Лекция 1

Теория информационных процессов (ТИП) – совокупность статистических методов, предназначенных (или используемых) для анализа информационных процессов (ИП), происходящих в технических, экономических, социальных, биологических, экологических и других системах.

Статистические методы составляют: математическая статистика, теория случайных функций, теория информации, теория принятия решений, теория игр, теория массового обслуживания, теория точности, теория надежности и др. Базовая основа перечисленных методов – теория вероятностей.

Математическая статистика занимается разработкой рациональных методов обработки опытных данных, связанных со случайными факторами массовых явлений. Основная особенность математической статистики: она ограничивается изучением в основном случайных величин при вполне определенных фиксированных условиях опыта, т.е. как бы «в статике».

Теория случайных функций (в отличие от математической статистики) занимается изучением исследуемых параметров в условиях неопределенности при наличии случайных воздействий, т.е. как бы «в динамике».

Пример:

Исследуемый параметр – точность вычислительного устройства (ВУ) при выполнении математических операций.

Случайные воздействия – помехи от источников питания, интерференционные помехи и т.п.

Теория информации изучает процессы передачи сообщений (сигналов) по каналам связи с учетом физических и, главное, вероятностных характеристик предаваемых полезных сигналов и помех. Основная задача теории информации – обеспечение требуемой эффективности передачи сообщений (сигналов) при заданной вероятности приема.

В развитии теории информации могут быть выделены следующие направления:

1. статистическая теория информации (оперирует понятием энтропии как меры неопределенности, используемой для описания вероятностных моделей сигналов (сообщений) в процессе их измерения, передачи, хранения и др.);

Предмет исследования – информационные процессы и технические средства, реализующие их с определенной точностью, быстродействием, достоверностью и другими показателями их функционирования.

2. теория помехоустойчивого кодирования (использует различные комбинаторные методы с целью помехоустойчивого кодирования дискретных сообщений (сигналов) и их массивов);

3. теория потенциальной помехоустойчивости (рассматривает процессы передачи, хранения, преобразования с позиций соотношения полезных сигналов и помех);

4. семантическая теория информации (учитывает целесообразность, ценность или полезность информации при решении задач построения систем измерения, передачи, преобразования, обработки, хранения и др.).

Теория принятия решений изучает закономерности выбора людьми путей решения разного рода задач, исследует способы поиска наиболее выгодных из возможных решений, а также занимается разработкой алгоритмов, обеспечивающих принятие правильного решения в условиях неопределенности, т.е. когда нет достаточной информации для выбора решения.

Теория игр – математический метод изучения оптимальных стратегий в играх. Под игрой понимается процесс, в котором участвуют две и более сторон, ведущих борьбу за реализацию своих интересов. Каждая из сторон имеет свою цель и использует собственную стратегию, разработанную с учетом представлений этой стороны о других участниках, их ресурсах и их возможных стратегиях.

По полноте информации выделяются игры с полной информацией, в которых каждый игрок знает, в каком положении находились все участники игры в любой момент времени (например, шахматы), и игры с неполной информацией (например, покер), где игрокам неизвестно, какими ресурсами располагают и какой стратегией пользуются другие участники игры.

По конечному результату игры разделяют на игры с нулевой суммой, в таких играх сумма выигрышей и проигрышей (со знаком «-») всех участников равна нулю, и игры с ненулевой суммой, в таких играх сумма результатов всех участников игры может отличаться от нуля. Большинство возможных игр относятся к играм с нулевой суммой (покер, крестики-нолики, шахматы и т.д.). Пример игры с отрицательной суммой – глобальная ядерная война.

Таким образом, теория игр занимается разработкой тактических алгоритмов поведения управляющей системы, которой противодействует некоторая другая система с конечным (или бесконечным) числом возможностей.

Теория массового обслуживания – это математическая дисциплина, изучающая системы, предназначенные для обслуживания массового потока требований случайного характера (случайными могут быть как моменты появления требований, так и затраты времени на их обслуживание). Типичным примером объектов могут служить автоматические телефонные станции, на которые случайным образом поступают «требования» – вызовы абонентов, а «обслуживание» состоит в соединении абонентов с другими абонентами, поддержании связи во время разговора и т. д. Целью развиваемых методов является, в конечном счёте, отыскание разумной организации обслуживания, обеспечивающей заданное его качество.

