|
Кизлов В.В. Аннотация - Показана возможность упорядочения понятийного аппарата информатики на базе анализа физических основ информационных процессов. Оглавление Введение В последние годы особенно бурно развиваются исследования в области информационно-коммуникационных технологий. Причиной тому является превращение знаний в товар, причем это относится ко всем видам знаний, и декларативным (знание - что), и процедурным (знание - как). Возникла необходимость в создании эффективных технических средств ускоряющих процессы выбора, упаковки, транспортировки этого товара, а так же необходимость в создании средств и методов защиты этого товара от хищений и фальсификации. Широкий научный и практический интерес к процессам формирования, распространения и представления знаний породил в свою очередь многообразие мнений и точек зрения на эти процессы, что значительно осложняет взаимопонимание исследователей и замедляет темпы научно-технического прогресса. Различными авторами неоднократно предпринимались попытки упорядочить это многообразие, положив в основу тот или иной постулат. В данной работе в качестве основания используются не постулаты, а результаты анализа физических основ информационных процессов. Математические модели информационных процессов и степень их соответствия реальности в рамках данной статьи не рассматриваются. Информатика Исследования в области информационно-коммуникационных технологий имеют междисциплинарный и мультидисциплинарный характер, поэтому в них участвуют представители практически всех отраслей науки: философии, математики, физики, химии, биологии, лингвистики, психологии, социологии и т.д. В русскоязычной литературе это направление человеческой деятельности получило название "Информатика". Используемое в русскоязычной литературе слово "информатика" представляет собой транскрипцию французского слова "informatique", образованного путем слияния слов "information" (информация) и "automatique" (автоматика), что означает информационная автоматика или автоматизированная обработка информации. В англоязычной литературе этому термину соответствует термин "Computer Science" (наука о компьютерах). Эти термины акцентируют внимание на технических средствах, использование которых в значительной мере способствовало становлению и развитию информатики.
В структуре современной информатики можно выделить три
основных элемента [1], каждый из которых может рассматриваться как относительно
самостоятельное направление деятельности:
Интегральный характер информатики является причиной
отсутствия общепринятых определений (дефиниций) как самой информатики, так и
используемых понятий и терминов. В рамках различных наук изучаются различные
виды и свойства информационных процессов, что приводит к различию представлений
об информационных процессах и, как следствие, к "размытости" понятийного
аппарата информатики. Фактически в настоящее время можно утверждать, что: Информационные процессы
В природе существует два фундаментальных вида
взаимодействия - процессы обмена веществом и энергией, подчиняющиеся законам
сохранения. Фундаментальность этих видов взаимодействия заключается в том, что
все прочие взаимодействия происходят только через их посредство. В замкнутой
системе общее количество вещества и энергии остается постоянным. Это так
называемые симметричные взаимодействия, при которых сколько вещества или энергии
один объект отдал, столько же другой объект и получил. На основе комбинации
фундаментальных взаимодействий, между объектами может происходить несимметричное
взаимодействие, при котором потери одного объекта не совпадают с приобретением
другого. Так штамп передает свою форму обрабатываемому материалу, но сам форму
сохраняет. Поэтому можно утверждать, что:
Поскольку каждый процесс взаимодействия является в то
же время информационным процессом, то возникают трудности выделения
информационной составляющей этих процессов. На сложный, многокомпонентный
характер информационных процессов указывал еще А.Н. Колмогоров [2]. Преодоление
указанных трудностей возможно на базе анализа результатов наблюдений отражения в
живой и неживой природе. Эти результаты обобщены в философском понятии:
Проанализировав известные науке процессы
взаимодействия, можно утверждать, что в природе объективно существуют три вида
объектов и процессов их взаимодействия:
Поэтому информационные процессы как процессы
взаимодействия материальных и идеальных объектов можно разделить на три группы
процессов:
Такое деление вполне согласуется с известными видами
отражения:
При этом теоретическая информатика согласуется с
теорией познания и может оперировать понятиями, принятыми в этой области научных
исследований:
При взаимодействии материальных объектов происходит
изменение этих объектов (как отражение одним объектом свойств другого объекта).
