Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Синергетика и информация

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - Неразрушающего контроля

Направление - Управление качеством

Кафедра – Физических методов и приборов контроля

КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

СИНЕРГЕТИКА И ИНФОРМАЦИЯ

Студент гр. ЭТО812 ___________________ А.А. Зуева

^{(подпись)}

Преподаватель ____________________ Н.Н. Никитенков

^{(подпись)}

Томск 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Информация об информации 5

1.1. К истории вопроса об информации 5

1.2. Определение понятия «информация» 7

1.3 Информация – свойство материального мира 10

Глава 2. Информация и сложные системы. 15

2.1 Информационные процессы в обществе 15

2.2 Шенноновская информация – изгнание смыслового содержания 18

2.3. Энтропия и информация 20

2.4 Саморождение смысла 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 29

ВВЕДЕНИЕ

«Для характеристики реального мира ныне недостаточны фундаментальные понятия классической физики – материя, вещество, движение, энергия, пространство, время. Для полноты этой характеристики необходимо столь же фундаментальное и столь же всеобщее понятие информации»

Берг А.И., Спиркин А.Г.

Термин информация обычно используется в различных смысловых значениях. На бытовом уровне под информацией понимается любое знание о чем-либо или передача и обработка данных в системах связи и вычислительной технике. Однако имеется множество определений информации, относящихся к различным сферам деятельности человека. Исследования свидетельствуют о том, что единого универсального определения информации не существует [1,2].

Современные научные представления об информации основываются на представлении о ее нематериальности. Однако это нематериальное можно передавать, принимать, оценивать. Никто не спорит, что с помощью информации можно изменять мир. Информацией можно даже убить. Но все это принято считать прерогативой сознания. Станислав Лем в своем философском труде "Сумма технологии", отмечает, что с помощью информации можно добиться того же действия, что и от материального предмета. Например, можно ударить человека камнем и он упадет, а можно приказать ему лечь. Лем делает вывод о том, что действие информации носит вероятностный характер, так как человек может лечь, но может и не сделать этого, хотя от камня человек упадет наверняка. На наш взгляд этот вывод не верен, так как предполагает процесс передачи информации. Тогда в соответствии с Шенноновской теорией информации передача сигнала может сопровождаться помехами и можно определить вероятность прохождения сигнала в зависимости от уровня помех. [3]

Л. Цымбал ввел свою классификацию информации, разделив ее на: объективную, присущую живой материи; генетическую, присущую живым существам; идеальную, производимую человеком. Наличие объективной информации, неотделимой от материи, Цымбал обосновывает тем, что раз имеются природные структуры, находящиеся в движении, то есть и информация, почему они так устроены и каким образом изменяются. Он отмечает, что важнейшим свойством информации является память. Л. Цымбал показал, что все три составляющие информации (объективная, генетическая, идеальная) взаимосвязаны и взаимно влияют друг на друга [5].

В любом случае, одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертеж, радиопередача и т. п.) может содержать разное количество информации для разных людей в зависимости от их накопленных знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему. Так, сообщение, составленное на японском языке, не несет никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

Глава 1. Информация об информации

Сейчас имеется несколько (даже много) определений понятия "информация" и ни одно из них не является общепринятым. Это естественно, поскольку общепризнанные определения появляются в науке, когда она становится классической и перестает развиваться. О науке об информации этого, к счастью, сказать нельзя.
До недавнего времени слово "информация" использовалось в обыденной жизни и в практических задачах (шифровка, связь и т.д.). Там было достаточно понимание о чем идет речь на интуитивном или сугубо прикладном уровне.
В последнее время стало ясно, что информация играет в науке фундаментальную роль. Возникла потребность понять, что же это такое? Попытки связать информацию с привычными понятиями материя или энергия успехом не увенчались. Стало ясно, "информация есть информация, а не материя и не энергия". Отрицание не может претендовать на роль определения, вместе с тем в данном случае оно существенно, ибо указывает на отсутствие вещественного (и/или полевого) происхождения информации. Попытки связать информацию с энтропией тоже оказались безуспешными, хотя они продолжаются до сих пор. Поэтому вопрос об определении понятия "информация" остается открытым. [4]

1.1. К истории вопроса об информации

Информация - латинское informatio, разъяснение, изложение, сведение, - одно из наиболее общих понятий, используемых человеком довольно давно. До начала ХХ века оно не вызывало никаких вопросов и было обычным словом в человеческом общении. Однако с развитием технических средств коммуникации – телефонии, радиосвязи и звукозаписи, основное назначение которых передача информации, встал вопрос об её оптимальной, неискаженной передаче.

