Системы компьютерного моделирования в деревообработке. Учебное пособие

Характерные черты:

–решена проблема информационного кризиса, т. е. разрешено противоречие между информационной лавиной и информационным голодом;

–обеспечен приоритет информации по сравнению с другими ресурсами;

–главной формой развития является информационная экономика;

–в основу общества заложены автоматизированные генерация, хранение, обработка и использование знаний с помощью новейшей информационной техники и технологии;

–информационные технологии приобрели глобальный характер, охватив все сферы социальной деятельности человека;

–сформировано единство всей человеческой цивилизации;

–реализованы гуманистические принципы управления обществом и воздействия на окружающую среду.

Опасные тенденции информационного общества:

–возрастающее влияние на общество средств массовой информации;

–все большее нарушение (или даже разрушение) посредством информационных технологий частной жизни людей или организаций;

–усложняющаяся проблема отбора качественной и достоверной информации;

–увеличение разрыва между разработчиками и потребителями информационных технологий до стратегически опасной величины;

–усиление проблемы адаптации части людей к среде информационного общества.

Благодаря широкому распространению компьютеров и созданию интернета люди могут общаться между собой чрез ПК. Нельзя не отметить того факта, что информационные технологии имеют особенность устаревать и заменяться новыми: большая ЭВМ в вычислительном центре заменилась на персональный компьютер на рабочем месте пользователя, телеграф – на телефон, телекс – на факс и электронную почту. Конечно, за всем не угонишься, но для организаций необходимо не отставать от своих конкурентов, поэтому со временем необходимо совершенствовать информационные продукты. Если в процессе внедрения новой информационной технологии этому фактору не уделять должного внимания, возможно, что к моменту завершения перевода фирмы на новую информационную технологию она уже устареет, и тогда придется принимать меры к ее модернизации.

41

3 . К О М П Ь Ю Т Е Р Н Ы Е Т Е Х Н О Л О Г И И В Н А У К Е И О Б Р А З О В А Н И И

3 . 1 . П о н я т и е п о з н а н и я . И н ф о р м а ц и о н н ы й п р о ц е с с к а к о с н о в а п о з н а в а т е л ь н о й д е я т е л ь н о с т и . Т е о р е т и ч е с к о е з н а н и е

к а к м о д е л ь п р е д м е т н о й о б л а с т и

Познание – творческая деятельность субъекта, ориентированная на получение достоверных знаний о мире. Познание является сущностной характеристикой бытия и в зависимости от своего функционального предназначения, характера знания и соответствующих средств и методов может осуществляться в следующих формах: обыденное, мифологическое, религиозное, художественное, философское и научное.

Познание начинается с чувственного (ощущения, восприятие, представление), затем следует логическое (понятие, суждение, умозаключение). Суждения имеют общую форму и не зависят от языка. Умозаключения ведут к получению нового знания. При индукции требуется проверка, так как индукция неполна. При дедукции требуется проверка исходного постулата. Научное познание формируется на основе обыденного.

Особенности научного познания:

1.Основная задача научного познания – обнаружение объектив-

ных законов действительности – природных, социальных (общественных) законов самого познания, мышления и др. Это основной признак науки, главная ее особенность.

2.На основе знания законов функционирования и развития исследуемых объектов наука осуществляет предвидение будущего с целью дальнейшего практического освоения действительности.

3.Непосредственная цель и высшая ценность научного позна-

ния – объективная истина, постигаемая преимущественно рациональными средствами и методами, но не без участия живого созерцания и внерациональных средств.

4.Существенным признаком познания является его системность. Без системы это не наука.

5.Для науки характерна постоянная методологическая рефлексия. Это означает, что в ней изучение объектов, выявление их

42

специфики, свойств и связей всегда сопровождается в той или иной мере осознанием методов и приемов, посредством которых исследуются данные объекты.

6.Научному познанию присуща строгая доказательность, обоснованность полученных результатов, достоверность выводов. Знание для науки есть доказательное знание. Знание должно быть подтверждено фактами.

