Кто владеет информацией - владеет миром
1 ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ.
ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ
В данной теме подробно рассмотрим следующие вопросы.
1 История развития информатики.
2 Основные объекты и методы изучения науки информатики.
3 Роль и место информации в современной естественнонаучной картине мира.
4 Основные подходы к феномену информации в современной науке.
5 Основные подходы к определению понятия информация.
6 Носители информации. Виды и свойства информации.
7 Измерение информации.
Кто владеет информацией - владеет миром
Талейран
1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАТИКИ
Информатика как самостоятельная отрасль научного знания и область практической деятельности появилась во второй половине ХХ в. Ее истоками можно считать:
- теорию информации, тесно связанную с теорией связи в технических системах (телефон, телеграф, радиосвязь), в частности, математическую теорию связи (Клод Шеннон, 1948 г.);
- кибернетику, исследующую общие законы управления в системах различной природы, основы которой заложил Ноберт Винер (1948 г.);
- теорию автоматов, основы которой заложил Джон фон Нейман (1946 г.);
- теорию алгоритмов (Н. Вирт, Э. Дейкстра, А.П.
Ершов, Д Кнут и др.).
Информатику традиционно связывают с развитием компьютерной техники. Но компьютер послужил лишь катализатором тенденций, которые возникли в науке и практике задолго до его появления. Каковы же эти тенденции?
Прежде всего, резкое нарастание объема информации, которая с развитием средств связи становится доступной отдельному человеку. Приходит осознание того, что человеческие возможности восприятия и переработки информации ограничены.
В то же время научно-технический прогресс, сопровождаемый высокими скоростями, развитием сложных технических комплексов, ставит человека в условия, когда ему необходимо научиться быстро и безошибочно перерабатывать информацию, чтобы эффективно управлять техникой. Решения часто приходится принимать в условиях дефицита времени, которые, к тому же, они могут быть чреваты большими последствиями.
Задачи управления требуют применения таких средств, которые помогают собрать более полную информацию, надежно ее хранить, быстро распространять и безошибочно обрабатывать.
Таким средством и стал компьютер. По сути, информатика призвана заниматься решением проблем, связанных с необходимостью организации информационных процессов (сбор, хранение, передача, обработка, защита и т.п.) и эффективного использования информационных ресурсов.
Компьютерные средства работы с информацией как основной объект изучения современной информатики представляет собой неразрывное единство трех частей - технического, программного и алгоритмического обеспечения информационных процессов и информационных систем. Основной вопрос информатики - каковы информационные процессы и как они могут быть эффективно автоматизированы?
Информатика широко использует достижения таких дисциплин, как математика, лингвистика, семиотика (наука о знаковых системах), логика, computer science, робототехника, инженерия знаний и др. В становлении информатики как науки вклад внесли многие замечательные ученые, среди них А.Н.
Колмогоров, В.А. Котельников, А.А.
Ляпунов, А.П. Ершов,
2 ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ НАУКИ ИНФОРМАТИКИ
Существует много определений информатики как науки и учебной дисциплины. Такое многообразие мнений отражает тот факт, что информатика - это бурно развивающаяся наука, находящаяся в периоде становления.
Сегодня быстро изменяются не только аппаратные средства и программное обеспечение, но и методы работы с информацией, а также понимание роли информации в эффективном использовании ограниченных материальных ресурсов и технических возможностей современного производства.
Чтобы определиться с основными объектами изучения в информатике, приведем несколько определений информатики, которые представляют спектр основных мнений.
В 1978 г. на Международном конгрессе по информатике было предложена следующая формулировка определения понятия информатика: Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия.
В следующем определении в явном виде подчеркивается двойственный характер информатики -фундаментальность и технологичность: Информатика - в настоящее время одна из фундаментальных областей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации. Вместе с тем информатика - это стремительно развивающаяся и постоянно расширяющаяся сфера практической деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий.
