Главная > Книга


Уча других, мы учимся сами.

Сенека

Введение

Слово информатика привлекает исследователей по машинной обработке информации давно. За последние четыре-пять десятков лет информатика прошла официальный путь от названия научной дисциплины до названия науки. Возможно, что информатика неофициально уже существует 300 и более лет, так осознанная обработка сообщений (знания) с помощью различных устройств существовала давно. В последние 3-4 десятка лет информатика более всего связывалась с применением ВМ для обработки научно-технической информации. Будем использовать это понятие намного шире, поскольку для знаний, о которых пойдет разговор, открывается простор, заполняемый последнее время весьма интенсивно. Постепенно будет дана возможность разобраться по всем аспектам применения понятия информатика. Итак, будем считать, что это понятие заимствовано из узкой области знаний по применению ВМ до самой широкой области знаний, где используется ВМ. Все существовавшие определения информатики порождались в соответствии с фактом, что для работы на ВМ использовались главным образом процедурные и фактографические знания. Рассмотрим использование различных видов знания, поэтому и расширяем определение информатики. Первое, с чего начинается изучение понятия - это построение его определения. Главная цель всего материала книги - описание, раскрытие, определение, осмысление, обоснование и синтез нового толкования понятия информатика. Ее определение сформировано следующим образом:

ИНФОРМАТИКА - ЭТО НАУКА ОБ ОПИСАНИИ, ОСМЫСЛЕНИИ,

ОПРЕДЕЛЕНИИ (ТОЛКОВАНИИ), ПРЕДСТАВЛЕНИИ,

ОБОБЩЕНИИ (ФОРМАЛИЗАЦИИ) И ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЗНАНИЙ

С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И

ПРОГРАММ ЕЕ РАБОТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВОГО ЗНАНИЯ

В РАЗЛИЧНЫХ СФЕРАХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.

Это определение существенно отличается от известных в литературе по информатике, но является естественным развитием имеющихся определений. Это определение отходит от определений, которые используют понятие обработки информации, но является естественным развитием известного кибернетического понимания смысла обработки информации. Все подобные коллизии необходимо рассмотреть и как результат обосновать приведенное определение.

Сопоставление кибернетики и информатики сводится к изучению двух центральных понятий - информация и знание. Тщательное рассмотрение этих понятий существенно уточняет понятие информатики. Важно также соотношение человек и информатика, поскольку знание, в конечном счете, предназначено для человека. И последнее, информатика как «существо» можно сопроводить ответами на анкету (отчасти в шутливой форме). Краткая персоналия завершает введение. Такова программа введения к описательной информатике.

Определение информатики возникло в недрах кибернетики. Информатика стала самостоятельной наукой, что породило споры о субординации двух наук. Сопоставление теории познания (гносеология или эпистемология) и информатики сводится к разделению их по определениям, по предмету, по рассматриваемым ими проблемам и по другим атрибутам научной дисциплины. Теория познания - это раздел философии, в котором изучаются закономерности и возможности познания человеком, отношение знания (наблюдений, ощущений, представлений, понятий, обобщений и применений) к окружающему миру (объективной реальности), исследуются ступени и формы процесса познания, условия и критерии его достоверности и истинности. Информатика (как наука) занимается методологией, технологией и опытом познания (анатомией познавательной деятельности). По-видимому, только прямое сопоставление может более точно ответить на вопрос о различиях теории познания и информатики. Возможность проведения такого сопоставления предоставляется читателю, критика которого всегда полезна и плодотворна.

0.1. Кибернетика и информатика. Определение информатики и ее основных концепций невозможно рассматривать без анализа имеющегося задела, накопленного за три столетия, и в особенности за последние пять десятков лет бурного развития вычислительной техники. Начнем с напоминания определения кибернетики - прародительницы информатики. Совместное рассмотрение информатики и кибернетики важно для обеих наук. В современных исследованиях часто наблюдается смешение двух этих областей знания, порожденное изучением СВТ в рамках кибернетики, а вопросы ее применения также оставались в тех же рамках. Спор между кибернетиками и информатиками о границах наук является фактом и скорее всего он продлится еще долго. Нельзя проходить мимо такого спора, поскольку всякое разрешение имеющегося противоречия дает полезные результаты. Проблема сравнительного анализа достаточно сложна и не очень благодарна при попытках формулировки нового определения информатики. Попробуем провести сравнение только лишь для проведения водораздела между кибернетикой и информатикой.

