По времени возникновения это направление в информатике — самое молодое. Время его появления как научной дисциплины — начало 70-х гг. нашего столетия. Но сейчас, пожалуй, именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики.
Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например активное использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в области создания интеллектуальных систем (чем, собственно, и занимаются специалисты, работающие в области искусственного интеллекта) немыслимы без развитых систем программирования. Последняя связь столь тесна, что бытует даже мнение, что работы в области проектирования и создания интеллектуальных систем есть новая ступень работ в области программирования.
Основная цель работ в области искусственного интеллекта — стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. Если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т. е. сделать их по-настоящему интеллектуальными.
Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии — науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление — когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие тех закономерностей и механизмов, которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.
Создателей интеллектуальных систем интересует не только проблема автоматизации способности к рассуждениям и умозаключениям, т. е. моделирование рассуждений, но и способности к восприятию окружающего мира, которой весьма успешно пользуются живые существа (и конечно, люди). Поэтому кроме достижений когнитивной психологии в работах по искусственному интеллекту используются и результаты, полученные в психологии восприятия информации разного типа.
Кроме психологических исследований, в сферу интересов специалистов в области искусственного интеллекта входят те лингвистические исследования, которые тесно связаны с психологией. Эту пограничную область активно исследует психолингвистика. Ее результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств (жестов, мимики, интонации и т. п.).
Математическая и прикладная лингвистика также тесно взаимодействуют с исследованиями в области искусственных систем общения на естественном языке. Компьютерная лингвистика — еще одно из лингвистических направлений, с которым тесно смыкаются интересы искусственного интеллекта.
Существует много способов описать и представить разнообразные знания о мире. И естественный язык лишь один из них. Восприятию информации посвящена отдельная область исследований. Еще один пример — язык математики, способный выразить своими средствами многие законы и закономерности окружающего нас мира. Существует специальная наука, называемая семиотикой, которая изучает общие свойства различных систем, способных описывать явления окружающего мира и его законы. Понятно, что к семиотике специалисты по искусственному интеллекту проявляют не меньший интерес, чем к психологии или лингвистике.
И конечно, достижения математической логики вносят свой весомый вклад в развитие наших представлений о человеческом интеллекте и о возможных путях формализации человеческих рассуждений.
Искусственный интеллект — наука не чисто теоретическая. Она занимается и прикладными вопросами, связанными с построением реально действующих интеллектуальных систем, например роботов. Но робототехника — наука о роботах — не исчерпывает всех типов интеллектуальных систем. Например, экспертные системы гораздо менее известны, чем роботы, но они активно входят в нашу жизнь.
Информационные системы.
Начало этому направлению положили исследования в области документалистики и анализа научно-технической информации, которые проводились еще до появления компьютеров. Но своего истинного развития информационные системы достигли лишь тогда, когда компьютеры прочно вошли в их состав. Сейчас в рамках этого направления решаются несколько основных задач.
A.Анализ и прогнозирование потоков разнообразной информации, перемещающихся в обществе. Изучаются потоки документов с целью их минимизации, стандартизации и приспособления для эффективной обработки на вычислительных машинах, а также особенности потоков информации, протекающей через журналы, газеты, радиоканалы, телевизионные каналы и другие каналы распространения информации. Оценивается влияние распространяемой информации на научно-технический прогресс и состояние общества.
B.Исследование способов представления и хранения информации, создание специальных языков для формального описания информации различной природы, разработка специальных приемов сжатия и кодирования информации, аннотирования объемных документов и реферирования их. В рамках этого направления развиваются работыпосозданию банков данных большого объема, хранящих информацию из различных областей знаний в форме, доступной для вычислительных машин.
C.Построение различных процедур и технических средств для их реализации, с помощью которых можно автоматизировать процесс извлечения информации из документов, не предназначенных для вычислительных машин, а ориентированных на восприятие их человеком: Эти исследования тесно связаны с проблемой извлечения смысла (содержания) тех или иных документов при вводе их в банки данных и другие информационные хранилища, ориентированные на компьютеры.
D.Создание информационно-поисковых систем, способных воспринимать запросы к информационным хранилищам, сформулированные на естественном человеческом языке, а также специальных языках запросов для систем такого типа.
E.Создание сетей хранения, обработки и передачи информации, в состав которых входят информационные банки данных, терминалы, обрабатывающие центры и средства связи.
