Тема 3 Інформація, інформаційні системи та технології Питання для обговорення та самостійного вивчення

1. Розкрийте суть поняття інформація, її структуру та форму.

2. У чому полягає відмінність знань від даних?

3. Вкажіть властивості інформації.

4. Які існують способи кількісної оцінки інформації?

5. Вкажіть принципи інформаційних технологій.

Література: [6, с. 20–56], [7, с. 126–200], [10, с. 7–86].

На сьогодні є безліч різних тлумачень терміна «інформація». Тому наведемо декілька визначень поняття «інформація», оскільки воно є ключовим у назві навчальної дисципліни.

Інформація – це одна з основних універсальних властивостей предметів, явищ, процесів об’єктивної дійсності, людини і створених нею ЕОМ, що полягає у здатності сприймати внутрішній стан і дії навколишнього середовища і зберігати певний час його результати, перетворювати одержані відомості і передавати результати обробки (перетворення) іншим предметам, явищам, процесам, машинам, людям.

Слово «інформація» походить від латинського informatio – роз’яснення, виклад, спочатку – відомості, що передаються людьми усним, письмовим або іншим способом (за допомогою умовних сигналів, технічних засобів тощо); з середини 20 століття – загальнонаукове поняття, що включає обмін відомостями між людьми, людиною і автоматом, автоматом і автоматом, обмін сигналами у тваринному і рослинному світі, передачу ознак від клітини до клітини, від організму до організму; одне з основних понять кібернетики.

У процесі обробки інформація може змінювати структуру та форму. Ознаками структури є елементи інформації та їх взаємозв’язок. Розрізняють змістову та формальну структури. Змістова зорієнтована на зміст інформації, а формальна – на форму відображення інформації. Форми відображення формації є також різноманітні. Основні з них – символьна (літери, цифри, знаки), текстова (використовує тексти – упорядковані певним чином символи), мультимедійна (графічна, звукова).

Залежно від галузі знань розрізняють наукову, технічну, виробничу, правову тощо, інформацію.

У повсякденній практиці такі поняття, як інформація, дані, знання, часто розглядаються як синоніми. Проте це не зовсім вірно. Даними називають інформацію, представлену в зручному для обробки вигляді (технологія автоматизованої обробки інформації припускає маніпулювання окремими інформаційними елементами).

Для автоматизації роботи з даними, що відносяться до різних типів, уніфікують форму їх представлення. Для цього використовують кодування даних. Прикладами можуть служити код Морзе, код ASCII, двійкове кодування, яке використовується в обчислювальній техніці.

Знання – це перевірений практикою результат пізнання дійсності, її коректне відображення у свідомості людини. Знання розглядають як констатацію фактів і їх опис. Наукове знання полягає у розумінні дійсності в її минулому, сьогоденні і майбутньому, в достовірному узагальненні фактів, в тому, що за випадковим воно знаходить необхідне, закономірне, за поодиноким – загальне, а на основі цього здійснює передбачення. Наукове знання може бути як емпіричним, так і теоретичним.

У галузі систем штучного інтелекту знання пов’язуються з логічним висновком – це інформація, на основі якої реалізується процес логічного висновку. Іншими словами, на підставі цієї інформації можна робити різні висновки за наявними в системі даними за допомогою логічного висновку.

У системах обробки інформації знаннями розуміють як складноорганізовані дані, що містять одночасно як фактографічну (реєстрація деякого факту), так і семантичну (смисловий опис зареєстрованого факту) інформацію, яка може бути потрібна користувачеві у роботі з даними.

Як і будь-який об’єкт, інформація має певні властивості. Найбільш важливими вимогами, що пред’являються до інформації, є: коректність, корисність, оперативність, точність, достовірність, стійкість, достатність.

Коректність інформації забезпечує її однозначне сприйняття усіма споживачами.

Цінність (чи корисність) інформації проявляється у тому випадку, якщо вона сприяє досягненню мети користувача.

