Введение в предмет. Понятие Кибернетики и Информатики

Лекция №1

Теоретические основы информатики, информатика и кибернетика, системы счислений, алгебра высказываний

Организационные вопросы

- Учебная литература

- Информационные ресурсы Интернет

- Корпоративные информационные ресурсы

Введение в предмет. Понятие Кибернетики и Информатики.

История появления информатики:

• 1920 – 1949гг. Статистическая теория количества информации – рассматривает информацию по вероятностным принципам как меру неопределенности (энтропии). Задачами определения количества информации занимались Р. Фишер, Р. Хартли (1928 г.) и X.Найквист (1924 г.). Хартли заложил основы теории информации, определив меру количества информации как статистическую величину. Наиболее детально вопросы были обобщены американским инженером Клодом Шенноном в 1948 г. С этого времени началось интенсивное развитие теории информации и углубленное исследование вопроса об измерении ее количества.

• 1950 – 1979гг. Кибернетика – фундаментальная наука, изучающая вопросы информационного взаимодействия и управления интеллектуальными системами. А. А. Богданов, 1911 - 1925гг разрабатывал науку - тектологию – «всеобщую организационную науку», В 1948 году американский математик Н.Винер издал книгу "Кибернетика". Предметом исследования кибернетики является любая система, независимо от ее свойств и особенностей, изучаемая с целью моделирования и управления ею.
• 1980г. Информатика – это прикладная наука, изучающая способы и средства автоматизации интеллектуальной деятельности человека.

Полное определение:

Информатика – это прикладная наука, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации, стремительно развивающаяся и постоянно расширяющаяся область практической деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий.

Информа́тика (ср. нем. Informatik, фр. Informatique, англ. computer science — компьютерная наука — в США, англ. computing science — вычислительная наука — в Великобритании) — наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи и использования информации. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.

Термин «информатика» был впервые введён в Германии Карлом Штейнбухом в 1957 году^[2]. В 1962 году этот термин был введён во французский язык Ф. Дрейфусом, который также предложил и переводы на ряд других европейских языков. В советской научно-технической литературе термин «информатика» был введён А. И. Михайловым, А. И. Черным и Р. С. Гиляревским в 1968 году^[3].

Отдельной наукой информатика была признана лишь в 1970-х; до этого она развивалась в составе математики, электроники и других технических наук. Некоторые начала информатики можно обнаружить даже в лингвистике. С момента своего признания отдельной наукой информатика разработала собственные методы и терминологию.

Первый факультет информатики был основан в 1962 году в университете Пёрдью (Purdue University). Сегодня факультеты и кафедры информатики имеются в большинстве университетов мира.

В школах СССР учебная дисциплина «Информатика» появилась в 1985 году одновременно с первым учебником А. П. Ершова «Основы информатики и вычислительной техники».

Высшей наградой за заслуги в области информатики является премия Тьюринга.

4 декабря отмечается День российской информатики, так как в этот день в 1948 году Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство зарегистрировал за номером 10 475 изобретение И. С. Брука и Б. И. Рамеева — цифровую электронную вычислительную машину^[4].

Темами исследований в информатике являются вопросы: что можно, а что нельзя реализовать в программах и базах данных (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические вычислительные и информационные задачи с максимальной эффективностью (теория сложности вычислений), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры и базы данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования и представление знаний) и т. п.

Медицинская кибернетика – это научное направление, связанное с применением методов и средств кибернетики в медицине и здравоохранении.

Предмет кибернетики.

Основным объектом исследования в Кибернетике являются так называемые кибернетические системы. В общей (или теоретической) Кибернетике такие системы рассматриваются абстрактно, безотносительно к их реальной физической природе. Высокий уровень абстракции позволяет Кибернетике находить общие методы подхода к изучению систем качественно различной природы, например технических, биологических и даже социальных.

Абстрактная кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов, называемых элементами системы, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией. Примерами кибернетических систем могут служить разного рода автоматические регуляторы в технике (например, автопилот или регулятор, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в помещении), электронные вычислительные машины (ЭВМ), человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество.

