Полонников Р.И. Состояние, перспективы и проблемы развития информатики // Теоретические основы и прикладные задачи интеллектуальных информационных технологий. СПб.:СПИИРАН, Юсупов Р.М., Полонников Р.И. Воспримет ли кибернетику XXI век? //Проблемы управления и информатики. Международный научно-технический журнал. Киев, 6, Юсупов Р.М. Информатика и информационные технологии в Санкт-Петербурге // Научная книга, 1-2(19-20), М., Юсупов Р.М. К 90-летию академика Е.П.Попова // Информационно-управляющие системы, 1, Юсупов Р.М., Соколов Б.В. Проблемы развития кибернетики и информатики на современном этапе. Сб.»Кибернетика и информатика». СПб.:Издательство СПбГПУ, Юсупов Р.М. О становлении и перспективах развития информатики. Труды IX Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» июня, г.Самара, Россия. Самарский НЦ РАН, История информатики и кибернетики в Санкт-Петербурге (Ленинграде). Выпуск 1 / Под общей редакцией члена-корреспондента РАН Р.М.Юсупова. – СПб.:Наука, – 540 с.

41 41 Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