Место информатики в ряду других фундаментальных наук

По определению А.П. Ершова информатика – "фундаментальная естественная наука". Академик Б.Н. Наумов определял информатику "как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразо-вание, перемещение, выдача)".

Фундаментальные науки – это науки, основные понятия которых носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности. Нет, например, сомнений в фундаментальности столь разных наук как математика и философия. В этом же ряду и информа-тика, так как понятия "информация", "процессы обработки информации" несомненно имеют общенаучную значимость.

Естественные науки – науки, имеющие дело с объективными сущностями мира, существую-щими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним информатики отражает единство законов обработки информации в системах самой разной природы – искусственных, биологических, общественных.

Однако многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные черты и других групп наук – технических и гуманитарных (или общественных). Черты технической науки придают информатике ее аспекты, связанные с созданием и функционированием машинных систем обработки информации. Так, академик А.А. Дородницын определяет состав информатики как "три неразрывно и существенно связанные части: технические средства, программные
и алгоритмические". Науке информатике присущи и некоторые черты гуманитарной (общественной) науки, что обусловлено ее вкладом в развитие и совершенствование социальной сферы. Таким образом, информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания, как это изображено на рис. 1.2.

Понятия, Понятия,

законы законы

наук наук

Понятия, Понятия,

законы законы

общественных математики

наук

Рис. 1.2. Место информатики в системе наук

В современном понимании информатика – область науки и техники, изучающая информационные процессы и методы их автоматизации.

В информатике можно выделить три уровня. Физический (нижний) уровень представляет собой средства вычислительной техники и техники связи. Их развитие оказывает решающее влияние на возможности и направление использования информатики. Логический (средний) уровень составляют информационные технологии. Прикладной (верхний) уровень определяет идеологию применения информационных технологий для проектирования различных систем.

Информатика как научное направление имеет ряд определений. Это объясняется тем, что основным объектом изучения информатики является информация, точного определения которой нет до настоящего времени.

Информация – это абстрактное понятие, если относить ее к определенному классу закономерностей материального мира и процессу отражения его в человеческом сознании. Существуют различные определения. Н. Винер указывал, что информация – это обозначение содержания, полученного из внешнего мира. К. Шеннон определял ее как передаваемые сообщения, которые уменьшают неопределенность у получателя информации. У. Эшби определил информацию как передачу разнообразия. А. Яглом полагал, что информация – это вероятность выбора. Л. Бриллюен определил ее как отрицание энтропии. Энтропийные и негэнтропийные оценки информации оказались перспективными.

Понятие энтропии в теории информации впервые было введено К. Шенноном, как мера количества информации, вырабатываемой источником, пропускаемой каналом или попадающей к получателю (в пересчете на символ или единицу времени). Энтропия является показателем неопределенности, беспорядка, разнообразия, хаоса, равновесия в системе. Негэнтропия, ошибочно рассматриваемая как энтропия с отрицательным знаком, является мерой порядка, упорядоченности, внутренней структуры, связанной информации.

Теория информации, кибернетика и синергетика внесли значительный вклад в развитие информатики, однако оказались не в состоянии описать разнообразные информационные процессы, имеющие место в природе и обществе, и дать их научное объяснение. Новое научное направление – инфодинамика связывает воедино массу, энергию и негэнтропию.

Поскольку однозначного понимания научного направления «информатика» не существует, целесообразно говорить не об истории, а о ее задачах на современном этапе. Так как информация является отражением, то в информационном обществе мы имеем дело с приближенными моделями реального мира. В связи с этим главной задачей информатики должно быть методологическое обоснование построения информационной модели объекта, явления, процесса. Использование этой модели для целенаправленной деятельности в любых сферах человеческого общества осуществляется на основе реализации информационных процессов и соответствующих им технологий.

Таким образом, для современного состояния информационных технологий необходим переход от информационного описания предметной области к представлению ее на уровне данных, осуществляемый на основе декомпозиции, абстракции, агрегирования.

Декомпозиция – это разбиение системы (программы, задачи) на компоненты, объединение которых позволяет решить данную задачу.

Абстракция позволяет правильно выбрать нужные компоненты для декомпозиции. Абстракция– эффективный способ декомпозиции, осуществляемый посредством изменения списка декомпозиции.

Процесс абстракции может быть рассмотрен как некоторое обобщение. Он позволяет забыть
о различиях и рассматривать предметы и явления так, как если бы они были эквивалентны. Так как выделение общего у процессов и явлений есть основа классификации, то иерархия абстракций представляет собой фактически схему классификации.

Выделяют два основных способа абстрагирования: через параметризацию и через спецификацию.

Абстракция через параметризацию – выделение формальных параметров с возможностью их замены на фактические в различных контекстах. Выделение формальных параметров позволяет абстрагироваться от конкретного приложения и базируется на общности определенных свойств конкретных приложений.

Абстракция через спецификацию позволяет абстрагироваться от внутренней структуры до уровня знания свойств внешних проявлений (результата). Внешние свойства компонента указывают путем описания внешних связей, требований и эффектов.

Внешние связи – это связи различной природы данного компонента с окружением.

Требования – это условия, которые должны быть выполнены для правильного использования компонента.

Эффекты – это условия, которым удовлетворяют внешние проявления (результаты) компонента.

С точки зрения конкретных приложений выделяют следующие виды абстракций:

- процедурную абстракцию;

- абстракцию данных;

- абстракцию через итерацию.

Процедурная (функциональная) абстракция позволяет расширить возможности виртуальной машины новой операцией.

Абстракция данных состоит из набора объектов и набора операций, характеризующих поведение этих объектов.

Абстракция через итерацию дает возможность не рассматривать информацию, не имеющую прямого отношения к управляющему потоку или циклу.

При построении модели данных предметной области наряду с естественным процессом декомпозиции используется и агрегирование. Это связано с необходимостью интеграции информационных ресурсов в силу их разнородности для ряда предметных областей.

Агрегирование – процесс объединения предметов в некоторую группу как в целях классификации, так и для обеспечения взаимодействия компонентов информационной системы.

В настоящее время при проектировании информационных систем используется два подхода: функционально-структурный и объектно-ориентированный.

Функционально-структурный подход (структурный) использует принцип алгоритмической декомпозиции с выделением функциональных элементов предметной области и установлением строгого порядка выполняемых действий. Недостатком данного способа является неизбежность продвижения информации в одну сторону (“вниз по течению”), что в случае ошибки при проектировании приводит к деформированию системы.