Методологическое определение: Информатика - комплекс научных направлений и наукоемких технологий, объединенных общим методом исследования - информационным подходом и общим предметом исследования - информационными процессами.
На наш взгляд, информатика - это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов, о закономерностях создания и функционирования информационных систем.
В данной формулировке подчеркивается, что объектом изучения информатики как науки являются именно законы, закономерности, поскольку цели любой науки не только объяснительные, но и прогностические. Основной предмет изучения - информационные процессы, но не сами по себе, а в их привязке к носителю - информационным системам.
Прагматизм информатики обусловлен тем, что предметом ее исследования являются также методы, средства и технологии, обеспечивающие эффективную организацию информационных процессов и их автоматизированное выполнение.
С точки зрения вузовского образования, информатику следует рассматривать как существенный элемент гуманитарной культуры человека, который вносит решающий вклад в формирование современного научного мировоззрения, дает ключ к пониманию многих явлений нашей жизни, снабжает умениями, необходимыми для ориентирования в современном информационном пространстве и успешной деятельности в нем.
Таким образом, основными объектами изучения в информатике являются:
- информационные объекты (тексты, совокупности данных, алгоритмы и т.п.), т.е. информация, зафиксированная на каком-либо носителе;
- информационные ресурсы общества как совокупность созданных человечеством информационных объектов;
- информационные процессы (поиск, отбор, хранение, передача, обработка, хранение, кодирование, защита);
- информационные модели (в частности, структуры данных, алгоритмы, программы);
- информационные технологии, как совокупность методов, способов, протоколов реализации информационных процессов;
- информационные системы, как совокупность информационных ресурсов вместе с допустимыми для них информационными процессами, реализуемыми с помощью информационных технологий;
- компьютер и компьютерные системы как универсальные средства автоматизации информационных процессов.
В любом научном исследовании важно не только то, что исследуется, но и то, как исследуется, т.е. важно иметь представление об основных методах исследования, а также о специфике применения общенаучных методов в данной области знания. Общими для всех наук методами исследования являются наблюдение, теоретический анализ, эксперимент, в том числе вычислительный, моделирование и др.
В каждой конкретной науке эти методы приобретают свою специфику.
Основными методами исследования в информатике являются:
- системно-информационный анализ как конкретизация системного подхода;
- информационное моделирование как конкретизация общенаучного метода моделирования;
- компьютерный эксперимент как разновидность свойственного всем наукам вычислительного эксперимента.
Быстрое увеличение объема существующей и циркулирующей в обществе информации ставит современного человека перед проблемой умения работать с ней: находить, отбирать нужное, хранить, упаковывать и быстро извлекать из хранилища, обрабатывать и преобразовывать. Причем, информация все чаще может быть представлена не только в текстовом, наиболее привычном виде, но и как видео- и аудиоматериалы, схемы и анимационная графика и т.п.
Владение методами, приемами и средствами работы с информацией становится одним из основных профессионально важных качеств специалиста любого профиля.
3 РОЛЬ И МЕСТО ИНФОРМАЦИИ В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА
В основе современной естественнонаучной картины мира лежит понятие материи. Для человека материя является объектом изучения и преобразования.
Материя проявляется в двух формах: в форме вещества и в форме поля.
Человек научился преобразовывать в своих интересах и вещество, и поле. Но чтобы успешно осуществлять преобразования, нужны определенные усилия - умственные и физические.
Размышляя об этом, человек пришел к понятию энергии, как неотъемлемого свойства материи.
Важность этого понятия для развития производства была такова, что установление законов изменения энергии, поиск ее источников на какое-то время стали одними из главных задач науки.
XX век с полным правом можно назвать веком научных революций. Теория относительности, квантовая теория, психоанализ, кибернетика и, наконец, информатика в корне поменяли научное представление о мире.
Постепенно стало ясно, что преобразовательская деятельность, даже при достаточном количестве энергии, имеет свои ограничения.
