Понятийные и содержательные аспекты информатики Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

Общетехнические задачи и пути их решения 115

И. О. Егорочкина // Бетон и железобетон. - 1998. - № 2. - С. 25-27.

УДК 001.11:001.126:004 Р. М. Юсупов

Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН ПОНЯТИЙНЫЕ И СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ИНФОРМАТИКИ

В статье обсуждаются методологические аспекты информатики. Предлагается определить информатику как науку о методах и средствах сбора, хранения, передачи, представления, обработки и защиты информации. Комментируются особенности этого определения. Предлагается подход для обоснования содержания и структуры информатики.

информатика, информация, вычислительная техника, кибернетика, теория управления.

С середины двадцатого века до настоящего времени мировое сообщество переживает информационный бум. В СМИ, в среде специалистов, бизнесменов, политиков и даже обывателей весьма популярными стали понятия информация,

информационные информатизация, общество, безопасность, война и т. д. всех школьных и появилась учебная по информатике.

технологии начали

информатика, технологии, информационное информационная информационная Практически во вузовских планах дисциплина Информационные выполнять роль катализатора развития практически всех отраслей экономики.

Термин информатика появился относительно недавно - в середине шестидесятых годов прошлого столетия. Первоначально под информатикой у нас в стране понимали достаточно узкое научное направление, связанное прежде всего с работой с научной и научнотехнической информацией, что нашло отражение и в официальных изданиях (справочниках и энциклопедиях). Например, в «Энциклопедии

кибернетики» (1974) [1] и в «Словаре по кибернетике» (1979) [2] информатика

определена как «научная дисциплина,

изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации».

Указанное «узкое»

(библиотековедческое) понимание

информатики сохранилось до наших дней у некоторой части специалистов в основном гуманитарного профиля. Сегодня представители технических и естественных наук вкладывают в это понятие более широкое содержание [3].

В результате анализа и обобщения ряда определений информатики в ее «широком» понимании предлагается следующая формулировка определения этой научной дисциплины.

Информатика - наука о методах и средствах сбора, хранения, передачи, представления, обработки и защиты информации.

Кратко прокомментируем данное определение.

1. В отличие от известных подходов приведенная трактовка содержит новую компоненту - защиту информации. Соответственно в число традиционно рассматриваемых информационных

процессов (сбор, хранение, передача, представление, обработка) предлагается включить процесс защиты информации.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1

Общетехнические задачи и пути их решения 116

Представляется, что данное

предложение о расширении рамок информатики является очевидным и не требует особого обоснования.

В последние годы в связи с интенсивной информатизацией общества проблема защиты информации (в рамках более широкой проблемы

информационной безопасности)

приобрела глобальный характер. Активно разрабатываются теоретические основы проблемы, создаются методы, технологии и средства защиты информации, производится подготовка

соответствующих специалистов,

вырабатывается нормативно-правовая база защиты информации. Все это позволяет утверждать, что проблема защиты информации формирует весьма важный раздел информатики.

2. Некоторые отечественные и зарубежные специалисты весьма тесно увязывают информатику с

вычислительной техникой (ВТ), порой даже сводят ее к теории и практике разработки и использования ВТ. Считаем, что такой подход является не совсем корректным.

Дело в том, что формирование исходных фундаментальных основ и понятий информатики началось еще задолго до появления первых электронных и даже релейных компьютеров. Своим становлением и развитием информатика обязана ряду наук, в том числе математике, логике, лингвистике, теории управления и кибернетике.

Так в математической логике выработаны концепции формальных языков, алгоритмов и исчисления в общем смысле. Более того, такие понятия, как булевские функции и машина Тьюринга оказали прямое влияние на развитие общей архитектуры компьютеров.

Наиболее тесные «родственные» связи информатика имеет с кибернетикой. Мы придерживаемся мнения о том, что

современная информатика в ее широком понимании зародилась по существу в недрах кибернетики. Кибернетика, являясь наукой об общих законах и закономерностях управления и связи, объективно была вынуждена серьезно заниматься вопросами использования информатики в интересах управления.

Фактически она (кибернетика) первоначально в значительной мере развивалась как «наука об общих закономерностях получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах» [1].

«Отец» отечественной кибернетики А. И. Берг в 1959 г. отметил, что «содержание кибернетики заключается в сборе, переработке и передаче

информации с целью улучшения управления для достижения поставленной цели» [3].

