Лекция 1

User Rating: 5 / 5

Star ActiveStar ActiveStar ActiveStar ActiveStar Active
 

 

Введение

Лекция 1

§ 1. Информатика как глобальная научная область. Информатика в системе наук. Основные понятия информатики

§ 2. Теоретическая информатика

§ 3. Кибернетика

Введение

Данное учебное пособие представляет собой курс лекций по дисциплине «Информатика» для студентов заочной и вечерней форм обучения. Создание пособия продиктовано рядом объективных причин:

Представленный  лекционный курс состоит из 6 лекций, включающих 24 параграфа, в которых освещены основные теоретические аспекты информатики как глобальной научной области.

Пособие предназначено для самостоятельной подготовки студентов к ответам на теоретические вопросы зачета или экзамена по дисциплине «Информатика».

ЛЕКЦИЯ  1

§ 1.  ИНФОРМАТИКА КАК ГЛОБАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ ОБЛАСТЬ.

ИНФОРМАТИКА В СИСТЕМЕ НАУК.  ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

Из учебного курса «Основы информатики  и вычислительной техники» вы уже знаете, что информатика - это наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации.

Информация здесь выступает как общенаучное понятие, и ее определение чаще всего формулируется следующим образом: информацияэто содержание сообщения, сигнала, памяти, а также сведения, содержащиеся в сообщении, сигнале или памяти. Далее вы поймете, что данное определение слишком расплывчато, и познакомитесь с другим значением слова «информация»: информация есть мера определенности в сообщении.

Информация отлична от материи и энергии, хотя и тесно связана с ними. Любой сигнал, любое сообщение имеют определенное энергетическое или материальное воплощение. Это могут быть взмах флажка, электрические импульсы и т.д. Но  носитель сигнала, сообщения сам по себе еще не является информацией.

Понятие информации неразрывно связано с понятием информационного процесса. Информационный процесс - это обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире; передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

В технической литературе можно встретить и такое определение: информатикаэто комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области человеческой деятельности. Подобное определение связано с тем, что информатика как наука начала  развиваться с середины XX столетия, когда появились специальные устройства - компьютеры, ориентированные на хранение и преобразование информации.

Слово «информатика» образовано из двух французских слов: INFORmation (информация) и autoMATIQUE (автоматика). Первоначально в научный обиход оно вошло во Франции в 60-е годы для обозначения автоматической переработки информации в широкой области научной и производственной деятельности человека. Именно поэтому некоторые европейские энциклопедии и определяют информатику как «совокупность дисциплин и «техник», способствующих автоматической и рациональной обработке информации».

У нас в стране термином «информатика» вначале  обозначали лишь технологические операции с научно-технической информацией, документалистику, библиотечное дело, хранение и обработку материалов научных исследований. Но лавинообразное наступление информации на современного человека, быстрый рост ее потребления, хранения, насущная необходимость в ее переработке, преобразовании — все это заставило по-иному взглянуть на суть вопроса и переосмыслить само понятие «информатика». Стало ясно, что информатика обладает необыкновенной разносторонностью, способностью проникать во все отрасли народного хозяйства, многообразные сферы научной и общественной жизни, в деятельность каждого человека. Информатика получила статус новой отрасли и заняла особое место в системе наук. Теперь не вызывает сомнения, что без информатики не может обойтись ни одна область нашей жизни.

В системе наук информатикаэто комплекс ряда современных научно-технических дисциплин, обладающих средствами и методами решения новых задач в условиях развития научно-технического прогресса и базирующихся на самых современных технических средствах — электронных вычислительных машинах, позволяющих наилучшим образом решать вопросы, связанные с разработкой, функционированием и применением информационных систем.

Под информационной системой здесь и далее мы будем понимать хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации.

Итак, сегодня под названием «информатика» скрывается целый конгломерат наук, объединенных общим объектом исследования - информацией. Информатику составляют различные научные направления, представляющие собой комплексы самостоятельных наук, границы которых обнаружить весьма трудно, так как каждое из направлений информатики характеризуется взаимопроникновением методов и идей.