7.Научное познание есть сложный, противоречивый процесс производства и воспроизводства новых знаний, образующих целостную и развивающуюся систему понятий, теорий, гипотез, законов и других идеальных форм, закрепленных в языке. Процесс непрерывного самообновления наукой своего концептуального и методологического арсенала – важный показатель (критерий) научности.

8.Знание, претендующее на статус научного, должно допускать принципиальную возможность эмпирической проверки. Процесс установления истинности научных утверждений путем наблюдений и экспериментов называется верификаций, а процесс установления их ложности – фальсификацией. Важным условием при этом является направленность научной деятельности на критику своих же собственных результатов.

9.В процессе научного познания применяются такие специфические материальные средства, как приборы, инструменты и другое оборудование, зачастую очень сложное и дорогостоящее (синхрофазотроны, радиотелескопы, ракетно-космическая техника и т. д.).

10.Специфическими характеристиками обладает субъект научной деятельности — отдельный исследователь, научное сообщество, «коллективный субъект». Занятие наукой требует особой подготовки познающего субъекта, в ходе которой он осваивает сложившийся запас знаний, средства и методы его получения, систему ценностных ориентации и целевых установок, специфичных для научного познания, этические принципы. Эти критерии выполняют охранительную функцию, ограждают науку от бреда. Научное познание — это конкретно-историческая система критериев. Она постоянно меняется, и приведенный набор непостоянен. Также существуют критерий логической непротиворечивости, принципы простоты, красоты, эвристичности, когерентности.

Виды познания – это специфические формы получения новых знаний. Различают следующие виды познания:

43

1)обыденное познание – получение человеком элементарных сведений о природе, человеке и обществе в процессе обыденной, повседневной жизни;

2)художественное познание – процесс создания и восприятия художественных образов – произведений искусства;

3)игровое познание – осуществляемое в процессе спортивных и деловых игр, ритуальных и культовых действий;

4)религиозное познание – объяснение мира на основе веры в реальное существование сверхъестественных сил;

5)философское познание – создание общих концепций существования мира и человека;

6)научное познание – исследование мира с помощью научных методов с целью получения истинного знания о законах его функционирования и развития.

3 . 2 . М е т о д ы н а у ч н о г о п о з н а н и я и и х с о в е р ш е н с т в о в а н и е н а б а з е в ы ч и с л и т е л ь н о й

т е х н и к и

Метод – это совокупность правил поведения и требований к деятельности, сформулированных на основе знаний о свойствах объективной реальности. Метод – это, образно говоря, фонарь, освещающий путнику дорогу в темноте. Среди многообразия различных методов научного познания наиболее значимыми в контексте рассматриваемой темы являются эмпирический и теоретический методы. Существуют различные типы классификации методов, в совокупности образующие методологию, которая понимается и как система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности, и как учение об этой системе.

Остановимся лишь на одном, но важном разделении всех методов на две большие группы – методы эмпирические и теоретические. Эмпирические методы не вытекают из сущности объекта, а потому содержат в себе много субъективных моментов. Но они таковы только в том случае, если не входят как необходимый момент в сферу действия системы методов теоретических, которые построены на единстве предмета и метода. Поскольку теоретические методы выступают способом

44

организации субъектом своей деятельности в соответствии с сущностью предмета, то эмпирические методы, вовлеченные в сферу действия теории, получают внутри нее направленность и объективность.

Познание начинается с наблюдения. Наблюдение – это метод направленного отражения характеристик предмета, позволяющий составить определенное представление о наблюдаемом явлении. В блок процедур наблюдения входят описание, измерение, сравнение.

Эксперимент – это более эффективный метод, отличающийся от наблюдения тем, что исследователь с помощью эксперимента активно воздействует на предмет путем создания искусственных условий, необходимых для выявления ранее неизвестных свойств предмета.

Метод моделирования основан на создании модели, которая является заместителем реального объекта в силу определенного сходства с ним. Главная функция моделирования, если брать его в самом широком понимании, состоит в материализации, опредмечивании идеального. Построение и исследование модели равнозначно исследованию и построению моделируемого объекта, с той лишь разницей, что второе совершается материально, а первое – идеально, не затрагивая самого моделируемого объекта. Из этого вытекает вторая важная функция модели в научном познании – модель выступает программой действия по предстоящему построению, сооружению моделируемого объекта.