В связи с рассмотрением проблемы взаимоотношений кибернетики и информатики отметим, что кибернетика в определенной мере обобщает принципы и методы теории автоматического управления и регулирования, развитые еще в предкибернетический период. Автор вполне согласен с утверждением известного специалиста в области теории автоматического управления академика А. А. Красовского о том, что «главное в кибернетике - это теория управления» [4].

О «родственных» связях информатики и кибернетики свидетельствуют и некоторые «организационные процессы», связанные со становлением информатики как науки.

При создании в 1983 г. нового отделения в составе Российской академии наук - Отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации - костяк новой структуры составили «управленцы»: академики А. А. Воронов, Е. П. Попов, Г. С. Поспелов,

Я. З. Цыпкин, И. М. Макаров,

С. В. Емельянов и другие. Все они до

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1

Общетехнические задачи и пути их решения 117

этого были членами Отделения механики и процессов управления.

Примечательной является также история формирования кафедр и соответствующих научных школ по информационным направлениям

(информатика, информационные

технологии, информационные системы и т. д.) и вычислительной технике в большинстве технических вузов в стране и во многих зарубежных государствах. Анализ этого процесса показывает, что эти новые кафедры создавались на базе, как правило, кафедр по автоматике, телемеханике, управлению движением.

В качестве конкретного примера сошлемся на опыт близкой автору Военно-воздушной инженерной академии имени А. Ф. Можайского (сегодня Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского). В этой академии в 1949 г. Е. П. Поповым (впоследствии академиком РАН) была создана первая в системе Министерства обороны СССР кафедра автоматики и телемеханики. Как видно из рисунка 1, эта кафедра породила впоследствии целый спектр кафедр информационного профиля. Примерно такие же процессы имели место и в других вузах Санкт-Петербурга

(Ленинграда)

университете,

университете,

авиакосмического

Университете

Политехническом

Электротехническом

Университете

приборостроения,

информационных

технологий, механики и оптики, Петербургском государственном

университете путей сообщения и т. д. Более подробные сведения о связях информатики и кибернетики изложены в работах [3], [5].

3. В ряде определений информатики в перечне информационных процессов присутствует этап применения

информации. Считаем, что в информатике должны изучаться и разрабатываться методы и средства оперирования с информацией в общем случае

безотносительно к областям применения и использования. Вопросы использования и применения информации - это прерогатива других научных дисциплин. Так проблемы и методы использования

информации для решения задач

управления объектами различной

сложности и различной природы изучается в основном в кибернетике. Информационные процессы в обучении рассматриваются в педагогике и психологии. Медицина использует

информацию о здоровье человека и состоянии различных его органов. В метеорологии анализируется информация о состоянии погоды и климата.

Кафедра

авиацио

Инфра

красн

Автон

омны

Вычис

Рис. 1. Развитие кибернетических кафедр в Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского

В связи с приведенным выше утверждением можно провести аналогию информатики с математикой. В этом отношении весьма показателен пример теории дифференциальных уравнений. Дифференциальные уравнения

используются для описания различных процессов во многих (практически во всех) науках, включая гуманитарные и общественные. Но фундаментальные основы теории дифференциальных

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1

Общетехнические задачи и пути их решения 118

уравнений, методы их решения, свойства этих решений (устойчивость, сходимость и т. д.) изучаются в рамках математической теории

дифференциальных уравнений.

4. При рассмотрении информатики как новой отрасли науки вполне естественным является вопрос: какова

структура (перечень разделов) этой науки?

На этот вопрос однозначного ответа пока нет. Информатика как наука еще только формируется. Ее границы четко не очерчены. Она «борется за территории» с кибернетикой, прикладной математикой, теорией связи и с рядом других научных дисциплин. С некоторыми из этих дисциплин информатика пока

«сосуществует» в режиме сиамских близнецов. Такие научные дисциплины (разделы), как шенноновская

(статистическая) теория информации, искусственный интеллект, распознавание образов, робототехника, теория моделирования, теоретические основы вычислительной техники и другие разными авторами и разными вузовскими планами причисляются то к кибернетике, то к информатике. Представляется, что аналогичные процессы можно объяснить «молодостью» информатики, «болезнью ее роста». В определенной степени это можно объяснить и отсутствием соответствующих принципов, критериев, правил, возможно, договоренностей, устраивающих большинство

заинтересованных специалистов,

позволяющих как-то очертить контуры и структуру информатики. Очевидно, что последнее утверждение является

дискуссионным и требует

науковедческого обсуждения и

обоснования.

