Информатика: предмет и задачи

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: informatique (информатика) = information (информация) + automatique (автоматика). В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (науки о компьютерной технике).

Термин информатика получил распространение в начале 80-х годов. До этого совокупность направлений, называемых теперь информатикой, именовалась по-разному. Поэтому история информатики - это, по сути, и история отечественной кибернетики и частично прикладной математики и вычислительной техники. Как отмечено она насыщена драматическими коллизиями и резкими изменениями приоритетов.

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 деятельнаука 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.

В 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.).

Информатику относят к фундаментальным наукам, поскольку понятие информации и процессы ее переработки носят общенаучный характер. Использование подходов, средств и методов информатики в различных областях привело к появлению целого ряда междисциплинарных в большей или меньшей степени автономных направлений: социальная информатика, экономическая информатика, биоинформатика, историческая информатика, правовая информатика и т.д.

Социальная информатика - наука о закономерностях и формах движения информации в обществе.

Термин (социальная информатика( (СИ) был впервые предложен профессором А.В. Соколовым в середине 70-х годов для обозначения новой научной дисциплины, (изучающей посредством информационного подхода общественное знание, социальную коммуникацию и управление обществом(. По Соколову, предметная область СИ формируется за счет расширения в социологическую сторону предметной области традиционной информатики, которая, в свою очередь, понималась тогда лишь как наука о методах и средствах движения в обществе научной информации.

Современное представление сформулировано акад. А.Д. Урсулом, связавшим цели и задачи СИ с проблемой глобальной информатизации общества, в процессе которой происходит (социализация информатики в ее новом - компьютерном понимании(. В своих работах А.Д. Урсул показал социальный по своей сути характер процесса информатизации общества, в котором вычислительная техника и новые информационные технологии являются лишь средствами для более эффективного овладения информацией в целях социального прогресса.

Объект исследования СИ есть проявление информационной реальности окружающего нас мира в социальной сфере общества (т.е., это совокупность всех видов и форм проявления информации в обществе, информационных процессов, систем и коммуникаций, которые имеют социальную значимость для его функционирования и развития.

Предмет исследований СИ - определенная совокупность свойств указанного объекта исследований. Такой совокупностью на данном этапе развития СИ является глобальный процесс информатизации общества и его воздействие на социальные структуры общества, а также на проблемы и положение в обществе самого человека. Влияние это является двусторонним, т.е. социальные структуры общества и отношение людей к процессу информатизации, в свою очередь, оказывает существенное воздействие на характер и темпы развития этого процесса.

Фундаментальной проблемой СИ как науки является проблема согласованного развития (коэволюции) общества и процесса его глобальной информатизации. Эта проблема сейчас является стратегически важной и актуальной, так как она самым тесным образом связана с проблемой преодоления кризиса современной цивилизации и ее перехода на путь устойчивого и безопасного развития на основе овладения информацией и широкомасштабного использования новых знаний и технологий.

Четыре основных направления научных исследований в социальной информатике:

1. Информационные ресурсы общества, их свойства, структура и топология. Изучение потребностей общества в информационных ресурсах для достижения целей общественного развития (проблема достаточности информации).

2. Информационный потенциал общества, определяющий его возможности по формированию и эффективному использованию информационных ресурсов. Сюда следует отнести все проблемы, связанные с формированием информационной инфраструктуры и информационной среды общества, т.е. создания и функционирования центров генерации, хранения и распространения информационных ресурсов, а также развития информационной техносферы, - инструментальных средств, обеспечивающих активизацию и эффективное использование информационных ресурсов, решения проблемы доступности информации.

3. Информационное общество, закономерности и проблемы его формирования и развития. Сюда входят проблемы развития информационной экономики, проблемы изменения структуры занятости населения в информационном обществе и т.д

4. Человек в информационном обществе. Новые возможности и новые проблемы развития личности в информационном обществе, информатизация процессов образования и воспитания человека, развития его творческих способностей на основе использования достижений информатики и креативных информационных технологий. Проблема информационной свободы и обеспечения информационной безопасности человека в информационном обществе, преодоления им технологического и лингвистического барьера в новом информационном пространстве.

Экономической информатикой называется наука, изучающая методы автоматизированной обработки экономической информации с помощью средств вычислительной и организационной техники.

Предметом экономической информатики являются: технология и этапы разработки, обоснование целесообразности автоматизации, функциональный анализ предметной области, алгоритмическое представление задачи, программная ее реализация при помощи различных инструментальных средств, например, пакетов прикладных программ.

Биоинформатика, она же вычислительная биология, она же компьютерная генетика - молодая наука, возникшая в начале 80-х годов на стыке молекулярной биологии и генетики, математики (статистики и теории вероятностей) и информатики, испытавшая влияние лингвистики и физики полимеров. Биоинформатика - область науки, разрабатывающая и применяющая вычислительные алгоритмы для анализа и систематизации генетической информации с целью выяснения структуры и функции макромолекул с последующим использованием этих знаний для создания новых лекарственных препаратов.

В результате исследования структуры геномов микроорганизмов, млекопитающих и человека появились огромные объемы информации о последовательностях ДНК и первичной структуре белков. Эта информация стала основой для разработки и приложения новых математических методов анализа данных и извлечения из них новых знаний.

Молекула ДНК, носитель генетической информации, представляет собой биополимер, элементарным звеном которого является нуклеотидная пара. Число таких звеньев в ДНК человека около 3x109. Появление быстрых методов расшифровки последовательности нуклеотидных пар в геномах организмов повлекло за собой появление большого числа генетических текстов, представляющих собой протяженные символьные последовательности. Первой задачей компьютерной биологии является расшифровка структуры генома, выявление в непрерывной последовательности символов отдельных структурных единиц и определение их функциональной нагрузки. Еще одна трудоемкая задача состоит в расшифровке пространственной структуры всех белков, входящих в состав биологического организма. Предпринимается много попыток теоретического предсказания пространственных структур белков, а также их реконструкции по данным рентгеноструктурного анализа и ЯМР-спектроскопии. Решение этой проблемы в принципе невозможно без использования высокопроизводительных вычислительных систем. В настоящее время расшифрована структура около десятка тысяч белков, в то время как число различных белков в организме человека составляет сотни тысяч.

Знание первичной и пространственной структур белков играет решающую роль для понимания их функционирования. В частности, знание пространственной структуры лежит в основе современной технологии создания лекарств (так называемый "drug design")

Вопросы для самопроверки

1. Что выступает в качестве объекта изучения информатики?

2. Как соотносятся информатика и computer science?

3. Что представляет собой информатика как фундаментальная наука?

4. Что представляет собой информатика как отрасль народного хозяйства?

5. Что представляет собой информатика как прикладная дисциплина?

6. Какие направления исследований в информатике вы знаете?

7. Какие междисциплинарные направления информатики Вы знаете?

8. Что такое социальная информатика?

9. Каковы основные направления научных исследований в социальной информатике?

10. Что такое экономическая информатика?

11. Что является предметом экономической информатики?

12. Каковы задачи биоинформатики?

ОБЩАЯ СХЕМА ПОСТАНОВКИ И РЕШЕНИЯ ПРЕДМЕТНЫХ ЗАДАЧ

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.

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.

ПРИМЕРЫ ФОРМУЛИРОВАНИЯ ЗАДАЧ