Полная версия

Главная arrow Педагогика arrow Информационные технологии в науке и образовании

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Теория информации.

Теория информации была разработана Р. Хартли и К. Шенноном. Впоследствии под термином «информация» в самом широком смысле слова стали понимать степень упорядоченности материальной системы в целом и элементов, из которых она состоит. То есть понятие «информация» фактически обозначало состояние, обратное энтропии, отсюда появился и соответствующий понятию информации термин «негоэнтропия» (отрицательная энтропия). Применительно к теории информации Шеннона понятие энтропии приложимо к явлению шума, искажающего передаваемый сигнал, а негоэнтропия связана, в частности, с теми случаями, когда неполное или искаженное сообщение все же получено приемником благодаря его способности распознать сообщение несмотря на искажения и недостающую информацию.

Кибернетика.

Кибернетика начала активно развиваться лишь с середины XX в. Однако следует особо отметить научные открытия конца XIX — начала XX в.: появление вероятностных и стохастических представлений о мире; изучение рефлексов головного мозга И. М. Сеченовым, законов функционирования нервной системы у животных И. П. Павловым; формулировка принципа отрицательной обратной связи в сфере физиологии животных; поиски аналогов в работе живых организмов и машин и попытки математического описания данных аналогий, теория функциональной системы советского физиолога П. К. Анохина, ставшая впоследствии основой нейрокибернетики.

Огромное влияние на становление информатики оказали кибернетические идеи, в их формировании важная роль принадлежала теории организации А. А. Богданова, доказательство им аналогии процессов организации и управления в разнородных сложно организованных динамических системах: технических, биологических, социальных. В его трудах впервые появляются такие понятия, как «открытые и замкнутые системы», «обратная связь», «устойчивость» и «изменчивость».

Становление общей теории систем Л. фон Берталанфи оказало мощное влияние на возникновение кибернетических идей. Берталанфи выдвинул программу построения общей теории систем, которая бы распространялась не только на природные, но и на социальные процессы.

Огромный вклад в развитие кибернетики внес Н. Винер (1894—1964). Начав сотрудничать с физиологом А. Розенблютом, а впоследствии посещая его семинар по методологии науки, организованный им в Гарварде, куда приглашались математики, нейрофизиологи, инженеры, специалисты по вычислительной технике, Н. Винер разработал идею глобальной распространенности принципов кибернетики в разных сферах научной и практической деятельности. В 1943 г. появилась статья трех авторов (Н. Винера, А. Розенблюта, Дж. Бигелоу) под названием «Поведение, целенаправленность и технология», где были представлены первые наброски кибернетического метода.

Н. Винер предложил «информационное видение» кибернетики как науки об управлении в живых организмах и технических системах. Под информацией стали понимать не просто сведения, а только те сведения, которые полезны для принятия решения, обеспечивающего достижение цели управления. Остальные сведения не считались информацией[1].

Попытки построить модели понятия информации, охватывающие семантические аспекты знания, содержащиеся в некотором высказывании относительно обозначаемого объекта, привели к созданию ряда так называемых логико-семантических теорий (Р. Карнап, И. Бар-Хиллел, Е. К. Войшвилло и др.). В них информация рассматривается как уменьшение или устранение неопределенности. Средствами какого-либо языка с помощью создаваемых в нем высказываний можно описать некоторую совокупность возможных ситуаций, состояний, альтернатив.

Однако 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.

Понятие тезауруса является фундаментальным в теоретической модели семантической теории информации, предложенной Ю. А. Шрейдером. Согласно этой теории тезаурус — это знания приемника информации о внешнем мире, его способность воспринимать те или иные сообщения.

Одной из популярных в прагматической теории информации является поведенческая модель коммуникации — бихевиористская модель Акоффа — Майлса. Исходной в этой модели является целевая устремленность получателя информации на решение конкретной проблемы. Прагматическая ценность сообщения в том, что оно позволяет получателю информации наметить стратегию поведения при достижении цели построения ответов на вопросы, обозначающие действия на каждом очередном шаге.

Следующим этапом в развитии прагматической теории информации явились работы американского логика Д. Харраха, построившего логико-прагматическую модель коммуникации. Модель Д. 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», к которым должны быть применены критерии прагматической ценности.

Теория информации (по К. Шеннону) возникла как средство решения конкретных прикладных задач в области передачи сигналов по каналам связи — она является прикладной информационной наукой. К семейству таких наук относятся кибернетика, теория систем, документалистика, лингвистика, символическая логика и т. д.

Термин «информатика» является результатом слияния слов Information (информация) и Automatique (автоматика) и обозначает дисциплину, область исследования, занимающиеся автоматизированной обработкой информации.

