1.Семья хочет приобрести участок земли, но не может определить какой из семи предложенных участков является лучшим для покупки.

Сформулируем задачу:

Цель: купить дачный участок.

Представления о модели: участок должен быть расположен не далее, чем в 15 км от места жительства; на участке должна быть хорошая почва, неподалеку должен быть водоём. Хорошо, если на участке есть многолетние плодовые деревья, и если на нём есть дачный домик.

Исходные данные: для семи продаваемых участков известны удаленность от жилья, качество почвы, близость водоемов, наличие дома и сада (плодовых деревьев). Данные представлены в таблице.

ОбъектыУдалённость от города Качество почвыНаличие водных источниковНаличие домаНаличие сада110 км.хор.ЕстьЕстьнет220 км.хор.НетЕстьесть35 км.Плох.ЕстьНетНет49 км.Хор.НетНетНет52 км.Плох.НетНетЕсть650 км.Хор.ЕстьЕстьЕсть715 км.Хор.ЕстьНетНетРезультат: выбор одного из семи возможных участков.

Критерий оценки: владельцу будет приятно работать на купленном участке, он не захочет продать его в ближайшие 10 лет, вместе с ним отдыхать и работать на участке будут друзья и родственники.

2. Бабушка Олимпиада желает выйти замуж. У нее есть 6 кандидатов в мужья, но она не знает, кого предпочесть.

Цель: помочь бабушке Олимпиаде сделать свой жизненно важный выбор.

Представления о модели:

"Идеальный дедушка" должен быть высоким (не ниже 175 см.); его вес должен составлять примерно 80 кг; цвет волос должен быть светлым; предпочтителен синий цвет глаз; фигура должна быть спортивной (это говорит о том, что дедушка не забывает о спорте, ведет здоровый образ жизни).

Исходные данные: данные о шести дедушках-кандидатах (см. таблицу).

Рост

(см)Вес

(кг)Размер пенсии

(руб.)Цвет волосЦвет глазНаличие мускулов116462190СедойЗелёныеПолное216670200ТёмныйСиниеполное317585350РыжийКариесреднее418083560ТёмныйСерыесреднее517096250ПолуседойКариенеполное616274400СедойСиниеполноеРезультат: бабушка должна стать супругой высокого, синеглазого блондина, обеспеченного, со средним наличием мускулов, среднего веса.

Критерий оценки: поженившись, бабушка с дедушкой должны прожить всю оставшуюся жизнь вместе.

3. Вы хотите открыть собственный бизнес - открыть Интернет-кафе. Эта задача разбивается на целый ряд подзадач: составить бизнес-план, найти инвесторов, найти подходящее помещение, подыскать персонал и т.д.

Сформулируем одну из этих подзадач.

Цель: выбрать помещение для аренды под Интернет-кафе.

Представления о модели: основные соображения при выборе места такие:

1) самым удачным для компьютерного клуба было бы место на перекрестке дорог в большом компактном жилом массиве, где много школ, институтов, училищ и т.п. (основной ориентир - молодежь 10-18 лет);

2) в жилом доме клуб делать нежелательно, поскольку местные жители обязательно будут жаловаться (клуб должен быть круглосуточным: желающих поработать и поиграть за компьютером ночью не меньше, чем днем);

3) вблизи от этого места нет конкурирующих заведений;

4) размеры помещения должны позволять разместить 15-17 компьютеров, иначе - не рентабельно (из санитарных норм - не менее 6 кв.м на компьютер).

Исходные данные: исходная информация должна быть представлена в виде карты с обозначенными на ней:

1. жилыми массивами;

2. транспортной сетью;

3. учебными заведениями;

4. существующими компьютерными клубами;

5. сдаваемыми в аренду помещениями (и их площадями).

Результат: сдаваемые в аренду помещения должны быть разбиты на два класса - подходящие и неподходящие, подходящие должны быть упорядочены - от более удачных вариантов к менее удачным.

Критерий оценки: посещаемость кафе во все время его работы составляет не менее 80%.

Вопросы для самопроверки

1. Из каких этапов состоит процесс постановки и решения предметной задачи с помощью ЭВМ?

2. Какие специалисты принимают участие в постановке и решении предметной задачи с помощью ЭВМ?

3. Какова роль специалиста-предметника в постановке и решении предметной задачи с помощью ЭВМ?

4. Что такое предметная задача?

5. Что значит сформулировать предметную задачу?

6. На каком языке формулируют предметную задачу?

7. Что такое задачная ситуация?

8. Чем отличаются задача и задачная ситуация?

9. Чем отличаются формулировка задачи и постановка задачи?

10. Приведите пример формулировки предметной задачи.

11. В чем состоит содержательная интерпретация результатов и кем она выполняется?

12. Приведите пример постановки задачи.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О МОДЕЛЯХ

Всякое представление информации о внешнем мире связано с построением некоторой модели.

Модель - материальный или идеальный аналог оригинала (объекта, явления или процесса), создаваемый для хранения и расширения знания о нем; совокупность свойств и отношений между ними, выражающих существенные стороны изучаемого объекта, явления или процесса.

Существует множество типов моделей и способов их классификации: по цели использования, областям применения, по сложности, целям моделирования и т.д. Модели внешнего подобия, такие как модели самолетов, машин, манекены и т.п., - используются для предварительных испытаний. Учебные схемы (глобус как модель планеты, модель кристаллической решетки и т.п.), тренажеры, имитирующие поведение реальных объектов в сложных ситуациях, служат для обучения. Функциональные модели или модели-эрзацы заменяют объекты при выполнении определенных функций (протезы, искусственный сердечный клапан и т.п.). Исследовательские модели - математические и имитационные - заменяют реальные объекты в ходе научных исследований. В зависимости от области применения модели могут быть естественнонаучными (например, ( = ( * a), космогоническими (модель мира, времена года), общественного устройства (школа, общинно-родовые отношения, Римская республика, семья, мафия), литературными, компьютерными.

Информационные модели - модели, в которых изучаемое явление или процесс представлены в виде процессов передачи и обработки информации.

Среди информационных моделей наибольшее распространение получили языковые модели. Устройство языковой модели определяется устройством языка. Для ее построения нужно выделить существенные отношения в изучаемом явлении (объекте, процессе) и описать их средствами языка. По сути дела, каждый объект заменяется его именем, а связи между объектами обозначаются именами отношений.

Таким образом, при описании модели наше внимание сосредоточено не на отдельных элементах, а на системе - совокупности частей, элементов объекта (процесса) и отношениях между ними, придающих объекту (процессу) целостность. Такой перенос центра внимания называется системным подходом. Этот подход был впервые явно сформулирован в 1937 г. американским биологом Людвигом фон Берталанфи (Ludwig von Bertalanffy (1901-1972)).

В 1937 г. на философском семинаре Л. фон Берталанфи - американец немецкого происхождения, биолог Чикагского университета - выступил с докладом о системном подходе для определения понятия вид. Доклад был совершенно не понят, и автор "сложил все свои бумаги в ящик стола" Позднее, после войны, он достал свои старые записки, повторил свой доклад и обнаружил совершенно новый интеллектуальный климат. Что же он предложил? Никто из биологов не знает, что такое вид. Каждый знает, что есть собака, и есть ворона, и есть лещ, фламинго, жук, клоп... Все это знают, но определить, что это такое, никто не может, кроме узких специалистов-ученых. И почему животные одного вида и растения одного вида связаны каким-то образом между собой? Берталанфи предложил определение вида как открытой системы.

Системный анализ - это такой метод анализа, когда внимание обращается не на персоны, особи, которые составляют вид, а на отношения между особями.

Модель позволяет многое узнать об изученных явлениях и процессах. Но всякая модель кое-что "урезает". Важно научиться строить модель таким образом, чтобы в них отражались самые существенные стороны изучаемого явления.

Модель важна не сама по себе, а как способ познания. Поэтому кроме модели необходим также инструмент для ее изучения. В последнее десятилетие таким инструментом все чаще выступает компьютер. Строгих правил построения модели сформулировать невозможно. Но человечество накопило богатый опыт в этой сфере деятельности.

Использование компьютера для изучения модели имеет свою специфику, обусловленную возможностью компьютера. Любая модель для компьютерного анализа должна быть формализована.

Совершенно неважно, какие свойства выбираются в качестве моделирующих. Важно, что с их помощью отражают наиболее существенные черты изучаемого объекта или процесса.

Никакая модель не может заменить сам объект, но при решении задачи, когда нас интересуют сравнительно немногие свойства изучаемого объекта, модель может оказаться очень полезным или нередко даже единственным инструментом исследования.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое модель?

2. Какие виды моделей вы знаете?

3. Что такое информационные модели? Приведите примеры.

4. Что такое языковые модели? Приведите примеры.

5. В чем состоит системный подход?

Информация

Ключевое понятие информатики - информация (от лат. information - разъяснение, осведомление) - любые сведения, данные, отражающие свойства объектов в природных (биологических, физических и других), социальных и технических системах и передаваемые звуковым, графическим (в том числе письменным) или иным способом без применения или с применением технических средств.

Информация и язык

Существенно, что информация существует вне ее создателя, отчуждаема от него, может быть записана на материальном носителе. Важнейший элемент информатики - язык - набор представлений, соглашений и правил, используемых для выражения информации.

Естественным языком называют систему звуковых, словарных и грамматических средств, которая служит средством человеческого общения, мышления. В отличие от этого существуют языки, создаваемые для специальных целей в науке и технике. Искусственные языки - это знаковые системы, создаваемые для использования в тех областях, где применение естественного языка менее эффективно или невозможно. Искусственные языки предназначены, например, для обмена информацией между пользователями и/или прикладными процессами. Один из классов искусственных языков - языки программирования.