Следуя Н. Винеру [Винер68], кибернетика определяется как наука о законах и закономерностях управления в живых и технических системах, а также в обществе, на основе обратной информационной связи. Бурное развитие кибернетики и расширение области ее применения привели к искажению такого понимания кибернетики. С появлением и развитием СВТ кибернетика распространила область своих интересов на проблемы применения этой техники. Со временем определение кибернетики модифицировалось следующим образом [Советский89]: «Кибернетика - это наука об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации в технических, биологических, административных и социальных управляющих системах». В этом определении полностью исключен такой важный фактор как обратная информационная связь, как средство воздействия выходных сигналов на вход системы управления, а центральное понятие «управление» модифицировано в прилагательное «управляющая».

Естественный ход развития кибернетики привел к тому, что огромная область знаний, связанная с внедрением возможностей вычислительной техники, была освоена кибернетикой, а собственные проблемы управления несколько отодвинулись в сторону. Такая деформация понятия кибернетики естественна и сыграла существенную положительную роль в истории техники управления. Огромная область знаний, связанная с широким внедрением СВТ, была освоена кибернетиками. Это обстоятельство переместило акценты в определении кибернетики. Объект кибернетики остался прежним - управляющие системы, а предметом ее стала информация. Необходимо быть весьма благодарным и признательным за огромный труд кибернетиков по накоплению знаний для будущей информатики.

Всеобщее внимание научной общественности к проблемам кибернетики, к развитию вычислительной техники и к науке о вычислениях позволило постепенно видоизменить данное выше определение. Так уж часто случается, что в данной науке безмерно разрастается клубок проблем, который начинает охватывать проблемы, становящиеся далекими от исконных проблем самой науки. Это же случилось и с кибернетикой. Действительно, вычислительная техника рассматривает и изучает системы, которые интенсивно используют управление и обратную информационную связь с возможностью использования памяти для повышения качества управления. Такая деформация понятия кибернетики естественна и сыграла существенную положительную роль в истории техники управления.

Можно подвести такой предварительный итог. Кибернетика сделала свое дело, уделив львиную долю внимания двух-трех десятков лет процессам обработки информации. Трудно отрицать, что кибернетика связана с обработкой информации, так как управление возможно только на ее основе. Предметом кибернетики является система с обратной связью, а изучение методов обработки информации - ее проблемой. Кибернетика только на время отошла от важных назревших проблем изучения законов управления в живых организмах и в обществе. Сегодня важны человеческий фактор и социологические исследования. Связанные с ними проблемы слабо изучаются кибернетикой. Допускается, что высказанный здесь предварительный итог спорен или требует тщательного исследования.

Окончательное впечатление о результате сравнения кибернетики и информатики может сложиться после сравнения понятий знание и информация, которое приводится ниже. До этого сравнения можно сделать вывод о том, что новое определение информатики разрешает вопросы, возникающие при анализе данных выше определений. Явно сформулирована цель информатики - технология поиска нового знания на основе имеющегося; в новом определении не выделяется научная информация; результатом обработки знания является знание; перечень слов в новом определении будет обоснован в дальнейшем с исторической точки зрения, с точки зрения развития технологии приобретения человеком знаний. Использование в новом определении понятия знание может вызвать вопросы и нарекания в связи с тем, что оно присуще, мол, только человеку. Проблеме обоснования использования этого понятия будет посвящено достаточное число страниц.

0.2. Предмет информатики. Кибернетики правы в своих утверждениях о том, что кибернетика занимается системами обработки информации. Именно процессы обработки информации во времени необходимы для управления разнообразными системами. Обратная связь в системе передает информацию (сведения) о характеристиках состояния «субъекта» и объекта управления для выработки управляющих воздействий. Заметим, что передаваемая информация (по прямым и обратным связям) перерабатывается непрерывно, но каждые моментные результаты переработки весьма редко нужны для характеристики системы.

Кибернетики также правы в своих утверждениях, что кибернетические системы предназначены для добывания нового знания по результатам функционирования системы в форме количественных или качественных показателей. Однако анатомия и технология добывания знания (в особенности логического) собственно для кибернетика не представляет главного интереса. Технология обработки информации важна и выясняется по архитектуре системы. Новое знание для кибернетика выражается общими интегральными характеристиками состояний изучаемой системы.

Сопоставление кибернетики и информатики позволяет выделить главное - различие информации и знания: Если рассматривать кратко, то информация - это сообщение, передаваемое по материальному каналу для воздействия на систему, в частности, на человека; знание - это зафиксированное сообщение для запоминания и воздействия на человека, в частности, или на систему вообще. Подробнее анализ различий приведен ниже, в следующем пункте раздела. Рассмотрим несколько простейших примеров, достаточных для наглядной иллюстрации высказанных выше положений.

