Структура современной информатики и её место в системе наук

Министерство  по здравоохранению Республики Беларусь

УО «Минский государственный медицинский колледж»

Дисциплина «Информационные технологии»

Реферат на тему:

«Структура  современной информатики и её место в системе наук»

Минск 2010

Содержание

Введение................................................................................................3

Структура современной  информатики...............................................4

Место информатики в системе  наук............................................................10

Заключение...........................................................................................13

Список  использованных источников................................................14

Приложение 1........................................................................................15

Введение

Информатика - это наука, изучающая  структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы ее создания, хранения, поиска, передачи и преобразования с использованием компьютерных технологий.

Информационные технологии на рубеже ХХ - ХХI вв. становятся важнейшим инструментом научно - технического и социально - экономического развития общества, играя  существенную роль в ускорении процессов  получения, распространения и использования  новых знаний. Влияя на качество интеллектуальных ресурсов социума, информационные технологии повышают уровень и качество самой жизни. Информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место  в экономике, образовании и культуре.

В этом реферате я рассмотрю структуру и составные части современной информатики,а так же её место  в традиционно сложившейся системе наук.

СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ  ИНФОРМАТИКИ

Оставляя  в стороне прикладные информационные технологии, опишем составные части  «ядра» современной информатики. Каждая из этих частей может рассматриваться  как относительно самостоятельная  научная дисциплина; взаимоотношения  между ними примерно такие же, как  между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике - все они хоть и самостоятельные  дисциплины, но, несомненно, части одной  науки.

Теоретическая информатика - часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.

Вычислительная техника - раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне, так называемой, архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области - неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.

Программирование - деятельность, связанная с разработкой  систем программного обеспечения. Здесь  отметим лишь основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного - разработка новых  языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример - общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные - система обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.

Информационные системы - раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet) в последнее десятилетие XX века привлекают внимание все большего круга пользователей. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW, а на значительно более низком уровне - справочная система, к услугам которой мы прибегаем, набрав телефонный номер 09'.

Искусственный интеллект - область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Как научить компьютер мыслить подобно человеку? - Поскольку мы далеко не все знаем о том, как мыслит человек, исследования по искусственному интеллекту, несмотря на полувековую историю, все еще не привели к решению ряда принципиальных проблем. Основные направления разработок, относящихся к этой области - моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие. От успехов работ в области искусственного интеллекта зависит, в частности, решение такой важнейшей прикладной проблемы как создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека с компьютером, благодаря которым это взаимодействие будет походить на межчеловеческое и станет более эффективным.

На рисунке [Приложение 1] представлена структура Информатики как научной и прикладной дисциплины, в которой выделено 6 научно-технических направлений: 1. Теоретическая информатика. 2. Искусственный интеллект. 3. Программирование. 4. Прикладная информатика. 5. Вычислительная техника. 6. Кибернетика. Эти разделы информатики перечислены не в порядке их важности или преемственности, а лишь учитывая удобство их расположения на рисунке. Краткая характеристика каждому направлению будет дана в указанном выше порядке.

1. Теоретическая информатика. Теоретический раздел любой науки базируется на математических методах исследования. Это относится и к информатике. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создаёт тот теоретический фундамент, на котором строится всё здание информатики.

По своей природе информация дискретна и представляется обычно в символьно-цифровом виде в текстах  и точечном виде на рисунках. С учётом этого в информатике широко используется математическая логика как раздел дискретной математики.

Следующее направление теоретической  информатики - вычислительная математика, которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с использованием алгоритмов и программ.

Подраздел теория информации (а также теория кодирования и передачи информации) изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие её рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться содержание любой конкретной элементарной единицы информации.

Системный анализ - еще одно направление теоретической информатики. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели. Имитационное моделирование - один из важнейших методов компьютерного моделирования, в котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.

Наконец, теория принятия решений изучает общие схемы выбора нужного решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр

2. Искусственный интеллект. Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, 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 этой области немыслимы без развития систем программирования.

Основная цель работ в области  искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению  знаниями, навыками и умениями. Для  этого необходимо раскрыть те глубинные  механизмы, с помощью которых  человек способен научиться практически любому виду деятельности. И 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 закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.