Рассмотрим некий обособленный материальный объект (назовем его объект А). При
взаимодействии с другим материальным объектом (назовем его объект В) объект А
изменяется, что можно трактовать как процесс индукции-редукции информации,
единый процесс возникновения-исчезновения, так как новые изменения, возникая,
одновременно уничтожают (затирают) старые. Пока изменения объекта А, вызванные
взаимодействием с другими объектами, не затрагивают те изменения, которые
вызваны взаимодействием с объектом В, идет процесс хранения информации.
Идеальные объекты - образы, представляют собой
состояния центральной нервной системы биологических объектов, поэтому они
принципиально индивидуальны. Передать образ без искажений от одного человека к
другому невозможно, но можно с помощью знаковых систем (языков) вызывать
(индуцировать) образы у рецепиента (приемника информации). Процесс передачи
образной информации по своим физическим свойствам сходен с процессом резонанса в
электродинамике - энергия сигнала возбуждает рецептор (колебательный контур) в
котором и происходят изменения состояния (в контуре возникают колебания),
которые зависят как от параметров сигнала, так и от параметров рецептора
(контура). При совпадении определенных параметров сигнала и приемника (при
резонансе) слабый сигнал может вызывать сильные изменения, а при несовпадении -
сильный сигнал вызывает слабые изменения.
Комплексные процессы, представляют собой процессы
взаимодействия материальных и идеальных объектов в рамках знаковых (языковых)
систем. Как известно, человек мыслит образами (понятиями), а общается с другими
людьми с помощью системы знаков - языка. Слушатель переводит поток слов в поток
образов, достроенных образами из памяти с помощью контекстного анализа. То же
самое происходит и со зрительными образами - образ видимый и образ
воспринимаемый сознанием это разные образы, не даром в криминалистике существует
выражение "врет как очевидец". Человек воспринимает и сохраняет в памяти не то,
что происходило на самом деле, а то, что он воспринял из окружающего, на базе
личного жизненного опыта. Сложность описания комплексных информационных
процессов заключается в том, что это процессы многопорядковые (процессы
вложенной динамики) [5]. Еще одна сложность описания информационных процессов
заключается в том, что необходимо учитывать как процессы взаимодействия
материальных объектов, так и процессы взаимодействия идеальных объектов, а кроме
того, процессы взаимодействия материальных и идеальных объектов. Тем не менее,
рассмотрение комплексных процессов как взаимодействия материальных и идеальных
объектов согласует информатику с семантикой, семиотикой, лингвистикой и
позволяет оперировать понятиями, принятыми в этих областях науки:
Структура комплексного информационного процесса в общем
случае представляет собой совокупность последовательных фаз: При рассмотрении процессов передачи сигналов акцент смещается от отдельных объектов к системам объектов (используются понятия, заимствованные из теории систем - структура, связи, информационные системы). Представляется возможность выделить носители информации - материальные объекты или структуры, основная функция которых - хранение информации, а так же информационные связи между элементами системы. Физически передачу информации можно представить как индуцирование в приемном устройстве изменений физического состояния. Информация в данном случае - это результат взаимодействия сообщения с приёмным устройством.