Единицей языка является слово. Оно служит для наименования (обозначения) понятий, предметов, лиц, действий, состояний, признаков, связей, отношений и т.д.

Информация и данные

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные.

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

Информационные коммуникации

При работе с информацией всегда имеется ее источник и потребитель (получатель). Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями.

Всякий процесс коммуникации - это, как правило, передача информации о модели, т.е., цель коммуникации состоит в том, чтобы приемник стал обладателем той же модели, которая имеется у источника информации. Ниже представлена схема коммуникации.

Чтобы передаваемое сообщение было понятно должны выполняться следующие условия:

1. предметная область А должна содержаться в предметной области В приемника информации;

2. кодирование и декодирование должны быть взаимно обратными операциями.

3. модельные предположения, имеющиеся у источника и приемника, должны совпадать и не могут изменяться во время передачи информации.

Выполнения последнего требования добиваются, как правило, формализацией языка, то есть переходом с естественного языка на язык с жесткой фиксацией смысла употребляемых слов (например, на математический язык). Язык, в котором каждое слово имеет только один смысл, называют формализованным.

Всякий информационный процесс может осуществляться лишь при наличии языка, описывающего объекты и отношения между ними. В дальнейшем нас будут интересовать совокупности предметов, каждый из которых имеет имя, и вполне определенные связи между предметами. Это множество мы называем предметной областью. Предметная область отражает уровень познания человеком окружающего мира и самого себя. Поэтому она постоянно меняется.

Адекватность информации

Использование слова "информация" приводит ко многим недоразумениям. Это связано с тем, что оно имеет много различных значений. В обыденном языке это слово используется в смысле "сообщение" или "сведение", отождествляются понятия знания, данные, информация.

Очевидно, что "обиходное" употребление термина "информация" совершенно неуместно, когда речь идет о теории или теориях информации. Нередко в этих теоретических построениях термин "информация" наполнен разным смыслом, а следовательно, сами теории высвечивают лишь часть граней некоторой системы знаний, которую можно назвать общей теорией информации или "информологией" - наукой о процессах и задачах передачи, распределения, обработки и преобразования информации.

Для потребителя информации очень важной характеристикой является ее адекватность - определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению и т.п. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решений человеком.

Адекватность информации может выражаться в трех формах: семантической, синтаксической, прагматической. Именно с этими тремя формами связана эволюция информологии.

Синтаксическая адекватность. Она отображает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает ее смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.п. Информацию, рассматриваемую только с синтаксических позиций, обычно называют данными, так как при этом не имеет значения смысловая сторона. Эта форма способствует восприятию внешних структурных характеристик, т.е. синтаксической стороны информации.

Семантическая (смысловая) адекватность. Эта форма определяет степень соответствия образа объекта и самого объекта. Семантический аспект предполагает учет смыслового содержания информации. На этом уровне анализируются те сведения, которые отражает информация, рассматриваются смысловые связи. В информатике устанавливаются смысловые связи между кодами представления информации. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.

Прагматическая (потребительская) адекватность. Она отражает отношение информации и ее потребителя, соответствие информации цели управления, которая на ее основе реализуется. Проявляются прагматические свойства информации только при наличии единства информации (объекта), пользователя и цели управления. Прагматический аспект рассмотрения связан с ценностью, полезностью использования информации при выработке потребителем решения для достижения своей цели. С этой точки зрения анализируются потребительские свойства информации. Эта форма адекватности непосредственно связана с практическим использованием информации, с соответствием ее целевой функции деятельности системы.

Меры информации

Классификация мер

Для измерения информации вводятся два параметра: количество информации I и объем данных VД. Эти параметры имеют разные выражения и интерпретацию в зависимости от рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации и объема данных.

Синтаксическая мера информации

Возникновение информологии как науки можно отнести к концу 50-х годов нашего столетия, когда американским инженером Р. Хартли была сделана попытка ввести количественную меру информации, передаваемой по каналам связи. Рассмотрим простую игровую ситуацию. До получения сообщения о результате подбрасывания монеты человек находится в состоянии неопределенности относительно исхода очередного броска. Сообщение партнера дает информацию, снимающее эту неопределенность. Заметим, что число возможных исходов в описанной ситуации равно 2, они равноправны (равновероятны) и каждый раз передаваемая информация полностью снимала возникавшую неопределенность. Хартли принял "количество информации", передаваемое по каналу связи относительно двух равноправных исходов и снимающее неопределенность путем оказания на один из них, за единицу информации, получившую название "бит".

Создатель статистической теории информации К. Шеннон обобщил результат Хартли и его предшественников. Его труды явились ответом на бурное развитие в середине века средств связи: радио, телефона, телеграфа, телевидения. Теория информации Шеннона позволяла ставить и решать задачи об оптимальном кодировании передаваемых сигналов с целью повышения пропускной способности каналов связи, подсказывала пути борьбы с помехами на линиях и т.д.

В работах Хартли и Шеннона информация возникает перед нами лишь в своей внешней оболочке, которая представлена отношениями сигналов, знаков, сообщений друг к другу - синтаксическими отношениями. Количественная мера Хартли-Шеннона не претендует на оценку содержательной (семантической) или ценностной, полезной (прагматической) сторон передаваемого сообщения

Эта мера количества информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.

Объем данных VД в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения данных: в двоичной системе счисления единица измерения - бит (bit - binаry digit - двоичный разряд); в десятичной системе счисления единица измерения - дит (десятичный разряд).

Количество информации I на синтаксическом уровне невозможно определить без рассмотрения понятия неопределенности состояния системы (энтропии системы). Действительно, получение информации о какой-либо системе всегда связано с изменением степени неосведомленности получателя о состоянии этой системы. Пусть до получения информации потребитель имеет некоторые предварительные (априорные) сведения о системе (. Мерой его неосведомленности о системе является функция H((), которая в то же время служит и мерой неопределенности состояния системы.

Рассмотрим простой пример. Пусть имеется R0 различных возможных событий ("реализаций"), которые априори равновероятны. Например, при бросании монеты мы должны иметь события 1 и 0 и R0 = 2. В случае игральной кости число возможных исходов равно 6, поэтому и R0 = 6. Таким образом, исход бросания монеты или игральной кости интерпретируется как рецепт получения сообщения, и реализуется один из возможных исходов R0. Ясно, что чем больше R0, тем выше неопределенность до получения сообщения и тем большее количество информации приобретается после получения сообщения. Следовательно, все процедуру можно рассматривать так: в самом начале мы не располагали никакой информации I0, т.е. при R0 равновероятных исходах I0 = 0.

В самом конце мы располагаем ненулевой информацией I1 при R1 = 1, т.е. при одном исходе. Предположим, что мы хотим ввести меру количества информации I, которая должна быть связана с R0. Чтобы получить представление о том, какая связь должна быть между R0 и I, потребуем аддитивности I для независимых событий. Таким образом, если мы имеем два независимых множества R01 и R02 , то общее число исходов равно R0 = R01 * R02, и мы потребуем, чтобы I (R01 * R02) = I (R01) + I (R02).

Этому требованию можно удовлетворить, если выбрать

EMBED Equation.3 µ §

где K - константа. Константа К произвольна и может быть зафиксирована при помощи какого-либо требования. Обычно используется следующее. Рассмотрим так называемую двоичную систему. Построив все возможные слова длины n, мы получим R = 2n реализаций. Мы хотим приравнять количество информации I с числом n в такой системе.

EMBED Equation.3 µ §

Информация при таком определении измеряется прямо в битах.

После получения некоторого сообщения ( получатель приобрел некоторую дополнительную информацию I( ((), уменьшившую его априорную неосведомленность так, что апостериорная (после получения сообщения () неопределенность состояния системы стала H(((). Тогда количество информации I( (() о системе, полученной в сообщении (, определится как

I((() = H (() - H(((),

т.е. количество информации измеряется изменением (уменьшением) неопределенности состояния системы.

Если конечная неопределенность H((() обратится в нуль, то первоначальное неполное знание заменится полным знанием и количество информации I((() = H((). Иными словами, энтропия системы H(() может рассматриваться как мера недостающей информации. Энтропия системы H((), имеющая N возможных состояний, согласно формуле Шеннона, равна:

EMBED Equation.3µ §,

где Рi - вероятность того, что система находится в i-м состоянии.

Для случая, когда все состояния системы равновероятны, т.е. их вероятности равны Pi = 1/N, ее энтропия определяется соотношением

EMBED Equation.3µ §

Часто информация кодируется числовыми кодами в той или иной системе счисления, особенно это актуально при представлении информации в компьютере. Естественно, что одно и то же количество разрядов в разных системах счисления может передать разное число состояний отображаемого объекта, что можно представить в виде соотношения

EMBED Equation.3µ §,

где N - число всевозможных отображаемых состояний; т - основание системы счисления (разнообразие символов, применяемых в алфавите), п - число разрядов (символов) в сообщении.

Наиболее часто используются двоичные и десятичные логарифмы. Единицами измерения в этих случаях будут соответственно бит и дит.

Коэффициент (степень) информативности (лаконичность) сообщения определяется отношением количества информации к объему данных, т.е.

Y = I / VД причем 0 < Y < 1.

С увеличением Y уменьшаются объемы работы по преобразованию информации (данных) в системе. Поэтому стремятся к повышению информативности, для чего разрабатываются специальные методы оптимального кодирования информации.