Пример первый. В память ВМ для начала вводится массив результатов измерений - это информация об экспериментах. После выполнения программы вычисления среднего значения для введенного массива чисел получается новое сообщение (среднее значение) о характеристике измеряемого предмета, о значении математического ожидания измеряемой величины или о времени обработки исходного массива. Любой результат - это знание о характеристике предмета, о математическом ожидании или о времени работы программы соответственно. Процессы вычисления среднего значения и все промежуточные результаты никого не интересуют в такой постановке проблемы использования ВМ человеком. При отладке программы интересны промежуточные значения, но они опять представляют знание о свойствах программы. Здесь трудно явно увидеть что-либо из кибернетики.

Второй пример. В память ВМ дважды вводится некоторая программа, и каждый раз получаются одинаковые (различные) результаты. После двойного прогона одной и той же программы получаются новые сведения о работе ВМ: она работает правильно (или неправильно). Здесь мы получаем новое знание о свойствах ВМ: работать без сбоев (или со сбоями) при выполнении программы некоторого класса. И опять, нас не интересуют ни процесс вычислений и ни результаты вычислений по программе. При локализации ошибки в работе ВМ будет поставлена другая проблема, отличная от той, которая устанавливает факт правильности или неправильности работы ВМ. Здесь уже можно найти кибернетические проблемы, так как пример говорит о поставке информации (свойства ВМ в данный момент) для принятия решения об управлении.

Третий пример. Инженер ВМ нажимает кнопку пуска ВМ и наблюдает за состоянием индикаторов. Результатом работы ВМ является знание о состоянии оборудования ВМ и готовности его выполнять программы. ВМ как система управления в такой ситуации не рассматривалась, и процессы обработки информации не принимались во внимание. Здесь более всего рассматривается кибернетическая проблема управления ВМ.

По данным примерам можно сделать вывод о том, что кибернетика и информатика имеют свои цели, задачи, предметы, объекты и пограничные проблемы, которые не допускают разделения двух наук пропастью, как и любые две другие науки. Имеются совместные или переходные проблемы, являющие собой отдельные работы и исследования на стыке.

Сделаем кардинальный поворот от предмета кибернетики (системы с обратной информационной связью) к предмету информатики. Примем для дальнейшего обсуждения следующие утверждения:

ПРЕДМЕТОМ ИНФОРМАТИКИ ЯВЛЯЕТСЯ ЗНАНИЕ.

ОБЪЕКТОМ ИНФОРМАТИКИ ЯВЛЯЕТСЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕК-ВМ.

Такие утверждения могут показаться неожиданными, например потому, что знание исторически всегда подразумевает человека, а не ВМ. Этому можно возразить так: ВМ используется человеком и для человека непосредственно или в конечном счете. К этому следует добавить, что любые знания можно описать, осмыслить, определить, представить, обобщить и применить. Описать знания означает ввод их в память ВМ, осмыслить - обработать с целью получения свойств знания или нового знания, определить - систематизировать знания, представить - оформить в виде, пригодном для восприятия человеком или ВМ, обобщить - вывести наиболее общие закономерности знания и применить - построить процессы обработки знания. Исторически некоторые понятия, употребляемые на ранних стадиях исследований в кавычках, постепенно начинают употребляться без таковых. Например, слова «мыслить», «думать» и «знать», примененные к ВМ, начинают применяться без кавычек: ВМ мыслит, ВМ думает и ВМ знает.

Итак, мы подошли к необходимости сопоставления понятий информации и знания. Для большей точности в понимании понятий рассмотрим несколько определений.

0.3. Информация и знание. Важно многообразие определений информации для понимания сущности этого понятия. Информация - это совокупность сведений о предметах, явлениях или процессах, представляющая интерес и подлежащая обработке. Таково обычное и принятое определение, взятое из справочников. Информация - это значения данных с определенными условностями. Таким является определение в научной литературе. Физический смысл информации - это результат взаимодействия материальных предметов, передаваемый по материальному каналу. Таково наше определение. Все определения в совокупности позволяют произвести сопоставление информации и знание. Самое простое определения информации таково: информация - это поток сведений, сообщенный кем-то или полученный в результате исследования, анализа или обучения. Можно сформулировать и самое точное определение. Все другие вариации оставим пока в стороне от проведения сравнительного анализа информации и знания.