За дело взялись математики. Они представили передачу информации по простой схеме: ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ - ПЕРЕДАЮЩАЯ СРЕДА - ПРИЁМНИК ИНФОРМАЦИИ. Приёмник информации находится в некоторой неопределённости и ожидает, что приход информации эту неопределённость снимет. Таким образом, было сделано первое научное определение информации. ИНФОРМАЦИЯ – ЭТО ТО, ЧТО СНИМАЕТ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЬ. При этом потребовалось отвлечься от смысла, содержания информации, так как чистая математика оперирует с количественными соотношениями, не вдаваясь в физическую природу тех объектов, за которыми стоят соотношения. Например, если находится сумма двух чисел 2 и 3, то она в равной мере будет справедлива для любых объектов, определяемых этими числами. Поэтому, если смысл выхолощен из сообщений, то отправной точкой для информационной оценки события остается только множество отличных друг от друга событий и соответственно сообщений о них. Неопределенность неотъемлема от понятия вероятности. Уменьшение неопределенности всегда связано с выбором одного или нескольких элементов из некоторой их совокупности. Такая взаимная обратимость понятий вероятности и неопределенности послужила основой для использования понятия вероятности при измерении степени неопределенности в математической теории информации. Использование аппарата теории вероятностей позволило подсчитать количество информации как логарифм числа возможных исходов из ситуации неопределённости. Теория информации дала возможность подсчитывать необходимую для неискажённой передачи информации емкость канала её передачи - теоремы Клода Шеннона. Но дальше этого результата практические дела не пошли. Более того, количество информации вместе с внедрением цифровых технологий легко стали измерять в двоичных единицах - битах, не требующих сложных математических вычислений. Ну, а природная суть информации, как уже отмечено выше, математической теорией никак не выяснялась.

Норберт Винер, математик и сотрудник того же научного и высшего учебного заведения - Массачусетского технологического института, что и Клод Шеннон, был в курсе математических работ по Теории информации. Но он по-новому взглянул на информацию, её роль в работе электронно-вычислительных машин и в живом природном мире. Результатом была его книга «КИБЕРНЕТИКА, ИЛИ УПРАВЛЕНИЕ И СВЯЗЬ В ЖИВОТНОМ И МАШИНЕ», выпущенная в 1948 году. Наука об управлении - КИБЕРНЕТИКА и её основное понятие - ИНФОРМАЦИЯ получили громадную популярность и стали подробно изучаться другими учеными и философами. Несколько позже Норберт Винер издал вторую книгу на эту же тему: «КИБЕРНЕТИКА И ОБЩЕСТВО». В этих книгах автор подробно объясняет, что такое информация. Кратко эти объяснения сводятся к трём простым определениям:

1. «ИНФОРМАЦИЯ – ЭТО ОБОЗНАЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО ОТ ВНЕШНЕГО МИРА, В ПРОЦЕССЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ К НЕМУ ЖИВОГО».

2. «ИНФОРМАЦИЯ – ЭТО ТО, ЧТО УПРАВЛЯЕТ»,

3. «ИНФОРМАЦИЯ – ЭТО НЕ ВЕЩЕСТВО И НЕ ЭНЕРГИЯ».

Профессора Романенко и Никитина пишут: «Нетрудно понять, что отражение мира, воспринимаемое различными объектами, может быть разным. Поэтому такое понимание информации далеко от чётких представлений. …. В обучении также используются и другие определения понятия информация. Они не очень хорошо согласуются между собой. Отметим также, что информационное отражение реального мира может воздействовать не только на живые существа, но и на некоторые машины и более простые неживые объекты. Все эти воздействия происходят в рамках того, что естественно называть информационным процессом».