Перечисленные задачи показывают, что работы в области информационных систем опираются, с одной стороны, на исследования в прикладной лингвистике, которая создает языки для записи информации и поиска ответов в информационных массивах по поступающим запросам, а с другой стороны, на теорию информации, поставляющую модели и методы, которые используются при организации циркуляции информации в каналах передачи данных.
Вычислительная техника.
Собственно вычислительная техника представляет собой вполне самостоятельное направление исследований. В рамках этого направления решается немало задач, не имеющих прямого отношения к информатике и ее проблемам. Например, ведутся многочисленные исследования, направленные на совершенствование элементной базы вычислительных машин (Микроэлектроника). Основное содержание микроэлектроники составляют теория, методы расчета и технология изготовления интегральных микросхем. Микросхемы стали основной элементной базой большинства современных средств электронной техники (БИС, СБИС). Но, конечно, развитие современной информатики немыслимо без компьютеров — основного и пока единственного инструмента для работы с разнообразной информацией.
Эффективное использование компьютеров невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Они не работают вне специально созданных для них операционных систем, тестирующих программ, трансляторов — всего того программного обеспечения, которое составляет программную среду, в которой существует вычислительная машина.
Это означает, что само развитие вычислительной техники невозможно без использования результатов, полученных в программировании, искусственном интеллекте и других разделах, составляющих информатику. Даже проектирование современных вычислительных машин и разработка их элементной базы требуют специальных систем автоматизированного проектирования, созданием которых занимаются специалисты, работающие в области информатики.
Кроме того, как мы говорили, для любой вычислительной машины надо создать операционную систему, обеспечивающую функционирование машины. А этим также занимаются люди, работающие в области информатики.
Большое влияние на развитие новых структур вычислительных машин оказали работы в области искусственного интеллекта. В результате компьютеры новых поколений становятся куда более интеллектуальными, чем их предки. Они обладают возможностью общаться с пользователем на языке, максимально приближенном к обычному разговорному языку, они не требуют подробного написания программ решения задач из данной проблемной области, а составляют ее сами на основе задания и знаний о решениях задач в этой области, которые хранятся в базах знаний этих машин.
Такое взаимопроникновение методов, характерных для этих двух областей, позволяет рассматривать значительную часть исследований в области вычислительной техники применительно к работам, проводимым в информатике.
Информатика в обществе.
Мир сейчас находится на пороге информационного общества. В этом обществе огромную роль будут играть системы распространения, хранения и обработки информации. Со временем, подобно мировой системе связи, возникнет единая информационная среда, которая обеспечит любому человеку доступ ко всей нужной для него информации, накопленной человечеством. Широкое внедрение компьютеров во все сферы человеческой деятельности наряду с использованием интеллектуальных роботов коренным образом изменит традиционную среду обитания людей. Растет количество людей, профессионально занятых сбором, накоплением, обработкой, распространением и хранением информации. Информация становится товаром, имеющим большую ценность, и индустрия информации в обществе будущего становится весьма значимым явлением.
Перспективы перехода к информационному обществу вызывают массу проблем социального, правового, технического характера. Например, применение роботов на производстве приведет к полному изменению технологии, которая в наши дни ориентирована на участие в нем человека. Разработка таких технологий уже началась. Резко изменится подготовка членов нового общества к самостоятельной жизни. Уже начаты поисковые работы в области создания новых форм обучения, которые заменят существующие традиционные формы. Полностью изменится номенклатура профессий, специальностей и способов организации труда.
Все эти проблемы составляют объект исследования тех психологов, социологов, философов и юристов, которые работают в области информатики. Создаются автоматизированные обучающие системы, автоматизированные рабочие места для специалистов различного профиля, распределенные банковские системы и многие другие, чье функционирование опирается на использование всего арсенала информатики.
Информатика в природе.
Основная задача этого направления — изучение информационных процессов, протекающих в биологических системах, и использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создании технических систем. Три самостоятельные науки, входящие в эту ветвь информатики, решают указанные задачи. Одна из них — биокибернетика. В сферу ее интересов входят проблемы, связанные с анализом информационно-управляющих процессов, протекающих в живых организмах, диагностика заболеваний и поиск путей их лечения. Сюда же относятся системы, предназначенные для оценки биологической активности тех или иных химических соединений, без которых уже не может существовать фармакология, а также исследования моделей внутриклеточных процессов, лежащих в основе всего живого.
Вторая наука, входящая в это научное направление, — уже упоминавшаяся бионика.
Третья наука — биогеоценология — нацелена на решение проблем, относящихся к системно-информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких воздействий на них, которые стабилизируют разрушающее воздействие человеческой цивилизации на биомассу Земли.