При этом теоретическая информатика согласуется с
теориями связи и управления и может оперировать понятиями, принятыми в этих
областях науки и техники:
По линиям связи передаются сигналы, или группы сигналов
- сообщения, которые, взаимодействуя с объектом-приемником, вызывают изменения
состояния приемника, а эти изменения и представляют собой информацию. В качестве
объекта-приемника может выступать как оконечный получатель сигналов, так и
объект перекодировщик, переводящий изменения одного сигнала в изменения другого
сигнала. В этом случае термин "передача сообщения" представляет собой обобщенное
обозначение большого количества взаимосвязанных процессов:
Обобщая вышеизложенное можно утверждать, что
информационный процесс в общем случае представляет собой совокупность как
минимум трех компонент - физической компоненты, логической и семантической. В
качестве примера можно рассмотреть уровни протоколов компьютерных сетей передачи
данных: Информация Основой понятийного аппарата информатики является понятие "информация". Общепринятое представление об информации, как совокупности сведений, не раскрывает природу самого понятия, поэтому в современной научной литературе наблюдается довольно широкий спектр взглядов на природу информации (порядка сотни различных определений), что еще больше усиливает существующую неопределенность. Доходит до предположений, что понятие "информация", являясь первичным понятием, наряду с понятиями "материя" и "энергия", принципиально не может быть строго определено. Неопределенность базового понятия приводит к неопределенности и производных понятий, а так же к произволу в трактовке места и роли теоретической информатики в общей системе научных знаний.
Анализируя структуру информационных процессов, можно
выделить три вида информации, взаимосвязанные и взаимодополняющие друг друга:
Информация - то общее, что существует во всех
информационных процессах, а именно - изменения формы, структуры или состояния
взаимодействующих объектов, произошедшие в результате взаимодействия. Именно представление об информации как о неотъемлемой стороне отражения с одновременным признанием ее всеобщности привело к выводу о том, что информация - общенаучная категория и послужило стимулом к изучению общенаучных понятий и категорий вообще. По сути дела общенаучные категории наиболее изучены на примере информации, так же как общенаучные подходы на примере системного подхода [4]. При этом оказался возможным информационный подход к процессам развития, причем как в живой и неживой природе, так и в обществе. Распространение концепций информации и отражения на социальную сферу открыло возможности анализа информационного аспекта как материальной, так и духовной культуры [3].
В отличие от информации, сообщение представляет
собой текст или другую совокупность знаков, зафиксированных на каком-либо
материальном носителе (в том числе и на системе звуковых или электромагнитных
волн) и обладает множеством свойств, которые можно объединить в три группы: Количество информации
Рассматривая информационные процессы с философской
точки зрения можно утверждать, что информация представляет собой сущность
(общее во множестве явлений). При этом постановка вопроса о количестве
информации некорректна. Измерять (сравнивать с мерой - эталоном) можно только
конкретное
свойство
конкретного объекта (результат измерений = интенсивность свойства). Именно
поэтому в информатике существует множество так называемых подходов к измерению
количества информации, но в рамках каждого из этих подходов измеряются разные
свойства текстов, сигналов, сообщений:
Поэтому и так называемое "количество информации",
"измеренное" в рамках разных подходов имеет различное числовое значение. Выход
из существующего положения можно представить, используя несколько упрощенную
аналогию - "количество леса" представляет собой общее понятие, а измерить можно:
Например, основным свойством физической информации
является множество изменений или объем физической информации. Поскольку каждый
материальный объект обладает некоторым множеством свойств, то каждому из которых
можно поставить в соответствие численное значение и выделить из общего множества
те, которые изменили свои значения при данном взаимодействии. В терминах теории
множеств определение объема физической информации будет звучать так: Свойства образной информации: яркость (четкость), детальность, адекватность реальному объекту и др. представляют собой интегральные характеристики, поэтому степень проявления этих свойств измеряется с помощью методов многокритериальных оценок и качественного анализа. Свойства знаковой информации: форма представления, алфавит (набор знаков), структура сообщения, ценность сообщения, достоверность сообщения, новизна сообщения и т.д. очень разнообразны, поэтому степень проявления этих свойств измеряется множеством различных методов. Необходимым условием достоверности измерений и возможности сравнения результатов измерений является точное указание измеряемого свойства. Если измеряется количество знаков в сообщении, то результатом измерения должно быть именно количество знаков (в штуках), а не количество информации (в битах). Литература
1 Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс. - М.:
ОМЕГА-Л, 2007. - 560с. |