Анализ и синтез. Эмпирический анализ – это просто разложение целого на его составные, более простые элементарные части. Синтез – это, наоборот, соединение компонентов сложного явления. Теоретический анализ предусматривает выделение в объекте основного и существенного, незаметного эмпирическому зрению. Аналитический метод при этом включает в себя результаты абстрагирования, упрощения, формализации. Теоретический синтез – это расширяющее знание, конструирующее нечто новое, выходящее за рамки имеющейся основы.

Индукция и дедукция. Индукция может быть определена как метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего. Дедукция – это метод перехода от знания общих закономерностей к частному их проявлению. Теоретическая индукция и основанная на ней дедукция отличаются от эмпирических индукции и дедукции тем, что они основаны не на поисках абстрактно-общего, одинакового в разных предметах и фактах (все лебеди – белы), а на поисках конкретно-всеобщего, на поисках закона существования и развития исследуемой системы.

Совершенствование средств познания – неотъемлемая часть истории человеческой деятельности. В последние годы возможности

45

познания возросли за счет использования электронных средств получения и обработки информации. Информатика занимает важное место и в научном познании. Ее внедрение в практику преобразило ход материальной и духовной деятельности человека.

Компьютерные технологии не сразу нашли применение в гуманитарных науках, развиваясь прежде всего с учетом потребностей точных наук. Гуманитарии не рассматривали компьютер как реальный научный инструмент, способный изменить характер исследования. Ситуация начала меняться с появлением первых программ, предназначенных для контроля знаний и обучения гуманитарным дисциплинам. Другой важный аспект «компьютерной революции» был связан с возрастанием интереса к созданию баз данных.

Какие же возможности, предоставляемые информатикой, способствуют совершенствованию способов научного познания? С одной стороны, информатика позволяет по-новому организовать технологию научно-исследовательского процесса, обмен научно-технической информацией, документалистику, библиотечное дело. С другой стороны, информатика предоставляет возможность проводить исследования различных процессов на компьютерных моделях и получать новые знания по результатам моделирования.

Информационные технологии все глубже внедряются в сферу исследований: формируются информационные системы для различных научных направлений, компьютерная техника и медиатехнологии становятся важными средствами повышения эффективности исследований. Компьютерные технологии используются в юриспруденции, археологии, этнографии, графологии, истории, экономике, социологии, педагогике, литературоведении, журналистике и во многих других сферах научной и общественной жизни.

46

4 . И С П О Л Ь З О В А Н И Е Б А З Д А Н Н Ы Х Д Л Я О Р Г А Н И З А Ц И И Х Р А Н Е Н И Я Д А Н Н Ы Х

4 . 1 . Б а з а д а н н ы х

База данных – представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260).

Многие специалисты указывают на распространенную ошибку, состоящую в некорректном использовании термина «база данных» вместо термина «система управления базами данных», и указывают на необходимость различения этих понятий. В литературе предлагается множество определений понятия «база данных», отражающих, скорее, субъективное мнение тех или иных авторов, однако общепризнанная единая формулировка отсутствует.

Рассмотрим определения из международных стандартов:

•База данных – совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.

•База данных – совокупность данных, организованных в соответствии с концептуальной структурой, описывающей характеристики этих данных и взаимоотношения между ними, причем такое собрание данных, которое поддерживает одну или более областей применения.

Определения из авторитетных монографий:

•База данных – организованная в соответствии с определенными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

•База данных – некоторый набор перманентных (постоянно хранимых) данных, используемых прикладными программными системами какого-либо предприятия.

47

• База данных – совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации.

Существует несколько различных типов баз данных: табличные, иерархические и сетевые.

Табличные базы данных. Табличная база данных содержит перечень объектов одного типа, т. е. объектов с одинаковым набором свойств. Такую базу данных удобно представлять в виде двумерной таблицы.