Другое направление психологии - психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.

Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.

Экспертная система - еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности: 1 - она адаптирована для любого пользователя, 2 - она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что..., но и знать как..., 3 - она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

3. Программирование. Программирование как научное направление возникло с появлением вычислительных машин и только программное обеспечение определяет эффективность использования ЭВМ. В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики. В этой области работает  значительный отряд специалистов, которые подразделяются на системных и прикладных программистов.

Системные программисты являются, как  правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение, которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.

Языки программирования создаются для  разработки прикладного программного обеспечения. Эти  языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.

Есть ещё машинные языки, которые  используются непосредственно в  ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в  микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня. в программы на машинном языке используются специальные  программы - трансляторы, которые также создаются системными программистами.

Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решении тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС), в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определённой предметной области.

4. Прикладная информатика. Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ - автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР - системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС - автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ - автоматические системы управления), в обучении (АОС - автоматизированные обучающие системы) и др.

5. Вычислительная техника

6. Кибернетика. Термин "кибернетика"( от греческого слова κυβερνητης, т.е. "кормчий") появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом Винером, в течение ряда лет проводивших исследования в различных областях научных знаний (математической статистики, электросвязи, нейрофизиологии и др.), связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов. В следующем году Н. Винер публикует монографию под названием "КИБЕРНЕТИКА или управление и связь в животном и машине". Идея "общей теории управления" получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи. В 40-е годы наряду с идеей об универсальности схем управления в  кибернетике  развиваются и другие идеи: идея универсальной символики, идея логического исчисления. идея измерения информации  через понятия вероятностной и статистической (термодинамической) теорий. Все эти и ряд других идей и направлений исследования так называемой "ничейной территории" между различными  сложившимися науками впоследствии станут основой кибернетики, которую в свою очередь вберёт в себя информатика после создания и развития компьютерной техники.

Наиболее активно развивается  техническая кибернетика. В её состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения, атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.

Ведущее место в кибернетике  занимает распознавание образов. Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности. соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная область между кибернетикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.

Ещё одно научное направление связывает  кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами  многие столетия волнуют учёных. Насколько  принципы работы живых систем могут  быть использованы в искусственных  объектах? Ответ на этот вопрос ищет бионика - пограничная наука между кибернетикой и биологией. В свою очередь, нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Недавно возникло и ещё находится  в стадии оформления научное направление  кибернетики - гомеостатика, изучающая равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др.

Наконец, математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие

МЕСТО ИНФОРМАТИКИ  В СИСТЕМЕ НАУК

Рассмотрим  место науки информатики в  традиционно сложившейся системе  наук (технических, естественных, гуманитарных и т.д.). В частности, это позволило  бы найти место общеобразовательного курса информатики в ряду других учебных предметов.

Напомним, что 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, преобразование, перемещение, выдача)».

Уточним, что такое фундаментальная наука и что такое естественная наука. К фундаментальным принято относить те 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 информатика, так как понятия «информация», «процессы обработки информации» несомненно имеют общенаучную значимость.

Естественные  науки - физика, химия, биология и другие - имеют дело с объективными сущностями мира, существующими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним  информатики отражает единство законов  обработки информации в системах самой разной природы - искусственных, биологических, общественных.

Рис. 1.2. К вопросу о  месте информатики в системе  наук

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». Первоначальное наименовании школьного  предмета «Основы информатики и  вычислительной техники» в настоящее  время изменено на «Информатика» (включающее в себя разделы, связанные с изучением  технических. программных и алгоритмических  средств). 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.

Информатика – аспектная наука. Информатика как наука формируется на срезе естественных, технических и общественных наук , которые в свою очередь могут иметь

теоретический и / или прикладной характер. Информатику можно рассматривать в качестве одной из аспектных наук, изучающую любые системы как информационные. На образовательную информатику распространяется «закон двойного вхождения дисциплин»: она существует как самостоятельная дисциплина и входит как специальный подход в другие дисциплины. Особо близки исторически «родственные отношения» информатики с кибернетикой. Были даже попытки рассматривать информатику как кибернетику на современном этапе развития и ввести синтезированное научное направление информатика-кибернетика.