После взрыва атомной бомбы человечество особенно серьезно задумалось о том, что его действия могут иметь непредусмотренные последствия.
Постепенно пришло научное осознание факта (который на уровне религиозных воззрений был известен в глубокой древности), что каждый предмет, явление, событие имеет какой-то вполне определенный смысл в общей картине мироздания. Человек в своей преобразовательской деятельности может учитывать или не учитывать этот смысл, однако в последнем случае есть опасность нарушить какие-то до конца не осознанные законы. А нарушение объективных законов всегда ведет к непредсказуемым, часто катастрофическим последствиям.
Поэтому одной из главных задач современной науки стало выяснение смысловых или, иначе говоря, семантических свойств материи.
Причем, большинство ученых склоняются к мысли, что в наибольшей степени семантическое свойство материи нашло свое отражение в научном языке в понятии информация.
Иными словами, информация как философская категория отражает семантические свойства материи. Это, в частности, означает, что (рис. 1):
- будучи свойством материи, информация присуща каждому материальному объекту;
- будучи семантическим свойством материи, она отражает смысловую сторону материального объекта;
- поскольку всеобщей формой существования материи является ее движение, изменение, то информация - это свойство материи, задающее (определяющее, отражающее) направление этого движения, его цель и смысл.
Рис. 1 Схематичное представление современной естественнонаучной картины мира
аким образом, понятие информации - одно из фундаментальных в современной науке. Наряду с такими понятиями, как вещество, энергия, пространство и время, оно составляет основу современной научной картины мира.
Методология современной науки базируется на информационном, системном, синергетическом подходах. Суть информационного подхода к научным исследованиям заключается в том, что при изучении любого объекта, процесса или явления (природного, технического или социального) в первую очередь выявляются и анализируются их информационные характеристики.
При этом часто удается выяснить такие ранее незамеченные свойства этих объектов, которые оказываются принципиально важными для понимания глубинной сущности явлений и закономерностей их дальнейшего развития. Анализ информационной среды, в которой находятся изучаемые объекты, также помогает исследователю выявить причины многих явлений, в глубине которых, как правило, оказываются скрытыми информационные процессы.
4 ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ФЕНОМЕНУ ИНФОРМАЦИИ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ
В науке существует три основных подхода к феномену информации:
1 Атрибутисты полагают, что информация как семантическое свойство материи является неотъемлемым атрибутом всех систем объективной реальности, она существовала и существует вечно, является организующим началом в неживой и живой природе.
2 Функционалисты отрицают существование информации в неживой природе. По их мнению, информация - это одна из функций жизни, основное отличие живого от неживого.
Именно информация через информационные процессы реализует функцию управления (самоуправления) в биологических, социальных и социотехнических системах.
3 Антропоцентристы ограничивают сферу распространения информации главным образом социальными системами и определяют ее как содержание (смысл) сигнала, полученного человеком из внешнего мира. С их точки зрения говорить о смысле сигнала, а, следовательно, об информации можно только по отношению к человеку и обществу.
Все точки зрения имеют право на существование и исследуются в соответствующих областях науки: информация как семантическое свойство материи изучается в философии, информацио-логии, физике; информация как функция управления изучается в кибернетике, физиологии, биологии; информация как интерпретация человеком воспринятого сигнала изучается в лингвистике, социологии,психологии.
Информатика изучает информационные процессы прежде всего в социотехнических (человекомашинных) системах. Эти системы относятся к типу управляемых и самоуправляемых систем и обязательно включают в себя субъекта - человека.
Поэтому информатике как науке ближе второй и третий подходы.
Это не означает отрицания наличия информации в неживой природе - просто эти проблемы интересуют информатику в меньшей степени. В современной информатике на равных существуют две точки зрения:
1 Все объекты в окружающем нас мире обладают некоторым смыслом (несут некоторую информацию), а человек, изучая их, пытается проникнуть в этот смысл, раскрыть его (получить информацию). Иными словами, информация объективно присуща материи и не зависит от человека.
