Информатика и информация 

Задачи, связанные с хранением, передачей и обработкой ин­формации, человеку приходилось решать во все времена: требова­лось передавать знания из поколения в поколения, искать нуж­ные книги в хранилищах, шифровать секретную переписку. К концу XIX века количество документов в библиотеках стало на­столько велико, что возникла необходимость применить научный подход к задачам хранения и поиска накопленной информации. В это время зародилось новое научное направление, в котором изу­чалась документальная информация, т. е. информация в виде до­кументов (книг, журналов, статей и т. п.). В английском языке оно получило название information science (информационная нау­ка, наука об информации).

Применение компьютерной техники значительно увеличило возможности людей в области работы с информацией, позволив автоматизировать рутинную работу. Считается, что слово «информатика» в современном значении образовано в результате объединения двух слов: «информация» и «автоматика». Таким образом, получается «автоматическая работа с информацией». В английском языке существует близкое по значению выражение computer science (наука о компьютерах).

Современная информатика, которая стала самостоятельной наукой в 70-х годах XX века, изучает теорию и практику обработки информации с помощью компьютерных систем.

Впервые этот термин использовал немецкий ученый К. Штейнбух в 1957 г. (нем. informatik). В 1962 г. Ф. Дрейфус ввёл слово informa-tique во французский язык, затем оно было переведено на английский (англ. informatics).Хар-ки информации с помощью компьютерных систем.

Обычно к ин­форматике относят следующие научные направления:

• теоретическую информатику (теорию информации, теорию кодирования, математическую логику, теорию автоматов и др.);

• вычислительную технику (устройство компьютеров и ком­пьютерных сетей);

• алгоритмизацию и программирование (создание алгорит­мов и программ);

• прикладную информатику (персональные компьютеры, прикладные программы, информационные системы и т. д.);

• искусственный интеллект (распознавание образов, понима­ние речи, машинный перевод, логические выводы, алгоритмы самообучения).

Раньше эти вопросы частично рассматривались в других науках — математике, лингвистике (науке о языке), электронике и др. С появлением компьютеров стало ясно, что все эти направ­ления тесно связаны, и постепенно начала формироваться новая область научной деятельности. Информатика — это область науки в процессе становления, и круг её вопросов в будущем может измениться.

В нашем курсе мы также познакомимся с информационными технологиями, которые связаны с применением компьютеров во всех областях современной жизни: при оформлении документов; при подготовке книг и журналов к печати; для расчёта зарплаты; для продажи билетов на поезда и самолёты; для автоматизации производства; при проектировании зданий, кораблей, станков и т. д. Во всех этих сферах используется понятие «информация».

Что такое информация?

Латинское слово informatio переводится как «разъяснение», «сведения». В быту под информацией мы обычно понимаем лю­бые сведения или данные об окружающем нас мире и о нас са­мих. Однако дать общее определение информации весьма непрос­то. Более того, в каждой области знаний слово «информация» имеет свой смысл.

Философы говорят о том, что информация, как зеркало, отра­жает мир (реальный или вымышленный). Биологи рассматривают информационные процессы в живой природе. Социологи изучают ценность и полезность информации в человеческом обществе. Специалистов по компьютерной технике в первую очередь интересует представление информации в виде знаков.

Попробуем посмотреть на информацию с разных сторон и по­пытаться выявить некоторые её свойства.

Прежде всего информация «бестелесна», или нематериальна, она не имеет формы, размеров, массы. С этой точки зрения ин­формация — это то содержание, которое человек с помощью свое­го сознания «выделяет» из окружающей среды.

 

Информация нематериальна.

 

Давайте сравним два изображения одинакового размера. На первом из них пусто, а на втором мы видим фото­графию. Вряд ли кто-то способен долго разглядывать чистый лист, а на фотографию можно долго смотреть, открывая всё но­вые и новые детали. Почему так?

Первый рисунок разглядывать неинтересно, там всё одинако­во — везде белый цвет. На втором рисунке есть разнообразие, он неоднороден. Поэтому можно сказать, что он содержит больше информации, чем первый.

 

Информация характеризует разнообразие (неоднородность) в окружающем мире.

 

Зачем вообще нам нужна информация? Дело в том, что наше знание всегда в чём-то неполно, в нём есть неопределённость. Например, вы стоите на остановке и не знаете, на каком именно автобусе вам нужно ехать в гости к другу (его адрес известен). Не­определённость мешает вам решить свою задачу. Нужный номер автобуса можно определить, например, по карте с маршрутами транспорта. Очевидно, что при этом вы получите новую информа­цию, которая увеличит знание и уменьшит неопределённость.

 

При получении информации уменьшается неопределённость.