Обосновывалось это тем, что:

а) кибернетика  и информатика развивались на единой технической базе – вычислительной технике и средствах связи и передачи данных;

б) основным предметом исследования в кибернетике  является управление. Но управление невозможно без информации. Поэтому кибернетика объективно была вынуждена заниматься вопросами сбора, обработки и передачи информации.

Системный подход к информатике. Целый ряд работ философского плана позволяет говорить о возможности системного подхода к информатике. Он основан на философской концепции обусловленности информационных процессов уровнями организации материи (неорганический, биологический, социальный). Ввиду предельной общности такой подход обеспечиваетв перспективе целостное отображение информационной картины мира (ИКМ – форма систематизации научных знаний об информации). Информатика при этом рассматривается как наука об информации, информационных процессах и системах (ИС) любой природы. Такая гипотетическая информатика рассматривает ИС и их компоненты со всех точек зрения – научной (информация и информационные процессы), технической (средства реализации ИС, носители информации и обрабатывающие устройства), технологической, экономической, экологической (информационная безопасность и безопасность информации), и др. Задача такой информатики – обобщенное теоретическое описание различных информационных процессов и систем. При этом неизбежно вводятся в оборот множество связанных с базовым (информация) понятий: информационная система, энтропия, избыточность, разнообразие, виды информации, количественные и качественные характеристики информации и информационных процессов, алгоритм, знак, модель, управление и другие.

Системный подход позволяет представить множества  «информационных наук» следующим образом

обозначены следующие  группы (множества) информационных наук.

1) Информационно-биологические  науки: генетика, неврология, рефлексология,  биосемантика (изучает знаковую  коммуникацию в животном мире) и др. Объектом этих наук является биологическая информация, предметом – различные аспекты биологической информации и информационных процессов. Это частные биологические науки.

2) Социально-коммуникативные  науки: журналистика, научная информатика,  педагогическая информатика, экономическая информатика, этносемиотика (изучает неязыковые знаки в человеческом обществе – позы, ритуалы, обряды), лингвосемиотика (изучает человеческие языки как знаковые системы), библиотековедение и др. Объектом этих наук является социальная информация, предметом – различные аспекты социальной информации и информационных процессов. Это частные общественные науки.

3) Информационно-технические  науки: автоматика, телемеханика, телевидение,  радиолокация, вычислительная техника,  измерительная техника, техника радиосвязи и т.д. Объект этих наук – машинная информация, предмет – различные её аспекты. Это частные технические науки.

4) Синергетика  ИП: распространяет понятие информации  на неорганическую природу; с  информационной точки зрения  – это теория самоорганизации  информационных процессов в системах  любой природы.

теории информации, общенаучная  теория информации (философский взгляд, методы информационного анализа), а  также рациональные и общезначимые результаты других наук об информации. Представляется, что основной проблемой  для создания обобщающей теории информации, является поиск адекватного определения  понятия информации – главного, стержневого первичного идеального объекта теории информации – и  понимание его роли в физической картине мира.

Заключение

Изучив структуру современной  информатики и её место в системе  наук, можно  сделать следующие  выводы:

1.Информатика представлена достаточно сложной систематизированной структурой состоящей из многочисленных направленностей, а так же составляющих частей.

2.Информатику можно рассматривать в качестве одной из аспектных наук, изучающую любые системы как информационные.

3.Системный подход Информатики позволяет представить множества  «информационных наук» следующим образом обозначенные в группы (множества) информационных наук. Следовательно, информатика занимает одно из важнейших мест в научной системе  т. к она используется совместно с развивающимися, на современном этапе, науками, такими как генетика, журналистика, телемеханика и т. д.

Приложение 1

Список использованных источников

1. Юсупов  Р.М., Заболотский В.П. Научно-методологические основы информатизации. – СПб.: Наука, 2000
2. Колин К.К. О структуре и содержании образовательной области «информатика». – ИНФО, 2000. № 10. – С.5-10.
3. Лачинов В.М., Поляков А.О. Информодинамика или путь к миру открытых систем. – СПб: СПб ГТУ, 1999.
4. Структура информатики: http://www.schoolinfo0.ioso.ru/struktura.htm