О термине "информация" и месте теоретической информатики в структуре современной науки

Структура информатики и ее связи со смежными областями

Термину «информатика» и его многочисленным синонимам (кибернетика, теория информации, computer science и т. д.) за последние полвека посвящено сотни работ, в которых информатику относят к техническим, естественным, общественным, гуманитарным, прикладным, фундаментальным наукам. Предложены различные схемы структуризации предметной области информатики и уточнения ее границ, см. например [1, 5, 23]. Приведем одно из «официальных» (энциклопедических) определений этого термина, в котором предпринята попытка обобщить и согласовать многообразие точек зрения: информатика -- отрасль науки, изучающая типовые структуры и общие свойства информационных объектов (данных, знаний), информационных систем, процессов, источников, преобразователей, потребителей информации, средств ее сбора, хранения, переработки, распространения в различных сферах человеческой деятельности.

По мере развития информатики расширялся и смысл этого понятия включением в область исследований всех видов естественных и искусственных информационных (знаковых) процессов и процессоров, поиска фундаментальных законов, принципов, критериев, моделей информационного мира, независимых от материального воплощения носителей и преобразователей информации. Следуя сложившимся в кибернетике схемам структуризации предметной области, представим научное здание информатики тремя взаимосвязанными направлениями исследований и разработок:

? теоретическая информатика,

? техническая (инженерная) информатика,

? прикладная информатика.

Такое деление впервые было предложено Б.Н. Наумовым [27, 23]. Прикладная информатика в значительной мере пересекается с прикладной математикой и занимается постановкой и решением информационно-логических задач в предметных областях, созданием эффективных методов, алгоритмов, технологий, автоматизацией различных видов человеческой деятельности. Прикладная информатика развивается под влиянием насущных и специфических потребностей предметик и включает биоинформатику, медицинскую, экономическую, социальную, финансовую, историческую, гуманитарную информатику и т. д. Прикладная информатика совместно с конкретной предметикой, ее теоретическим и практическим арсеналом средств выполняет исследования и разработки насущных проблем и с не меньшим, а может и большим [5] основанием называется информационной биологией, медициной, социологией и т. д.

Техническая информатика создает теории, алгоритмы, программно-аппаратные средства измерительных, вычислительных, управляющих, телекоммуникационных систем и технологий, языков программирования, управления базами данных, распределенных сетей и технологических процессов. В этот раздел информатики следует также отнести теорию программирования, робототехнику, теорию автоматов, традиционные разделы кибернетики: системотехнику и схемотехнику, теории автоматического регулирования и управления и др.

Теоретическая информатика служит научной основой прикладной и технической информатики, но не только. Предельная общность информационного подхода к системам и процессам превращает теоретическую информатику в фундаментальную науку уровня логики, математики, лингвистики, научной философии, которая исследует и строит межпредметные унифицированные понятия и модели, формулирует фундаментальные законы и критерии информационной деятельности, применимые к любой предметной области, к строгой формализации накопленных знаний о материально-информационных природных и искусственных образований, существующих в реальном и виртуальных мирах.

Исходные понятия теоретической информатики - система, объект, процесс, свойство, связь, язык, знание, неопределенность, человеческие и машинные понятия и т. д. - формализуются в среде естественного языка и переносятся в искусственную информационную среду. Фундаментальный характер категорий информатики обусловлен их всеобщностью, имеющей отношение к любым явлениям в природе и обществе, в мыслях и эмоциях людей, которые изучают, преобразуют материальную и духовную реальность в соответствии со своими целями и возможностями.

В отличие от классической логики и математики, опирающихся на интуитивную ясность и очевидность предельных идеализаций и абстракций понятий предметик, в теоретической информатике строятся полные информационные модели конкретных и абстрактных понятий и их моделей, от источников информации и влияющих факторов до оценки последствий принимаемых решений с учетом априорных и апостериорных неопределенностей, неполноты и противоречивости знаний решающего субъекта. В отличие от философии с ее в значительной мере субъективными неформализуемыми естественно-языковыми словесными конструкциями, имеющими многозначную размытую семантику, модели, результаты и предельные обобщения теоретической информатики считаются обоснованными и научно корректными, если они объективируемы и материализуемы в искусственной языковой и программно-аппаратной среде, имеют оценки точности, границ применимости и функциональной эффективности. Философия, математика, логика, физика -- это тоже информационные и технические системы, которые подчиняются законам информатики и должны строиться на информационном фундаменте.