2 Человек в процессе познания и практической деятельности приписывает объектам некоторый смысл, т.е. объявляет их имеющими некоторую информацию. В этом случае, информация субъективна и существует только в человеческом сознании, а в информационных процессах участвуют объективные (не зависящие от восприятия человека) сигналы, которым мы можем приписывать смысл более или менее произвольно.
В настоящее время обе эти точки зрения имеют как сторонников так и противников. Однако противоположность взглядов на сущность информации не влияет на единство подходов к изучению свойств информационных сигналов, их проявлений в информационных процессах и возможность автоматизации этих процессов с помощью средств вычислительной техники.
5 ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИЯ
Информация - от латинского informatio - сведения, разъяснения, изложение.
Однозначно определить, что же такое информация так же невозможно, как невозможно это сделать для понятий время, энергия, качество и пр. Сравните следующие определения понятия информация и определите, какие общие свойства в них отмечаются и в чем состоят различия.
1 Наиболее общим философским определением является следующее: информация - это отраженное разнообразие, возникающее в результате взаимодействия объектов.
Мы привыкли к тому, что мир вокруг нас изменчив, мы и замечаем его именно в процессе изменения, т.е. информация возникает, когда нарушается однообразие и это нарушение каким-то
образом отражается, проявляет себя в сигналах.
2 Смысл чего-либо у человека часто ассоциируется с упорядоченностью, организованностью. Роль смысла может играть структура, способ взаимосвязи.
Это отражено в следующем определении: информация - это атрибут материи, выступающий в пассивной форме как отражение организованности (дезорганизованности) материи, а в активной форме как средство организации (дезорганизации) материи.
3 Под информацией в быту (житейский аспект) понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами (С.И.Ожегов. Толковый словарь русского языка).
Чтобы человек воспринимал эти сведения как информацию, они должны обладать новизной.
4 В теории связи под информацией принято понимать любую последовательность сигналов, которая хранится, передается или обрабатывается с помощью технических средств, не учитывая их смысл.
5 В кибернетике под информацией понимается только та часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы.
6 Под информацией в теории информации понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. Информация - это снятая неопределенность.
7 Под информацией в документалистике понимают все то, что так или иначе зафиксировано в знаковой форме в виде документов.
8 В информатике информацию рассматривают как продукт взаимодействия зарегистрированных сигналов - данных и методов их обработки, адекватных решаемой задаче.
Поясним это определение, наиболее важное для курса информатики.
Все физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергии и переходом ее из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов.
При взаимодействии сигналов с физическими объектами в последних возникают определенные изменения свойств.
Это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать разными способами, при этом образуются новые сигналы - данные.
Но мало зарегистрировать сигналы и получить данные - надо знать, что и как с этими данными можно делать, т.е. необходимо владеть методами обработки данных. Причем в каждом конкретном случае из всего многообразия методов обработки данных необходимо выбирать те, которые помогут решить стоящую перед человеком задачу.
ПРИМЕР 1. Вы хотите узнать, который час. Вы смотрите на часы и видите лишь положение стрелок относительно делений на циферблате - это зарегистрированный сигнал, который для вас является исходными данными.
Эти данные могут стать информацией для вас только при наличии соответствующего метода обработки. В данном случае методы обработки данных включают в себя знание цены деления шкалы (5 минут или 1 час), арифметические правила умножения и сложения и пр.
Применение этих методов к данным о положении стрелки позволит вам получить информацию о текущем времени.
ПРИМЕР 2. Все файлы, хранящиеся в памяти компьютера записаны в двоичном коде. Но если Вы в текстовом редакторе откроете файл, созданный в графическом редакторе, то в лучшем случае увидите на экране набор малопонятных символов.