Как и другие науки,  которые  принято делить на теоретические и прикладные (например, в математике выделяются теоретическая и прикладная математика), информатика тоже состоит из научных разделов, которые можно назвать теоретической информатикой и прикладной информатикой. Каждый из этих разделов в свою очередь можно делить и дальше. Но такая структуризация информатики не слишком удобна, так как в один раздел попадают научные направления, значительно отличающиеся друг от друга и взглядом на информацию, и теми методами, которые в них используются.  Поэтому группой ученых во главе с академиком Д. А. Поспеловым предпринято другое деление информатики на основные направления, опирающееся на внутреннее единство решаемых в них задач и подходов к пониманию сущности информации. В следующих параграфах вы познакомитесь с этими основными направлениями.

Важно отметить и такую специфику информатики. Ее интересуют комбинированные системы — человеко-машинные.  Поэтому иногда говорят, что информатика есть применение науки и инженерного мастерства в обработке и использовании информации в управленческих, познавательных и иных социальных процессах.

Информатика – наука относительно новая. И эта новая наука создает новую информацию, позволяет открывать принципиально новые информационные ресурсы, использовать новые методы познания, что очень важно в наше время, когда информация быстро стареет, а цена новой информации невероятно быстро растет. Специалисты утверждают, что знания стали похожи на деньги: чем больше их оборачиваемость, движение среди людей, тем выше их ценность, что знания - «продукт» капризный, специфический и допускает только высшее качество. Знания должны работать, служить людям, приносить пользу обществу.

Таким образом, информатика способствует активизации человеческого фактора, поскольку с помощью ЭВМ позволяет повышать «разрешающую силу человеческого мозга», информатизировать, т.е. насыщать информацией, все сферы человеческой деятельности. Ныне общепризнанно, что переработка информации столь же необходимое условие для успешного осуществления производственного процесса, как и затрата энергии, сырья, материалов. Их надо не просто истратить, переработать. Их надо израсходовать разумно, целесообразно, с наилучшей отдачей. Для этого надо принять наилучшее решение, учитывающее все условия производства. Информация и есть не что иное, как отражение реальной действительности.

Все сказанное делает правомерным вывод, что информатика стала сегодня своеобразным катализатором научно-технического прогресса. В этом ее главная особенность. Информатика сегодня определяет не только уровень современной технологии, но и прогресс науки, производя революционные перемены. Информатика способствует включению в действие всех интеллектуальных резервов общества. Без информатики и информатизации немыслимы и процессы компьютеризации.

На глазах людей нынешнего поколения родилась новая научная технология, приводящая в действие все средства электронной вычислительной техники и автоматизации.

А зачем понадобилась новая научная технология, станет ясно, если  посмотреть, как изменилось за последнее столетие перераспределение количества работы в материальном производстве и в информационной сфере. Например, в США в 1880 году на производство тратилось 95% работы, на информацию только 5%. А через 100 лет — в 1980 году соотношение почти уравнялось: 45% и 55%! Это говорит о том, как велики, интенсивны потоки информации.

Обратимся к примеру из отечественной практики. Уже в середине прошлого десятилетия в нашей стране только в управлении промышленностью циркулировало 200 миллиардов данных в год. В начале 80-х годов производилось около 600 миллиардов хозяйственных операций — актов. Каждый из них сопровождают документы: ежегодно в ходу было около 60 миллиардов письменных планово-управленческих документов, если принять за единицу рукопись в 10 страниц по 1800 знаков на каждой. Ныне в течение года у нас в деловой сфере циркулирует почти триллион документов. Предполагают, что в ближайшие годы поток документов мог бы возрасти в 2 — 3 раза. Но, к счастью, вмешалась информатика.

Или другой пример. Современная интенсификация производства основана на массовом использовании научных открытий. Любая научная идея должна быть зафиксирована, обработана, передана и принята. Зафиксированная идея — значит учтенная, опубликованная в научной печати. Ежегодный объем печатной продукции, по сведениям Всесоюзной книжной палаты, составляет приблизительно 7 миллиардов страниц, из них десятая часть — научная информация.

Подсчитано, что химик, свободно владеющий 30 языками (условие невероятное), «глотающий» по 20 статей в сутки, без выходных дней и отпусков, не сможет ознакомиться и с десятой долей публикаций по его проблематике только в периодической печати. Но ведь ему мало «проглотить», надо и «переварить» прочитанное! Не меньше публикаций по математике, физике, биологии, многим другим наукам. Поток сведений, данных, фактов, сообщений выходит из бумажных берегов, делает сами эти факты, сообщения, данные, сведения труднодоступными для использования.

