Информатика. Теория и практика_Острейковский В.А_2008

дого варианта с точки зрения скорейшего достижения цели. Слово «эвристика» взято по аналогии со словом «эврика» (греч. hйure¯ka — я нашел). Этот метод оказался плодотворным и применяется в современных программах для игры в шахматы, все более усиливая класс игры компьютера. Эвристики являются своеобразной заменой ассоциаций для компьютера.

В 1997 г. компьютерная шахматная программа фирмы IBM выиграла матч у чемпиона мира Гарри Каспарова. Газеты поместили фотографию склонившегося над доской великого шахматиста с трагическим выражением лица. Это событие подавалось чуть ли не как победа робота над человеческим интеллектом. Однако на самом деле это как раз победа интеллекта человека. Ведь это человек создал замечательную программу, играющую наравне с гроссмейстером. Осуществилась мечта Михаила Ботвинника, который одним из первых начал работу по созданию компьютерных шахматных программ. В 2003 г. Каспаров сыграл вничью с усовершенствованным компьютером. Подобные программы являются важной частью работ по созданию искусственного интеллекта, т. е. способности робота воспринимать и оценивать обстановку, а затем принимать самостоятельные решения в меняющихся условиях.

Эта способность нужна, например, роботу-тележке, который сейчас обследует поверхность Марса. При возникновении препятствий робот сможет, не запрашивая команды с Земли (а ждать их приходится долго), самостоятельно принять решение о дальнейшем движении.

Корпорация Sony создала робот-игрушку: «щенка» по имени AIBO ERS-210 (сокращение слов artifical intelligence — искусственный интеллект и robot — по-японски «товарищ»). Первым серийным домашним роботом со способностью распознавания голоса управляет микропроцессор, не уступающий по мощности процессору персонального компьютера. Оперативная память робота составляет 16 Мбайт. Голова, ноги, уши и хвост у «щенка» подвижные.

Благодаря своему программному обеспечению — операционной системе Sony Aperios, робот-«щенок» обладает эмоциями (он может «радоваться», «сердиться»), инстинктами, способностью обучаться и «взрослеть», а благодаря датчику давления, закрепленному на его голове, AIBO реагирует на дру-

51

жеское поглаживание или шлепки в наказание за «проступки». Дальномер не позволяет ему натыкаться на стены. Светочувствительные глаза робота загораются зеленым цветом, если он «радуется», и красным, если он «сердится». Встроенной в «лоб» камерой CCD робот может делать фотоснимки, которые позволяют вам увидеть то, что «видел» он. При включении AIBO поднимается на ноги, как щенок. Он может выполнять различные трюки, если предоставлен сам себе, или следовать командам с пульта дистанционного управления. AIBO реагирует на розовый цвет и меняет направление движения, если двигать перед ним мячик розового цвета.

По прогнозам ученых, в этом веке появятся роботы, которые смогут соперничать по своим способностям с человеком. Пока интеллектуальные возможности современных персональных компьютеров находятся на уровне паука, но через 20 лет они сравняются с млекопитающими, а через 40 лет — с человеком. Компьютеры будут способны производить себе подобных и самостоятельно развиваться. А самые смелые футурологи надеются, что с использованием биологических технологий интеллект человека сольется с искусственным.

1.2.3. Информационная деятельность человека

Информация в медицине. Долгие века при определении причины болезни врач мог доверять только своим рукам, глазам и ушам. Первыми приборами, которые стали помогать врачу при осмотре пациентов, были стеклянный ртутный термометр для определения температуры тела, секундомер для подсчета пульса и деревянная слуховая трубка — стетоскоп — для прослушивания сердца, изобретенная французским врачом Рене Ланно в 1819 г. Позднее стетоскоп сменил фонендоскоп с чувствительной мембраной, камера под которой соединена с двумя гибкими трубками. Затем к этому прибавились химические анализы состава крови и мочи.