Таким образом, теория массового обслуживания занимается разработкой алгоритмов по рациональной организации системы с требуемой пропускной способностью при наличии процессов, связанных с массовым обслуживанием исполнительных органов.

Теория надежности занимается разработкой оптимальных структур технических информационных систем (ТИС), обеспечивающих требуемую наработку на отказ с учетом заданных требований и условий окружающей среды.

Все перечисленные дисциплины могут быть объединены в группу статистических методов проектирования ТИС.

ТИС в широком понимании – это совокупность технических средств, предназначенных для формирования, сбора, измерения, передачи, преобразования, кодирования, обработки, хранения, распределения и использования информации.

Примеры ТИС: компьютеры, информационно-измерительные системы (ИИС), измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) и т.п.

Основные информационные процессы: формирование, преобразование, сбор, хранение, обработка, распределение, использование информации и др.

Каждый информационный процесс характеризуется целевой функцией, реализуемой конкретными техническими средствами.

Каждой целевой функции может быть сопоставлена информационная модель, описываемая математическими выражениями, условными обозначениями или символами (информационно-математическая модель целевой функции).

Информатика – область науки и техники, изучающая информационные процессы и методы их автоматизации средствами вычислительной техники.

Информатика как наука формирует методологические основы построения информационной модели объекта. Создание такой модели (для организации целенаправленной деятельности в технических, биологических, экономических, социальных и других системах) осуществляется на основе реализации информационных процессов.

Модель – это объект-заместитель объекта-оригинала, который обеспечивает изучение некоторых свойств оригинала.

Моделирование – это исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений (живых и неживых систем, инженерных конструкций, разнообразных процессов – физических, химических, биологических, социальных) и конструируемых объектов (для определения, уточнения их характеристик, рационализации способов их построения и т.п.).

Моделирование ныне приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе (например, Модели в биологии, Модели в экономике, Модели в языкознании, Ядерные модели и т.д.).

Единая классификация видов Моделирования затруднительна в силу многозначности понятия «модель» в науке и технике. Её можно проводить по различным основаниям: по характеру моделей (т.е. по средствам Моделирования); по характеру моделируемых объектов; по сферам приложения М. (М. в технике, в физических науках, в химии, М. процессов живого, М. психики и т.п.) и его уровням («глубине»), начиная, например, с выделения в физике М. на микроуровне (М. на уровнях исследования, касающихся элементарных частиц, атомов, молекул).

Информационные технологии, в широком понимании, – это разработка алгоритмов, программ и их применение на компьютере с целью анализа и синтеза сложных систем (технических, информационных, биологических, экономических, социальных и др.).

Таким образом, соотношение понятий «информационные процессы», «информатика» и «информационные технологии» может быть выражено следующим образом:

Система (от греч. σύστημα, «составленный») – множество взаимосвязанных объектов, организованных некоторым образом в единое целое, противопоставляемое среде. Подсистема – система, являющаяся частью другой системы. Надсистема – более крупная система, частью которой является рассматриваемая система.

Система² (в системном анализе) – набор сущностей и их связей, выделенных из среды на определенное время и с определенной целью.

Термин используется для обозначения как конкретной системы (экономическая система России), так и для абстрактной модели (рыночная экономическая система).

Любой неэлементарный объект можно рассмотреть как подсистему целого (к которому рассматриваемый объект относится), выделив в нём отдельные части и определив взаимодействия этих частей, служащих какой-либо функции.

Сложная система состоит из множества взаимодействующих составляющих (подсистем), вследствие чего сложная система приобретает новые свойства, которые отсутствуют на подсистемном уровне и не могут быть сведены к свойствам подсистемного уровня. Например, свойства атома водорода такие, например, как спектральные характеристики его излучения, есть свойства сложной системы, которые несводимы к свойствам его составляющих – электрона и протона.

В повседневной жизни термин «система» используют, когда хотят охарактеризовать объект как нечто целое, сложное, о чем невозможно сразу дать представление. Предполагается, что для характеристики системы необходимо рассмотреть различные аспекты ее функционирования, проанализировать различные ее свойства.