Информатика как наука

Появление и начальное становление информатики как науки относится ко второй половине прошлого века. Область интересов информатики - это структура и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с процессами поиска, сбора, хранения, преобразования, передачи и использования информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Обработка огромных объемов и потоков информации немыслима без автоматизации и систем коммуникации, поэтому ЭВМ и современные информационные и коммуникационные технологии являются и фундаментальным ядром, и материальной базой информатики.

Термин «информатика» в отечественной литературе используется сравнительно недавно, к тому же его толкование до настоящего времени еще нельзя считать установившимся и общепринятым. Терминологические и понятийные трудности, связанные с сущностью самого понятия «информатика» не преодолены до сих пор. Многие ученые считали, что это новое название науки «кибернетика», которая появилась после второй мировой войны как общая наука об управлении и связи в системах различной природы -искусственных, биологических, социальных.

Рождение кибернетики принято связывать с американским математиком Норбертом Винером, после выхода его книги (1948 г) «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». В этой работе были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Развиваясь одновременно с прогрессом ЭВМ, кибернетика со временем превращалась в более общую науку о преобразовании информации.

Вслед за появлением термина «кибернетика» в мировой науке стало использоваться англоязычное «Computer Science» (компьютерная наука). Этот термин и сейчас достаточно широко распространен в США, в Канаде и некоторых странах латиноамериканского континента в качестве наименования как для научной, так и учебной дисциплины, изучающих процессы обработки, хранения и передачи информации при помощи компьютеров и телекоммуникационных систем.

На рубеже 60-х и 70-х гг. XX века, французы ввели термин «informatique» (информатика), образованный, судя по всему, как производное от двух французских слов - «informatione» (информация) и «avtomatique» (автоматика). Новый термин получил впоследствии распространение в нашей стране и странах Западной Европы. В русском языке наиболее раннее (примерно с середины 1960-х гг.) употребление термина «информатика» было связано с узкоконкретной областью научно-технической информации и документалистики. Согласно определению, данному в Большой советской энциклопедии, информатика рассматривалась как «дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах

В связи с развитием информатики возникает вопрос о ее взаимосвязи и разграничении с кибернетикой. Информатика и кибернетика имеют много общего, основанного на концепции управления, однако «. информатика не растворяется целиком в кибернетике». Один из подходов разграничения информатики и кибернетики - отнесение к области информатики исследований информационных технологий только в социальных системах, а не в любых кибернетических системах (т.е. системах любой природы: биологических, технических и т.д.). Кроме того, за кибернетикой сохраняются исследования общих законов движения информации в произвольных системах, в то время как информатика, «опираясь на этот теоретический фундамент, изучает технологию - конкретные способы и приемы переработки, передачи, использования информации. Кибернетические принципы не зависят от частных реальных систем, а принципы информатики всегда в технологической связи именно с реальными системами».

А.П. Ершов утверждал, что термин «информатика» вводится в русский язык.как название фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации. Комментируя это определение информатики, он отмечал: «Сознавая некоторую относительность деления наук на естественные и общественные, мы относим информатику к естественнонаучным дисциплинам в соответствии с принципом вторичности сознания и его атрибутов и с представлением о единстве законов обработки информации в искусственных, биологических и общественных системах. Отнесение информатики к фундаментальным наукам отражает общенаучный характер понятия информации и процессов ее обработки. Информатика как самостоятельная наука вступает в свои права тогда, когда для изучаемого фрагмента мира построена так называемая информационная модель. И хотя общие методологические принципы построения информационных моделей могут быть предметом информатики, само построение и обоснование информационной модели является задачей частной науки. Информационная модель - это то сопряжение, через которое информатика вступает в отношение с частными науками, не сливаясь с ними, и в то же время, не вбирая их в себя».

Между тем среди отечественных ученых с самого начала становления информатики как самостоятельной отрасли науки не было полного единодушия в ответе на вопрос, что такое информатика. Так В. С. Михалевич, Ю.М. Каныгин и В.И. Гриценко утверждают: «Информатика - комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики». Как видим, в последнем толковании не только явно подчеркивается связь самого возникновения информатики с развитием компьютерной техники, но и то, что информатика - это следствие развития ЭВМ.

Коснемся вопроса об объекте и предмете науки информатики, поскольку представление о различии понятий «объект науки» и «предмет науки» важно для установления существа любой науки.