Цінність інформації – властивість відносна: одна і та ж інформація має різну цінність для різних користувачів. З часом цінність інформації зменшується – вона старіє. Проте слід мати на увазі, що старить інформацію не сам час, а поява нової інформації, яка відкидає повністю або частково наявну інформацію, уточнює її, доповнює, дає нове поєднання відомостей, що приводить до отримання додаткового ефекту.

Оперативність відображає актуальність інформації для необхідних розрахунків і ухвалення рішень в умовах, що зазнають швидких змін.

Точність визначає допустимий рівень спотворення як початкової, так і результатної інформації, за якого зберігається ефективність функціонування системи.

Достовірність визначається властивістю інформації позначати реально існуючі об’єкти з необхідною точністю. Достовірність інформації вимірюється довірчою вірогідністю необхідної точності, тобто вірогідністю того, що значення параметру, що відображається інформацією, не відрізняється від істинного значення цього параметру в межах необхідної точності.

Стійкість інформації означає її здатність реагувати на зміни початкових даних без порушення необхідній точності. Стійкість інформації визначається вибраною методикою її відбору і формування.

Достатність (повнота) інформації означає, що вона містить мінімально необхідний об’єм відомостей для прийняття правильного рішення. Неповна інформація (недостатня для ухвалення правильного рішення) знижує ефективність рішень, що приймаються користувачем. Надмірність зазвичай знижує оперативність і утрудняє прийняття рішення, зате робить інформацію стійкішою.

При передачі інформації від джерела до реціпієнта використовується певний носій інформації. Повідомлення, що передається за допомогою носія, називають сигналом. Якщо при передачі сигналу одна з його характеристик (параметр сигналу) набуває кінцевої кількості значень, то такий сигнал (як і саме повідомлення) називають дискретним. Інформація, що передається при цьому, також буде дискретною. Якщо при передачі джерело генерує безперервне повідомлення, то в цьому випадку інформація буде безперервною. Прикладом дискретного повідомлення може бути процес читання книги, інформація в якій представлена дискретною послідовністю літер. Приклад безперервного повідомлення – людське мовлення, що передається звуковою хвилею.

Безперервне повідомлення завжди можна перетворити в дискретне. Процес такого перетворення називають дискретизацією.

Розроблені різні способи оцінки кількості інформації. Найчастіше використовується спосіб оцінки, запропонований в 1948 р. основоположником теорії інформації Клодом Шеноном. Інформація – це знята невизначеність. Міру невизначеності прийнято характеризувати за допомогою поняття «вірогідність».

Одиниця машинної інформації називається бітом. Термін «біт» запропоновано як абревіатуру від англійського словосполучення «Binary digiT», біт інформації – кількість інформації, за допомогою якої виділяється одне з двох рівноймовірних станів об’єкту.

Формула Шенона може бути використана і для оцінки кількості інформації у безперервних величинах. При оцінці кількості дискретної інформації часто використовується також формула Хартлі.

Важливим аспектом вивчення інформації є поняття «мему» – наукового поняття одиниці соціальної еволюції і подібних термінів, які використовують корінь грец. μνημα (транслітерація – mneme) – спогад, пам’ять, вперше згадується у 1904 році німецьким еволюційним біологом Ричардом Семоном у науковій праці «Die Mnemische Empfindungen in ihren Beziehungen zu den Originalenempfindungen». За даними Оксфордського словника (Oxford English Dictionary) слово mneme з’явилося в англійській мові у 1921 році, коли книгу Р. Семона було перекладено Л. Сімоном англійською під назвою «The Mneme».

Сам термін і його концепцію було вперше проаналізовано Річардом Докінзом в книзі «Егоїстичний ген» 1976 року і пізніше в його подальшій праці «Розширений фенотип». Докінз стверджував, що термін «мем» (meme) він придумав, скоротивши грецьке слово mimema (грец. μίμημα) — «наслідувати», «подібність» і не знаючи про термін «mneme». Р. Докінз зазначав, що він хотів ввести «односкладове слово, яке звучить подібно до слова «ген».