 

Многие выдающиеся ученые XX века (Н. Винер, У. Эшби, К. Шеннон, А. Урсул, А. Моль, В. М. Глушков) давали свое опре­деление информации, но ни одно из них не стало общепринятым. Дело в том, что слово «информация» используется в самых раз­ных ситуациях для обозначения того общего, что есть в разговоре людей, обмене письмами, чтении книги, прослушивании музыки, передаче сообщения через компьютерную сеть и т. д. Поэтому дать строгое определение информации не удаётся, можно только объяснить значение этого слова на примерах и сравнить с други­ми понятиями. Норберт Винер, создатель кибернетики — науки об управлении и связи — писал: «Информация есть информация, а не материя и не энергия».

Как получают информацию

Человек получает информацию через свои органы чувств: гла­за, уши, рот, нос и кожу. Поэтому получаемую нами информацию можно разделить на следующие виды:

• зрительная информация (визуальная, от англ. visual) — поступает через глаза (по разным оценкам, это 80-90% всей получаемой нами информации);

• звуковая информация (аудиальная, от англ. audio) — посту­пает через уши;

• вкусовая информация — поступает через язык;

• обонятельная информация (запахи) — поступает через нос; тактильная информация ■— мы её получаем с помощью осязания (кожи), «на ощупь».

Ещё выделяют информацию, получаемую с помощью «мы­шечного чувства» (человеческий мозг получает импульсы от мышц и суставов при перемещении частей тела).

Некоторые животные чувствуют магнитное поле Земли и ис­пользуют его для выбора направления движения.

Формы представления информации

Информация может быть представлена (зафиксирована, зако­дирована) в различных формах:

• текстовая   информация   —   последовательность   символов (букв, цифр, других знаков);  в тексте важен порядок их расположения, например КОТ и ТОК — два разных текста, хотя они состоят из одинаковых символов; числовая информация;

• графическая информация (рисунки, картины, чертежи, карты, схемы, фотографии и т. п.);

• звуковая информация (звучание голоса, мелодии, шум, стук, шорох и т. п.);

• мультимедийная информация, которая объединяет не­сколько форм представления информации (например, видео­информация).

Обратим внимание, что одна и та же информация может быть представлена по-разному. Например, результаты измерения тем­пературы в течение недели можно сохранить в виде текста, чисел, таблицы, графика, диаграммы, видеофильма и т. д.

Человек, информация, знания

Обо всех изменениях в окружающем мире человек узнает с помощью своих органов чувств: сигналы от них («первичная» информация) постоянно поступают в мозг. Чтобы понять эти сиг­налы, т. е. извлечь информацию, человек использует знания — свои представления о природе, обществе, самом себе. Знания по­зволяют человеку принимать решения, определяют его поведение и отношения с другими людьми.Можно считать, что знания — это модель мира, которая есть у человека. Получив информацию («поняв» сигналы, поступив­шие от органов чувств), он корректирует эту модель, дополняет свои знания.

Всегда ли полученная информация увеличивает наши знания? Очевидно, что нет. Например, информация о том, что 22 — 4 вряд ли увеличит ваши знания, потому что вы это уже знаете, эта ин­формация для вас не нова. Однако она будет новой для тех, кто изучает таблицу умножения. Это значит, что изменение знаний при получении сообщения зависит от того, что человек знал до этого момента. Если он знает всё, что было в полученном сообще­нии, знания не изменяются.

Вместе с тем сообщение «Учёт вибронных взаимодействий континуализирует моделирование диссипативных структур» (или сообщение на неизвестном языке) также не увеличивает знания, потому что эта фраза, скорее всего, вам непонятна. Иначе говоря, имеющихся знаний не хватает для того, чтобы воспринять новую информацию.

 

Сообщение увеличивает знания человека, если оно понятно и содержит новые сведения.

 

К  сожалению,   «измерить»   смысл  информации,   оценить  его числом, довольно сложно. Поэтому для оценки количества информации

Эти идеи послужили основой семантической (смысловой) тео­рии информации, предложенной в 60-х годах XX века советским математиком Ю. А. Шрейдером. На рисунке 1.2 показано, как за­висит количество полученных знаний / от того, какая доля ин­формации 6 в сообщении уже известна получателю.Информацию используют другие подходы,  о которых  вы узнаете чуть позже.

Когда человек хочет поделиться с кем-то своим знанием, он может сказать: «Я знаю, что...» или «Я знаю, как...». Это говорит о том, что есть два разных вида знаний. В первом случае зна­ния — это некоторый известный факт, например: «Я знаю, что Луна вращается вокруг Земли». Такие знания называются декла­ративными, человек выражает их словами {декларирует). Дек­ларативные знания — это факты, законы, принципы.

Второй тип знаний («Я знаю, как...») называют процедурны­ми. Они выражаются в том, что человек знает, как нужно дей­ствовать в той или иной ситуации. К процедурным знаниям отно­сятся алгоритмы решения различных задач.

Для того чтобы сохранить знания и передать другим людям, нужно выразить их на каком-то языке (например, рассказать, за­писать, нарисовать и т. п.). Только после этого их можно хра­нить, обрабатывать, передавать, причём с этим может справиться и компьютер. В научной литературе информацию, зафиксирован­ную (закодированную) в какой-то форме, называют данными, имея в виду, что компьютер может выполнять с ними какие-то операции, но не способен понимать смысл.