В настоящее время под информатикой понимают «науку об информационной деятельности, информационных процессах и их организации в человеко-машинных системах».

Информатика изучает наиболее общие закономерности построения преобразования информационной модели мира, отражающей роль человека и технических средств в процессе обработки информации в технических, биологических и социальных системах.

В 70-е годы XX в. термин «информатика» был принят для обозначения ряда частных наук. Однако в связи с основополагающим значением информации наряду с материей и энергией в социальной, экономической, политической жизни общества в последние годы термин «информатика» получил более широкое толкование и применяется для названия фундаментальной естественной науки, изучающей системные процессы передачи и обработки информации.

Информатика как научная дисциплина определяет методологические принципы информационного моделирования окружающей нас действительности и манипулирования такими моделями средствами вычислительной техники. Она занимается изучением информации, ее свойств, критериев и структур в естественных и искусственных информационных коммуникациях, предусматривает изучение принципов, моделей, алгоритмов хранения, преобразования, анализа, синтеза информации, а также их программную и априорную реализацию. Информатика в современном понимании — научная и производственная сфера деятельности, которая связана с семантической переработкой информации.

Теоретическую основу информатики образует группа фундаментальных наук, таких как математическая логика, теория информации, теория алгоритмов, комбинаторный анализ, формальная грамматика, операционные системы, архитектура ЭВМ, теория баз данных и т. д. [16].

Как область научного исследования информатика включает в себя следующие разделы и направления:

  • • математическое обеспечение, в частности создание алгоритмов для всевозможных числовых и символьных вычислений (модели переработки информации);
  • • создание логических моделей (вопросы выводов, применяемых в вычислениях);
  • • базы данных (где под данными понимаются факты, идеи, сведения, представленные в знаковой (символьной) форме, позволяющей производить их передачу, обработку и интерпретацию), модели языков, машинный перевод;
  • • искусственный интеллект, системы человеко-машинного взаимодействия;
  • • теорию роботов;
  • • бионику (создание формальных моделей для описания процессов, происходящих в биологии, и, соответственно, заимствование биологических аналогов для создания искусственных систем);
  • • распознавание образов (разработку методов распознавания образов);
  • • теорию компьютеров и вычислительных сетей, в том числе нейросетей, и др.

Ядро информатики — информационная технология как совокупность конкретных технических и программных средств, с помощью которых мы выполняем разнообразные операции по обработке информации во всех сферах нашей жизни и деятельности. Иногда информационную технологию называют компьютерной технологией или прикладной информатикой [12]. Центральное место в прикладной информатике занимает компьютер — техническое устройство для обработки информации.

К наиболее ранним прообразам современных цифровых электронно-вычислительных машин (ЭВМ) относится «аналитическая машина» английского математика Ч. Бэббиджа (1792—1871). В 1-й половине XIX в. он разработал проект машины для автоматического решения задач, в котором гениально предвосхитил идею современных кибернетических машин. Машина Ч. Бэббиджа содержала арифметическое устройство («мельницу») и память для хранения чисел («склад»), т. е. основные элементы современных ЭВМ.

Исследователи творчества Ч. Бэббиджа отмечают, что особую роль в разработке проекта «аналитической машины» сыграла графиня Огаста Ада Лавлейс (1815—1852) — дочь известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций. А. Лавлейс написала первую в истории человечества компьютерную программу — алгоритм, представляющий собой список операций для вычисления чисел Бернулли. В середине 1970-х годов Министерство обороны США (Пентагон) официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных сил — Ada.

Основы теории автоматического регулирования и устойчивости систем регулирования содержались в трудах выдающегося русского математика и механика И. А. Вышнеградского (1831 — 1895), разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов паровых машин.

Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной теории автоматического управления, были решены одним из крупнейших математиков, А. М. Ляпуновым (1857—1918), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических вопросов технической кибернетики.

Работы по теории колебаний, выполненные коллективом ученых под руководством известного советского физика и математика А. А. Андронова (1901—1952), послужили основой для решения ряда нелинейных задач теории автоматического регулирования. А. А. Андронов ввел в теорию автоматического управления понятия и методы фазового пространства.

Большой вклад в развитие кибернетики и вычислительной техники сделан английским математиком А. Тьюрингом (1912—1954). Выдающийся специалист в области теории вероятностей и математической логики, Тьюринг известен как создатель теории универсальных автоматов и абстрактной схемы автомата, принципиально пригодного для реализации любого алгоритма. Этот автомат с бесконечной памятью получил широкую известность как «машина Тьюринга» (1936). Тьюринг, проанализировав действия человека, выполняющего определенные вычисления по заранее заданному плану (алгоритму), попытался представить процесс преобразования информации с наиболее общих позиций. Введя понятие «вычислимая функция», он пришел к выводу о возможности построения универсального преобразователя информации.