Поняття «мем» і «меметика» з 1988 року включені до Оксфордського словника англійської мови – словника, що визначає нормативні категорії наукової та інформаційної сфери.

Поняття інформаційних систем та технологій. Іншим ключовим поняттям предметної галузі нашого курсу, є поняття «система». Предметом дослідження цього поняття є системний аналіз, що є фундаментальною навчальною дисципліною багатьох навчальних планів. Ми визначаємо термін система як (від грецького systema – ціле, складене з частин; з’єднання) безліч елементів, що знаходяться у відносинах і зв’язках один з одним, утворюючи певну цілісність, єдність. Виділяють матеріальні і абстрактні системи. Перші поділяються на системи неорганічної природи (фізичні, геологічні, хімічні, технічні і ін.) і живі системи (біологічні системи – клітини, тканини, організми, популяції, види, екосистеми); особливий клас систем – соціальні системи (від простих соціальних об’єднань до соціальної структури суспільства). Абстрактні системи – поняття, гіпотези, теорії, наукові знання про систему, лінгвістичні (мовні), формалізовані, логічні системи і ін.

У сучасній науці дослідження систем різного роду проводиться в рамках системного підходу, загальної теорії системи, різних спеціальних теорій систем в кібернетиці, системотехніці, системному аналізі тощо.

У Державних стандартах об’єднуються два розглянуті терміни в єдиний термін – «інформаційна система». Наведемо його визначення: інформаційна система – це система, яка аналізує машинну пам’ять і маніпулює інформацією про проблемну галузь.

Технологія (від грецького techne ­– мистецтво, майстерність, уміння), сукупність методів, способів і прийомів отримання, обробки або переробки сировини і напівфабрикатів з метою отримання готової продукції; наукова дисципліна, що вивчає механічні, фізичні, хімічні та інші зв’язки і закономірності технологічних процесів. Технологією називають також самі операції отримання, обробки, передачі, зберігання, контролю, що є частиною загального виробничого процесу.

Матеріальною основою сучасних інформаційних технологій є три основних технічні досягнення:

• поява нового середовища нагромадження інформації на фізичних носіях (магнітні стрічки, мікрофільми, магнітні та оптичні диски, напівпровідникові пристрої, тощо);

• розвиток засобів зв’язку, що забезпечують доставку інформації практично в будь-яку точку земної кулі без обмежень в часі та просторі, та масове охоплення населення засобами зв’язку (радіо, телебачення, мережі передачі даних, супутниковий зв’язок, телефонна мережа);

• можливість автоматизованої обробки даних за допомогою комп’ютера відповідно до заданого алгоритму.

В основу нової сучасної інформаційної технології, яка базується на широкому застосуванні персональної комп’ютерної техніки, покладено три основні принципи: інтегрованість, гнучкість, інтерактивність.

Інтегрованість забезпечує комплексний підхід до розв’язання поставлених завдань за рахунок об’єднання можливостей, як технічних, так і програмних засобів.

Гнучкість дозволяє динамічно і невеликими зусиллями виконувати поставлені завдання.

Інтерактивність в свою чергу дозволяє динамічно змінювати завдання з врахуванням конкретних вимог.

Місце і роль інформаційних систем в управлінні об’єктами і процесами. Відомо два підходи до організації даних: файлова організація і організація у вигляді баз даних. Файлова організація припускає спеціалізацію і зберігання даних, орієнтованих, як правило, на одне прикладне завдання, і забезпечується самим прикладним програмістом. Така організація дозволяє досягти високої швидкості обробки даних, але має такі недоліки:

1. Значна надмірність даних. Вузька спеціалізація програм і файлів, що обробляються, зумовлює необхідність зберігання одних і тих самих елементів даних у різних системах.

2. Неможливість виявлення суперечливих даних – для виконання одних і тих же операцій з різними файлами потрібні різні програми, а управління здійснюється різними особами (групами осіб).