Объект - это область действительности, на которую направлена деятельность исследователя, а предмет - это посредствующее звено между субъектом и объектом исследования. Понятие «предмет науки» выражает диалектическое единство объективной и субъективной сторон познания, оно не тождественно понятию «объект науки». Основное структурное отличие предмета от объекта заключается в том, что в предмет входят лишь главные, наиболее существенные признаки.

Объект выступает как такая часть объективной реальности, которая находится во взаимодействии с субъектом, причем само выделение объекта познания осуществляется при помощи форм практической и познавательной деятельности, выработанных обществом и отражающих свойства объективной реальности.

Объектом информатики выступают автоматизированные, основанные на ЭВМ и телекоммуникационной технике, информационные системы (ИС) различного класса и назначения. Информатика изучает все стороны их разработки, проектирования, создания, анализа и использования на практике.

Таким образом, объект информатики, охватывающий все элементы ИТ: технические средства, математическое, алгоритмическое, программное, лингвистическое обеспечения, средства связи во взаимодействии с людьми, резко усложняется.

Информатика изучает то общее, что свойственно всем многочисленным разновидностям конкретных информационных процессов (технологий). Эти информационные процессы и технологии и есть объект информатики. Т.е. объект информатики образуется на основе общих закономерностей, свойственных любым информационным процессам в природе и обществе.

Предмет информатики определяется многообразием ее приложений. Информационные технологии функционирующие в разных видах человеческой деятельности, имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой, образуя различные

«предметные» информатики, базирующиеся на разных наборах операций и процедур, различных видах оборудования, разных информационных носителях и т.п.

Предметом информатики как новой фундаментальной науки выступает информационный ресурс - его сущность, законы функционирования, механизмы взаимодействия с другими ресурсами общества и воздействия на социальный прогресс.

Предметом информатики является информационный ресурс как симбиоз знания и информации. Он выступает в качестве предмета новой науки и с содержательной, и с формально-математической, и с технической стороны. Необходимо разграничивать предмет информатики как фундаментальной науки, ее объект и инструментарий.

Информатика делится на две части: теоретическую и прикладную информатику.

• 1. Теоретическая информатика рассматривает все аспекты разработки автоматизированных информационных систем: их проектирования, создания и использования не только с формальнотехнической, но и содержательной стороны, а также комплекс экономического, политического и культурного воздействия на социальную динамику. Теоретическая информатика изучает общие свойства, присущие всем многочисленным разновидностям конкретных ИТ, процессов и сред их протекания. Решающее значение для рождения теоретической информатики имеет появление ИТ высшего уровня, основанных на искусственном интеллекте (ИИ).
• 2. Прикладная информатика изучает конкретные разновидности ИТ, которые формируются с помощью специальных ИС (управленческих, медицинских, обучающих, военных, криминалистических и др.). Появляются ветви прикладной информатики, обслуживающие создание проектирующих систем, экспертных систем, диагностических комплексов, управляющих и других функциональных систем. Возникли также отраслевые ветви информатики, обслуживающие информатизацию разных сфер социальной и экономической практики: промышленность, науку, медицину, связь и т.д. Наряду с теоретической информатикой развиваются ее конкретные ветви: экономическая информатика, медицинская информатика, военная информатика и др.

Формирование новой фундаментальной науки требует решения трех основных задач: 1) определения предметной области; 2) создания системы основных понятий и аксиоматики; 3) разработки математического аппарата.

Создание аксиоматики т.е. фундаментальных соотношений, -решающий момент в становлении любой науки. Аксиоматика вводится дедуктивным путем.

Вся система категорий (понятий) информатики состоит из двух элементов:

• 1. Понятия, заимствованные информатикой из других наук - информация (в традиционном шенноновском смысле), информационный шум, избыточность, бит, байт и другие понятия математической теории связи.
• 2. Система оригинальных понятий информатики:

Информационный ресурс (ИР). Это основное понятие, являющееся предметом информатики. ИР имеет две неразделимые стороны: формально-логическую (информационную) и семантическую (когнитивную). Когнитивный (от лат. cognition - знание, познание) означает познаваемый, соответствующий познанию. Первый аспект этого понятия (формально-логическая сторона) формируется в результате обобщения практики компьютеризации и развития инженерии знаний. Сам термин «инженерия знаний» (Knowledge engineering) появился в США в 1977 г. на ранних этапах создания ИИ. Развитие формально-логического направления в 70-е годы в основном было связанно с практикой создания интеллектуальных систем, главная особенность которых состоит в наличии у них базы знаний и механизма их вывода.