После Второй мировой войны Тьюринг разработал первую английскую ЭВМ, занимался вопросами программирования и обучения машин, а в последние годы жизни — математическими вопросами биологии.

Одним из основоположников кибернетики считается также нейрофизиолог Уоррен Мак-Каллок (1898—1969), спроектировавший модель работы мозга в виде схем и сетей с применением математической логики. При этом основой или аналогом данных сетей были процессы, происходящие в нервных сетях живых организмов. Наибольшую известность приобрели работы по анализу информационных явлений в нервных сетях средствами математической логики.

У. Мак-Каллок вместе с математиком У. Питтсом ввели понятие формального нейрона — математической абстракции, основанной на нейрофизиологических данных.

Нейрон (согласно модели Мак-Каллока—Питтса) представляет собой нервную клетку, имеющую несколько входов и один выход. При этом входы могут быть возбуждающие либо тормозные.

На основе данной модели нейрона психолог Ф. Розенблат (1928—1971) создал программу распознавания образов. С этой целью он предложил принцип персептрона. Персептрон — математическая модель процесса восприятия. При этом считается, что восприятие осуществляется при помощи сети нейронов. В результате формулировки теории персептрона и ее технической материализации была проиллюстрирована возможность построения самоорганизующейся и самообучающейся модели восприятия информации головным мозгом — предполагаемым прототипом мыслящей машины.

Впоследствии А. Ньюэлл и Г. Саймон сформулировали задачу эвристического программирования и реализовали ее в созданной ими программе «Логик-теоретик».

В 1945 г. В. Буш (1890—1974) в статье «Возможный способ нашего мышления» высказал идею, которая, как оказалось впоследствии, имела огромное значение для дальнейшего развития информатики. Он обратил внимание на тот факт, что человеческий мозг работает не так, как традиционные информационно-поисковые системы.

После получения информации возникает потребность в другой информации, и этот процесс развивается бесконечно. А поскольку информации становится больше и больше, Буш предложил создать расширитель памяти, в работе которого могут быть использованы ассоциативные связи между отдельными документами и их фрагментами.

Во 2-й половине XX в. кибернетические идеи начинают распространяться во многих сферах интеллектуальной мысли. В психологии и психиатрии Грегори Бейтсон (1904—1980) применил кибернетические принципы в вопросе изучения межличностных коммуникаций, пытаясь найти здесь глобальные закономерности. При этом индивид рассматривался Бэйтсоном не изолированно, а в системе, формирующейся вместе с другими системами. В частности, им была предпринята попытка рассмотрения психических заболеваний как особой формы нарушения коммуникации (появления коммуникативной неудачи). Частным случаем такой коммуникативной неудачи является ситуация, когда внешняя среда (например, семья) предъявляет ребенку требования, которые он не может выполнить: одновременное требование от него и инициативы, и послушания.

В результате возникла семейная системная терапия, центральными понятиями которой стали саморегуляция, нелинейная циркулярная причинность. Для семейного терапевта главным пациентом уже выступал не отдельный индивид, а вся семья в целом, а главным поведенческим атомом является не поведение отдельного индивида, а циркулярная система межличностных отношений.

Не только поведение объяснял Бейтсон, исходя из кибернетических идей; он пытался подобрать кибернетический ключ к цивилизации (культуре) в целом, обращая внимание на тот факт, что ясность, точность, формализм и логика пригодны для описания далеко не всех явлений. При описании сложных систем (в частности, живых систем) возможно использование метафор, которые лучше характеризуют структуру и организацию таких систем.

Кибернетические идеи в вопросе изучения культуры и способов коммуникации между людьми использовала в своем творчестве антрополог М. Мид (1901—1978). Изучая способы коммуникации между взрослыми и детьми, механизмы передачи культурных ценностей от поколения к поколению, динамику формирования национального характера, она выделила три типа культур в истории человечества: постфигуративные (дети учатся у своих предков), конфигуративные (дети и взрослые учатся в основном у своих сверстников) и префигуративные (взрослые могут учиться и у своих детей). Используя в своих культурологических исследованиях функциональный подход (частный случай кибернетического подхода), М. Мид делает заключение, что каждая культурная черта имеет в культуре свою функциональную нагрузку и функциональным образом связана с другими культурными чертами. В частности, она пришла к заключению, что конфликт поколений — это частное явление в культуре, присущее только западной культуре (ее нет, например, в традиционных обществах). Исследуя процессы восприятия и обучения культуре, способы коммуникации, М. Мид заложила основания современной антропологии.