Поэтому информатика вводит ограничение на понятие «информация», считая информацией сообщения, сведения, в которых есть соотношение между их источником и потребителем. Иными словами, информацияне то, что лежит мертвым грузом, а то, что находится в действии, необходимо кому-либо  или чему-либо.

В целом, общая система взглядов на информатику и информатизацию основывается на том, что информация является новым, чрезвычайно ценным ресурсом человечества наряду с другими, давно известными, — например, энергетическими, природными, людскими. Причем этот новый ресурс с увеличением количества людей на планете не уменьшается как энергия, или продовольствие, или свободное пространство земли, а наоборот, растет. Этот ресурс не убывающий, а расширяющийся.

Можно смело утверждать, что теперь положение государства в мире определяется не только тем количеством энергии, которое вырабатывается, не только тем количеством продукта, которое производится,  но и объемом и качеством информации, которая осваивается.  Работа с информацией влечет за собой множество проблем: поиск, кодирование, защиту, передачу, обработку, восприятие, хранение информации и др.

На Всесоюзной конференции по информатике, проходившей в 1984 году, академик А. А. Самарский, известный специалист в области математической физики, вычислительного эксперимента и вычислительной математики, показал слайд, на котором информатика была изображена в виде красавицы, несущейся на трех китах по научному океану. Имена китов — Модель, Алгоритм, Программа.

В широком смысле, используя понятия «модель» и  «алгоритм», здесь и далее, мы будем понимать следующее. Модельлюбой образ, аналог (мысленный или условный: изображение, описание, схема, чертеж, график, план, формула и  т. п.)  какого-либо объекта, процесса или явления («оригинала» данной модели), обладающий существенными для целей исследования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяющий исходный объект. Любая задача  – есть также модель, модель некоторой ситуации. Для того чтобы разрешить проблемную ситуацию, т. е. решить задачу, необходимо найти способ решения, или алгоритм. Итак, алгоритмспособ (программа) решения вычислительных и других задач, точно предписывающий, как и в какой последовательности получить результат, однозначно определяемый исходными данными. Заметьте, что программа в широком смысле – есть алгоритм. В узком смысле программаэто алгоритм, записанный на машинном языке конкретной ЭВМ либо на языке программирования. Именно в этом смысле чаще всего используется данное понятие в информатике.

С помощью описанных «трех китов» можно успешно применять достижения теоретического и эмпирического познания в сочетании с машинной переработкой информации. К авторитетному мнению ученого необходимо добавить, что информатика — не «чистая» вычислительная технология (то есть не технология обработки данных «в чистом виде»). Информатика позволяет отказаться от укоренившегося взгляда на компьютеры лишь как на средство переработки готовой информации и использовать их как инструмент познания, глубокого проникновения в суть изучаемых явлений, в технологию конструирования машин, в сложности проектируемых объектов.

В разных областях деятельности решаются разные задачи, но для каждой из областей нужны оптимальные сбор, хранение, переработка и выдача больших массивов информации, нужна автоматизированная выборка и обработка данных. Связать воедино функционирование информации в конкретной среде с требованиями ее машинной обработки — цель исследований в информатике.

Мы еще раз обращаем ваше внимание на то, что технические средства – компьютеры  занимают по отношению к информатике такое же положение, как физические приборы по отношению к физике.  Все дисциплины, образующие информатику, нацелены на изучение общих свойств процессов сбора, хранения, обработки, передачи и использования информации.

Специалистов, работающих в этом направлении, объединяет, во-первых, центральная для информатики идея того, что информационные процессы обладают свойствами, не зависящими от их физического воплощения и общими для всех сфер природы и общества, и, во-вторых, общая схема информатизации, т. е. схема представления изучаемых явлений и решаемых задач в виде систем, перерабатывающих информацию. Эта схема показана на рис.1.