В философии такое понимание информации связано с ещё существующей материалистической Теорией Отражения, которая объясняет рефлексию живого на природную информацию. По этой теории информация возникает только в процессе отражения, только в результате переноса свойств материальных объектов на другой материальный носитель. [9]

1.2. Определение понятия «информация»

В книге И.В. Мелик-Гайказян собрана коллекция определений слова «информация»:

"информация "информация есть знания, переданные кем-то другим или приобретенные путем собственного исследования или изучения";
"информация - это сведения, содержащиеся в данном сообщении и рассматриваемые как объект передачи, хранения и обработки";
"информация в обыденном смысле - это сведения, известия, в научно-технических приложениях - то, что имеет на себе сигнал".

Наряду с этими и подобными им определениями заметна тенденция связывать информацию со степенью упорядоченности той системы, которая получает информацию:

- "информация означает порядок, коммуникация есть создание порядка из беспорядка или по крайней мере увеличение степени той упорядоченности, которая существовала до получения сообщения".

Приводимые ниже определения в известной мере повторяются:

"информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств"
"информация...- одно из свойств предметов, явлений, процессов объективной действительности, созданных человеком управляющих машин, заключающееся в способности воспринимать внутреннее состояние и воздействие окружающей среды и сохранять определенное время результаты его; передавать сведения о внутреннем состоянии и накопленные данные другим предметам, явлениям и процессам";
"информация - объективное содержание связи между взаимодействующими материальными объектами, проявляющееся в изменении состояний этих объектов";
"информация есть текущие данные о переменных величинах в некоей области деятельности, систематизированные сведения относительно основных причинных связей, которые содержатся в знании как понятии более общего класса, по отношению к которому информация является подчиненной";
"информация есть знание о каком-то особом событии, случае или о чем-либо подобном;
"информацией являются все те данные о внешнем мире, которые мы получаем как путем непосредственного воздействия на наши органы чувств окружающих предметов и явлений, так и опосредованным путем через книги, газеты, рассказы других людей;
"информацией называется всякое сообщение или передача сведений о чем-либо, что заранее не было известно.

Среди философов популярны дефиниции, содержащие термин "отражение":

"информация в самом общем случае - это разнообразие, которое один объект содержит о другом, это взаимное, относительное разнообразие. С позиций теории отражения информация может быть представлена как отраженное разнообразие, как разнообразие, которое отражающий объект содержит об отраженном";
"информация есть отражение в сознании людей объективных причинно-следственных связей в окружающем нас реальном мире" ;
"информация - это содержание процессов отражения" ;
"информация не тождественна отражению, а есть лишь его инвариантная часть, поддающаяся определению, объективированию, передаче".
"информация - это философская категория, рассматриваемая наряду с такими, как пространство, время, материя. В самом общем виде информацию можно представить как сообщение, т.е. форму связи между источником, передающим сообщение и приемником, его принимающим" [7].

Определения такого типа можно суммировать в виде утверждения: "информация есть отражение отображения наших соображений".

Такого определения в литературе нет. По стилю оно соответствует творениям Кузьмы Пруткова (например, его миниатюре "Спор древне-греческих ученых о прекрасном"). Тем не менее, по глубине и смыслу (если кто-либо попытается его в нем найти), оно не уступает приведенным выше.

В философском энциклопедическом словаре (1983 г.) приведено:

"Информация (от лат. informatio - ознакомление, разъяснение, представление, понятие):

1) сообщение, осведомление о положении дел, сведения о чем-либо, передаваемые людьми;

2) уменьшаемая, снимаемая неопределенность в результате получения сообщений;

3) сообщение, неразрывно связанное с управлением, сигналы в единстве синтаксических, семантических и прагматических характеристик;

4) передача, отражение разнообразия в любых объектах и процессах (неживой и живой природы)".

В "Философской энциклопедии (1970 г.) во втором томе читаем: "Информация (от латинского informatio - осведомление) - см. Теория информации. А в пятом томе в статье "Теория информации" вместо дефиниций приводятся различные представления о количественной оценке информации. Дефиниции того, что собственно значит термин "информация" просто не дается.

В связи с трудностями философского определения понятия "информация" возникло убеждение в том, что оно не может быть отнесено к разряду философских категорий с заменой ею отражения.