Рассмотрим, например, базу данных «Компьютер» (табл. 4.1), представляющую собой перечень объектов (компьютеров), каждый из которых имеет имя (название). В качестве характеристик (свойств) могут выступать тип процессора и объем оперативной памяти. Столбцы такой таблицы называют полями; каждое поле характеризуется своим именем (названием соответствующего свойства) и типом данных, отражающих значения данного свойства. Поля «Название» и «Тип процессора» – текстовые, а «Оперативная память» – числовое. При этом каждое поле обладает определенным набором свойств (размер, формат и др.). Так, для поля «Оперативная память» задан формат данных целое число.

Поле базы данных – это столбец таблицы, включающий в себя значения определенного свойства.

Строки таблицы являются записями об объекте; эти записи разбиты на поля столбцами таблицы. Запись базы данных — это строка таблицы, которая содержит набор значений различных свойств объекта.

В каждой таблице должно быть по крайней мере одно ключевое поле, содержимое которого уникально для любой записи в этой таблице. Значения ключевого поля однозначно определяют каждую запись в таблице.

48

Иерархические базы данных. Иерархические базы данных графически могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй уровень – объекты второго уровня и т. д. Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект, более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможно, чтобы объект-предок не имел потомков или имел их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

Иерархической базой данных является Каталог папок Windows, с которым можно работать, запустив Проводник. Верхний уровень занимает папка Рабочий стол. На втором уровне находятся папки Мой компьютер, Мои документы, Сетевое окружение и Корзина, которые представляют собой потомков папки Рабочий стол, будучи между собой близнецами. В свою очередь, папка Мой компьютер — предок по отношению к папкам третьего уровня, папкам дисков (Диск 3,5(А:), С:,

D:, E:, F:) и системным папкам (Принтеры, Панель управления и др.).

Сетевые базы данных. Сетевая база данных образуется обобщением иерархической базы данных за счет допущения объектов, имеющих более одного предка, т. е. каждый элемент вышестоящего уровня может быть связан одновременно с любыми элементами следующего уровня. Вообще, на связи между объектами в сетевых моделях не накладывается никаких ограничений.

Сетевой базой данных фактически является Всемирная паутина Глобальной компьютерной сети интернет. Гиперссылки связывают между собой сотни миллионов документов в единую распределенную сетевую базу данных.

Реляционная база данных. Реляционной базой данных называется совокупность отношений, которые содержат всю информацию, хранящуюся в БД. Пользователи воспринимают эту базу данных как совокупность таблиц.

Особенности таких таблиц:

1.Таблица имеет уникальное имя и состоит из однотипных строк.

2.Существование фиксированного числа полей (столбцов) и значений (множественные поля и повторяющиеся группы недопустимы), т. е. каждая позиция отличается от другой хотя бы одним значением.

49

3.Возможность однозначной идентификации любой строки таблицы.

4.Присвоение столбцам таблицы однозначного имени, причем в каждом из них размещаются однородные значения данных (даты, фамилии, целые числа или денежные суммы).

5.Полное информационное содержание базы данных представляется в виде явных значений данных, и такой метод представления является единственным. В частности, не существует каких-либо специальных связей или указателей, соединяющих одну таблицу с другой.

6.При выполнении операций с таблицей ее строки и столбцы можно обрабатывать в любом порядке безотносительно к их информационному содержанию. Этому способствует наличие имен таблиц и их столбцов, а также возможность выделения любой их строки или любого

набора строк с указанными признаками.

4 . 2 . С и с т е м а у п р а в л е н и я б а з а м и д а н н ы х

Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс язы-

ковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

Функции СУБД (назначение и возможности):

1.Хранение, извлечение и обновление данных. СУБД должна предоставлять пользователям возможность сохранять, извлекать и обновлять данные в базе данных. Это самая фундаментальная функция СУБД. Причем способ реализации этой функции должен быть скрыт от конечного пользователя.

2.Каталог, доступный конечным пользователям. СУБД должна иметь доступный конечным пользователям каталог, в котором хранится описание элементов данных. Ключевой особенностью архитектуры ANSI/SPARC является наличие интегрированного системного каталога с данными о схемах, пользователях, приложениях и т. д. Предполагается, что каталог доступен как пользователям, так и функциям СУБД. Системный каталог, или словарь данных, является хранилищем информации, описывающей данные в базе данных (метаданные). В зависимости от типа используемой СУБД количество информации и

50