Поскольку знание является предметом информатики, а наши обычные представления о знании пока не совсем согласуются с понятием о системе человек-ВМ, необходимо рассмотреть проблемы различий понятий знания и информации. Прежде всего, следует заметить, что информация первична по отношению к знаниям, она несет все необходимое для знаний. Поэтому мы начнем с определения информации. Затем надо вспомнить понятие знание и произвести сравнительный анализ этих понятий. Такова ближайшая задача.

Многообразие определения знания только уточняет сущность самого понятия. Знание - это проверенный практикой результат познания действительности, верное отражение ее, в конечном счете, в мышлении человека. Таково чуть-чуть измененное определение знания, заимствованное из справочников и энциклопедий. Изменение связано с введением слов «в конечном счете» в определение, без этой добавки понятие будет относиться только к человеку. В действительности знания мы представляем в книгах или записями, следовательно, их можно представить и ввести в память ВМ и подвергнуть обработке. Знание - это зафиксированная информация в памяти человека, общества или технического устройства. Таково обычное определение, иногда используемое в быту. Формализованное определение знания гласит: знание - это представление фактов, утверждений о фактах или правило получения утверждений о фактах из имеющихся фактов. Можно сформулировать и другие определения знания для уточнения этого понятия. Для проведения сравнительного анализа данных выше формулировок вполне достаточно. Этого определения мы будем придерживаться при обсуждении проблем информатики.

Сравнительный анализ информации и знания естественным образом вытекает из проблем проведения демаркационной линии между кибернетикой и информатикой. Кибернетики правы, когда утверждают, что кибернетика занимается изучением проблем обработки информации, решение которых определяет структуры систем управления. Причем процессы обработки информации рассматриваются во времени, отдельные фотографии процесса не играют главных ролей. Информатики правы, когда утверждают, что информатика занимается изучением проблем обработки информации, решение которых определяет новое знание, а протекание процессов во времени не играет главных ролей. В таких рассуждениях уже просматриваются (может быть частично) различия информации и знания.

Здесь явно выделяются различия двух наук по объектам и предметам изучения. Кибернетика занимается изучением систем управления для получения нового знания о таких системах, как и всякая наука, она должна выполнять главную функцию науки. Информатика занимается изучением систем формирования нового знания в области применения ВМ, как и всякая наука, она должна также выполнять главную функцию науки: добывать новое знание о процессах, технологии и логике приобретения нового знания. После этих вступительных утверждений можно приступить к подробному анализу различий информации и знания.

Сопоставление понятий информации и знания, представленное в таблице в форме билистинга, точнее определяет эти понятия. Обобщить сравнения и выделить главные различия можно следующим образом: информация - это поток сообщений, передаваемых по материальному каналу для динамического воздействия на систему, человека или общество, знание - это фиксированное сообщение, которое воздействует на систему, общество или человека, в конечном счете. Конечно, при сравнении информации и знания в настоящее время имеется еще много загадочного, спорного или взаимно противоречивого с позиций современного представления об этих понятиях. Тем не менее, именно здесь можно найти признаки разделения двух наук информатики и кибернетики.

Информация

Знание

1. Любое сообщение любой природы, поток сообщений

Отсортированное и зафиксированное сообщение

2. Связи между элементами сообщения не так существенны

Связи между элементами сообщения должны допускать осмысленность

3. Статистически определенные сообщения из-за их разнообразия

Важна точность определения сообщения

4. Допускается произвольное представление элементов

Допускаются только точные представления для получателя

5. Изучается для понимания процессов обработки сообщений

Изучается для понимания процессов познания сообщений

6. Важна динамика передачи сообщений во времени

Важно статическое представление итоговых сообщений

7. Имеется прямая связь с системой сигналов в системе управления

Важна систематизация сообщений, формируемая системой

0.4. Классификация знаний. Разнообразие форм и способов представления и передачи знания почти не поддаются формализованной классификации из-за сложности формулировки признака классификации. Знания, получаемые от Природы, настолько разнообразны, что решение проблемы формулировки признаков и проведение классификации является научным результатом. К этому надо заметить, что одни формы или способы представления знаний могут переводиться в другие формы или способы представления. Однако мы дадим подходящую классификацию для некоторого упорядочивания знаний о знаниях. Для этого будем использовать признак, соответствующий семи этапам развития познания.

