Лекция "Теоретическая информатика "

билет 6 тема 1 Теоретическая информатика — математическая дисциплина использующая методы математики для  построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации.  Теоретическая информатика создает тот теоретический фундамент, на котором строится все здание  информатики. По самой своей природе информация тяготеет к дискретному представлению. Множество  информационных сообщений, как правило, можно описывать в виде дискретного множества. А значит, по  своему характеру теоретическая информатика близка к дискретной математике, изучающей объекты  именно такого типа. Поэтому многие модели теоретической информатики заимствованы из дискретной  математики. Но, как правило, эти модели наполнены конкретным содержанием, связанным со спецификой  информации — того объекта, который нас интересует.  Кибернетика может рассматриваться как прикладная информатика в области создания и использования  автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности, от управления  отдельным объектом (станком, промышленной установкой, автомобилем и т. п.) до сложнейших систем  управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже  сообществами людей.   Кибернетика возникла в конце 40­х гг., когда Н. Винер впервые выдвинул идею о том, что системы  управления в живых, неживых и искусственных системах обладают многими общими чертами.  Установление аналогий обещало создание "общей теории управления", результаты которой могли бы  использоваться в самых разнообразных системах.    Это научное направление своим появлением полностью обязано вычислительным машинам. Именно с  ними связано программирование. (Правда этот термин встречается и в другом смысле, когда говорится о  математическом программировании, линейном программировании и т.п.,  т.е. о программировании как  специальной вычислительной процедуре. Встречаются и иные случаи использования термина  "программирование". Например, одно время весьма популярным методом обучения было  программированное обучение.).   В начальный период своего развития программирование не имело под собой прочной теоретической базы и напоминало труд ремесленников высшей квалификации, когда качество работы определяется не знаниями, а профессиональным умением. Но с накоплением опыта программирования нащупывались общие идеи и  положения, лежащие в основе построения программ для компьютеров и в самих процедурах  программирования. Это повлекло за собой постепенное создание теоретического программирования, в  котором сейчас можно выделить несколько направлений.   Одно из них связано с созданием разнообразных языков программирования, предназначенных для  облегчения взаимодействия человека с вычислительной машиной и информационными системами. Кроме  разработки языка, на котором пользователь записывает программы, необходимы еще специальные  средства, обеспечивающие автоматический перевод записи программы на некотором  языке   программирования  в  форму, воспринимаемую устройствами компьютера. Этот перевод осуществляется  специальными программными системами — трансляторами, разработка которых, как и создание языков  программирования и решение еще целого ряда задач, связанных с обеспечением взаимодействия  пользователя и машины, есть поле деятельности системных программистов. (Системное  программирование — особая отрасль, в которой трудятся профессионалы высокого уровня, создающие  программный продукт, тиражируемый вместе с математическим обеспечением).   Другая область деятельности системных программистов — создание операционных систем, без которых  не может функционировать никакая вычислительная машина. Программисты такого профиля работают,  как правило, на тех фирмах и в тех организациях, где производятся или разрабатываются компьютеры.   По времени возникновения это направление в информатике — самое молодое. Время его появления как  научной дисциплины — начало 70­х гг. нашего столетия. Но сейчас, пожалуй, именно искусственный  интеллект определяет стратегические направления развития информатики.   Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие  модели и методы, например активное 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 области создания интеллектуальных систем (чем, собственно, и занимаются  специалисты, работающие в области искусственного интеллекта) немыслимы без развитых системпрограммирования. Последняя связь столь тесна, что бытует даже мнение, что работы в области  проектирования и создания интеллектуальных систем есть новая ступень работ в области  программирования.  Основная цель работ в области искусственного интеллекта — стремление проникнуть в тайны творческой  деятельности людей, их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому  виду деятельности. Если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в  искусственных системах, т. е. сделать их по­настоящему 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 тех закономерностей и механизмов, которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.   Создателей интеллектуальных систем интересует не только проблема автоматизации способности к  рассуждениям и умозаключениям, т. е. моделирование рассуждений, но и способности к восприятию  окружающего мира, которой весьма успешно пользуются живые существа (и конечно, люди). Поэтому  кроме достижений когнитивной психологии в работах по искусственному интеллекту используются и  результаты, полученные в психологии восприятия информации разного типа.   