информатика / Инф1_Л 1_Предмет_курса_Основы_моделирования

Тема: Предмет учебного курса. Основы моделирования.

Учебные вопросы:

1. Предмет и характеристика учебного курса.

2. Информация и её свойства.

3. Моделирование и модели.

1.

Информатика как наука появилась во второй половине XX века. За короткое время из раздела математики она превратилась в комплекс наук охватывающих почти все виды человеческой деятельности.

Основными областями деятельности информационных наук являются:

1. Теоретическая информатика (изучает общие свойства информации и закономерности протекание информационных процессов).

2. Средства информатизации (технические науки).

3. Способы управления информационными процессами (основы программирования).

4. Реализация технологий (создание аппаратно-программных комплексов для реализации конкретных информационных процессов).

5. Социальная информатика (изучает влияние информационных технологий на развитие общества).

Цель учебной дисциплины «Информатика» - сформировать основы знаний об информационных науках и начальные навыки работы с наиболее распространёнными информационными технологиями.

Ключевым понятием, давшим название всему комплексу наук, является понятие информация.

В 80^ые годы ХХ века президент Франции Жискар д'Эстен в обращении к нации писал:

«Если наша страна не будет располагать мощной системой телекоммуникаций, разветвленной сетью собственных банков данных и не станет рассматривать информацию как важнейший ресурс, наравне с энергией и пахотной землёй, и не привьёт вкуса к потреблению этого ресурса, то мы неизбежно отстанем от главных своих конкурентов».

Ещё одно ключевое понятие учебного курса – ЭВМ (электронно-вычислительная машина). Основы устройства и основные принципы работы ЭВМ.

Формально определить понятие «информация» довольно трудно. Аналогичными неопределёнными понятиями являются, например, точка в математике. Определить такое понятие можно только условно (через другие понятия). Понятие информации должно включать в себя представлении об огромном разнообразии её проявлений разной степени сложности.

Уровни информации:

1. Элементарная информация или информация в неживой природе (мера упорядоченности системы – энтропия).

2. Биологическая информация (генетическая информация, информация об окружающей среде, информационный обмен - сигнальные системы).

3. Социальная информация (значительное усовершенствование информационного обмена, мышление, знания).

4. Информация в технических системах (системы управления, устройства обработки информации, коммуникационные информационные системы).

На каждом из перечисленных уровней информация, наряду со свойствами предыдущих уровней, приобретает новые свойства (развивается, эволюционирует).

В учебном курсе рассматриваются в основном свойства информации и информационные процессы в человеческом обществе и технических системах.

Человек существует в информации. Он постоянно получает информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, хранит её в своей памяти (знания), анализирует её с помощью мышления (процесс познания) и обменивается информацией с другими людьми (информационный обмен).

2.

Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для информатики. Информация наряду с веществом и энергией рассматриваются в качестве важнейших сущностей мира. Формально определить понятие «информация» чрезвычайно сложно. Аналогичными неопределяемыми понятиями являются (в математике) понятия «точка» или «прямая». Поэтому определение такого понятия может быть только условным.

«Всякое воздействие одной системы на другую связано с передачей информации. Информация – это определённый аспект взаимодействия» (академик Н.М. Амосов).

«…Взаимодействие компонентов целостной системы носит по своей природе характер обмена между ними веществом, энергией и информацией…»

Информация, заложенная в системе называемой атомом химического элемента, позволяет атому вступить в химическое взаимодействие с атомом одного элемента и не вступать во взаимодействие с атомом другого.

Информация, заложенная в ДНК живого организма, позволяет ему развиваться определённым образом.

«…Между клетками, тканями, органами растений и животных имеют место морфологическое, функциональное, генетическое и информационное взаимодействия…»

Жизнь человека протекает как бы в трёх полях – энергетическом, гравитационном и информационном. Люди в обществе связаны в те или иные целостные системы. Совместность деятельности в этих системах обеспечивается информационным обменом. Именно информационный обмен определяет предметную область и содержание информатики как учебной дисциплины.

Информационный обмен в обществе обслуживает все виды общественных отношений: производственные, экономические, культурные и другие. Средства информационного обмена развиваются вместе с обществом и с общественными отношениями.

В общественном информационном обмене можно различить две формы: диспозитивную и императивную.

Цель диспозитивного информационного процесса – обмен сведениями или состояниями между его участниками.

Цель императивного процесса – управление. В императивной форме происходит информационный обмен в системах управления всех видов (общественных, административных, технических).

В простейшем бытовом понимании понятие информация обычно ассоциируется с некоторыми сведениями, данными, знаниями и командами.

Например:

Информация для человека это знания, которые он получает из разных источников. Декларативные (я знаю что…) и процедурные (я знаю как…) знания.

Для человеческого мышления в философии существует определение такого термина как «Понятие».

Понятие – это форма мышления, фиксирующая основные, существенные признаки объекта.

О признаках объекта мы можем судить по его свойствам.

Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор её свойств, которые можно условно классифицировать по группам.

К свойствам информации можно отнести:

Динамические (объективные):

Запоминаемость.

Передаваемость.

Воспроизводимость.

Преобразуемость.

Стираемость.

Атрибутивные (объективные):

Количество или мера.

Дискретность.

Непрерывность.