Итак, каждая классификация должна иметь признак, по которому каждое конкретное знание относится к той или иной форме и к тому или иному способу представления. Конечно, в первую очередь знания подразделяются по наукам, специализациям, направлениям исследований и т.п. Каждая наука характеризуется в первую очередь своим багажом знаний, отличающимся от совокупности знаний другой науки. Эта классификация фундаментальна и широко известна. Также хорошо известна разнообразная классификация знаний по назначению или использованию. В учебном процессе известна классификация знаний по влиянию на учащегося или по усвояемости учащимся. В вычислительном деле различают три средства представления знаний: предметное, символьное и графическое. Эти или аналогичные средства также могут представить классификацию в представлениях знаний. Признак классификации по средствам представления знаний важен и актуален для выбора технических средств установления взаимодействия в системе человек-ВМ.

В программировании важен признак сорта используемого языка представления знаний. Здесь используется, например такая классификация:

- языки профессиональной прозы,

- языки спецификаций,

- концептуальные языки,

- формальные языки,

- языки логических исчислений,

- алгоритмические языки (их классификация важна в информатике),

- системные языки для управления.

Классификация ориентирована на семь сортов языков для представления знаний. Она может показаться неправильной. Допускается, что она не соответствует чьему-то представлению. Пусть будет принята такая классификация. Она подчеркивает важность средств общения в системе человек-ВМ и широкой применимостью ЯПП в отличие от языков другого сорта.

В деятельности человека по применению СВТ важна классификация знаний по спецификации разработки:

- спецификация задания или проекта,

- описания разработок и ее спецификация,

- концепции разработки и руководства по применению,

- спецификация меню работ пользователя,

- спецификации логики разработки,

- спецификация подпрограмм и программ,

- спецификация комплекса разработки и применений.

Эта классификация ориентирована, скорее всего, на ФЯ или формализованные языки представления знаний. Она родилась в недрах программирования, а на ранних стадиях применения СВТ - в кибернетике.

Классификация по форме представления данных в широком смысле этого слова имеет такую структуру. Здесь под данными подразумеваем знания или средства для представления знаний (в примерах):

- тексты из символов,

- семантические сети или смысловые графы,

- фреймы из слотов или записи с именованными полями,

- отношения, таблицы или массивы,

- алгебраические формулы или утверждения для передачи фактов (и аксиом),

- правила вывода новых фактов, знания, представляемые продукциями,

- языки систем управления БД или БЗ.

Наконец, классификация по видам знаний является информатической, она главным образом и рассматривается:

- лингвосемиотические знания,

- семантические знания,

- концептуальные знания,



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Информатика в семи томах том 6 методы информатики

    Документ
    А.А. КрасиловИНФОРМАТИКА В СЕМИТОМАХТом 6. Методы информатики (Изобретание, проектирование, разработка и сопровождение) Москва 1997 - 2003 ИНФОРМАТИКАТом 1. Основыинформатики (Введение в информатику) Том 2. Информатика смысла (Машинная ...
  2. А а красилов информатика в семи томах том 1 основы информатики

    Книга
    ... КрасиловИНФОРМАТИКА В СЕМИТОМАХТом 1. Основыинформатики (Введение в информатику) Москва 1997 - 2003 ИНФОРМАТИКАТом 1. Основыинформатики (Введение в информатику) Том 2. Информатика смысла (Машинная лингвистика) Том 3. Концептуальная информатика ...
  3. Информатика в семи томах том 3 концептуальная информатика

    Документ
    А.А. КрасиловИНФОРМАТИКА В СЕМИТОМАХТом 3. Концептуальная информатика (Толковый словарь по информатике Москва 1997 - 2003 ИНФОРМАТИКАТом 1. Основыинформатики (Введение в информатику) Том 2. Информатика смысла (Машинная лингвистика ...
  4. Информатика в семи томах том 2 информатика смысла

    Документ
    А.А. КрасиловИНФОРМАТИКА В СЕМИТОМАХТом 2. Информатика смысла (Машинная лингвистика Москва 1997 - 2003 ИНФОРМАТИКАТом 1. Основыинформатики (Введение в информатику) Том 2. Информатика смысла (Машинная лингвистика) Том 3. Концептуальная ...
  5. А а красилов информатика в семи томах том 4 представление знаний

    Документ
    ... КрасиловИНФОРМАТИКА В СЕМИТОМАХТом 4. Представление знаний (Структуры данных) Москва 1997 - 2003 ИНФОРМАТИКАТом 1. Основыинформатики (Введение в информатику) Том 2. Информатика ... Настоящее описание “Информатика” в семитомах. 2. Языки ...

Другие похожие документы..