Кибернетический подход к изучению объектов различной природы. С ущность так называемого кибернетического подхода к изучению различных объектов живой и неживой природы составляетих изучение как преобразователей информации или как систем, состоящих из элементарных преобразователей информации, Этот подход требует определенного уровня абстракции. Так, при кибернетическом подходе к изучению мозга как системы нейронов обычно отвлекаются от их размеров, формы, химического строения и др. Предметом изучения становятся состояния нейронов (возбужденное или нет), вырабатываемые ими сигналы, связи между нейронами и законы изменения их состояний. Кибернетика рассматривает систему с точки зрения управления ее состоянием с помощью преобразования информации.

Простейшие преобразователи информации могут осуществлять преобразование информации лишь одного определённого вида. Так, например, исправный дверной звонок при нажатии кнопки (рецептора) отвечает всегда одним и тем же действием - звонком или гудением зуммера. Однако, как правило, сложные кибернетические системы обладают способностью накапливать информацию в той или иной форме и в зависимости от этого менять выполняемые ими действия (преобразование информации). По аналогии с человеческим мозгом подобное свойство кибернетических систем называют иногда памятью.

ЭВМ как преобразователи информации. Из числа сложных технических преобразователей информации наибольшее значение для Кибернетики имеют ЭВМ. В более простых вычислительных машинах - цифровых электромеханических или аналоговых - перенастройка на различные задачи осуществляется с помощью изменения системы связей между элементами на специальной коммутационной панели. В современных универсальных ЭВМ такие изменения производятся с помощью «запоминания» машиной в специальном устройстве, накапливающем информацию, той или иной программы её работы.

В отличие от аналоговых машин, оперирующих с непрерывной информацией, современные ЭВМ имеют дело с дискретной информацией. На входе и выходе ЭВМ в качестве такой информации могут выступать любые последовательности десятичных цифр, букв знаков препинания и др. символов. Внутри машины эта информация обычно представляется (или, как говорят, кодируется) в виде последовательности сигналов, принимающих лишь два различных значения.

Свойство универсальности ЭВМ не ограничивается одной лишь буквенно-цифровой информацией. Как показывается в теории кодирования, в буквенно-цифровой (и даже просто цифровой) форме может быть представлена (закодирована) любая дискретная информация, а также - с любой заданной степенью точности - произвольная непрерывная информация. Таким образом, современные ЭВМ могут рассматриваться как универсальные преобразователи информации. Другим известным примером универсального преобразователя информации (хотя и основанного на совершенно иных принципах) является человеческий мозг.

Свойство универсальности современных ЭВМ открывает возможность моделирования с их помощью любых др. преобразователей информации, в том числе любых мыслительных процессов. Такая возможность ставит ЭВМ в особое положение: с момента своего возникновения они представляют основное техническое средство, основной аппарат исследования, которым располагает Кибернетика.

Имея в качестве основного объекта исследования кибернетические системы, Кибернетика использует для их изучения три принципиально различных метода. Два из них - математико-аналитический и экспериментальный - широко применяются и в др. науках. Сущность первого состоит в описании изучаемого объекта в рамках того или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и последующего извлечения различных следствий из этого описания путем математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью. В случае уникальности исследуемого объекта и невозможности существенного влияния на него (как, например, в случае Солнечной системы или процесса биологической эволюции) активный эксперимент переходит в пассивное наблюдение.

Одним из важнейших достижений Кибернетики является разработка и широкое использование нового метода исследования, получившего название математического (машинного) эксперимента, или математического моделирования. Смысл его состоит в том, что эксперименты производятся не с реальной физической моделью изучаемого объекта, а с его описанием. Описание объекта вместе с программами, реализующими изменения характеристик объекта в соответствии с этим описанием, помещается в память ЭВМ, после чего становится возможным проводить с объектом различные эксперименты: регистрировать его поведение в тех или иных условиях, менять те или иные элементы описания и тому подобное. Огромное быстродействие современных ЭВМ зачастую позволяет моделировать многие процессы в более быстром темпе, чем они происходят в действительности.