Â1860 г. итальянский врач Ривароччи придумал простой

èудобный метод измерения артериального давления. Он основан на измерении внешнего давления, которое нужно для пол-

ного пережатия артерии. Для этого на руку выше локтя накла-

52

дывают полую резиновую манжету и соединяют ее с резиновой грушей и манометром (ртутным или стрелочным). С помощью груши в манжету закачивают воздух и одновременно следят за пульсом на артерии предплечья (у локтевого сгиба) и за показаниями манометра. Давление воздуха увеличивают до тех пор, пока не исчезнет пульс, т. е. пока артерия не будет полностью пережата. Измеренное в этот момент давление воздуха в манжете соответствует систолическому давлению. В 1905 г. русский врач Н.С. Коротков усовершенствовал метод Ривароччи. Он предложил прослушивать пульс фонендоскопом. Это позволило измерять не только систолическое, но и диастоли- ческое давление крови (т. е. соответственно при сокращении и расслаблении сердечной мышцы). Современные автоматиче- ские цифровые тонометры оснащены миниатюрным воздушным насосом и датчиком давления в манжете. При измерении давления таким аппаратом резиновая груша и фонендоскоп не нужны. Надо только надеть манжету и нажать на кнопку аппарата. Он проделает весь цикл измерения и покажет цифрами на дисплее величины систолического (верхнего) и диастолического (нижнего) давления, частоту пульса. Выпускаются даже тонометры, манжета которых надевается на запястье или на палец, но они, хотя и удобнее, не дают такой же точности измерения.

Открытие Вильгельмом Рентгеном (1845—1923) Х-лучей, названных его именем, дало врачам возможность «заглянуть» внутрь тела человека, не повредив его. Рентгеновское обследование позволило увидеть теневое изображение костей и внутренних органов. Появление рентгеновского аппарата вызвало к жизни новую область медицины — рентгенологию, изучающую применение рентгеновского излучения для исследования строения и функций органов и систем организма человека.

С середины ХХ в. началось применение электрокардиографии — метода исследования сердечной мышцы, основанного на регистрации биоэлектрических потенциалов работающего сердца. Записанная на движущейся бумажной ленте или фотопленке электрокардиографа кривая линия электрокардиограммы (ЭКГ) используется для диагностики заболеваний сердца.

Для исследования биоэлектрической активности головного мозга служит электроэнцефалография — графическая регист-

53

рация потенциалов головного мозга специальным прибором — электроэнцефалографом. Записываемая при этом кривая — электроэнцефалограмма — используется в исследовательских и диагностических целях.

Все более широкое применение в медицине находит ультразвуковая диагностика — использование ультразвуковых колебаний для распознавания заболеваний мозга (эхоэнцефалография), сердца (эхокардиография) и т. д. Подобная диагностика основана на свойстве ультразвуковых волн отражаться от границ, разделяющих среды, что позволяет видеть контуры внутренних органов и различать образования с различной плотностью.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) проводят для диагностики болезней органов брюшной полости, например желчнокаменной болезни. Определение пола будущего ребенка на ранней стадии беременности стало обыденной процедурой. Аппараты УЗИ есть даже на станциях московского метро.

«Заглянуть» в такие внутренние органы, как пищевод, желудок, мочевой пузырь, бронхи, позволяет эндоскоп — оптиче- ский прибор, который вводится внутрь исследуемого органа. Эндоскоп представляет собой световод — тонкий гибкий пучок стеклянных волокон из специального оптического стекла, — который освещает внутреннюю поверхность органа и передает его изображение на экран телевизора или в фотокамеру.

В конце 1960-х гг. началось использование томографии (от греч. tуmos — ломоть, слой и grapho — пишу) — метода неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, например мозга. Томография осуществляется с помощью многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях (так называемое сканирующее просвечивание).