Методы обработки двоичных кодов в этих программных средствах различны. Только применение соответствующих методов обработки (в нашем случае - правильный выбор программного средства) позволит Вам увидеть, какой рисунок содержится в файле.
6 НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ. ВИДЫ И СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ
Информация всегда связана с материальным носителем. Носитель информации - среда для записи и хранения информации.
Носителем информации может быть любой материальный предмет (бумага, камень, стена, поверхность дискеты), волны различной природы (акустическая - звук, электромагнитная - свет, радиоволна, гравитационная - давление, притяжение), особые состояния вещества (концентрация молекул в жидком растворе, температура и давление газа, расположение молекул в кристалле процессора и др.).
Способ передачи информации - сигнал.
Информационный сигнал - физический процесс, имеющий для человека или технического устройства информационное значение. Он может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным.
Аналоговый сигнал - сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.
Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в определенный период времени.
В реальной жизни мы чаще всего воспринимаем непрерывные сигналы. Даже речь человека по сути представляет собой непрерывный сигнал.
В этом легко убедиться, если вспомнить, что речь на незнакомом языке воспринимается слитно, в ней трудно выделить отдельные слова. Но легче обрабатывать дискретные сигналы.
Благодаря сложившейся с детства привычке, мы выделяем в сигналах, непрерывно поступающих к нам из внешнего мира, отдельные элементы: лица и облака, слова и музыкальные фразы.
Важно: аналоговые сигналы всегда могут быть представлены в дискретном виде, например, в виде последовательности чисел. Процесс представления какой-либо величины в виде последовательного ряда ее отдельных (дискретных) значений называют дискретизацией.
Вычислительная техника может работать как с аналоговыми, так и с дискретными (цифровыми) сигналами. Соответственно, существуют аналоговые вычислительные машины (АВМ) и цифровые вычислительные машины (ЦВМ), причем последние получили значительно большее распространение.
Виды информации:
- по способу восприятия: визуальная, аудиальная, тактильная, вкусовая, обонятельная;
- по общественному значению:
- личная - это знания, опыт, интуиция, умения, эмоции, наследственная память конкретного человека;
- специальная, значимая для определенной группы людей: научная, производственная, техническая, управленческая;
- общественная, значимая для большинства членов общества: общественно-политическая, научно-популярная (научно осмысленный опыт всего человечества, исторические, культурные и национальные традиции и др.), обыденная (которой мы обмениваемся в процессе повседневного общения), эстетическая (изобразительное искусство, скульптура, музыка, театр и др.).
- по сфере применения информации (экономическая, географическая, социологическая и пр.);
- по характеру источников информации (первичная, вторичная, обобщающая и пр.);
Существует выделение видов информации и по другим основаниям, но в информатике наиболее
важным является разделение информации по форме представления, а именно:
- текстовая,
- числовая,
- графическая,
- звуковая и их всевозможные комбинации.
Для каждого из видов информации существуют особые методы кодирования, специальные программные средства (текстовые, графические, звуковые редакторы, электронные таблицы и т.п.) и специальные устройства (клавиатура для ввода текстовой и числовой информации, сканер для ввода графики и т.п.).
В настоящее время основной в вычислительной технике становится мультимедийная (многосредо-вая, комбинированная) форма представления информации. Цветная графика сочетается со звуком и текстом, числовые расчеты сопровождаются деловой графикой, текст - движущимися видеоизображением и трехмерными образами.
Информация нам нужна для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке и принимать правильные решения. Но любая ли информация помогает нам в этом?
Знание свойств информации может помочь человеку оценить в каждом конкретном случае насколько решения, принятые на основе имеющейся информации, могут быть верными.
1 Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения, суждения. Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов.
Но, отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знания, пристрастий конкретного субъекта.
2 Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.
Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
- преднамеренное искажение (дезинформация);
- искажение в результате воздействия помех (испорченный телефон);
- в случае, когда значение реального факта приуменьшается или преувеличивается (слухи, рыбацкие истории", реклама, политические дебаты).