Семантическая мера информации

Новый этап теоретического расширения понятия информации связан с кибернетикой - наукой об управлении и связи в живых организмах, обществе и машинах. Оставаясь на позициях шенноновского подхода, кибернетика формулирует принцип единства информации и управления, который особенно важен для анализа сути процессов, протекающих в самоуправляющихся, самоорганизующихся биологических и социальных системах. Развитая в работах Н. Винера концепция предполагает, что процесс управления в упомянутых системах является процессом переработки (преобразования) некоторым центральным устройством информации, получаемой от источников

первичной информации (сенсорных рецепторов) и передачи ее в те участки системы, где она воспринимается ее элементами как приказ для выполнения того или иного действия. По совершении самого действия сенсорные рецепторы готовы к передаче информации об изменившейся ситуации для выполнения нового цикла управления. Так организуется циклический алгоритм (последовательность действий) управления и циркуляции информации в системе. При этом важно, что главную роль играет здесь содержание информации, передаваемой рецепторами и центральным устройством. Информация, по Винеру - это "обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств".

Таким образом, кибернетическая концепция подводит к необходимости оценить информацию как некоторое знание, имеющее одну ценностную меру по отношению к внешнему миру (семантический аспект) и другую по отношению к получателю, накопленному им знанию, познавательным целям и задачам (прагматический аспект).

Попытки построить модели понятия информации, охватывающие семантический аспект знания, содержащегося в некотором высказывании относительно обозначаемого объекта, привели к созданию ряда так называемых логико-семантических теорий (Р. Карнап, И. Бар-Хиллел, Дж. Г. Кемени, Е.К. Войшвилло и др.). В них информация рассматривается как уменьшение или устранение неопределенности. Естественно предположить, что средствами какого-либо языка с помощью создаваемых в нем высказываний можно описать некоторую совокупность возможных ситуаций, состояний, альтернатив. Семантическая информация, содержащаяся в каком-либо высказывании, исключает некоторые альтернативы. Чем больше альтернатив исключает высказывание, тем большую семантическую информацию оно несет. Так, например, одна из возможных совокупностей ситуаций может быть описана следующим образом: "все тела при нагревании расширяются". Высказывание "металлы при нагревании расширяются" исключает все альтернативы в которых речь может идти о неметаллах. Семантическая сила высказывания может быть оценена отношением все тела(все металлы). Еще более информативным будет высказывание "железо при нагревании расширяется", так как оно исключает все альтернативы, кроме одной.

При всем многообразии логико-семантических теорий им присущи общие черты, они указывают путь решения трех связанных друг с другом проблем: определения совокупности возможных альтернатив средствами выбранного языка, количественной оценки альтернатив, их относительного сопоставления (взвешивания), введения меры семантической информации.

В рассмотренных теоретических конструкциях - статистической и семантической информации - речь шла о потенциальной возможности извлечь из передаваемого сообщения какие-либо сведения. Вместе с тем в процессах информационного обмена очень часто складываются ситуации, в которых мощность или качество информации, воспринимаемое приемником, зависит от того, насколько он подготовлен к ее восприятию.

Понятие тезауруса является фундаментальным в теоретической модели семантической теории информации, предложенной Ю.А. Шрейдером и учитывающей в явной форме роль приемника. Согласно этой модели, тезаурус - это знания приемника информации о внешнем мире, его способность воспринимать те или иные сообщения, а информация - это разность тезаурусов. Представим себе, что до получения телеграммы "Встречай завтра рейс СУ172" мы из вчерашнего разговора по междугороднему телефону уже знали о предстоящем приезде своего родственника или друга, а наведя справки, узнали и номер авиарейса, с которым он может прибыть в город. Наш тезаурус уже содержал информацию, заключенную в телеграмме. Следовательно, он не изменился с ее получением, и семантическая ценность этой информации оказалась нулевой. Очевидно, что к подобной оценке семантического содержания информации примешивается семантический аспект, скрытый в изначальной "установке" тезауруса на осмысление принимаемого сообщения.

Для измерения смыслового содержания информации, т.е. ее количества на семантическом уровне, наибольшее признание получила тезаурусная мера, которая связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Для этого используется понятие тезаурус пользователя - совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.

В зависимости от соотношений между смысловым содержанием информации S и тезаурусом пользователя Sр изменяется количество семантической информации Iс, воспринимаемой пользователем и включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус. Характер такой зависимости показан на рис. 4. Рассмотрим два предельных случая, когда количество семантической информации Iс равно 0: при Sр ( 0 пользователь не воспринимает, не понимает поступающую информацию; при Sр ( ( пользователь все знает, и поступающая информация ему не нужна.

Максимальное количество семантической информации Iс потребитель приобретает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом Sр (Sр = Sр opt), когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения. Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, является величиной относительной. Одно и то же сообщение может иметь смысловое содержание для компетентного пользователя и быть бессмысленным (семантический шум) для пользователя некомпетентного. При оценке семантического (содержательного) аспекта информации необходимо стремиться к согласованию величин S и Sр. Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности С, который определяется как отношение количества семантической информации к ее объему:

C = Ic/Vд.

Прагматическая мера информации

В прагматических концепциях информации этот аспект является центральным, что приводит к необходимости учитывать ценность, полезность, эффективность, экономичность информации, т.е. те ее качества, которые определяющим образом влияют на поведение самоорганизующихся, самоуправляющихся, целенаправленных кибернетических систем (биологических, социальных, человеко-машинных).

Одним из ярких представителей прагматических теорий информации является поведенческая модель коммуникации - бихевиористская модель Акоффа-Майлса. Исходным в этой модели является целевая устремленность получателя информации на решение конкретной проблемы. Получатель находится в "целеустремленном состоянии", если он стремится к чему-нибудь и имеет альтернативные пути неодинаковой эффективности для достижения цели. Сообщение, переданное получателю иформативно, если оно изменяет его "целеустремленное состояние".

Так как "целеустремленное состояние" характеризуется последовательностью возможных действий (альтернатив), эффективностью действия и значимостью результата, то передаваемое получателю сообщение может оказывать воздействие на все три компонента в различной степени. В соответствии с этим передаваемая информация различается по типам на "информирующую", "инструктирующую" и "мотивирующую". Таким образом, для получателя прагматическая ценность сообщения состоит в том, что оно позволяет ему наметить стратегию поведения при достижении цели построением ответов на вопросы: что, как и почему делать на каждом очередном шаге? Для каждого типа информации бихевиористская модель предлагает свою меру, а общая прагматическая ценность информации определяется как функция разности этих количеств в "целеустремленном состоянии" до и после его изменения на новое "целеустремленное состояние".

Следующим этапом в развитии прагматических теорий информации явились работы американского логика Д. Харраха, построившего логико-прагматическую модель коммуникации. Одной из слабостей бихевиористской модели является ее неподготовленность к оценке ложных сообщений. Модель Харраха предполагает учет общественного характера человеческой коммуникации. В соответствии с ней получаемые сообщения должны быть сначала подвергнуты обработке, после которой выделяются сообщения "годные к употреблению". Именно с совокупности годных к употреблению сообщений должны быть применены критерии прагматической ценности.

Эта мера определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели. Эта мера также величина относительная, обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе. Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах (или близких к ним), в которых измеряется целевая функция.

In((() = П((/() - П((),

где In((() - ценность информационного сообщения ( для системы управления (, П(() - априорный ожидаемый экономический эффект функционирования системы управления (, П((/() - ожидаемый эффект функционирования системы ( при условии, что для управления будет использована информация, содержащаяся в сообщении (.

Теория информации "в смысле Шеннона" возникла как средство решения конкретных прикладных задач в области передачи сигналов по каналам связи. Поэтому, по-существу, она являлась и является прикладной информационной наукой. Семейство таких наук, специально изучающих информационные процессы в том или ином их специфическом содержании и форме, во второй половине нашего века растет довольно быстро. Это - кибернетика, теория систем, документалистика, лингвистика, символическая логика и др. Стержнем, объединяющим все эти исследования, служит общая теория информации - "информология", в основу которой и положены синтаксические, семантические и прагматические концепции информации.

Качество информации

Возможность и эффективность использования информации обусловливаются такими основными ее потребительскими показателями качества, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность, устойчивость.

Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта. Важнейшее значение здесь имеют: правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие; обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого явления. Нарушение репрезентативности информации приводит нередко к существенным ее погрешностям.

Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, т.е. C = Ic/Vд. С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационной системы, так как для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных. Наряду с коэффициентом содержательности С, отражающим семантический аспект, можно использовать и коэффициент информативности, характеризующийся отношением количества синтаксической информации (по Шеннону) к объему данных Y = I/Vд.

Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей. Понятие полноты информации связано с ее смысловым содержанием (семантикой) и прагматикой. Как неполная, т.е. недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых пользователем решений.

Доступность информации восприятию пользователя обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, в информационной системе информация преобразовывается к доступной и удобной для восприятия пользователя форме. Это достигается, в частности, и путем согласования ее семантической формы с тезаурусом пользователя.

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного со временем решения поставленной задачи.

Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п. Для информации, отображаемой цифровым кодом, известны четыре классификационных понятия точности: формальная точность, измеряемая значением единицы младшего разряда числа; реальная точность, определяемая значением единицы последнего разряда числа, верность которого гарантируется; максимальная точность, которую можно получить в конкретных условиях функционирования системы; необходимая точность, определяемая функциональным назначением показателя.

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т.е. вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации, как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.

Такие параметры качества информации, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, устойчивость, целиком определяются на методическом уровне разработки информационных систем. Параметры актуальности, своевременности, точности и достоверности обусловливаются в большей степени также на методическом уровне, однако на их величину существенно влияет и характер функционирования системы, в первую очередь ее надежность. При этом параметры актуальности и точности жестко связаны соответственно с параметрами своевременности и достоверности.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое язык? Приведите примеры языков естественных и искусственных.

2. В чем различие информации и данных?

3. Что такое формализованный язык?