Рис.1. Общая схема информатизации

Поясним смысл данной схемы. Сначала создается информационная математическая модель изучаемого объекта. Виды этих моделей разнообразны: формальные системы, автоматы, игровые модели и др. Выбор вида модели зависит от информационной сущности объекта, а не от его физической природы. Скажем, логические модели используются и при моделировании человеческих рассуждений, и при описании логических схем автоматики, и при построении трансляторов. Затем разрабатываются алгоритмы обработки информации в этих моделях. Далее определяются конкретные виды символических представлений информации в созданной модели (выбираются алфавиты, коды, языки). И, наконец, на основе разработанных алгоритмов и представлений информации создаются программы для ЭВМ.

Обобщая приведенные в данном параграфе определения, можно сказать, что информатикаодно из главных направлений научно-технического прогресса; область научно-технической деятельности, занимающаяся исследованием процессов получения, передачи, обработки, хранения, представления информации, решением проблем создания, внедрения и использования информационной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

В содержании предмета «информатика» довольно часто встречается термин «формализация» и термины, производные от него. Поэтому для уточнения смысла введем некоторые определения.

Формализация это уточнение содержания изучаемых предметов, которое давала бы право оперировать ими с помощью математических и логических методов.

Поясним смысл формализации. Существует целый арсенал подходов к изучению явлений действительности. Но какой бы подход не использовался – отождествление, идеализация, упрощение, абстракция – всегда идет «огрубление», «заострение», выделение главного, общего.

Научная теория считается точной, строгой, если ее содержательные элементы (абстракция, идеализация, отождествление и т.п.) уточнены в такой степени, что они допускают применение к ним единообразных правил оперирования (т.е. правил, отличающихся формальным характером). Поэтому процесс уточнения, приводящий к возможности такого оперирования, можно назвать процессом формализации.

Принято говорить об узком и широком значении слова «формализация».

В широком смысле под формализацией понимают изучение предметов, уточнение их содержания по правилам формальной логики. Некоторые ученые считают, что в зародыше формализация возникла вместе с языком и мышлением. Они полагают, что формализацией можно признать уже наделение какого-либо предмета названием.

В узком смысле формализация – такое уточнение содержания изучаемых предметов, когда возможно оперировать с ними математически. Это подчеркивается и в определении, данном выше.

Формализация пока что осуществлена в математике и математической логике, отчасти в физических науках. Именно благодаря формализации математическую логику смогли применять в электронно-вычислительных машинах, которые работают по ее законам.

В информатике формализованы такие дисциплины, как теория информации, теория игр, теория принятия решений, теория оптимизации и некоторые другие. Об этом будет идти речь в следующих главах учебного пособия.

Известно, что совокупность научных исследований обретает права науки, если выполнены два необходимых условия. У этих исследований должен быть объект изучения, не совпадающий с теми, которые изучают другие науки. И должны существовать специфические методы исследования этого объекта, отличные от методов других, уже сложившихся наук. Как уже было сказано, в современной информатике выделился ряд основных направлений. В настоящее время их насчитывается восемь. Следующие параграфы представляют краткое изложение этих направлений и доказывают выполнение  условий, указанных выше.

§ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА

Теоретическая информатика - математическая дисциплина, использующая методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создающая теоретический фундамент информатики в целом. По самой своей природе информация тяготеет к дискретному представлению. Дискретностьпрерывность; противопоставляется непрерывности.  Например, дискретное изменение какой-либо величины во времени – это  изменение, происходящее через некоторые промежутки времени (скачками). Множество информационных сообщений, как правило, можно описывать в виде дискретного множества. А значит, по своему характеру теоретическая информатика близка к дискретной математике, изучающей объекты именно такого типа. Поэтому многие модели теоретической информатики заимствованы из дискретной математики.

Объекты информатики не только дискретны, но и абстрактны. Абстрактность (отвлеченность) – это форма познания, основанная на мысленном выделении существенных свойств и связей предмета и отвлечении от других, частных его свойств и связей. Объекты информатики абстрактны, во-первых, в том смысле, что один и тот же информационный процесс может иметь различные материальные воплощения и, следовательно, сам по себе не имеет физической интерпретации. Она возникает при его использовании и может быть различной в зависимости от области применения. Во-вторых, они абстрактны в том смысле, что очень часто не имеют не только физической, но и числовой интерпретации.

Если основные характеристики физических объектов удается выразить числами, а физические закономерности - соотношениями, символы которых опять-таки имеют числовой смысл, то среди характеристик информационных объектов появляются такие понятия, как отношение, связь, структура, которые только с помощью чисел выразить нельзя.