3. Низький рівень задоволення інформаційних запитів користувачів. Розроблені для спеціалізованих прикладних програм файли не можна використовувати для задоволення запитів користувачів, що перетинаються у двох і більше предметних галузях.

До того ж, файлова організація даних не забезпечує виконання багатьох інформаційних запитів навіть в тих випадках, коли всі необхідні елементи є в наявних файлах.

Тому виникла необхідність відокремити дані від їхнього опису, визначити таку організацію зберігання даних з урахуванням існуючих зв’язків між ними, яка дозволила б використовувати ці дані для багатьох програмних додатків. Реалізація такого підходу привела до створення баз даних і систем управління базами даних, що мають забезпечувати ефективність процесів вводу і забезпечення доступу до даних.

База даних – це сукупність взаємопов’язаних даних, що зберігаються спільно в зовнішній пам’яті обчислювального комплексу і використовуються, як правило, більш ніж однією програмою або користувачем.

До БД пред’являються такі вимоги:

1. Інтегрованість даних, тобто зберігання даних в єдиному сховищі – БД.

2. Незалежність даних. Розрізняють логічну (зміна схеми БД не вимагає корегуання прикладних програм) і фізичну (зміна методу організації даних не впливає ні на прикладні програми, ні на схему БД) незалежність даних.

3. Адекватність предметної сфери, тобто можливість відображення будь-яких фактів, що характеризують предметну сферу.

4. Цілісність (задоволення логічних вимог) даних.

5. Мінімальна надмірність (дублювання) даних, що зберігаються, які забезпечують необхідну продуктивність БД.

6. Здібність БД до розширення.

7. Можливість пошуку даних за декількома ключами.

8. Забезпечення захисту даних, що зберігаються, від несанкціонованого доступу або випадкового їх знищення. Припускає введення заходів із ідентифікації користувачів і контролю їхніх дій щодо наданих їм повноважень, а також відновлення БД у апаратних помилках обчислювального комплексу.

За частотою оновлення та поповнення даних розрізняють БД оперативні, змінювані та статичні.

Оперативні БД допускають поповнення і зміну даних, що містяться в них, безпосередньо за запитами користувачів в реальних часових рамках. Бази даних цього типу використовуються, в першу чергу, для організації інформаційної взаємодії окремих підсистем програмного забезпечення і є найбільш складними в реалізації.

Для змінюваних БД характерним є те, що функція модифікації даних виконується людиною (адміністратором БД) за запитом користувачів через певні проміжки часу.

Статистичні БД на оновлення даних не розраховані і припускають, як правило, зберігання інформації нормативно-довідкового характеру.

Всі функції з організації, обслуговування і забезпечення доступу до БД виконуються за допомогою спеціального програмного забезпечення, що має назву СУБД. Система управління базами даних – програмна система, що забезпечує використання і ведення БД. Основне призначення СУБД – надання користувачам БД засобів маніпуляції даними в абстрактних термінах, не пов’язаних зі способом їх зберігання в обчислювальному комплексі.

Як правило, інформаційні системи і технології використовуються з метою ухвалення оптимальних і раціональних рішень. У теорії систем виділяють як самостійно функціонуючі інформаційні системи, так і інформаційно-розрахункові системи різного призначення, геоінформаційні системи, інтелектуальні системи, експертні, дорадчі та інші, також і такі, що функціонують у складі автоматизованих систем управління (АСУ). Вони в автоматизованих системах управління відіграють роль інформаційної підсистеми, яка здійснює збір, зберігання і передачу інформації споживачам.

На сьогодні все більше уваги надають розробці інтелектуальних систем (AI), в основі яких лежать моделі, що реалізують інтелект людини. Застосування на практиці таких систем забезпечує створення інтелектуальних інформаційних технологій, які одержали широкий розвиток як в рамках науки – теорії прийняття рішень, розпізнавання зображень, передачі інформації тощо, так і в процесі створення конкретних інтелектуальних програмних засобів.