4. Что такое информационные коммуникации?

5. Каковы требования к информационным коммуникациям?

6. Что такое адекватность информации?

7. В каких формах проявляется адекватность информации?

8. Что такое предметная область?

9. Какие существуют меры информации?

10. Какие вы знаете синтаксические меры информации?

11. Какие вы знаете семантические меры информации?

12 Что такое тезаурус?

13. Что может служить прагматической мерой информации? Приведите примеры.

14. Какие вы знаете показатели качества информации?

Классификация и кодирование информации

Система классификации

Важным понятием при работе с информацией является классификация объектов - система распределения объектов (предметов, явлений, процессов, понятий) по классам в соответствии с определенным признаком.

Под объектом понимается любой предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Система классификации позволяет сгруппировать объекты и выделить определенные классы, которые будут характеризоваться рядом общих свойств. Классификация объектов - это процедура группировки на качественном уровне, направленная на выделение однородных свойств.

Применительно к информации как к объекту классификации выделенные классы называют информационными объектами.

Свойства информационного объекта определяются информационными параметрами, называемыми реквизитами. Реквизит - логически неделимый информационный элемент, описывающий определенное свойство объекта, процесса, явления и т.п. Реквизиты представляются либо числовыми данными, например вес, стоимость, год, либо признаками, например цвет, марка машины, фамилия.

Кроме выявления общих свойств информационного объекта классификация нужна для разработки правил (алгоритмов) и процедур обработки информации, представленной совокупностью реквизитов.

При классификации широко используются понятия классификационный признак и значение классификационного признака, которые позволяют установить сходство или различие объектов. Возможен подход к классификации с объединением этих двух понятий в одно, названное как признак классификации. Признак классификации имеет также синоним основание деления.

Разработка классификаторов является достаточно сложной задачей и проводится, как правило, в несколько этапов.

На 1-м этапе проводят исследования, определяющие исходное множество объектов, подлежащих классификации; выбор метода классификации и классификационных признаков, позволяющих упорядочить объекты в систему.

На 2-м этапе разрабатывается методика создания классификатора, содержащая состав и характеристику объектов классификации: описание и обоснование классификационных признаков и методов классификации и кодирования объектов, включаемых в классификатор; структура классификатора.

3-й этап - создание классификатора и программного обеспечения системы ведения классификатора: сбор исходных данных; установление полного перечня объектов классификации и упорядочение этих объектов в систему; разработка структуры и формирование базы данных классификатора; подготовка задания на создание системы ведения классификатора; оформление, согласование и утверждение классификатора.

И только 4-й этап - ввод в действие классификатора.

Разработаны три метода классификации объектов: иерархический, фасетный, дескрипторный. Эти методы различаются разной стратегией применения классификационных признаков.

Иерархическая система классификации (рис. 5) строится следующим образом: исходное множество элементов составляет 0-й уровень и делится в зависимости от выбранного классификационного признака на классы (группировки), которые образуют 1-й уровень; каждый класс 1-го уровня в соответствии со своим, характерным для него классификационным признаком делится на подклассы, которые образуют 2-й уровень; каждый класс 2-го уровня аналогично делится на группы, которые образуют 3-й уровень, и т.д.

Учитывая достаточно жесткую процедуру построения структуры классификации, необходимо перед началом работы определить ее цель, т.е. какими свойствами должны обладать объединяемые в классы объекты. Эти свойства принимаются в дальнейшем за признаки.

В иерархической системе классификации каждый объект на любом уровне должен быть отнесен к одному классу, который характеризуется конкретным значением выбранного классификационного признака. Для последующей группировки в каждом новом классе необходимо задать свои классификационные признаки и их значения. Таким образом, выбор классификационных признаков будет зависеть от семантического содержания того класса, для которого необходима группировка на последующем уровне иерархии.

Количество уровней классификации, соответствующее числу признаков, выбранных в качестве основания деления, характеризует глубину классификации.

Достоинства иерархической системы классификации: простота построения; использование независимых классификационных признаков в различных ветвях иерархической структуры.

Недостатки иерархической системы классификации: жесткая структура, которая приводит к сложности внесения изменений, так как приходится перераспределять все классификационные группировки; невозможность группировать объекты по заранее не предусмотренным сочетаниям признаков.

Фасетная система классификации в отличие от иерархической позволяет выбирать признаки классификации независимо как друг от друга, так и от семантического содержания классифицируемого объекта. Признаки классификации называются фасетами и (facet - рамка). Каждый фасет (Фi) содержит совокупность однородных значений данного классификационного признака. Причем значения в фасете могут располагаться в произвольном порядке, хотя предпочтительнее их упорядочение.

Схема построения фасетной системы классификации в виде таблицы отображена на рис. 6. Названия столбцов соответствуют выделенным классификационным признакам (фасетам), обозначенным Ф1, Ф2, ..., Фi, ..., Фп.

Процедура классификации состоит в присвоении каждому объекту соответствующих значений из фасетов. При этом могут быть использованы не все фасеты. Для каждого объекта задается конкретная группировка фасетов структурной формулой, в которой отражается их порядок следования:

Кs = (Ф1, Ф2, ..., Фi, ..., Фп),

где Фi - i-й фасет, п - количество фасетов.

При построении фасетной системы классификации необходимо, чтобы значения, используемые в различных фасетах, не повторялись. Фасетную систему легко можно модифицировать, внося изменения в конкретные значения любого фасета.

Достоинства фасетной системы классификации: возможность создания большой емкости классификации, т.е. использования большого числа признаков классификации и их значений для создания группировок; возможность простой модификации всей системы классификации без изменения структуры существующих группировок.

Недостатком фасетной системы классификации является сложность ее построения, так как необходимо учитывать все многообразие классификационных признаков.

Примером фасетной системы классификации является система регистрации преступных элементов, предложенная французским криминалистом Альфонсом Бертильоном. Бертильон делит всех людей на три группы - по длине черепа, каждая из трех групп делится на три подгруппы - по ширине черепа, дальнейшие деления - по размеру среднего пальца левой руки, размеру правого уха, росту, длине рук, высоте в сидячем положении, размеру стопы, длине локтевого сустава. Всего 19683 категории.

Для организации поиска информации, для ведения тезаурусов (словарей) эффективно используется дескрипторная (описательная) система классификации, язык которой приближается к естественному языку описания информационных объектов. Особенно широко она используется в библиотечной системе поиска.

Суть дескрипторного метода классификации заключается в следующем: отбирается совокупность ключевых слов или словосочетаний, описывающих определенную предметную область или совокупность однородных объектов. Причем среди ключевых слов могут находиться синонимы; выбранные ключевые слова и словосочетания подвергаются нормализации, т.е. из совокупности синонимов выбирается один или несколько наиболее употребимых; создается словарь дескрипторов, т.е. словарь ключевых слов и словосочетаний, отобранных в результате процедуры нормализации.

В качестве объекта классификации рассматривается успеваемость студентов. Ключевыми словами могут быть выбраны: оценка, экзамен, зачет, преподаватель, студент, семестр, название предмета. Здесь нет синонимов, и поэтому указанные ключевые слова можно использовать как словарь дескрипторов.

В качестве предметной области выбирается учебная деятельность в высшем учебном заведении. Ключевыми словами могут быть выбраны: студент, обучаемый, учащийся, преподаватель, учитель, педагог, лектор, ассистент, доцент, профессор, коллега, факультет, подразделение университета, аудитория, комната, лекция, практическое занятие, занятие и т.д. Среди указанных ключевых слов встречаются синонимы, например: студент, обучаемый, учащийся; преподаватель, учитель, педагог; факультет, подразделение университета и т.д. После нормализации словарь дескрипторов будет состоять из следующих слов: студент, преподаватель, лектор, ассистент, доцент, профессор, факультет, аудитория, лекция, практическое занятие и т.д.

Между дескрипторами устанавливаются связи, которые позволяют расширить область поиска информации. Связи могут быть трех видов: синонимические, указывающие некоторую совокупность ключевых слов как синонимы; родо-видовые, отражающие включение некоторого класса объектов в более представительный класс; ассоциативные, соединяющие дескрипторы, обладающие общими свойствами.

Система кодирования

Система кодирования применяется для замены названия объекта на условное обозначение (код) в целях обеспечения удобной и более эффективной обработки информации.

Система кодирования - совокупность правил кодового обозначения объектов.

Код строится на базе алфавита, состоящего из букв, цифр и других символов. Код характеризуется: длиной - числом позиций в коде; структурой - порядком расположения в коде символов, используемых для обозначения классификационного признака.

При кодировании могут ставится разные цели и соответственно применяться разные методы. Наиболее распространенные цели кодирования - это экономность, т.е. уменьшение избыточности сообщения; повышение скорости передачи или обработки; надежность, т.е. защита от случайных искажений; сохранность, т.е. защита от случайного доступа к информации; удобство физической реализации (например, двоичное кодирование информации в ЭВМ); удобство восприятия.

Процедура присвоения объекту кодового обозначения называется кодированием.

Можно выделить две группы методов, используемых в системе кодирования (рис.5), которые образуют: классификационную систему кодирования, ориентированную на проведение предварительной классификации объектов либо на основе иерархической системы, либо на основе фасетной системы; регистрационную систему кодирования, не требующую предварительной классификации объектов.

Классификационное кодирование применяется после проведения классификации объектов. Различают последовательное и параллельное кодирование.

Последовательное кодирование используется для иерархической классификационной структуры. Суть метода заключается в следующем: сначала записывается код старшей группировки 1-го уровня, затем код группировки 2-го уровня, затем код группировки 3-го уровня и т.д. В результате получается кодовая комбинация, каждый разряд которой содержит информацию о специфике выделенной группы на каждом уровне иерархической структуры. Последовательная система кодирования обладает теми же достоинствами и недостатками, что и иерархическая система классификации.

