1. Информатика. структура предметной области. Объекты изучения информатики
Информатика - это наука об общих свойствах информации, закономерностях и методах ее поиска и получения, записи, хранения, преобразования, передачи, переработки, распространения и использования в различных сферах человеческой деятельности. В качестве объектов изучения информатики выступают: информация, данные, информационные технологии и информационные процессы.
Термин информатика возник в 60-х годах во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (науки о компьютерной технике).
В России термин информатика получил распространение в начале 80-х годов. До этого совокупность направлений, называемых теперь информатикой, именовалась по-разному. Поэтому история информатики в России - это, по сути, и история отечественной кибернетики и частично прикладной математики и вычислительной техники
Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности. В узком смысле информатика состоит из трех взаимосвязанных частей: технических средств (hardware), программных средств (software), интеллектуальных средств (brainware). В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций: как отрасль народного хозяйства; как прикладную дисциплину; как фундаментальную науку.
Информатика как отрасль народного хозяйства включает в себя предприятия разных форм хозяйствования, где занимаются производством технических средств обработки и передачи информации, программных продуктов и разработкой современных технологий переработки информации.
Информатика как прикладная дисциплина занимается изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение); созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности; разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.
Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Одна из главных задач этой науки - выяснение, что такое информационные системы, какое место они занимают, какую должны иметь структуру, как функционируют, какие общие закономерности им свойственны.
2. Основные области исследований информатики
Отмечено, что история информатики связана с постепенным расширением области ее интересов. Возможность расширения диктовалась развитием компьютеров и накоплением моделей и методов их применения при решении задач различного типа. На протяжении полувековой истории информатики в ней неоднократно возникали и исчезали те или иные направления. В настоящее время в нее входят следующие основные области исследования:
1. теория алгоритмов (формальные модели алгоритмов, проблемы вычислимости, сложность вычислений и т.п.);
2. логические модели (дедуктивные системы, сложность вывода, нетрадиционные исчисления: индуктивный и абдуктивный вывод, вывод по аналогии, правдоподобный вывод, немонотонные рассуждения и т.п.);
3. базы данных (структуры данных, поиск ответов на запросы, логический вывод в базах данных, активные базы и т.п.);
4. искусственный интеллект (представление знаний, вывод на знаниях, обучение, экспертные системы и т.п.);
5. бионика (математические модели в биологии, модели поведения, генетические системы и алгоритмы и т.п.);
6. распознавание образов и обработка зрительных сцен (статистические методы распознавания, использование признаковых пространств, теория распознающих алгоритмов, трехмерные сцены и т.п.);
7. теория роботов (автономные роботы, представление знаний о мире, децентрализованное управление, планирование целесообразного поведения и т.п.);
8. инженерия математического обеспечения (языки программирования, технологии создания программных систем, инструментальные системы и т.п.);
9. теория компьютеров и вычислительных сетей (архитектурные решения, многоагентные системы, новые принципы переработки информации и т.п.);
10. компьютерная лингвистика (модели языка, анализ и синтез текстов, машинный перевод и т.п.);
11. числовые и символьные вычисления (компьютерно-ориентированные методы вычислений, модели переработки информации в различных прикладных областях, работа с естественно-языковыми текстами и т.п.);
12. системы человеко-машинного взаимодействия (модели дискурса, распределение работ в смешанных системах, организация коллективных процедур, деятельность в телекоммуникационных системах и т.п.);
13. нейроматематика и нейросистемы (теория формальных нейронных сетей, использование нейронных сетей для обучения, нейрокомпьютеры и т.п.);
14. использование компьютеров в замкнутых системах (модели реального времени, интеллектуальное управление, системы мониторинга и т.п.).
3. Формулировка предметной задачи. Задачная ситуация
Одним из важнейших стратегических факторов развития современного общества является использование новых информационных технологий. Умение их применять в значительной степени определяет, наряду со знанием предметной области, эффективность решения научных и производственных задач. Информатика предоставляет методы и средства для решения задач другим областям. Отсюда - актуальность «правильного» взаимодействия специалистов разных профилей, участвующих в постановке и решении задачи при помощи ЭВМ.
Общая формальная схема процесса постановки и решения задачи состоит из:
1) формулирования предметной задачи;
2) формализации задачи;
3) выбора способа решения;
4) решения задачи на ЭВМ;
5) формального анализа результатов;
6) содержательной интерпретации результатов.
Предметную задачу формулирует специалист-предметник. Формализацией задачи занимаются системный аналитик и предметник. Выбор способа решения - за прикладным математиком. Решает задачу на ЭВМ технолог. Формальный анализ результатов производит системный аналитик. Интерпретацию - специалист-предметник.
Формулирование предметной задачи включает указание:
1) цели;
2) представлений о модели объекта исследования (поиска);
3) исходных данных;
4) ожидаемого результата (что он должен из себя представлять);
5) критериев оценки ожидаемого результата.
На практике часто возникают ситуации, когда задача не содержит тех или иных необходимых атрибутов. Случай, при котором известны цель, исходные данные и ожидаемый результат, называют задачной ситуацией.
Задачи, сформулированные на языке предметной области знаний (экологии, биологии, медицины, экономики) называются предметными задачами. Они отличаются степенью формализации: хорошо формализованные, слабо формализованные и неформализованные.
4. Формализация предметной задачи. Уровни формализации задач
Формализация задачи состоит в переводе на формальный (математический) язык описания цели, определении объектов и свойств, способов вычисления свойств, формализации требований к результату, проверке согласованности требуемого результата с целью.
Процесс выбора способа решения задачи включает все этапы анализа данных и корректировки информации, а также определение алгоритма решения задачи, обеспечивающего получение требуемого результата.
На этапе решения задачи осуществляется в автоматизированном режиме преобразование схемы в технологическую (машинную) схему решения задачи и прохождение этой схемы на ЭВМ. Затем проводится формальный анализ полученных результатов, т.е. проверка соответствия результата критериям оценки результата.
Содержательная интерпретация результатов состоит в согласовании результатов с целью исследования, сформулированными требованиями к результату и принятии решения об использовании результатов либо об уточнении модельных представлений и формулировки задачи.
5. Общая схема постановки и решения предметных задач
Всякое представление информации о внешнем мире связано с построением некоторой модели.
Модель - материальный или идеальный аналог оригинала (объекта, явления или процесса), создаваемый для хранения и расширения знания о нем; совокупность свойств и отношений между ними, выражающих существенные стороны изучаемого объекта, явления или процесса.
Существует множество типов моделей и способов их классификации: по цели использования, областям применения, по сложности, целям моделирования и т.д. Модели внешнего подобия, такие как модели самолетов, машин, манекены и т.п., - используются для предварительных испытаний. Учебные схемы (глобус как модель планеты, модель кристаллической решетки и т.п.), тренажеры, имитирующие поведение реальных объектов в сложных ситуациях, служат для обучения. Функциональные модели или модели-эрзацы заменяют объекты при выполнении определенных функций (протезы, искусственный сердечный клапан и т.п.). Исследовательские модели - математические и имитационные - заменяют реальные объекты в ходе научных исследований. В зависимости от области применения модели могут быть естественнонаучными (например, = * a), космогоническими (модель мира, времена года), общественного устройства (школа, общинно-родовые отношения, Римская республика, семья, мафия), литературными, компьютерными.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16