Следуя идеям Н. Винера, Л. фон Берталанфи, У. Р. Эшби и др., Бир одним из первых в Европе применил на практике методы линейного программирования. Он входил в состав коллектива ученых, которые впервые (в 1956 г.) использовали компьютер для управления производством.

В 1971 г. по приглашению С. Альенде он приступил к разработке централизованной системы управления экономикой Чили, опираясь при этом на разработанную им пятиуровневую систему управления, которая, по его мнению, носила универсальный характер и была применима в равной степени как к мелким, так и к крупным фирмам и организациям.

Большой вклад в развитие экономической кибернетики внесли академики Н. П. Федоренко и А. Г. Аганбегян. Первые работы по сельскохозяйственной кибернетике выполнены М. Е. Бра- славцем, Р. Г. Кравченко, И. Г. Поповым. Поэтому неслучайно, что, признавая конкретные достижения отдельных русских и советских ученых в области кибернетики, некоторые зарубежные исследователи по праву называют второй родиной этой науки СССР.

Первый транзистор, позволяющий производить обработку электрических импульсов в бинарном режиме, был создан в лаборатории Бэлл (Нью-Джерси) в 1947 г. Авторы изобретения, три физика — Дж. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли, — впоследствии, в 1956 г., были удостоены за это Нобелевской премии.

В 1975 г. Б. Гейтс и П. Аллен закончили работу над первым языком программирования BASIC для персонального компьютера и продали его своему первому покупателю, фирме MITS, производителю первого коммерческого персонального компьютера Altair. В июле 1975 г. в Альбукерке (штат Нью-Мексико, США) была основана компания Microsoft (Microcomputer Software).

В 1995 г. Билл Гейтс написал книгу «Дорога в будущее», в которой изложил свои взгляды на то, в каком направлении движется общество в связи с развитием информационных технологий. Книга была написана в соавторстве с Н. Мирволдом, вице-президентом компании Microsoft, и журналистом П. Райнарсоном. На протяжении семи недель эта книга занимала первое место в списке бестселлеров газеты New York Times. Книга «Дорога в будущее» была издана более чем в 20 странах.

В 1999 г. Б. Гейтс написал книгу «Бизнес со скоростью мысли», в которой показал, как информационные технологии могут решать бизнес-задачи в совершенно новом ключе. Эта книга, созданная в соавторстве с К. Хемингуэем, была выпущена на 25 языках и продавалась более чем в 60 странах мира.

Помимо увлечения компьютерными технологиями Б. Гейтс интересуется биотехнологией. Он входит в правление компании Icos Corporation и владеет акциями компании Darwin Molecular, которая является подразделением британской компании Chiro- science. Он также основал компанию Corbis Corporation, которая занимается разработкой крупнейшего источника визуальной информации в мире — это всеохватывающий цифровой архив произведений искусства и фотографий из государственных и частных коллекций, хранящихся в разных странах.

Б. Гейтс также вложил средства в компанию Teledesic, которая работает над реализацией грандиозного проекта по запуску на низкую орбиту вокруг земного шара нескольких сотен спутников. Задача этих спутников — обеспечивать всемирные двусторонние широкополосные телекоммуникации.

Термин «технология» традиционно употребляется применительно к искусственным процессам производства и понимается как совокупность (последовательность) приемов, нацеленных на создание чего-либо. Технология — это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Поэтому технология неразрывно связана с машинизацией или автоматизацией производственного либо непроизводственного процесса. Но в нашем понимании он может рассматриваться и как «технология обучения» в рамках информационного образовательного пространства.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО[2], информационная технология — это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Информационная технология есть процесс содержательной переработки информации, в котором компьютерная технология выступает как инструмент этой семантической переработки информации.

2-я половина XX и начало XXI в. ознаменовались бурным развитием компьютики и информатики — новых научных и производственных направлений деятельности [26]. Компьютика (компьютеры, программное обеспечение и др.) стала основой компьютерной технологии. Современные компьютерные и информационные технологии позволили создать новый вид информационных систем — интеллектуальные информационные системы. Возможности применения компьютики и информатики в предметной области рассматривает информациология. Это новое научное и производственное направление бурно развивается и лежит в основе успешной реализации на нашей планете процесса информатизации науки, техники, производства и управления, т. е. практически всех сфер деятельности социально-экономического общества.

  • [1] Винер Н. Кибернетика и общество. М., 1958.
  • [2] ЮНЕСКО (UNESCO — United Nations Educational, Scientific andCultural Organization) — Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>