Параллельное кодирование используется для фасетной системы классификации. Суть метода заключается в следующем: все фасеты кодируются независимо друг от друга; для значений каждого фасета выделяется определенное количество разрядов кода. Параллельная система кодирования обладает теми же достоинствами и недостатками, что и фасетная система классификации.

Регистрационное кодирование используется для однозначной идентификации объектов и не требует предварительной классификации объектов. Различают порядковую и серийно-порядковую систему.

Порядковая система кодирования предполагает последовательную нумерацию объектов числами натурального ряда. Этот порядок может быть случайным или определяться после предварительного упорядочения объектов, например по алфавиту. Этот метод применяется в том случае, когда количество объектов невелико, например кодирование названий факультетов университета, кодирование студентов в учебной группе.

Серийно-порядковая система кодирования предусматривает предварительное выделение групп объектов, которые составляют серию, а затем в каждой серии производится порядковая нумерация объектов. Каждая серия также будет иметь порядковую нумерацию. По своей сути серийно-порядковая система является смешанной: классифицирующей и идентифицирующей. Применяется тогда, когда количество групп невелико.

Классификация информации по разным признакам

Любая классификация всегда относительна. Один и тот же объект может быть классифицирован по разным признакам или критериям. Часто встречаются ситуации, когда в зависимости от условий внешней среды объект может быть отнесен к разным классификационным группировкам. Эти рассуждения особенно актуальны при классификации видов информации без учета ее предметной ориентации, так как она часто может быть использована в разных условиях, разными потребителями, для разных целей.

В основу классификации информации, циркулирующей в организации (фирме), может быть положено пять наиболее общих признаков: место возникновения, стадия обработки, способ отображения, стабильность, функция управления.

Место возникновения. По этому признаку информацию можно разделить на входную выходную, внутреннюю, внешнюю.

Входная информация - это информация, поступающая в фирму или ее подразделения.

Выходная информация - это информация, поступающая из фирмы в другую фирму, организацию (подразделение).

Одна и та же информация может являться входной для одной фирмы, а для другой, ее вырабатывающей, выходной. По отношению к объекту управления (фирма или ее подразделение: цех, отдел, лаборатория) информация может быть определена как внутренняя, так и внешняя.

Внутренняя информация возникает внутри объекта, внешняя информация - за пределами объекта.

Стадия обработки. По стадии обработки информация может быть первичной, вторичной, промежуточной, результатной.

Первичная информация - это информация, которая возникает непосредственно в процессе деятельности объекта и регистрируется на начальной стадии.

Вторичная информация - это информация, которая получается в результате обработки первичной информации и может быть промежуточной и результатной.

Промежуточная информация используется в качестве исходных данных для последующих расчетов.

Результатная информация получается в процессе обработки первичной и промежуточной информации и используется для выработки управленческих решений.

Способ отображения. По способу отображения информация подразделяется на текстовую и графическую.

Текстовая информация - это совокупность алфавитных, цифровых и специальных символов, с помощью которых представляется информация на физическом носителе (бумага, изображение на экране дисплея).

Графическая информация - это различного рода графики, диаграммы, схемы, рисунки и т.д.

Стабильность. По стабильности информация может быть переменной (текущей) и постоянной (условно-постоянной).

Переменная информация отражает фактические количественные и качественные характеристики производственно-хозяйственной деятельности фирмы. Она может меняться для каждого случая как по назначению, так и по количеству. Например, количество произведенной продукции за смену, еженедельные затраты на доставку сырья, количество исправных станков и т.п.

Постоянная (условно-постоянная) информация - это неизменная и многократно используемая в течение длительного периода времени информация. Постоянная информация может быть справочной, нормативной, плановой: постоянная справочная информация включает описание постоянных свойств объекта в виде устойчивых длительное время признаков; постоянная нормативная информация содержит местные, отраслевые и общегосударственные нормативы; постоянная плановая информация содержит многократно используемые в фирме плановые показатели.

Функция управления. По функциям управления обычно классифицируют экономическую информацию. При этом выделяют следующие группы: плановую, нормативно-справочную, учетную и оперативную (текущую).

Плановая информация - информация о параметрах объекта управления на будущий период. На эту информацию идет ориентация всей деятельности фирмы.

Нормативно-справочная информация содержит различные нормативные и справочные данные. Ее обновление происходит достаточно редко.

Учетная информация - это информация, которая характеризует деятельность фирмы за определенный прошлый период времени. На основании этой информации могут быть проведены следующие действия: скорректирована плановая информация, сделан анализ хозяйственной деятельности фирмы, приняты решения по более эффективному управлению работами и пр. На практике в качестве учетной информации может выступать информация бухгалтерского учета, статистическая информация и информация оперативного учета.

Оперативная (текущая) информация - это информация, используемая в оперативном управлении и характеризующая производственные процессы в текущий (данный) период времени. К оперативной информации предъявляются серьезные требования по скорости поступления и обработки, а также по степени ее достоверности. От того, насколько быстро и качественно проводится ее обработка, во многом зависит успех фирмы на рынке.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое классификация объектов?

2. Какие существуют методы классификации?

3. В чем состоят достоинства и недостатки иерархического метода классификации? Приведите пример иерархической классификации.

4. В чем состоят достоинства и недостатки фасетной системы классификации? Приведите пример фасетной классификации.

5. Что такое словарь дескрипторов?

6. В каких областях используется дескрипторная система классификации? Приведите пример.

7. Что такое система кодирования информации?

8. Что такое классификационное кодирование? Приведите примеры.

9. Что такое регистрационное кодирование? Приведите примеры.

10. Как можно классифицировать информацию, циркулирующую в организации?

Преобразование информации

Компьютер в истории человечества является первым средством автоматизированного преобразования информации. Этап решения задачи на ЭВМ, состоящий из разработки программы в соответствии с алгоритмом решения задачи, ее отладке и дальнейшем развитии программы в ходе ее применения называется программированием.

Программирование происходит всегда в некоторой конкретной программной обстановке, задающей тип ЭВМ, язык программирования и те или иные средства разработки программ (библиотека стандартных программ и модулей, экспертная система, база данных, редактор, транслятор, отладчик и т.д.). Задаются, как правило, ограничения на время исполнения программы и объем используемой памяти. Важной характеристикой является также представление о жизненном цикле разрабатываемой программы: одноразового или многократного применения; будет ли программа товарным продуктом, отчуждаемым от разработчиков; автономная программа или входящая в систему; диалоговая или работающая в автоматическом режиме и т.п. Общим является требование обеспечения достоверности и надежности программы.

Различают три типа программирования:

1. синтезирующее, предполагающее полное построение программы по заданной спецификации задачи или по общему алгоритму ее решения;

2. сборочное, опирающееся на библиотеки модулей или подпрограмм и состоящее в выборе подходящих модулей и их быстрой (часто автоматизированной) сборке в результирующую программу, решающую задачу из того класса, на который рассчитана библиотека модулей;

3. конкретизирующее, предполагающее существование универсальной программы, решающей любую задачу данного класса и состоящее в адаптации универсальной программы к особенностям частной решаемой задачи; в результате получается либо более простая программа, либо использующая меньшее количество ресурсов.

Способ записи программ, допускающий их непосредственное выполнение на ЭВМ, называют машинным языком или языком программирования.

Принципы создания компьютерных языков:

1. процедурное программирование;

2. функциональное программирование;

3. логическое программирование;

4. объектно-ориентированное программирование.

Процедурное программирование

Процедурный подход к обработке информации возник на заре программирования. Именно с этим стилем программирования связано все развитие вычислительной техники. Несмотря на прогресс технологии, большинство современных компьютеров построены по тем же принципам, что и машины 40-х годов. В их основе лежит так называемая архитектура фон Неймана, названная в честь американского ученого Дж. фон Неймана, впервые изложившего принципиальные положения архитектуры ЭВМ во второй половине 40-х годов.

Основные принципы архитектуры фон Неймана состоят в следующем:

1. ЭВМ состоит из процессора, памяти и внешних устройств;

2. единственным источником активности (не считая стартового и аварийного вмешательства человека) в ЭВМ является процессор, который, в свою очередь, управляется программой, находящейся в памяти машины;

3. память машины может быть представлена как последовательность дискретных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес; каждая ячейка хранит команду программы или некоторую единицу обрабатываемой информации, причем и то и другое выглядят одинаково (машинное слово);

4. в любой момент времени процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора - счетчике команд;

5. обработка информации происходит только в регистрах процессора; информацию в процессор можно ввести из любой ячейки памяти или внешнего устройства, или наоборот, направить в любую ячейку или на внешнее устройство;

6. в каждой команде программы зашифрованы следующие предписания: из каких ячеек памяти взять обрабатываемую информацию; какие совершить операции с взятой информацией; в какие ячейки памяти направить полученную информацию; как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда взять для выполнения следующую команду;

7. машина выполняет программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд и расположением команд в памяти, пока не получит команду остановиться.

Имеется некоторая последовательность управляющих символов (команд), закодированная в двоичной либо другой форме, а также данных, закодированных в той же форме. Команды и данные различаются лишь способом интерпретации. Команды, располагаясь в оперативной памяти в некоторой последовательности и по определенным адресам, образуют программу. В этом случае можно выделить единый алгоритм функционирования любого вычислительного устройства фон-неймановской архитектуры. Упрощенно он выглядит так:

1. Извлечь команду из оперативной памяти;

2. Извлечь из памяти данные (операнды), требуемые для реализации команды;

3. Выполнить команду;

4. При необходимости сохранить результаты в памяти;

5. Вернуться к шагу 1.