Для того чтобы данные стали информацией, их нужно понять и осмыслить, а на это способен только человек. Если человек, по­лучающий сообщение, знает язык, на котором оно записано, он может понять смысл этого сообщения, т. е. получить информа­цию. Обрабатывая и упорядочивая информацию, человек выявля­ет закономерности — получает знания.

Мы увидели, что в науке существуют достаточно тонкие раз­личия между понятиями «данные*, «информация», «знания». Тем не менее на практике чаще всего всё это называется общим термином «информация».

Свойства информации

В идеале информация должна быть:

• объективной (не зависящей от чьего-либо мнения);

• понятной для получателя;

• полезной (позволяющей получателю решать свои задачи);

•  достоверной (полученной из надёжного источника);

• актуальной (значимой в данный момент); полной (достаточной для принятия решения).

Конечно, информация не всегда обладает всеми этими свой­ствами. Информация в сообщении «В стакане мало молока» не­объективна (для пессимиста полстакана — это мало, а для оптимиста — много). Сообщение &li#t^Cfr^ fco непонятно для не знающих японский язык (оно означает «Я пошёл гулять», только по-японски).

Полезность информации определяется для каждого человека в конкретной ситуации. Например, информация о том, как древ­ние люди добывали огонь, для большинства городских жителей бесполезна, поскольку она никак не помогает им решать свои жизненные проблемы. Вместе с тем в экстремальной ситуации, когда человек оказывается один на один с природой, такие зна­ния очень полезны, потому что сильно увеличивают шансы на выживание, т. е. помогают достичь цели.

Слухи, байки, искажённая информация (в том числе дезин­формация) — это примеры недостоверной информации.

Сообщение «10 лет назад здесь был ларёк с мороженым» неак­туально, эта информация устарела.

Информация в сообщении «Сегодня будет концерт» неполна, потому что не указано время и участники концерта, и из-за этого мы не можем принять решение (идти или не идти?).

Развитие глобальной сети Интернет, в которую ежеминутно вносится огромное количество самых разнообразных данных, во многом перевернуло привычные представления о работе с инфор­мацией. Например, основным источником для поиска учебных материалов теперь фактически является Интернет, а не библиоте­ки. Однако при использовании информации из Интернета необхо­димо относиться к ней критически, так как ее достоверность никто не гарантирует.

Роль информации в человеческом обществе очень велика. Информация, получаемая нами из разных источников, позволяет принимать решения и во многом определяет всю нашу жизнь. Огромно влияние на общество средств массовой информации (СМИ) — газет, телевидения, изданий в Интернете.

В будущем ожидается переход к информационному обществу, где большая часть населения будет заниматься сбором, обработкой и распространением информации, поэтому высказывание не­мецкого банкира Н. Ротшильда «Кто владеет информацией, тот владеет миром» становится актуальным как никогда.

Информация в технике

Практически все современные технические устройства (теле­визоры, телефоны, стиральные машины, системы управления са­молётами и судами и т. д.) строятся на микропроцессорах, кото­рые обрабатывают информацию: анализируют сигналы с датчи­ков, выбирают нужный режим работы. Широко используются системы программного управления, например станки, обрабаты­вающие детали по программе, заложенной в памяти. Эту програм­му очень легко поменять и настроить станок на изготовление дру­гой детали. Многие опасные, тяжёлые и утомительные работы за человека могут выполнить роботы, у которых датчики заменяют органы чувств. Например, человекоподобный робот (андроид) Asimo (рис. 1.3), разработанный фирмой Honda, умеет распознавать предметы, жесты, звуки, узнавать лица, разговаривать через домофон, передавать данные через Интернет.

Наиболее универсальным устройством для обработки инфор­мации можно считать компьютер. Хотя современные компьютеры пока не умеют работать с вкусовой и обонятельной информацией (запахами), работы в этом направлении ведутся. Уже существуют экспериментальные приборы, названные «электронный носе и «электронный язык»; они построены на основе химических дат­чиков.

Сейчас в теоретической информатике считается, что компью­тер может хранить и обрабатывать только данные, но не инфор­мацию. Многие учёные полагают, что машина принципиально не может научиться понимать смысл информации и делать выво­ды1. Эту точку зрения подтверждает фактический провал проек­та «компьютеров пятого поколения* (Япония, 1980-е гг.), в ходе которого планировалось создать машины, общающиеся с челове­ком на естественном языке. Тем не менее учёные уделяют этим проблемам огромное внимание. Например, возникло целое на­учное направление data mining («добыча данных»), в котором изучаются методы извлечения информации («смысла», законо­мерностей, связей, знаний) из огромных наборов данных. В не­которых случаях действительно удаётся использовать огромные вычислительные мощности компьютеров для того, чтобы найти неизвестные ранее закономерности, которые можно использовать на практике.