Кроме психологических исследований, в сферу интересов специалистов в области искусственного  интеллекта входят те лингвистические исследования, которые тесно связаны с психологией. Эту  пограничную область активно исследует психолингвистика. Ее результаты касаются моделирования  общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств (жестов, мимики,  интонации и т. п.).   Математическая и прикладная лингвистика также тесно взаимодействуют с исследованиями в области  искусственных систем общения на естественном языке. Компьютерная лингвистика — еще одно из  лингвистических направлений, с которым тесно смыкаются интересы искусственного интеллекта.   Собственно вычислительная техника представляет собой вполне самостоятельное направление  исследований. В рамках этого направления решается немало задач, не имеющих прямого отношения к  информатике и ее проблемам. Например, ведутся многочисленные исследования, направленные на  совершенствование элементной базы вычислительных машин (Микроэлектроника). Основное содержание  микроэлектроники составляют теория, методы расчета и технология изготовления интегральных  микросхем. Микросхемы стали основной элементной базой большинства современных средств  электронной техники (БИС, СБИС). Но, конечно, развитие современной информатики немыслимо без  компьютеров — основного и пока единственного инструмента для работы с разнообразной информацией.   Эффективное использование компьютеров невозможно без знания их архитектуры и принципов  функционирования. Они не работают вне специально созданных для них операционных систем,  тестирующих программ, трансляторов — всего того программного обеспечения, которое составляет  программную среду, в которой "существует" вычислительная машина.   Это означает, что само развитие вычислительной техники невозможно без использования результатов,  полученных в программировании, искусственном интеллекте и других разделах, составляющих  информатику. Даже проектирование современных вычислительных машин и разработка их элементной  базы требуют специальных систем автоматизированного проектирования, созданием которых занимаются  специалисты, работающие в области информатики.   Кроме того, как мы говорили, для любой вычислительной машины надо создать операционную систему,  обеспечивающую функционирование машины. А этим также занимаются люди, работающие в области  информатики.   ир сейчас находится на пороге информационного общества. В этом обществе огромную роль будут играть  системы распространения, хранения и обработки информации. Со временем, подобно мировой системе  связи, возникнет единая информационная среда, которая обеспечит любому человеку доступ ко всей  нужной для него информации, накопленной человечеством. Широкое внедрение компьютеров во все  сферы человеческой деятельности наряду с использованием интеллектуальных роботов коренным образом изменит традиционную среду обитания людей. Растет количество людей, профессионально занятых  сбором, накоплением, обработкой, распространением и хранением информации. Информация становится  товаром, имеющим большую ценность, и индустрия информации в обществе будущего становится весьма  значимым явлением.Перспективы перехода к информационному обществу вызывают массу проблем социального, правового,  технического характера. Например, применение роботов на производстве приведет к полному изменению  технологии, которая в наши дни ориентирована на участие в нем человека. Разработка таких технологий  уже началась. Резко изменится подготовка членов нового общества к самостоятельной жизни. Уже начаты  поисковые работы в области создания новых форм обучения, которые заменят существующие  традиционные формы. Полностью изменится номенклатура профессий, специальностей и способов  организации труда.   Все эти проблемы составляют объект исследования тех психологов, социологов, философов и юристов,  которые работают в области информатики. Создаются автоматизированные обучающие системы,  автоматизированные рабочие места для специалистов различного профиля, распределенные банковские  системы и многие другие, чье функционирование опирается на использование всего арсенала  информатики.   Основная задача этого направления — изучение информационных процессов, протекающих в  биологических системах, и использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создании технических систем. Три самостоятельные науки, входящие в эту ветвь  информатики, решают указанные задачи. Одна из них — биокибернетика. В сферу ее интересов входят  проблемы, связанные с анализом информационно­управляющих процессов, протекающих в живых  организмах, диагностика заболеваний и поиск путей их лечения. Сюда же относятся системы,  предназначенные для оценки биологической активности тех или иных химических соединений, без  которых уже не может существовать фармакология, а также исследования моделей внутриклеточных  процессов, лежащих в основе всего живого.   Вторая наука, входящая в это научное направление, — уже упоминавшаяся бионика.   Третья наука — биогеоценология — нацелена на решение проблем, относящихся к системно­ информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких  воздействий на них, которые стабилизируют разрушающее воздействие человеческой цивилизации на  биомассу Земли.