Развитие процедурных языков определялось особенностями вычислительной машины Дж. фон Неймана; способы представления знаний и задач, а также методов их решения были ориентированы на экономию ресурсов. При этом интеллектуальный комфорт пользователя был проигнорирован. Программа разрабатывается в терминах тех действий, которые она должна выполнять. Основная единица программы - процедура - последовательность операторов, выполняющая определенный вспомогательный алгоритм. Процедуры могут вызывать другие процедуры, вместе они работают по определенному алгоритму, ведущему к решению задачи. Кроме понятия оператор в основе процедурного языка лежит понятие операнд - данные, которые обрабатываются при помощи операторов. Типы операндов: простой, массив, структуры. Типы операторов: присваивания, условных операций, итерации.

Программа, написанная на процедурном языке, явно указывает способ получения результата, но не сам результат.

Существует большое число процедурных языков программирования. Это - Algol, Fortran, Pascal, С, Basic и др.

Функциональное программирование

Применение ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта и обработки текстов привело к созданию функциональных языков. Эти языки имеют хорошо проработанное математическое основание - (-исчисление. Функция в математике - отображение объектов из множества величин (области определения функции или домена) в объекты другого множества (область значений функции). Переменные в функциональной программе рассматриваются как переменные в математике: если они существуют, то имеют какую-то величину, и эта величина не может измениться. Функциональная программа описывает, что должно быть вычислено, то есть является просто выражением, определенным в терминах заранее заданных функций и функций, определенных пользователем. Величина этого выражения является результатом программы. Таким образом, здесь отсутствует состояние программы и предыстория вычислений. Первым языком функционального программирования является созданный в начале 1960-х годов язык ЛИСП (LISP - LISt Processing). В отличие от процедурных языков, в которых действия в основном выражаются в виде итерации - повтора какого-либо фрагмента программы несколько раз, в ЛИСП вычисления производятся с помощью рекурсии - вызова функцией самой себя, а основная структура данных - это список.

Логическое программирование

Математическая логика использует отточенный формальный язык для представления знаний об объектах той или иной предметной области, включая явные средства выражения гипотез и суждений. Подобные качества роднят логику и искусство программирования. Идея непосредственного применения логики в качестве средства программирования возникла практически одновременно с первыми процедурными языками. Главная особенность такого подхода состоит в том, что программа (логическая) состоит из набора утверждений (аксиом), а вычисление, выполняемое под управлением такой программы, представляет собой логический вывод некоторого целевого утверждения - искомого результата. Вывод производится из аксиом программы по правилам математической логики, причем эти правила применяются автоматически, программист не должен их специально указывать.

Часто стиль программирования, проповедуемый в рамках направления логическое программирование, называют декларативным, поскольку целевое ("вычисляемое") утверждение программы заранее декларирует (объявляет) искомый результат. При этом программист в своей программе не должен описывать шаг за шагом весь процесс вычислений, доверяя поиск решения логической машине вывода.

Привлекательность применения логики в программировании состоит прежде всего в том, что в результате постепенного уточнения формулировки задачи она приобретает все более ясную форму, понятную как создателю программы, так и ее возможным читателям (потребителям). Особенно хорошо язык логики подходит для формулирования задач искусственного интеллекта. Все это объясняется тем, что язык логики опирается на общие законы человеческого мышления, а не на технические особенности кодирования для вычислительной машины того или иного типа.

Серьезные практические результаты в области логического программирования появились только в 70-е годы после того, как была подготовлена достаточная теоретическая база и достигнут значительный прогресс в развитии вычислительной техники. К этому времени после целой череды экспериментальных языков группой Алана Колмероэ в Марселе была создана (еще неэффективная) реализация языка, заменившего последовательные вычисления машины фон Неймана на логический вывод. Новый язык, названный Прологом (Программирование логическое), предназначался для анализа текстов, написанных на естественном языке, т.е. для решения задач, обычно относимых к области искусственного интеллекта. Приблизительно в те же годы были разработаны и теоретические основы нового направления в программировании. Основные результаты в этой области принадлежат Алану Робинсону и Роберту Ковальскому. Первая реализация Пролога, выполненная кстати на Фортране, заинтересовала специалистов, но не получила широкого распространения по причине низкой эффективности. Мешал распространению Пролога и накопившийся к этому времени у специалистов (в основном американских) общий скепсис по отношению к идее логического программирования, поскольку все реализации предшественников Пролога были также неэффективны.

Настоящая революция в этой области произошла в конце 70-х, когда Дэвид Уоррен из Эдинбургского университета создал первый компилятор для языка Пролог. Этот компилятор работал настолько эффективно, что скепсис специалистов немедленно сменился всеобщим энтузиазмом. С тех пор и до настоящего времени направление логического программирования успешно развивается и поддерживается как профессионалами, так и просто любителями программирования.

Объектно-ориентированное программирование

Проектирование и разработка программ, реализующих модели сложных процессов и явлений достаточно сложны и трудоемки. Одним из подходов, обеспечивающих структурирование математической модели и упрощение ее программирования, является объектный подход, в котором реальный процесс или система представляются совокупностью объектов, взаимодействующих друг с другом.

"Если процедуры и функции - глаголы, а данные - существительные, то процедурные программы строятся из глаголов, а объектно-ориентированные - из существительных". Принцип объектно-ориентированного программирования (ООП) основан на формализации описания объектов. Под объектом понимается совокупность свойств (параметров) определенных сущностей и методов их обработки (программных средств). Объект содержит инструкции (программный код), определяющие действия, которые может выполнять объект и обрабатываемые данные. Состояние объекта определяется перечнем всех возможных (обычно статических) свойств и текущими значениями (обычно динамическими) каждого из этих свойств. Свойства объекта характеризуются значениями его параметров.

Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называют операцией. В объектно-ориентированных языках программирования операции называют методами. Можно выделить пять типов операций: конструктор, создание и инициализация объекта; деструктор, разрушающий объект; модификатор, изменяющий состояние объекта; селектор для доступа к переменным объекта без их изменения; итератор для доступа к содержанию объекта по частям в определенной последовательности.

Основные идеи объектно-ориентированного подхода опираются на следующие положения:

1.рограмма представляет собой модель некоторого реального процесса, части реального мира.

2.одель реального мира или его части может быть описана как совокупность взаимодействующих между собой объектов.

3. Объект описывается набором параметров, значения которых определяют состояние объекта, и набором операций (действий), которые может выполнять объект.

4. Взаимодействие между объектами осуществляется посылкой специальных сообщений от одного объекта к другому. Сообщение, полученное объектом, может потребовать выполнения определенных действий, например, изменения состояния объекта.

5. Объекты, описанные одним и тем же набором параметров и способные выполнять один и тот же набор действий представляют собой класс однотипных объектов.

С точки зрения языка программирования класс объектов можно рассматривать как тип данного, а отдельный объект - как данное этого типа. Определение программистом собственных классов объектов для конкретного набора задач должно позволить описывать отдельные задачи в терминах самого класса задач (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их параметров и выполняемых действий). Таким образом, объектно-ориентированный подход предполагает, что при разработке программы должны быть определены классы используемых в программе объектов и построены их описания, затем созданы экземпляры необходимых объектов и определено взаимодействие между ними.

Три основных достоинства ООП: упрощение проектирования; ускорение разработки за счет многократного использования готовых модулей; легкость модификации.

Общим предком практически всех используемых сегодня объектных и объектно-ориентированных языков является Simula, созданный в 1960 году Далем, Мюрхогом и Ныгардом. Существенно, что Simula, предназначенная для описания систем и моделирования, ввела дисциплину написания программ, отражающую словарь предметной области.

Практически все объектно-ориентированные языки программирования являются развивающимися языками, их стандарты регулярно уточняются и расширяются. Следствием этого развития являются неизбежные различия во входных языках компиляторов различных систем программирования. Наиболее распространенными в настоящее время являются системы программирования Microsoft C++ , Microsoft Visual C++ и системы программирования фирмы Borland International.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое программирование?

2. В чем состоят основные принципы архитектуры фон Неймана?

3. Какие существуют подходы к созданию языков программирования?

4. Какие идеи заложены в логическое программирование? В каких областях оно применяется?

5. Какие идеи заложены в функциональное программирование? В каких областях оно применяется?

6. Какие идеи заложены в процедурное программирование? Приведите примеры процедурных языков программирования.

7. Приведите примеры объектно-ориентированных языков? В чем состоит объектно-ориентированных подход?

Средства обработки информации

Слово компьютер английское. Computer - вычислитель, синоним в русском языке - электронная вычислительная машина (ЭВМ).

Представление о поколениях компьютеров можно получить из таблицы [7]

Поколения компьютеров

ПоколениеОсобенностиБыстродействие (операций в секунду)Программное обеспечениеПримерыПервое поколение, после 1946 годаПрименение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса).

Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Была реализована концепция хранимой программы.10-20 тыс.Машинные языкиENIAC (США)

МЭСМ (СССР)Второе поколение, после 1955 годаЗамена электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд.

Главный принцип структуры - централизация.

Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках.100-500 тыс.Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режимIBM 701 (США)

БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22, Минск-32 (СССР)Третье поколение, после 1964 годаКомпьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10-100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 100-1000 компонентов на кристалл).

Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение.

В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор.порядка 1 млн.Операционные системы (управление памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами), режим разделения времениIBM 360 (США)

ЕС 1030, 1060 (СССР)Четвертое поколение, после 1975 годаИспользование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС - 1000-100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000-10000000 компонентов на кристалл). Началом данного поколения считают 1975 год - фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы.

Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В случае выключения машины данные, содержащиеся в МОП ЗУПВ, сохраняются путем автоматического переноса на диск. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи хранимой в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в МОП ЗУПВ.