Главное предназначение информатики в современном мире -- облегчить умственный труд людей, повысить его эффективность, стимулировать творческий подход к делу, поэтому центральная проблема теоретической информатики -- создать информационную теорию интеллекта, не зависящую от его материального воплощения, разработать методы и алгоритмы решения интеллектуальных задач, научить машину мыслить лучше (быстрее, точнее, ценнее), чем мыслит человек. Другая важная проблема -- создание языка теоретической информатики как межпредметного языка науки, который обеспечивает переход от предметных и абстрактных моделей к информационным моделям, моделирование мыслительных функций, обмен достижениями между предметиками. Центральным пунктом в этой проблеме является выбор оснований -- набора необходимых и достаточных базисов, в которых строится информационная семантика и ее модели. Следующий комплекс проблем относится к поиску фундаментальных законов информационного мира, на основе которых определяются фундаментальные критерии информационной деятельности. Решение этих и других проблем теоретической информатики во многом зависит от успешности исследований и формализации типов, моделей и мер неопределенностей состояний компонентов проблемных и решающих систем.

Структуризация теоретической информатики, принятая в работе [3], построена с учетом традиционно сложившихся разграничений информационных теорий по перспективным аспектам исследований и решаемым проблемам. С позиций информационного подхода к описанию реальности Мир состоит из систем взаимосвязанных объектов, поэтому в основаниях теоретической информатики лежат предельно общие дисциплины: системология -- общая теория систем и теоретическая семиотика-лингвистика -- общая теория знаковых систем, объектов, процессов. Предельно абстрактное их представление выполняется в логико-математическом языке, который пополняет и обогащает информационная семантика логики и математики. В ней неопределяемые абстрактные математические понятия множества, числа, функции, отношения определяются в базисах системологии, семиотики и дополняются моделями неопределенностей типовых информационных ситуаций.

Структурная семантика систем и процессов представлена в разделе: морфология и алгоритмика. Теория неопределенностей и мер информации -- индефинитика содержит описание естественных обобщений теории информации и теории вероятностей на случай детерминированных и случайных формализованных неопределенностей -- статических и динамический индефиниций. Типовые информационные модели исследования, проектирования, управления, целеполагания, изучаются в сенсформике, включаюшей сенсорику, рефорику, моторику (эффекторные процессы) объективированного субъекта, структура и функции которого изучаются в теории иерархических материально-информационных систем. Вершиной обобщений моделей теоретической информатики являются метаинформатика и информационная теория интеллекта. Первая, подобно метаматематике, исследует, строит, оптимизирует базисы информатики, вторая строит семантические базисы, модели машинного и естественного интеллекта, проблемологии и теории критериев, семиотические модели творчества, обучения и других интеллектуальных функций.

К.К. Колин в работе [23] предложил матричную структуру предметной области информатики. Строкам матричного разбиения соответствуют уровни сложности изучаемых проблем: фундаментальные основы | информационные системы | информационные процессы и технологии | базисные информационные элементы, а столбцам -- основные направления исследований и разработок, которые разбиваются в соответствии с информационными (языковыми) средами: техническая | социальная | биологическая | физическая информатика. В этом делении предметной области информатики остается неясным содержание физической информатики, куда включают также квантовую информатику. В языке физики действительно существуют информационные проблемы адекватности наглядных моделей микромира и мысленных экспериментов, квантовых измерений, квантовой логики, искривления абстрактов пространства-времени и т. п. [28, 3]. Квантовые вычислители, очевидно, относятся к технической информатике, наделяющей неживую материю информационными свойствами и функциями. Однако слишком опрометчиво считать космос, микромир и другие слабоизученные физические объекты источниками знаков, внесенсорной информации, полагать их способными на порождение и обработку информации и целесообразное поведение.

Информация есть неотъемлемый компонент живой материи, это знаковая структура, имеющая материальный носитель и прямой (дент), косвенный (конт), ссылочный (адрес) смыслы, которыми ее наделяют в языковой среде источник или приемник информации. Данные есть синтаксическая знаковая структура в заданных формах. Знания - это дескриптивные и конструктивные знаки, образующиеся в памяти субъекта в результате декодирования и преобразования семантики информационных объектов.