Множественность физических интерпретаций информационных моделей и связанное с ней ощущение множественности миров - характерная методологическая особенность теоретической информатики.

Поскольку теоретическая информатика - главный поставщик задач и потребитель методов дискретной математики, границу между ними провести не всегда просто. Дисциплины, образующие фундамент дискретной математики: логика, теория графов, теория алгоритмов - возникли до появления информатики и используются не только в ней. Их принято относить к «чистой» математике. Тем не менее,  в учебном пособии по информатике без знакомства с ними обойтись нельзя, и о них будет рассказано в соответствующих параграфах. Другие, производные от них дисциплины, такие, как теория автоматов, теория формальных грамматик, непосредственно возникшие из информационных задач, можно относить и к математике, и к информатике.

Наряду с дискретной математикой в теоретической информатике используются понятия и методы традиционной, непрерывной математики. Например, теория информации использует методы теории вероятностей, исследование операций - методы линейной алгебры и математического анализа. Круг математических методов, используемых в теоретической информатике, весьма широк и продолжает расширяться.

Теоретическая информатика сегодня распадается на ряд самостоятельных дисциплин.

В нее входят, например,  дисциплины, опирающиеся на математическую логику. В них разрабатываются методы, позволяющие использовать достижения логики для анализа процессов переработки информации с помощью компьютеров (теория алгоритмов, теория параллельных вычислений), а также методы, с помощью которых можно на основе моделей логического типа изучать процессы, протекающие в самом компьютере во время вычислений.

Компьютеры, как известно, оперируют с числами, т. е. с информацией, представленной в дискретной форме. А сами процедуры, реализуемые компьютером, есть алгоритмы, описанные в виде программ. Чтобы составить программу, необходимо разработать специальные приемы решения задач. Так возникли дисциплины, лежащие на границе между дискретной математикой и теоретической информатикой. Это вычислительная математика и вычислительная геометрия. Слово «вычислительная» подчеркивает, что эти науки направлены на создание методов, ориентированных на реализацию в компьютерах.

Информатика имеет дело с реальными и абстрактными объектами. Информация, циркулируя в реальном виде, овеществляется в различных физических процессах, но в информатике она выступает как некоторая абстракция. Такой переход вызывает необходимость использования в компьютерах специальных абстрактных моделей той физической среды, в которой «живет» информация в реальном мире. Переход от реальных объектов к моделям, которые можно использовать для изучения и реализации в компьютерах, требует развития особых приемов. Их изучением занимается системный анализ - наука, изучающая структуру реальных объектов и дающая способы их формализованного описания. Частью системного анализа является общая теория систем, изучающая самые разнообразные по характеру системы с единых позиций. Системный анализ занимает пограничное положение между теоретической информатикой и кибернетикой.

Такое же пограничное положение занимают еще две дисциплины. Имитационное моделирование - одна из них. В этой науке создаются и используются специальные приемы воспроизведения процессов, протекающих в реальных объектах, в тех моделях этих объектов, которые реализуются в вычислительных машинах. Вторая наука — теория массового обслуживания изучает специальный, но весьма широкий класс моделей передачи и переработки информации, так называемые системы массового обслуживания.

Еще один класс дисциплин, входящих в теоретическую информатику, ориентирован на использование информации для принятия решений в самых различных ситуациях, встречающихся в окружающем нас мире. Сюда, прежде всего, входит теория принятия решений, изучающая общие схемы, используемые людьми при выборе нужного им решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр.

Всегда хочется среди всех возможных решений выбрать наилучшее или близкое к такому. Проблемы, возникающие при решении подобных задач, изучаются в дисциплине, получившей название математическое программирование (не путать с программированием для компьютеров, слово «программирование» здесь употребляется в ином смысле). Изучением способов построения и использования планов выбора отдельных решений для достижения поставленных целей занимается еще одна научная дисциплина - исследование операций.

В последнее время активно развивается новая дисциплина - теория коллективного поведения, для которой задачи коллективного принятия решений - предмет специального изучения.

§ 3. КИБЕРНЕТИКА

Кибернетика - наука, изучающая общие принципы управления в объектах различной природы.