Прагматические (субъективные):

Объективность.

Полнота.

Достоверность.

Адекватность.

Доступность.

Актуальность.

Рассмотрим свойство передаваемость информации.

Информация передаётся в виде сообщений. Схема процесса передачи информации

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция – носитель информации.

Сообщение, передаваемое с помощью носителя информации, называется сигналом. В любом случае сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики (например, при передаче электрических сигналов могут изменяться напряжение и сила тока). Та из характеристик, которая используется для представления сообщения, называется параметром сигнала.

В случае, когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений, сигнал называется дискретным. (Дискретная информация).

Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение, т.е. параметр сигнала – непрерывная функция во времени, сигнал называется непрерывным. (Непрерывная информация).

Виды информации – понятие чисто субъективное. Зависит от того, какими органами чувств человека информация воспринимается.

3.

Основной методом познания у человека − метод создания и исследования моделей или моделирование.

Модель создаётся человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные, с точки зрения проводимого исследования (моделирования), свойства изучаемого объекта, явления или процесса. Модель позволяет представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия.

Основой, предоставляющей возможность осуществлять процесс моделирования, является свойство материи, называемое системность. Весь мир (микро-, макро-, мега-) представляется современной науке в виде иерархической системы.

Под системой понимается совокупность взаимосвязанных объектов, называемых её элементами.

Состояние системы характеризуется её:

1. Структурой, то есть положением в пространстве и связями между элементами;

2. Динамикой, то есть изменениями во времени.

Любой объект окружающего нас мира оказывается системой состоящей из других объектов.

Модель – это некоторое упрощённое подобие реального объекта, обеспечивающее возможность изучения некоторых свойств оригинала.

Так как цели исследования объекта могут быть разными для описания и исследования одного и того же объекта могут быть использовании несколько разных моделей.

С другой стороны одна и та же модель может быть использована для описания и исследования разных объектов.

Модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени – называют статическими.

Модели, описывающие процесс изменения и развития системы во времени – называют динамическим.

Модель очень широкое понятие, включающее многие способы изучения окружающей реальности. Многообразие моделей предполагает возможность их классификации. Принято выделять две большие группы моделей – материальные (предметные) и идеальные.

Идеальные модели, в свою очередь, можно подразделить на образные (рисунки, фото) и знаковые.

Знаковые идеальные модели создаются применением какой-либо системы знаков, то есть языка.

С помощью естественных языков создаются знаковые модели названные описательными.

Другая группа знаковых моделей создается с помощью языков называемых формальными. (Примерами являются язык математики, языки программирования).

Процесс построения знаковой модели с помощью формального языка – называется формализация.

Группы формальных знаковых моделей:

1. Текстовые.

2. Графические.

3. Табличные.

4. Иерархические.

Информационные модели – это группа формальных знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Информатика имеет непосредственное отношение не только к информационным, но и к математическим моделям, поскольку работа ЭВМ основана на математических расчетах в двоичной системе счисления.

Сложную систему невозможно смоделировать исчерпывающим образом. Поэтому любая информационная модель содержит лишь свойства системы необходимые для достижения цели её создания. Создание информационной модели осуществляется с помощью системного подхода и включает в себя несколько этапов.

Первый этап − выделение существенных для её создания элементов системы – системный анализ.

Например, для создания динамической модели какой–либо системы необходимо выделить исходные данные, сущность процессов их изменения, определенные результаты.

Для создания статической модели необходимо определить структуру системы. Для этого применяется метод дискретизации.

В результате этой подготовительной работы определяется общая цель моделирования и создается описательная модель на естественном языке.

Второй этап – процесс формализации – создание описательной модели на формальном языке. Для удобства работы с такими миделями применяется метод визуализации.

Третий этап – процесс алгоритмизации (т.к. ЭВМ является машиной – исполнителем команд).

Заключительный этап – создание компьютерной программы на каком-либо языке программирования. Такая информационная модель может быть применена для изучения с помощью ЭВМ.

Контрольные вопросы:

1. Предмет учебного курса Информатика?

2. Привести примеры проявлений информации в неживой и живой природе.

3. Привести примеры проявлений информации в человеческом обществе.

4. Привести примеры проявлений информации в технических системах.

5. Привести примеры систем в окружающем мире.

6. От чего зависят свойства системы? Привести пример системы, состоящей из однородных элементов, но обладающих различными свойствами.

7. Привести примеры моделирования в разных областях деятельности человека.

8. В чём состоит задача системного анализа при создании модели объекта?

9. Может ли быть несколько моделей одного объекта? Если да, то привести пример.

10. Привести примеры материальных моделей.

11. Привести примеры идеальных моделей.

12. Является ли моделью фотография автобуса? Если да, то к какой группе относится такая модель?

13. В чём разница статических и динамических моделей? Привести примеры.

14. Какая форма графической модели (карта, схема, график, чертёж) применима для отображения процессов?

15. На какие группы подразделяются модели по отношению ко времени?

16. К какой группе относится математическая модель, которая описывают поведение и свойства объекта только в определённые моменты времени?

17. Что такое формализация?

18. Привести примеры информационных моделей.

19. Опишите системный подход в создании информационных моделей.

20. На каком этапе моделирования осуществляется применение формального языка.