Разделение информатики на теоретическую, техническую и прикладную позволяет выделить фундаментальную составляющую этой науки, в которую входят системология, теоретическая семиотика-лингвистика и метаинформатика, изучающая информационные базисы и основания языка науки.

Литература

1. Системы и средства информатики: Спец. вып. Научно-методологические проблемы информатики / Под ред. К.К. Колина -- М.: ИПИ РАН, 2006. - 496 с.

2. WWW. Википедия. Обсуждение: Информация - 2009.

3. Зверев Г.Н. Теоретическая информатика и ее основания. В двух томах. Т.1 -- М.: Физматлит, 2007 -- 592 с.; Т.2 -- М.: Физматлит, 2009 -- 576 с.

4. Колин К.К. Структура реальности и феномен информации // Открытое образование, 2008, №5. - С. 56-61.

5. Гиляревский Р.С. Информатика как наука об информации // Системы и средства информатики: Спец. вып. - М.: ИПИ РАН, 2006. - С. 59-87.

6. Кульбак С. Теория информации и статистика. - М.: Наука, 1967. - 408с.

7. Хартли Р.В.Л. Передача информации // Теория информации и ее приложения. - М.: Физматлит, 1959. - С. 5-35.

8. Бриллюэн Л. Наука и теория информации. - М.: Физматлит, 1960. - 392с.

9. Стратонович Р.Л. Теория информации. - М.: Сов. радио, 1975. - 424с.

10. Shannon C.E. A mathematical theory of communication. Bell System Tech. J., Vol. 27, 1948, pp. 379-423; 623-656.

11. Чернавский Д.С. Синергетика и информация (динамическая теория информации). - М.: Едиториал УРСС, 2004. - 288с.

12. Базаров И.П. Заблуждения и ошибки в термодинамике. - М.: МГУ, 2003. - 120 с.

13. Колмогоров А.Н. Три подхода к определению понятия «количества информации» // Проблемы передачи информации, №1, 1965. - С. 3-11.

14. Звонкин А.К., Левин Л.А. Сложность конечных объектов и обоснование понятий информации и случайности с помощью теории алгоритмов // УМН, Т. 25, вып. 6, 1970. - С. 85-127.

15. Успенский В.А., Семенов А.Л. Теория алгоритмов: основные открытия и приложения. - М.: Наука, 1987. - 288 с.

16. Зверев Г.Н. Индефинитика -- теория неопределенностей и мер информации / Основания теоретической информатики, разд. 7. - Уфа: УГАТУ, 1997. - 121 с.

17. Яблонский С.В. Введение в дискретную математику. - М.: Наука, 1986. - 384 с.

18. Зверев Г.Н. Морфология и алгоритмика - структуры систем и процессов / Основания теоретической информатики, разд. 6. - Уфа: УГАТУ, 1997. -- 121 с.

19. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. - М.: ИЛ, 1959. - 432 с.

20. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. - М.: Физматлит, 1962. - 476 с.

21. Глушков В.М. О кибернетике как науке // Кибернетика, мышление, жизнь. - М., 1964.

22. Колин К.К. Природа информации и философские основы информатики // Открытое образование, №2, 2005. - С. 43-51.

23. Колин К.К. Становление информатики как фундаментальной науки и комплексной научной проблемы // Системы и средства информатики. Спец. выпуск. - М.: ИПИ РАН, 2006. - С. 7-58.

24. Мазур М. Качественная теория информации. - М.: Мир, 1974. - 239 с.

25. Михайлов А.И., Черный А.И., Гиляревский Р.С. Основы информатики. - М.: Наука, 1968. - 756 с.

26. Ильин В.Д., Соколов И.А. Символьная модель системы знаний информатики в человеко-автоматной среде // Информатика и ее применения. Т.1,вып.1, 2007. - С. 62-78.

27. Информатика и компьютерная грамотность // Сб. тр. ИПИ АН СССР / Отв. ред. акад. Б.Н. Наумов. - М.: Наука, 1988.

28. Зверев Г.Н. Иерархические материально-информационные системы / Основания теоретической информатики, разд. 10 - Уфа: УГАТУ, 2001. - 170с.

Размещено на Allbest.ru