Теперь о молекулярной медицине, эпоха которой наступила в начале нынешнего века в результате поразительных успехов, достигнутых генетикой и генной инженерией. Молекуляр-

ная медицина — это диагностика, лечение и профилактика на генном уровне. Развитие этого направления позволит выявлять

генетическую предрасположенность человека к различным болезням и проводить лечение. При этом в качестве лекарственного препарата выступают гены. Генная терапия не только

54

устраняет определенные симптомы болезни, но и корректирует функции клеток и всего организма. Ее терапевтический эффект может достигаться заменой больного гена здоровым, коррекцией его структуры и функции, частичным или полным его подавлением.

В будущем предполагается создать «генетический паспорт» человека. Он должен содержать информацию о наличии в его геноме генов наследственных болезней и генов предрасположенности к другим заболеваниям.

Кроме всех этих технических и биологических средств диагностики, у современного врача есть экспертные системы, которые на основе проведенных исследований помогают установить правильный диагноз и назначить соответствующее лечение. В эти экспертные системы заложен весь предыдущий врачебный опыт.

Благодаря развитию современных информационных технологий и прежде всего средств связи, начала развиваться телемедицина (т. е. медицина на расстоянии) — использование современных компьютерных средств обработки и передачи информации между «центром» и «периферией» системы здравоохранения.

Телемедицина дает возможность врачам даже небольших городов и населенных пунктов консультироваться у специалистов из медицинских центров Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска; передавать истории болезни из одной клиники в другую; проводить всероссийские медицинские телеконференции, курсы повышения квалификации врачей, что называется, «без отрыва от производства». Участковый врач не может одинаково хорошо разбираться во всех болезнях. Его задача — быстро и точно определить характер заболевания, оказать необходимую помощь. Но в более сложных случаях появляется необходимость направить больного к специалисту. А квалифицированные специалисты чаще всего работают в больницах и институтах больших городов.

Смысл телемедицины — в создании федеральной информационной сети, объединяющей медицинские учреждения (специализированные академические институты, клиники, больницы, учебные медицинские институты и училища). Медицинские учреждения внутри каждого города будут соединены

55

системами локальной связи (оптоволоконными, телефонными, радиорелейными), а в разных городах — междугородными коммуникациями (в основном системами спутниковой связи).

Для этого необходимо развивать средства передачи, приема и воспроизведения информации в самих медицинских учреждениях и объединять их внутрибольничными сетями. Подобные сети позволяют передать информацию о больном (рентгеновские снимки, результаты анализов, электрокардиограммы, данные компьютерной томографии, УЗИ) напрямую квалифицированному специалисту. И тогда во многих случаях необходимость поездки больного в крупный город на консультацию отпадет.

Приходит на помощь медицине и робототехника. Уже выполнено 35 уникальных операций на сердце с помощью хирургической роботизированной системы. Одна из них проведена в России, в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии имени Бакулева.

В операционной хирург должен соответствующим образом положить больного, «подвести» к нему робота, правильно расположить его, а дальше операция проводится роботом по указаниям компьютера. Хирург голосом отдает команды компьютеру, в который заложены определенные программы, а компьютер, в свою очередь, «командует» роботом, имеющим набор инструментов: иглодержатель, пинцет, ножницы и др. Инстру-

менты зафиксированы в руках-держателях робота, обладающих высокой подвижностью. Робот манипулирует ими лучше, чем

бригада из двух-трех хирургов. Он может работать в самых неудобных положениях.

Роботизированная система способна продлить профессиональную деятельность выдающихся хирургов.

Информация в военном деле. Во все времена любой воена- чальник стремился упредить неприятеля, первым узнать о его

силах и намерениях. Информация, поставляемая разведкой (в том числе электронной) и средствами связи, значит в военном деле больше, чем численный перевес в живой силе и технике.

В середине XIX в. наивысшая скорость передачи информации по телеграфу составляла 30 слов в минуту, а для обороны территории в 10 км2 требовалось 40 тыс. солдат. Во Второй ми-

56

ровой войне по телетайпу передавалось 66 слов в минуту, а для обороны той же территории требовалось 360 солдат. Во время операции «Буря в пустыне» в 1991 г. по компьютерной сети передавалось 192 тыс. слов в минуту, а для обороны той же территории потребовалось 23 солдата. По прогнозам экспертов, в 2010 г. скорость передачи информации возрастет до 1,5 млрд слов в минуту, а на оборону территории в 10 км2 понадобится всего 2 солдата. Сочетание информационных технологий и высокоточного оружия даст возможность небольшим мобильным группировкам быстрого реагирования решать любые стратеги- ческие задачи.