Несколько слов из истории кибернетики. Почти сто пятьдесят лет назад французский физик и математик Андре Мари Ампер закончил обширный труд — «Очерки по философии наук». В нем знаменитый ученый попытался привести в стройную систему все человеческие знания. Каждой из известных в то время наук было отведено свое место в системе. В рубрику за номером 83 Ампер поместил предполагаемую им науку, которая должна изучать способы управления обществом.

Ученый заимствовал ее название из греческого языка, в котором слово «кибернетес» означает «рулевой», «кормчий». Кибернетику Ампер сопроводил такими словами, звучащими весьма символично: «...et secura cives ut pace fruantur» («...и обеспечивает гражданам возможность наслаждаться миром»).

Долгое время после Ампера термин «кибернетика» был забыт. Но вот в 1948 году известный американский математик Норберт Винер опубликовал книгу под названием «Кибернетика, или Управление и связь в живых организмах и машинах». Она вызвала большой интерес ученых, хотя законы, которые Винер положил в основу кибернетики, были открыты и исследованы задолго до появления книги.

Таким образом, считается, что кибернетика возникла в конце 40-х гг., когда Н. Винер  выдвинул идею о том, что системы управления в живых, неживых и искусственных системах обладают многими общими чертами. Установление аналогий обещало создание «общей теории управления», результаты которой могли бы использоваться в самых разнообразных системах. Идея получила подкрепление, когда появились компьютеры, способные единообразно решать самые разные задачи. Универсальность компьютерных вычислений наталкивала на справедливость гипотезы о существовании универсальных схем управления.

Эта гипотеза не выдержала проверку временем, но накопленные в кибернетике сведения о самых разных системах управления, общие принципы, которые частично все-таки удалось обнаружить, замена узкопрофессиональной точки зрения специалиста в какой-либо области на взгляд с позиции общности внешне разнородных объектов и систем принесли большую пользу.

Связь между понятиями «информатика» и «кибернетика» можно истолковать следующим образом.  Суть информатики — в изучении информационных связей в различных системах, объединенных целями управления. А суть кибернетики — в изучении управления как информационного процесса.

Рис.2. Кибернетическая система

На ранних этапах своего становления кибернетика включала в себя те задачи, которые сейчас решаются в информатике. Сегодня же общепринято, что кибернетические исследования заключаются в изучении общих свойств, присущих различным системам  управления. Эти свойства могут проявляться и в живой природе, и в органическом мире, и в коллективах людей.

Основными в кибернетике являются понятия управления и информации.

Как видно из рисунка 2, система управления (кибернетическая система) может рассматриваться как совокупность двух систем — объекта управления и управляющей системы. При этом управление есть  процесс целенаправленного воздействия на объект управления, который обеспечивает требуемое поведение или работу. Из рисунка видно, что управляющая система воздействует на объект управления, подавая на него управляющие сигналы, содержащие информацию (управляющие решения) о том, как должен вести себя объект управления. Заметим, что для того, чтобы выработать управляющие решения, обеспечивающие достижение цели управления, управляющая система должна иметь информацию о состоянии внешней среды и о состоянии объекта управления. Канал (или каналы) передачи информации о состоянии внешней среды и о состоянии объекта управления носят название каналов цепей обратной связи. Наличие обратной связи, т.е. информации в ответ на сигнал, полученный управляемым объектом, является характерной особенностью всех управляющих систем.

Объект управления (будь то машина или автоматическая линия, предприятие или войсковое соединение, живая клетка, синтезирующая белок или мышца, текст, подлежащий переводу, или набор символов, преобразуемый в художественное произведение) и управляющее устройство (мозг и нервная ткань живого организма или управляющий автомат) обмениваются между собой информацией. Таким образом, процесс управления  сопряжен с передачей, накоплением, хранением и переработкой информации, характеризующей управляемый объект, ход процесса, внешние условия, программу работы и т. д.

В различных системах могут быть различными по своей природе носители информации: звуковые, световые, механические, электрические, химические сигналы, документы, пленки. Однако вне зависимости от материального носителя информации процессы ее передачи подчиняются общим количественным закономерностям. Об этом вы узнаете в следующих параграфах.