Определенные попытки определить в первом приближении структуру информатики были предприняты в работах ряда отечественных

специалистов. Например, академик

Д. А. Поспелов информатику информатику, интеллект,

А. А. Дородницын считал, что «состав информатики - это три неразрывно и существенно связанные составные части: технические средства, программные и алгоритмические» [6].

Профессор

«интегрировал» в

теоретическую искусственный информационные системы, информатику в природе, программирование и даже кибернетику [7].

Мы в своих работах [3], [8]

предлагаем обосновать содержание информатики с помощью специального структурного представления информатики (рис. 2, таблица), условно названного нами объектно-ориентированным. Такое представление, по нашему мнению, позволяет решить следующие задачи.

Во-первых, установить логическую основными объектами, в информатике, -

связь между

изучаемыми

информацией,

процессами,

технологиями

системами.

Во-вторых

и

информационными

информационными

информационными

как-то обосновать (в рамках приведенного подхода) дисциплинарную структуру (перечень научных дисциплин) информатики. На рисунке 2 под определенными номерами приведены группы возможных научных дисциплин, раскрывающие содержание соответствующих блоков структуры.

В-третьих, определить место информатизации и ее связь с информатикой в целом и

информационными технологиями в частности. Информатизация - это социально-техногенный процесс

массового внедрения информационных технологий во все сферы человеческой деятельности для поддержания уровня информированности всех членов общества и его различных институтов

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1

Общетехнические задачи и пути их решения 119

(структур), необходимого для

кардинального улучшения качества труда и условий жизни людей. Конечной целью информатизации является формирование новой стадии развития -

постиндустриальной стадии в форме информационного общества.

5. В приведенном выше определении информатики ключевым понятием

является информация. Этот основной объект исследования в информатике стал практически общенаучной

фундаментальной категорией. Но, как ни странно, этот феномен до сих пор не имеет строгого, устраивающего всех специалистов определения.

Рис. 2. Объектно-ориентированная структура информатики

ТАБЛИЦА. Теоретические основы информатики

Номер раздела Название Содержание

1 Информация Стилистическая теория информации Философские аспекты Качественная теория информации Когнитология Криптография

2 Информационные процессы Т еория информационных процессов

3 Вычислительная техника, микроэлектроника, средства связи и телекоммуникаций, оргтехника Т еоретические основы вычислительной техники и вычислительных сетей Т еория связи

4 Методы, модели, алгоритмы, программное обеспечение Теория моделирования Теория языков программирования Теория алгоритмов Теория программирования Искусственный интеллект Базы данных Распознавание образов Теоретические основы защиты информации

5 Создание технической документации,кадровое обеспечение, Теория синтеза организационных структур Методы управления разработками и программами

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1

Общетехнические задачи и пути их решения 120

управление и сопровождение разработок и т. д.

Как правило, каждый исследователь, «входя» в мир информатики и информационных технологий, стремится или вынужден формировать свое определение информации. Таких

определений сегодня предложено великое множество. Информацией называют любые сведения о каких-либо ранее неизвестных событиях или явлениях, результаты выбора, содержание сигнала (сообщения), меру разнообразия,

уменьшаемую неопределенность,

определенное свойство материи, некоторый язык мира и т. д., и т. п.

Представляется, что отсутствие единства в определении информации не является препятствием для развития информатики. Такое положение в науке не ново. Так, например, термометр был придуман за много лет до того, как ученые поняли, что именно (результаты каких процессов) он измеряет. От первого термометра до общей теории статистических свойств физических систем и основ квантовой физики прошло около трех столетий

Можно также согласиться с мнением, что термин информация относится к базовым неопределяемым понятиям науки.

Еще «отец» кибернетики (и один из основоположников информатики) Н. Винер в своей известной книге «Кибернетика» [9] писал: «Информация есть информация, а не материя и энергия. Тот материализм, который не признает этого, не может быть жизнеспособным в настоящее время».

Американский информатик,

профессор Т. Сарацевич в связи с терминологической дискуссией вокруг понятия информация заявил следующее [10]: «Все недовольны тем, что

информационная наука не хочет потрудиться над определением

информации... На самом же деле ни одна современная наука не имеет определений своих основных феноменов. В биологических науках нет определения жизни, в медицинских - здоровья, в электротехнике - электричества, в ньютоновских законах - взаимодействия. Это просто основные явления, и эта их первичность и служит им определением».