Вторая фундаментальная категория информатики - социальная энтропия — это мера отклонения от некоторого состояния, принимаемого за эталонное, оптимальное по критерию недоиспользования ИР. В теории информации Шеннона энтропия - это мера неопределенности случайной величины любой природы. Социальная энтропия - новая категория информатики для характеристики управленческих процессов, уровня их осуществления.

Полезная работа (отдача) ЭВМ. Информационная работа вообще обеспечивает развитие объекта, перевод его в новое состояние. Полезная информационная работа наблюдателя, а значит и ЭВМ как орудия наблюдателя, есть остаток от работы, затраченной на компенсацию энтропии самого наблюдателя, его неупорядоченности и исходной энтропии объекта.

Информационная среда - это весь набор условий для технологической переработки и эффективного использования знаний в виде информационного ресурса. К информационной среде относятся аппаратные средства, программное обеспечение, телекоммуникации, уровень подготовки кадров - специалистов и пользователей, формы стимулирования, контроля, методы и формы управления, документо-потоки, процедуры, регламенты, юридические нормы и т.д.

Иформационно-управленческий процесс в его полном виде -не просто сообщение данных, а функционирование ИР - ин-формдинамики, связанной с функционированием всей информационной среды, всех ее элементов, среди которых активными являются люди, а пассивными - технические средства и другие материальные ресурсы. Такой подход очень важен при создании интегрированных АСУ.

Напряженность информационного поля - это та сила, побудительный мотив, с которым объект и его среда действуют на управляющую подсистему, обеспечивая достижения объектом новой цели или перевода всей системы в новое целевое состояние в течение определенного времени.

Искусственный интеллект. Слово «интеллект» (от лат. Intel lectus) означает ум, рассудок, разум, мыслительная способность человека. Учение об интеллекте развивается по трем направлениям. Первое связано с теорией эвристического поиска и созданием машинных «решателей задач», относящихся к разряду творческих. Второе направление связано с разработкой роботов, автономно действующих в реальной среде и решающих нетривиальные задачи, поставленные человеком. Третье - главное - направление связано с коренной интеллектуализацией ЭВМ путем оснащения их программно-техническими средствами высокого уровня, способными делать логические выводы.

Инструментарием, носителем ИИ являются ЭВМ, роботы, экспертные системы, телекоммуникации. Непосредственным толчком к выработке нового подхода к ИИ, его понимания как искусственного аналога социального интеллекта послужили разработки пятого поколения ЭВМ в начале 80-х годов. В Японии, а затем сразу же в США, Западной Европе и с опозданием в 3-4

года в СССР были опубликованы проекты создания вычислительной системы пятого поколения, реализующей функции интеллекта, включая функцию абстрактного мышления. Главными элементами этой «социальной машины» являются: «супермозг науки» -центральный процессор с быстродействием свыше 10 млрд оп/с.

Творческая система, интеллектуальные системы - это информационные комплексы, оснащенные ИИ. Творческие системы (Creative Systems) не просто творят новые знания, не просто дают новое представление об объекте, новые управленческие решения - это могут делать информационные системы неполного цикла, - а творят, созидают новые состояния объектов - предприятий, учреждений, технологий, хозяйственных комплексов, т.е. обеспечивают их развитие. Эти системы обеспечивают автоматизированный, высокопроизводительный процесс перевода знаний (книг, статей, патентов, квалификации людей) в ИР, т. е. в конкретные программы и решающие алгоритмы.

Квантификация знаний - это умственная (интеллектуальная) деятельность всегда была областью, где нет метрики, где фигурируют лишь качественные, трудно определимые понятия.

Знания в виде информации можно учесть с помощью единицы семантической информации - ранжированного бита.

Ранжированный бит - это информационная единица, отражающая величину системной, социальной ценности конкретного сообщения.

Отчуждаемые знания, становящиеся сообщениями,- это информационный ресурс, который может выступать в пассивной и активной формах. К пассивной относятся такие формы существования знаний, когда они не связаны или слабо связаны с конкретными предметными областями (книги, статьи, патенты, банки данных). Активные формы существования ИР : модель, алгоритм, программа, проект. Каждая из этих четырех активных форм ИР может иметь разные степени общности, научно-технический уровень и завершенность (комплектность).