В середине 70-х появились первые персональные компьютеры.десятки и сотни млн.Базы и банки данныхСуперкомпьютеры (многопроцессорная архитектура и использование принципа параллелизма), ПЭВМПятое поколение, после 1982 годаГлавный упор при создании компьютеров сделан на их "интеллектуальность", внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний.

Обработка знаний - использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений. Выделяют пять базовых компонент любого компьютера (рис: 7)

1. процессор (или центральный процессор - ЦП, Central Processor Union - CPU);

2. основная память (memory);

3. схемы ввода-вывода (Input/Output - I/O);

4. дисковая память (disk storage);

5. программы (programs).

Обсуждая возможности компьютеров имеют в виду, как правило, техническое (hardware), программное (software) и интеллектуальное (brainware) обеспечение.

Техническое обеспечение персонального компьютера

Техническое обеспечение персонального компьютера - это совокупность технических устройств, из которых состоит компьютер и которые обеспечивают его функционирование.

Большинство компонентов компьютера расположено на одной печатной плате, называемой системной платой или материнской платой. Обычно на системной плате располагаются ЦП и его вспомогательные схемы, основная память, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и шина (которая позволяет ЦП взаимодействовать с другими компонентами на материнской плате).

Основные блоки ПК и их назначение

центральный процессормонитормышьоперативное запоминающее устройствоклавиатурапринтернакопители на жестких магнитных дискахсканернакопители на гибких магнитных дискахджойстикблок питанияграфопостроитель (плоттер)внутренний канал обмена данныхдигитайзерэлектронные схемы (контроллеры)сетевой адаптермодемымузыкальная приставкаОсновные характеристики ПК

1. быстродействие, производительность, тактовая частота;

2. разрядность машины и кодовых шин интерфейса;

3. типы системного и локальных интерфейсов;

4. емкость оперативной памяти;

5. емкость накопителя на винте;

6. тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках;

7. виды и емкость кэш-памяти (буферная, недоступная для пользователя, быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией)

8. тип дисплея и видеоадаптера;

9. тип принтера;

10. наличие математического сопроцессора, который позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой;

11. аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ;

12. возможность работы в вычислительной сети;

13. возможность работы в многозадачном режиме;

14. надежность;

15. стоимость;

16. габариты и масса.

Существенным моментом создания компьютеров являются логические основы его построения. Для анализа и синтеза схем в ЭВМ при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики. Алгебра логики - это раздел математической логики, значение всех элементов которой (функций и аргументов) определены в двухэлементном множестве {0,1}. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями. Логические высказывания - это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности. При этом считается, что каждое высказывание или истинно, или ложно и не может одновременно и истинным, и ложным.

Решение задач на ЭВМ реализуется программным способом, т.е. путем выполнения последовательно во времени отдельных операций над информацией, предусмотренных алгоритмом решения задач. Алгоритм решения задачи, заданной в виде последовательности команд на языке вычислительных машин (в кодах машины) называется машинной программой. Машинная команда - это элементарная инструкция машине выполняемая автоматически, без каких либо указаний или объяснений.

Операционная часть команды - это группа разрядов в команде предназначенных для представления кодов в команде машины.

1) Операции пересылки информации внутри ЭВМ.

2) Арифметические операции.

3) Логические операции.

4) Операции передачи управления.

5) Обслуживающие и вспомогательные операции.

6) Обращение к внешним устройствам.

Операция передачи управления служит для изменения естественного порядка выполнения программ. Операции безусловной передачи управления и условной.

Программное обеспечение персонального компьютера

Программное обеспечение персонального компьютера - совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование компьютера.

Все программное обеспечение по сфере использования принято подразделять на три большие группы: системное программное обеспечение, пакеты прикладных программ и инструментарий технологии программирование, т.е. программное обеспечение сферы производства программ.

Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ, оно направлено на создание операционной среды функционирования других программ; на обеспечение надежной работы компьютера и вычислительной сети; на проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей; на выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов и т.д.).

Пакеты прикладных программ (application program package) - комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Это самый многочисленный класс программных продуктов. Непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи - потребители информации, деятельность которых во многих случаях далека от компьютерной области. Наиболее часто используемыми прикладными программами считаются редакторы (текстовые, графические, музыкальные) и электронные таблицы.

Инструментарий технологии программирования - совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов. Пользователями этого класса программного обеспечения являются системные и прикладные программисты.

Интеллектуальное обеспечение

Интеллектуальное обеспечение - совокупность интеллектуальных методов, приемов и технологий, обеспечивающих решение задач из данной предметной области при помощи компьютера.

Существенным элементом интеллектуального обеспечения является формализация и наличие интеллектуальных интерфейсов на всех этапах решения задачи.

Информационные системы

Система - любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов, объединенная для достижения поставленной цели (производство, услуги).

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для обработки, хранения и выдачи информации для достижения поставленной цели (обучение, оказание услуг, производство). Миссия информационных систем - производство нужной для организации информации для обеспечения эффективного управления всеми её ресурсами, создание информационной и технической среды для осуществления управления организацией.

Структура информационной системы

Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами.

Подсистема - это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.

Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими. Таким образом, структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем:

1. информационное обеспечение;

2. техническое обеспечение;

3. организационное обеспечение;

4. математическое обеспечение;

5. программное обеспечение;

6. правовое обеспечение.

Информационное обеспечение - совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.

Техническое обеспечение - комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы (компьютеры, устройства сбора, накопления и обработки данных, устройства передачи данных и линий связи, оргтехника и устройства автоматического съема информации).

Организационное обеспечение - совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие специалистов с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Математическое и программное обеспечение - совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

Правовое обеспечение - совокупность правовых норм определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой системы, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

Классификация информационных систем по признаку структурированности задач

При создании информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным - математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От степени формализации во многом зависят эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека при принятии решения на основе получаемой информации.

Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и частично структурированные.

Структурированная (формализованная) задача - задача в которой известны все ее элементы и взаимосвязи между ними.

В структурированной задаче удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Целью использования информационных систем для решения задач такого типа является полная автоматизация их решения, то есть сведение роли человека к нулю. Пример: расчет заработной платы.

Неструктурированная (неформализуемая) задача - задача, в которой невозможно выделить элементы и установить между ними связи.

Возможности использования информационных систем для решения неструктурированных задач очень ограничены. Решение здесь принимается человеком на основе своего опыта (из эвристических соображений). Пример: вряд ли можно формализовать взаимоотношения различных социальных групп людей.

Частично структурированные задачи такие, где известна лишь часть элементов и связей между ними. Получаемая в этой системе информация анализируется человеком, который будет играть определяющую роль (принимать решение на основе информации, подготовленной информационной системой).

Такие информационные системы являются, как правило, автоматизированными, так как в их функционировании принимает участие человек. Пример: экспертные системы, системы поддержки принятия решений.

Классификация информационных систем по характеру использования информации

1. информационно-поисковые системы ( ввод, систематизация и хранение информации по запросу пользователя (справочные);

2. Информационно-решающие системы ( операции по переработки информации по определенному алгоритму:

3. управляющие, в которых человек принимает решение;

4. советующие, вырабатывают информацию которая принимается человеком к сведению и не превращается немедленно в серию конкретных действий (переработка знаний - экспертные системы);

5. ситуационные центр, информационно-аналитические комплексы, помогающие руководителям (например, компании) осуществлять оперативное и стратегическое управление.

Ситуационный центр - это новейшая технология автоматизации управления, ориентированная на руководителей высшего звена и персонал, ответственный за принятие решений, концепция которой была разработана известным английским кибернетиком Стаффордом Биром.

Ситуационные центры - это специальные рабочие места для специалистов, оборудованное для оперативного построения и "проигрывания" сценариев, быстрой оценки проблемной ситуации на основе использования специальных методов обработки больших объемов знаний и информации. В редуцированном виде ситуационные центры - это совсем не обязательно компьютеризованные помещения. Известные комнаты для "мозгового штурма" со столом, классной доской и мелом - это тоже ситуационные комнаты (центры). Главное здесь - правильно подобрать информацию и организовать интеллектуальную активность специалистов.

Эффект от компьютеризации ситуационных комнат во многом зависит от развитости используемых методов сбора информации, структурирования данных, построения сценариев и применяемых технологий. Большой объем достоверной информации о различных аспектах ситуации - признак устойчивости ее динамики, залог эффективности принимаемых корпоративных решений. На ней можно построить надежную классическую модель развития ситуации. В неустойчивые же периоды развития экономики собрать большой объем достоверной информации практически невозможно. В этом случае особого внимания заслуживают некоторые подобласти методов искусственного интеллекта.

Эффективность СЦ выражается в том, что он позволяют подключить к активной работе по принятию решения резервы образного, ассоциативного мышления. Представление ситуации в виде образов как бы "сжимает" информацию, обеспечивая обобщенное восприятие происходящих событий.

С помощью ситуационного центра руководитель может смоделировать решение на компьютере и через несколько минут увидеть, к какому результату может привести то или иное решение. На экране персонального компьютера руководителя находятся ряд рычагов, управляя которыми можно задавать конкретную ситуацию. Далее проводится расчет на основе заданных моделей данных и отображается результат. Это верхний уровень автоматизации, который опирается на данные, полученные автоматизированными системами сбора данных и учета.

Используя ситуационный анализ, можно решать задачи в различных отраслях и сферах государственного, регионального и муниципального управления, а также в рамках отдельного предприятия, где они помогают осуществлять управление персоналом, финансами, ресурсами, привлечение инвестиций, моделирование ситуаций, управление рисками, оптимизация запасами.