Принципы обработки информации.
7)Информация и формы её представления.
Сигнал – представляет собой любой процесс, несущий информацию.
Сообщение – это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.
Данные – это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки её техническими средствами.
Формы представления информации:
1)непрерывная – его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения.
2)дискретная – его параметр в заданных пределахможет принимать отдельные фиксированные значения.
Классификация информации по видам:
1) элементарная – процессы и явления неодушевленной природы
2) биологическая – процессы животного и растительного мира
3) социальная – процессы в человеческом обществе
4) визуальные – видимые образы и символы
5) аудиальные – звуки
6) тактильная – ощущения
7) органолептическая – запахи и вкусы
машинная – средства вычислительной техники
Количество информации – называют числовую характеристику отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала.
Связь между количеством информации и числом состояний системы устанавливается формулой Хартли N=2^i
8)Информационные процессы и технологии.
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутреннее содержание по существу осталось неизменным.
Сбор информации — это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте.
Сбор информации может производиться или человеком, или с помощью технических средств и систем — аппаратно. Например, пользователь может получить информацию о движении поездов или самолетов сам, изучив расписание, или же от другого человека непосредственно, либо через какие-то документы, составленные этим человеком, или с помощью технических средств (автоматической справки, телефона и т. д.). Задача сбора информации не может быть решена в отрыве от других задач, — в частности, задачи обмена информацией (передачи).
Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель — принимает.
Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.
Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся ее материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определенными свойствами и способностями. Если объект относится к неживой природе, то он вырабатывает сигналы, непосредственно отражающие его свойства. Если объектом-источником является человек, то вырабатываемые им сигналы могут не только непосредственно отражать его свойства, но и соответствовать тем знакам, которые человек вырабатывает с целью обмена информацией.
Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.).
Накопление информации — это процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации.
Среди записанных сигналов могут быть такие, которые отражают ценную или часто используемую информацию. Часть информации в данный момент времени особой ценности может не представлять, хотя, возможно, потребуется в дальнейшем.
Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.
Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.
После решения задачи обработки информации результат должен быть выдан конечным пользователям в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе решения задачи выдачи информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.
Информационная техника представляет собой материальную основу информационной технологии, с помощью которой осуществляется сбор, хранение, передача и обработка информации. До середины XIX века, когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, основу информационной техники составляли перо, чернильница и бумага. Коммуникация (связь) осуществлялась путем направления пакетов (депеш). На смену «ручной» информационной технике в конце XIX века пришла «механическая» (пишущая машинка, телефон, телеграф и др.), что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Понадобилось еще много лет, чтобы перейти от запоминания и передачи информации к ее переработке. Это стало возможно с появлением во второй половине нашего столетия такой информационной техники, как электронные вычислительные машины, положившие начало «компьютерной технологии».
Древние греки считали, что технология (techne — мастерство + logos — учение) — это мастерство (искусство) делать вещи. Более емкое определение это понятие приобрело в процессе индустриализации общества.
Технология — это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, при которых происходит качественное изменение обрабатываемых объектов.
Технологиям управляемых процессов свойственны упорядоченность и организованность, которые противопоставляются стихийным процессам. Исторически термин «технология» возник в сфере материального производства. Информационную технологию в данном контексте можно считать технологией использования программно-аппаратных средств вычислительной техники в данной предметной области.
Информационная технология — это совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса, а также повышения их надежности и оперативности.
Информационные технологии характеризуются следующими основными свойствами:
• предметом (объектом) обработки (процесса) являютсяданные;
• целью процесса является получениеинформации;
• средствами осуществления процесса являются программные, аппаратные и программно-аппаратные вычислительные комплексы;
• процессы обработки данных разделяются наоперациив соответствии с данной предметной областью;
• выбор управляющих воздействий на процессы долженосуществлятьсялицами, принимающими решение;
• критериями оптимизации процесса являютсясвоевременность доставки информации пользователю, еенадежность, достоверность, полнота.
Из всех видов технологий информационная технология сферы управления предъявляет самые высокие требования к «человеческому фактору», оказывая принципиальное влияние на квалификацию работника, содержание его труда, физическую и умственную нагрузку, профессиональные перспективы и уровень социальных отношений.
9)ЭВМ как средство обработки информации.
Архитектура ЭВМ – совокупность общих принципов организации аппаратно – программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.
u Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры.
@ Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации и описывает связи внутри средства во всей их полноте.
@ Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия.