Выбор определения зависит от аппарата исследования, иными словами, определение должно быть конструктивным, то есть пригодным для использования в рамках аппарата. Мы будем использовать аппарат теории динамических систем, поскольку именно он лежит в основе науки о самоорганизации (то есть синергетики).
Этим условиям в наибольшей степени удовлетворяет определение информации, предложенное Генри Кастлером.

Информация есть запомненный выбор одного
варианта из нескольких возможных и равноправных. (Q)
В реальных задачах, как правило, фигурирует не просто информация, а ценная или осмысленная информация. Часто это упускают из внимания, полагая, что не ценная информация - вообще не информация. Последнее ведет к недоразумениям. [4]

1.3 Информация – свойство материального мира

Реально существовать – это значит, быть представленным! Трудно понять противоположное, чтобы что-то реально существовало и одновременно не проявляло себя. Если что-либо существует, то оно выдаёт и информацию о себе. Причем независимо от того, находится данный объект под наблюдением или нет. Скажем, электрон обладает электрическим зарядом независимо от нашего наблюдения. Это заряд - его материальное свойство и одновременно информация об этом свойстве. Или, скажем, любое материальной тело имеет какую-то протяжённость в пространстве, объём и форму. Эти его материальные свойства проявляется при столкновении с другим материальным телом. Но и без столкновения они существуют в теле, которое «выписывает» своим веществом конфигурацию своей формы и объёма. Т.е. имеет информацию об этих материальных свойствах.

Информация – это свойство материального мира. Хорошим примером бестелесности информации является время. Оно не имеет физических параметров типа массы или энергии. У времени ясно видна идейная сущность - быть последовательностью событий. Хотя, разумеется, время существует, потому что существуют материальные события. И оно «течёт» независимо от того следим мы за ним или нет. Кстати, определение нематериальности информации хорошо согласуется с мыслью Н. Винера: «Информация – это не вещество и не энергия». Сегодня, я полагаю, определение «нематериальное» также верно, но его следует применять осторожно по причине того, что оно вызывает сдвиг в понимании информации как свойства материального мира. Для информации предлагается простое определение: ИНФОРМАЦИЯ – ЭТО ВСЕОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА БЫТЬ ОПРЕДЕЛЯЕМЫМ.

Отмечу также для ясности, что у информации существуют только два первоисточника: природа и сознание. [9]

Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно. В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит. Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т. п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.

Информация может существовать в виде:

текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
световых или звуковых сигналов;
радиоволн;
электрических и нервных импульсов;
магнитных записей;
жестов и мимики;
запахов и вкусовых ощущений;
хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов, и т. д.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами[10].

Свойства информации

Информация обладает следующими свойствами:

Объективность – не зависит от чего-либо мнения
Достоверность – отражает истинное положение дел
Полнота – достаточна для понимания и принятия решения
Актуальность – важна и существенна для настоящего времени
Ценность (полезность, значимость)- обеспечивает решение поставленной задачи, нужна для того чтобы принимать правильные решения
Понятность (ясность)– выражена на языке, доступном получателю

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, т. е. перестает отражать истинное положение дел. Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки. Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п. Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдет применение в каких-либо видах деятельности человека. Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она еще не может быть усвоена), так и ее задержка. Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной. Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация. Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по-разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях. Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, всевозможных инструкциях. Понятие «информация» используется в различных науках, при этом в каждой науке понятие «информация»связано с различными системами понятий.

Информация в биологии: Биология изучает живую природу и понятие «информация» связывается с целесообразным поведением живых организмов. В живых организмах информация передается и храниться с помощью объектов различной физической природы (состояние ДНК), которые рассматриваются как знаки биологических алфавитов. Генетическая информация передается по наследству и хранится во всех клетках живых организмов. Философский подход: Информация – это взаимодействие, отражение, познание. Кибернетический подход: Информация – это характеристики управляющего сигнала, передаваемого по линии связи.[11]

Кроме этого информация обладает еще следующими свойствами:

1) Атрибутивные свойства (атрибут – неотъемлемая часть чего-либо). Важнейшими среди них являются:- дискретность (информация состоит из отдельных частей, знаков) и непрерывность (возможность накапливать информацию)