Что же входит в арсенал «информационной» войны? Спут- ники-шпионы и миниатюрные беспилотные самолеты, которые способны различать на земле предметы размером меньше одного метра; мощные суперкомпьютеры, способные быстро проанализировать, оценить ситуацию и помочь принять верное решение; компьютерные вирусы, способные проникнуть в телекоммуникационные сети и системы управления противника и парализовать их действие.

Компьютерная вирусная война ведется уже сегодня. Например, в ходе конфликта между Израилем и арабскими террористами хакеры-взломщики ведут взаимные атаки компьютерных сетей.

Наиболее ярким примером применения современных информационных технологий в военном деле стала операция «Буря в пустыне», проведенная войсками США и их союзниками против Ирака в 1991 г. Это была хорошо спланированная операция, блестяще осуществленная с использованием высокоточного оружия, самолетов-невидимок, беспилотных самоле- тов-разведчиков, приборов ночного видения, спутников и компьютеров.

За несколько недель до начала боевых действий агенты с помощью портативных компьютеров внедрили в телефонные станции и радиолокационные посты Ирака программные вирусы. В назначенный день и час эти вирусы отключили системы слежения и в первые минуты воздушного налета парализовали систему противовоздушной обороны Ирака. Таким же образом были выведены из строя бортовые радиолокационные системы истребителей иракских ВВС. Это дало возможность

57

авиации союзников в первые часы уничтожить основные объекты иракских ПВО и завоевать господство в воздухе.

Âответ на авиационные налеты Ирак обстреливал Израиль

èСаудовскую Аравию баллистическими ракетами «Скад», но их сбивали американские ракеты «Пэтриот» с помощью сигна-

лов от космической системы предупреждения.

Большая часть объектов системы управления войсками Ирака располагалась в Багдаде. Союзники с помощью авиационных бомб с лазерным наведением и крылатых ракет сумели разрушить их уже к началу наземных операций.

За прошедшие годы операция «Буря в пустыне» была тщательно проанализирована. В результате анализа было выявлено, что информационное превосходство безусловно обеспечи- ло успех операции. Но одновременно оно является достаточно уязвимым местом, доступным для информационных атак, например, со стороны хакеров. Для защиты информационных систем в США принят национальный план.

В результате обобщения опыта «Бури в пустыне» появилось новое военное понятие — «информационная операция».

Пластиковые карточки. А теперь нужно рассказать о носителе информации, который произвел настоящую революцию в системе банковских и торговых платежей, — об электронных деньгах. Это пластиковая smart-карта со встроенным микропроцессором, позволяющая любому человеку в большинстве развитых стран обходиться без наличных денег. Smart-карта представляет собой пластиковый прямоугольник размером 85 54 мм. Информация хранится в энергонезависимой памяти (EEPROM). Встроенный микропроцессор обеспечивает защиту памяти от несанкционированного доступа.

В мире существует несколько наиболее известных электронных платежных систем вроде VISA или EuroCard/MasterCard. Пластиковую карточку можно получить в банке, открыв счет.

Микропроцессор карточки следит за целостностью содержащихся в ее памяти данных. Доступ к данным защищен специальным «ключом», который назначается банком, выдавшим данную карточку. Поэтому smart-карту можно безбоязненно повсюду возить с собой. Владелец smart-карты имеет два пароля: один — для зачисления средств, а другой — для их списания. Оплачивая покупку, нужно вставить свою пластиковую карточ-

58

ку в специальное считывающее устройство торгового терминала и ввести свой пароль. Происходит оплата покупки, и владелец карточки получает чек. Таким же образом можно получать зарплату, расплачиваться в ресторане, парикмахерской или на бензоколонке.