К приведенному перечню

фундаментальных неопределяемых

понятий, по нашему мнению, можно добавить и такие широко применяемые понятия из кибернетики и системного анализа, как объект, система, сложная система.

Академик Н. Н. Моисеев в своей книге [11] по поводу понятия информация написал следующее: «Ныне существует обширная наука, именуемая

информатикой. Это особая наука - она пронизывает все остальные научные дисциплины. И ей посвящает свои усилия едва ли не половина всего научного персонала (даже не осознавая этого). А феномен этой дисциплины состоит в том, что центральное ее понятие «информация» до сих пор не имеет четкого и общепринятого определения -его используют главным образом на интуитивном уровне . я уверен, что строгого и достаточно универсального определения информации не только нет, но и быть не может. Одно дело та информация, которая введена в компьютер для решения хорошо формализованной задачи или передается по проводам или радиоканалам. Здесь все может быть точно и однозначно определено. И количество информации, и ее носители, и память, и то, как она будет использоваться. И даже качество, поскольку оно может быть изменено степенью ее искажения при передаче. Совсем иная ситуация возникает тогда,

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1

Общетехнические задачи и пути их решения 121

когда речь идет о человеке, который наблюдает окружающий мир. Что он видит, что значит для него та

информация, на основании которой он будет принимать то или иное решение? Что является носителем такой информации? Можно ли оценить объем и нужно ли это? Какие тайные пути ведут человека к использованию информации? Все подобные вопросы чаще всего остаются без удовлетворительного ответа».

Сегодня информатика как наука и сфера человеческой деятельности, с одной стороны, является катализатором развития практически всех отраслей и направлений науки, техники, экономики и общественной жизни. С другой стороны, она выполняет роль интегратора этих сфер. Говоря о связи информатики с наукой в целом, уместно вспомнить своеобразное определение науки, данное академиком Н. Н. Моисеевым: «Наука -

Библиографический список

1. Энциклопедия кибернетики. - Киев : Главная редакция Украинской советской энциклопедии, 1974. - 608 с.

2. Словарь по кибернетике / ред. В. С.

Михалевич. - Киев : Главная редакция

Украинской советской энциклопедии, 1974.

3. Концептуальные и научно-методологические основы информатизации / Р. М. Юсупов, В. П. Заболотский. - СПб. : Наука, 2009. -544 с.

4. Исторический очерк развития и

состояния теории управления // В кн. :

Современная прикладная теория управления. Ч. 1 / А. А. Красовский; ред. А. А. Колесников. -Таганрог : Изд-во ТРГУ, 2004.

5. Проблемы развития кибернетики и информатики на современном этапе / Р. М. Юсупов, Б. В. Соколов // Кибернетика и информатика. - СПб. : Изд-во СПбГПУ, 2006.

это еще один способ накопления, хранения и переработки информации. Научные теории и законы можно рассматривать в качестве специальных средств агрегирования информации и методов, обеспечивающих к ней относительно легкий доступ» [12]. Данное утверждение позволяет в определенной мере провести некоторую аналогию между наукой и информатикой. В таком контексте науку можно условно рассматривать как макроинформатику, а информатику в широком понимании - как своего рода микронауку. Наука в силу своей природы имеет дело со знаниями, с выработкой и теоретической

систематизацией знаний об окружающей нас действительности. Современные и перспективные интеллектуальные

системы, изучаемые и создаваемые в рамках информатики, также оперируют со знаниями.

6. Информатика : предмет и задачи /

А. А. Дородницын // Кибернетика. Становление информатики. - М. : Наука, 1986. - С. 22-28.

7. Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих / ред. Д. А. Поспелов. - М. : Педагогика-Пресс, 1994. - 352 с.

8. Наука и национальная безопасность / Р. М. Юсупов. - СПб. : Наука, 2006. - 290 с.

9. Кибернетика или управление в связи, в

животном и машине / Н. Винер. - М. :

Советское радио, 1958. - 216 с.

10. Основы информатики : курс лекций / Р. С. Гиляревский. - М. : Экзамен, 2004. - 320 с.

11. Расставание с простотой / Н. Н. Моисеев. - М. : Аграф, 1998. - 473 с.

12. Человек и ноосфера / Н. Н. Моисеев. -М. : Молодая гвардия, 1990. - 351 с.

Социально-экономические проблемы

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/1