2) Динамические свойства связаны с изменением информации во времени:

- копирование – размножение информации

- передача от источника к потребителю

- перевод с одного языка на другой

- перенос на другой носитель

- старение (физическое – носителя, моральное – ценностное)

3) Практические свойства - информационный объем и плотность

Информация храниться, передается и обрабатывается в символьной (знаковой) форме. Одна и та же информация может быть представлена в различной форме:1) Знаковой письменной, состоящей из различных знаков среди которых выделяют символьную в виде текста, чисел, спец. символов; графическую; табличную и тд.; 2) В виде жестов или сигналов; 3) В устной словесной форме (разговор). Представление информации осуществляется с помощью языков, как знаковых систем, которые строятся на основе определенного алфавита и имеют правила для выполнения операций над знаками.

Язык – определенная знаковая система представления информации. Существуют:

Естественные языки – разговорные языки в устной и письменной форме. В некоторых случаях разговорную речь могут заменить язык мимики и жестов, язык специальных знаков (например, дорожных);

Формальные языки – специальные языки для различных областей человеческой деятельности, которые характеризуются жестко зафиксированным алфавитом, более строгими правилами грамматики и синтаксиса. Это язык музыки (ноты), язык математики (цифры, математические знаки), системы счисления, языки программирования и т.д.

В основе любого языка лежит алфавит – набор символов/знаков. Полное число символов алфавита принято называть мощностью алфавита.

Носители информации – среда или физическое тело для передачи, хранения и воспроизведения информации. (Это электрические, световые, тепловые, звуковые, радио сигналы, магнитные и лазерные диски, печатные издания, фотографии и тд.)

Информационные процессы - это процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации (т.е. действия, выполняемые с информацией). Т.е. это процессы, в ходе которых изменяется содержание информации или форма её представления. [12]

Глава 2. Информация и сложные системы.

2.1 Информационные процессы в обществе

Чтобы правильно ориентироваться в мире, человек запоминает полученные сведения (хранит информацию).

Весь процесс познания является процессом получения и накопления информации.

Для обмена информацией между людьми служат языки. Устное общение развивалось от имитации звуков, существующих в природе, до словесного выражения мысли. С помощью звуков можно передавать различную информацию.

Есть универсальные языки: язык живописи, язык музыки.

Хранение информации осуществляется с помощью книг, а в последнее время все больше на электронных носителях.

Человеческое мышление можно рассматривать как процесс обработки информации.

Человек является носителем очень большого объема информации в виде зрительных образов, знания различных фактов и теорий и т. д.

В процессе достижения каких-либо целей человек принимает решения (обрабатывает информацию), а в процессе общения с другими людьми передает и принимает информацию.

Информационные процессы в природе:

Получение и преобразование информации является условием жизнедеятельности любого организма.

Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования, роста и размножения.

Биологи говорят, что «живое питается информацией», создавая, накапливая и активно используя ее.

Пчела летит на запах цветка, который является информацией для нее, летучие мыши ориентируются в пространстве, получая информацию с помощью ультразвуковой локации.

Формирование поведения организмов в сообществах в значительной степени зависит от химических средств передачи информации (например, особых веществ – феромонов, используемых животными для привлечения или отпугивания др. особей, регуляции жизнедеятельности в семьях пчёл, муравьев и т.д.).

Любой живой организм, в том числе человек, является носителем генетической информации, которая передается по наследству.

Генетическая информация хранится во всех клетках организма в молекулах ДНК , которые состоят из отдельных участков (генов).

Каждый ген "отвечает" за определенные особенности внешнего вида, строения и функционирования организма.

Чем сложнее организм, тем большее количество генов содержится в молекуле ДНК.

Работы по расшифровке генома человека, который содержит более 20 тысяч различных генов, проводились с использованием компьютерных технологий и были в основном закончены в 2000 г.

Информационные процессы в технике:

Информационные процессы характерны не только для человека и общества, живой природы, но и для техники.

Н. Винер в 40-х годах XX в. заложил основы новой научной области кибернетики, указал на общность информационных процессов в технике, обществе и живых организмах.