Технологии, лежащие в основе СЦ, можно условно разбить на три группы: системы обработки разнородной информации (текстовой, числовой, визуальной и др.), к которым относятся, в частности, системы извлечения знаний (Data Mining) и оперативной аналитической обработки (OLAP - On-Line Analytical Processing); технологии ситуационного моделирования и системной динамики, в которых применяются модели и методы, присущие конкретным предметным областям; когнитивно-графические технологии, основанные на визуализации объектов.

Классификация информационных систем по сфере применения

1. информационные системы организационного управления - автоматизация функций управленческого персонала (оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, планирование, управление сбытом и снабжением);

2. информационные системы управления техническими процессами - автоматизация функций, изготовление микросхем, поддерживание технологических процессов в промышленности.

3. информационные системы автоматизированного проектирования - автоматизация функций инженеров, конструкторов и т.д., при создании новой техники и технологий (инженерные расчеты, проектная и техническая документация, моделирование процессов);

4. интегрированные (корпоративные) информационные системы - автоматизация всех функций предприятия (ИС масштаба предприятия). Главной задачей такой системы является информационная поддержка производственных, административных и управленческих процессов (бизнес-процессов), формирующих продукцию или услуги предприятия. Их создание требует системного подхода с позиции цели и критериев результата.

За последние десятилетия радикально изменились принципы, методы построения и архитектура такой системы. Так, если в 60-х годах считалось, что никакой процесс не должен автоматизироваться до тех пор, пока он функционирует эффективно, то сегодня господствующим является прямо противоположный подход. Считается, что любой процесс должен автоматизироваться только после того, как он эффективно организован.

Эти изменения явились результатом обобщения опыта построения множества информационных систем, в которых автоматизация отдельных операций или сложившихся "ручных" процедур приносила локальные временные улучшения, не затрагивающие общую эффективность работы.

Главными особенностями современного подхода к построению корпоративной информационной системы предприятия являются: 1) всесторонний анализ бизнес-процессов, на основе которого производится разработка проекта информационной системы и обоснование заложенных в нем решений; 2) использование широкой палитры современных методологий и инструментальных средств моделирования и проектирования систем; 3) детальная проработка и согласование с заказчиком всех этапов разработки проекта, контрольных точек, требуемых ресурсов.

Такой подход обеспечивает разработку интегрированных решений, построенных на объективных данных о работе предприятия, своевременное согласование всех принципиальных вопросов между Заказчиком, Генеральным Подрядчиком и другими участниками работ и направлен на сохранение сделанных в систему инвестиций.

Классификация информационных систем по степени их автоматизации

1) Ручные - отсутствие современных технологических средств по переработке информации и выполнение всех операций человеком.

2) Автоматизированные - предполагают участие в процессе переработки информации и технических средств и человека.

3) Автоматические - выполняют все операции по переработке информации без участия человека.

Классификация информационных систем по функциональному признаку и уровням управления

Функциональный признак определяет назначение системы, ее основные цели, задачи и функции. В хозяйственной деятельности типовыми видами работ, определяющими функциональный признак классификации информационных систем, являются: производственная, маркетинговая, финансовая, кадровая.

Производственная деятельность связана с непосредственным выпуском продукции и направлена на создание и внедрение в производство научно-технических новшеств.

Маркетинговая деятельность включает в себя:

1. анализ рынка производителей и потребителей выпускаемой продукции, анализ продаж;

2. организацию рекламной кампании по продвижению продукции;

3. рациональную организацию материально-технического снабжения.

Финансовая деятельность связана с организацией контроля и анализа финансовых ресурсов фирмы на основе бухгалтерской, статистической, оперативной информации.

Кадровая деятельность направлена на подбор и расстановку необходимых фирме специалистов, а также ведение служебной документации по различным аспектам.

Указанные направления деятельности определили типовой набор информационных систем:

Производственные информационные системы - планирование объема работ и разработка календарных планов; оперативный контроль и управление производством; анализ работы оборудования, участие в формировании заказов поставщикам, управление запасами.

Финансовые и учетные информационные системы - управление портфелем заказов; управление кредитной политикой; разработка финансового плана; финансовый анализ и прогнозирования; контроль бюджета; бухучет и расчет зарплаты.

Кадровые системы - анализ и прогнозирование потребностей в трудовых ресурсах; ведение архивов, записей о персонале, анализ и планирование подготовки кадров.

Системы маркетинга - исследование рынка и прогнозирование продаж; управление продажами; рекомендации по производству новой продукции; анализ и установление новой цены, учет заказов.

Прочие системы (например, ИС руководства) - контроль за деятельностью фирмы; выявление оперативных проблем; анализ управленческих и стратегических ситуаций; обеспечение процесса выработки стратегических решений.

На рисунке показан один из возможных вариантов классификации информационных систем по функциональному признаку с учетом уровней управления и уровней квалификации персонала. Видно, что чем по значимости уровень управления, тем меньше объем работ, выполняемый информационной системой (уровень автоматизации) и тем выше роль менеджера при принятии решений.

Информационные системы оперативного уровня отвечают на запросы о текущем состоянии, отслеживают поток сделок в фирме, что соответствует оперативному управлению. Задачи, цели и источники информации на этом уровне заранее определены и высоко структурированы. Примеры: ИС выплаты зарплаты, регистрации авиабилетов, заказа гостиничных номеров и т.п.

Информационные системы функционального (тактического) уровня используются работниками среднего управленческого звена для мониторинга, контроля, принятия решений и администрирования, а специалистами, работающими с данными - для интеграция новых сведений, помощи в обработке бумажных документов. Примеры: ИС офисной автоматизации, системы автоматизированного проектирования (САПР) и т.д.

Стратегические информационные системы - это компьютерные информационные системы, обеспечивающие поддержку принятия решения при реализации стратегических перспективных целей развития организации (например, сбор и организация информации о внешнем мире - конкурентах, клиентах и т.п.; долгосрочное планирование и т.п.). Общая концепция построения стратегических информационных систем еще не выработана.

Эволюция информационных систем

Эволюцию информационных систем связывают, прежде всего, с изменением подхода к использованию информационных систем

ПериодКонцепции использования информацииВид информационных системЦель использования1950 - 1960Бумажный поток расчетных документов

Концепция "необходимого зла"Информационные системы обработки расчетных документов на электромеханических бухгалтерских машинахУвеличение скорости обработки документов; упрощение процедуры расчета зарплаты и обработки счетов1960 - 1970Поддержка основной целиУправленческие информационные системы (годовой баланс)Ускорение процесса подготовки отчетных документов1970 - 1980 Управленческий контроль Системы поддержки принятия решений, управленческие системы для высшего звенаВыработка наиболее рациональных решений1980 - 2000Информация - стратегический ресурс, обеспечивающий конкурентное преимуществоСтратегические информационные системы. Автоматизированные офисы.Обеспечение выживания и процветания организации1-й этап характеризуют проблемой обработки больших объемов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств.

Для 2-го этапа характерны проблемы отставания программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств. Первые два этапа характеризуются довольно эффективной обработкой информации при выполнении операций с ориентацией на централизованное коллективное использование ресурсов вычислительных центров. Большой проблемой на этих этапах было плохое взаимодействие пользователей и разработчиков.

3-й этап: информационные системы становятся системами поддержки принятия решений, ориентированными на непрофессионального пользователя и поэтому направленные на максимальное удовлетворение его потребностей и создание соответствующего интерфейса. Используется как централизованная обработка данных, так и децентрализованная, базирующаяся на решении локальных задач и работе с локальными базами данных на рабочем месте пользователя.

Современный, 4-й этап - создание современной технологии межорганизационных связей и информационных систем. Этот тип связан с понятием анализа стратегических преимуществ в бизнесе и основан на достижениях телекоммуникационной технологии распределенной обработки информации. Информационные системы имеют своей целью не просто увеличение эффективности обработки данных и помощь управленцу. Соответствующие информационные технологии должны помочь организации выстоять в конкурентной борьбе и получить преимущество. Наиболее существенные проблемы этого этапа: выработка соглашений и установление стандартов, протоколов для компьютерной связи; организация доступа к стратегической информации; организации защиты и безопасности информации.

Свойства информационной системы

1. информационная система может быть проанализирована, построена и управляема на основе общих принципов построения системы;

2. информационная система является динамической и развивающейся;

3. при построении информационной системы необходимо использовать системный подход;

4. информационную систему следует воспринимать как человеко-машинную (средства, обеспечивающие взаимодействие с компьютером).

Внедрение информационной системы способствует:

1) получению более рациональных вариантов решения задач, за счет внедрения математических методов и интеллектуальных систем (создание роботов);

2) освобождению пользователей от рутинной работы за счет ее автоматизации;

3) замене бумажных носителей данных на электронные;

4) обеспечению достоверной информации;

5) уменьшению затрат на производство продуктов и услуг;

6) отысканию новых рыночных ниш;

7) привязке к фирме покупателей и поставщиков за счет предоставления им разных скидок и услуг.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое информационная система?

2. Какова структура информационной системы?

3. Какие классификации информационных систем Вы знаете?

4. Как можно классифицировать информационные системы по признаку структурированности задач?

5. Как можно классифицировать информационные системы по характеру использования информации?

6. Что такое ситуационные центры?

7. Как можно классифицировать информационные системы по сфере применения?

8. Как можно классифицировать информационные системы по степени автоматизации?

9. Как можно классифицировать информационные системы по функциональному признаку?

10. Как можно классифицировать информационные системы по уровню управления?

11. Каковы основные свойства информационных систем?

12. Что характерно для современного этапа эволюции информационных систем?

13. Какие этапы эволюции информационных систем можно выделить?

14. Приведите примеры информационных систем.