Получить наличные деньги по пластиковой карточке можно через банкомат — электронно-механическое устройство, работающее круглые сутки. В банкоматах можно получить справку об остатке денег на счете и выписку о последних операциях. При выезде за рубеж можно взять с собой карточку с любой суммой и не вносить ее в таможенную декларацию. Пластиковой карточкой можно оплачивать товары и услуги в любой стране мира. Наличные деньги при этом не нужны.

Smart-карты начали применять в аптеках для учета и безналичной оплаты льготных рецептов на лекарства, что обеспечи- вает абсолютную прозрачность всех механизмов льготного обслуживания и высококачественную статистику. Благодаря этой системе можно узнать: о каждом больном — какие лекарства и как часто он получает; о враче — насколько верно и кому он назначает эти лекарства; об аптеке — какие лекарства через нее проходят, в каких формах и упаковках; о поликлинике — кого и как она обслуживает.

Есть множество и более простых карточек, например с магнитной полосой (карточки для телефонных разговоров, проезда на транспорте и т. д.).

Штриховой код. Еще одна цифровая технология, хорошо знакомая каждому человеку, — это штриховой код. Он представляет собой последовательность черных и белых полос с цифрами и буквами; печатается на простой бумаге или прямо на упаковке предмета либо на самоклеящейся этикетке.

Информация в символе штрихового кода определяется соотношением ширины штрихов и пробелов между ними. Высота не имеет информационного смысла и просто должна обеспечи- вать надежное считывание, т. е. пересечение лучом специального сканера всех штрихов кода. Ручной сканер имеет вид пистолета. Он вручную наводится на штриховой код, нанесенный на покупаемый товар, например на упаковку лекарства. Счи- тывание кода происходит при нажатии на курок этого «пистолета». Для стационарных сканеров, размещенных, например,

59

у кассы, нужно поднести предмет с нанесенным штриховым кодом к сканеру. Он обнаруживает и считывает штриховой код, расшифровывает его и передает в компьютер.

Штриховые коды, по сравнению с магнитными и радиоизотопными, обладают высокой надежностью их считывания. Для обеспечения еще большей надежности применяются специальные самоконтролирующиеся и самокорректирующиеся коды. Они обнаруживают ошибки и исправляют их, если число ошибочных знаков не превышает 65—70 %, обеспечивая вероятность одной ошибки на 30 млн считанных знаков.

С помощью штрихового кодирования ведут складской учет товаров в торговле, учет лекарств в аптеках и больницах, движения книг в библиотеках, прохождения посетителей, имеющих пропуска, промаркированные штриховым кодом, в помещения, оборудованные сканерами кодов, и т. д.

Информация в жилище XXI в. Современные дома и квартиры буквально набиты всевозможными электроприборами — светильниками, микроволновыми печами, электрическими плитами, миксерами, кофеварками, стиральными машинами, электроутюгами, электрическими обогревателями, кондиционерами, вентиляторами, часами и т. д. Не меньше в наших жилищах аудио- и видеоаппаратуры — радио, телевизоров, магнитол, видеомагнитофонов, музыкальных центров. Все эти приборы обеспечивают удобство и комфорт, или, как теперь говорят, ка- чество жизни. Уже давно для управления многими из них существуют пульты дистанционного управления. Но каждый из пультов управляет только одним или максимум двумя приборами и действует только в пределах одной комнаты.

Приходя в дом или квартиру, мы вынуждены последовательно включать все эти приборы и управлять ими, а перед сном или уходя из жилища — последовательно выключать их. При этом всегда остается опасность оставить включенными люстру, утюг или любой другой электрический прибор. Как часто мы, уйдя из дома, вдруг начинаем мучительно вспоминать, вс¸ ли мы выключили перед уходом. Иногда эти сомнения заставляют нас возвращаться.

Для комплексного контроля и управления всеми электроприборами в доме или квартире в США создана автоматизиро-

60