Реальные системы управления отличаются большой сложностью и большим разнообразием. Они могут содержать несколько каналов управляющей информации и обратной связи.  Свойства каналов и способы кодирования и переработки информации в них также отличаются большим разнообразием. По-разному формируются и управляющие решения. Тем не менее, общая модель, приведенная на рисунке, сохраняется для всех систем. Такая общность позволяет успешно описывать функционирование различных систем едиными формальными средствами. Однако выделение общих структурно-информационных свойств систем различной природы требует часто высоких профессиональных знаний в той области, которая соответствует содержательной природе исследуемых систем.

В кибернетике выделяют два основных направления исследований: теоретическую и техническую кибернетику.  Теоретическая кибернетика занимается общими проблемами теории управления, вопросами передачи, защиты, хранения и использования информации в системах управления. Многие проблемы теоретической кибернетики изучаются в теоретической информатике. Специалисты, работающие в технической кибернетике, исследуют и проектируют различные технические управляющие системы, начиная от достаточно простых систем автоматического регулирования и управления до сложных автоматизированных систем управления - АСУ. В рамках технической кибернетики развивается и теория построения вычислительных машин, а также логические методы синтеза дискретных управляющих устройств. Для решения возникающих тут задач специалисты в области технической кибернетики используют модели алгебры логики, многозначных логик и теории автоматов.

Решающим в становлении кибернетики был бурный рост электронной автоматики и особенно появление быстродействующих вычислительных машин. Они открыли невиданные возможности в обработке информации и в моделировании систем управления.

На протяжении столетий трудами ученых закладывался фундамент, формировались принципиальные основы кибернетики, формировался методологический аппарат, включающий теорию информации, теорию алгоритмов, теорию вероятностей, математическую логику и многие другие разделы, как  теоретической информатики, так  и математики.

Выдающееся значение для ее развития имели труды  К. Шеннона, Дж. Неймана, И. П. Павлова. Историки отмечают заслуги и таких выдающихся инженеров и математиков, как И. А. Вышнеградский, А. М. Ляпунов, А. Н. Колмогоров. В среде ученых считается, что в 1948 году состоялось не рождение, а крещение кибернетики — науки об управлении. Именно к этому времени с наибольшей остротой встал вопрос о повышении качества управления в нашем усложненном мире. И кибернетика дала специалистам самого разного профиля возможность применять точный научный анализ для решения проблем управления.

Сегодня достижениями кибернетики пользуются математики и физики, биологи, физиологи и психиатры, экономисты и философы, инженеры различных специальностей.

Перенос идей и моделей  из одних областей в другие, общение между co6ой специалистов разного профиля на некотором едином языке кибернетики сделали свое дело.  Появились кибернетические по своему духу модели в науках, доселе не знавших точных методов и расчетов.  Возникли научные направления, получившие характерные названия: химическая кибернетика, юридическая  кибернетика, техническая кибернетика и т.п. Все эти «кибернетики» изучают использование информации при управлении в том классе систем, который изучает соответствующая наука. Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В ее состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики.

Заметное место в кибернетике занимает теория распознавания образов. Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности, соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная наука между кибернетикой и искусственным интеллектом, так как поиск решающих правил чаще всего осуществляется путем обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура. В кибернетике выделяется даже специальная область исследований, получившая название обучение на примерах.

В последнее время объектом самого пристального изучения, самого детального исследования стал живой организм: сам человек как управляющая система высшего типа, те или иные функции которой инженеры и ученые стремятся воспроизвести в автоматах. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищут бионика и нейрокибернетика - пограничные науки между кибернетикой и биологией. Нейрокибернетика наука, изучающая процессы переработки информации в нервной ткани животных и человека. Биониканаука о том, как находки живой природы, реализованные в живых организмах, можно переносить в искусственные системы, создаваемые человеком.

Кибернетику также весьма интересуют равновесные состояния в различных системах и способы их достижения. Этими вопросами занимается гомеостатика, недавно возникшая и еще находящаяся в стадии оформления наука. Гомеостатика - наука о достижении равновесных состояний при наличии многих действующих одновременно факторов.

Быстро развивающиеся области кибернетики – экономическая кибернетика и социальная кибернетика, изучающие, соответственно, процессы управления, протекающие в экономике и человеческом обществе.

Кибернетику иногда рассматривают как прикладную информатику в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности, от управления отдельным объектом (станком, промышленной установкой, автомобилем и т. п.) до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей.

 

 

Недавно добавили