1. Информация как основа объективной реальности

Информация – семантика реальности. Человек и информация. Информационные процессы. Меры информации. Модели и моделирование. Системность и системы объективной реальности. Подходы к представлению и поиску решений задач.

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Абсолютного покоя не существует, и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Зарегистрированные сигналы – это данные. Вывод: все процессы в природе сопровождаются сигналами, зарегистрированные сигналы образуют данные, данные преобразуются, транспортируются и потребляются с помощью методов, а при взаимодействии данных и адекватных им методов образуется информация. Информация отражает диалектическую связь между объективными данными и субъективными методами (данные являются объективными, т. к. это результат объективно существующих сигналов, вызванных изменениями в материальных телах и полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе аппаратных методов лежат устройства и приборы, изготовленные людьми и ими же настроенные. В основе программных методов лежат алгоритмы, составленные и подготовленные людьми). Человек воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств. Чтобы правильно ориентироваться в мире, он запоминает полученные сведения (хранит информацию). В процессе достижения каких-либо целей человек принимает решения (обрабатывает информацию), а в процессе общения с другими людьми – передает и принимает информацию. Процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации, называются информационными процессами. В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух объектов – управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи. По каналу прямой связи передаются управляющие сигналы, а по каналу обратной связи – информация о состоянии управляемого объекта. Системы управления, не учитывающие состояние управляемого объекта и обеспечивающие управление по прямому каналу (от управляющего объекта к управляемому), называются разомкнутыми. Системы управления, в которых управляющий объект получает информацию о состоянии управляемого объекта по каналу обратной связи и передает необходимые сигналы по прямому каналу управления, называются замкнутыми. Важнейший вопрос теории информации – установление меры количества и качества информации. Информационные меры отвечают трем основным направлениям в теории информации: структурному (рассматривает дискретное строение массивов информации и их измерение простым подсчетом информационных элементов (квантов) или комбинаторным методом, т. е. простейшим кодированием массивов информации); статистическому (оперирует понятием энтропии как мерой неопределенности, учитывающей вероятность появлений, а, следовательно, информативность тех или иных сообщений); семантическому (учитывает целесообразность, ценность, полезность или существенность информации). Источники информации и создаваемые ими сообщения разделяются на дискретные и непрерывные. Дискретные сообщения слагаются из счетного множества элементов, созданного источником последовательно во времени. Набор элементов – алфавит источника, элементы – буквы. Число букв в алфавите – объем алфавита. Дискретный источник в конечное время создает конечное множество сообщений. Непрерывные сообщения отражаются какой-либо физической величиной, изменяющейся в заданном интервале времени. Информационный элемент – неделимые части (кванты) информации в дискретных моделях реальных информационных комплексов, а также элементы алфавитов в числовых системах. Существуют два основных подхода к измерению количества информации: кибернетический и объемный. Впервые идею об измерении информации выдвинул американский ученый Хартли в 1928 году. Он предложил в качестве меры информации I, содержащейся в M сообщениях, использовать логарифмическую функцию: I=log₂M. Если информация получена от двух источников, то I=log₂M=log₂M₁^.M₂= =log₂M₁+log₂M₂ (т. е. количество информации, приходящейся на одно сообщение, равно сумме количеств информации от двух источников). Из формулы Хартли очевидно, что I будет равным единице при M=2. В качестве единицы принимается количество информации, связанное с проведением опыта, состоящего в получении одного из двух равновероятных исходов. Такая единица называется бит (N=2^I, где N – количество знаков в алфавите, I – количество информации). Следующей по величине единицей измерения количества информации является байт, причем 1байт = 2³ бит = 8 бит (двоичное слово из восьми знаков). В соответствии с алфавитным подходом количество информации, которое содержит сообщение, закодированное с помощью знаковой системы, равно количеству информации, которое несет один знак, умноженный на число знаков в сообщении. Структура информации – то, что определяет взаимосвязи между ее составными элементами. Фундаментальным свойством информации является свойство системности. Система – такая совокупность, которая обладает свойствами, которыми не обладает ни один из входящих в нее элементов в отдельности. Этапы процесса решения задачи. 1) Построение описательной информационной модели объекта или процесса. 2) Создание формализованной модели, т. е. запись описательной информационной модели с помощью какого-либо формального языка. 3) Преобразование формализованной информационной модели в компьютерную, т. е. выражение ее на понятном для компьютера языке. 4) Проведение компьютерного эксперимента. 5) Анализ полученных результатов и при необходимости корректировка исследуемой модели. Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Один и тот же объект иногда имеет множество моделей, а разные объекты описываются одной моделью. Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели знаковые (информационные). Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме. Модели информационные представляют объекты и процессы в форме рисунков, схем, чертежей, таблиц, формул, текстов и т. д. Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Между элементами системы существуют различные связи и взаимоотношения. Моделирование – построение упрощенного варианта прототипа, обеспечивающего приемлемую для заданной задачи точность. Модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени, называются статическими информационными моделями. Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями. Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является таблица, которая состоит из строк и столбцов. Табличные информационные модели проще всего формировать и исследовать на компьютере посредством электронных таблиц и систем управления базами данных. При классификации объектов часто применяются информационные модели, которые имеют иерархическую (древовидную) структуру. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням, причем элементы нижнего уровня входят в состав одного из элементов более высокого уровня. Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связь между элементами имеет произвольный характер. Как всякий объект, информация обладает свойствами. На свойства информации влияют как свойства данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных. Это очень важное обстоятельство. Свойства. Адекватность информации. Под адекватностью понимают степень соответствия информации, полученной потребителем, тому, что автор вложил в ее содержание. Адекватность иногда ошибочно путают с ее достоверностью. Достоверность информации. Под достоверностью информации понимают ее соответствие объективной реальности окружающего мира. Недостоверная информация может приводить к решениям, имеющим негативные последствия. Полнота информации. Под полнотой информации понимается ее достаточность для принятия решения или решения какой-либо задачи. Она зависит как от полноты данных, так и от наличия необходимых методов. Избыточность информации. Избыточность информации позволяет повышать ее достоверность за счет применения специальных методов, в том числе и основанных на теории вероятностей и математической статистике. Общий принцип здесь такой: в результате отсева объем данных сокращается, но их достоверность увеличивается. Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Более объективной считается та информация, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Доступность информации. Доступность информации – это мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияет одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Актуальность информации. Актуальность – это степень соответствия информации текущему моменту времени.