СТАТЬЯ "МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ" (вуз)

УДК 001.57 МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ Разработана математическая модель информационной среды. Введены основные положения и зависимости теории информационных сред. В   последнее   время   термин   «информационная   среда»   часто   упоминается   в   научно­ популярной литературе, периодической печати, материалах сети Интернет. Гораздо реже можно встретить это понятие в академической,  научной литературе. Это связано в первую очередь  с множеством  различных подходов к определению данного понятия. Информационная   среда   может   определяться   как     «хранящаяся   в   компьютере,   но   не оформленная   в   виде   информационной   системы   совокупность   знаний,   фактов   и   сведений, относящаяся   к   некоторой   предметной   области   и   используемая   одним   или   несколькими пользователями» [1].                                          Информационная среда также определяется как «совокупность технических и программных средств   хранения,   обработки   и   передачи   информации,   а   также   социально­экономических   и культурных условий реализации процессов информатизации» [2]. Обобщая еще ряд трактовок понятия «информационная среда», встречающихся в интернет­   совокупность   окружающих материалах,   под   информационной   средой   можно   понимать   информационную систему элементов (объектов), которые влияют на нее или, наоборот, на которые она   воздействует.   А   внешняя   среда   любой   системы   рассматривается   как   подсистема информационной   структуры   более   высокого   уровня   и   поэтому   является   информационным образованием уже по своей сущности. Интернет, например, представляет среду для своих объектов и одновременно сам функционирует в информационном пространстве ноосферы.  Разработка математической модели позволит систематизировать   подходы к определению понятия   «информационная   среда»,   проводить   целенаправленные   научные   исследования   этого сложного и неоднозначного явления.   Разработка математической модели информационной среды преследует следующие цели:  Исследование закономерностей обмена информацией между информационными средами.  Исследование   закономерностей   накопления   и   структуризации     информации   в информационных средах.  Выявление   зависимостей   между   процессами   обмена   информацией,   накопления информации, роста информационной среды.  Классификация информационных сред.  Исследование стадий развития информационных сред.  Исследование   процессов   самоорганизации   и   саморегулирования   в   информационных средах;  Ввод и спецификация понятия «качество информационной среды». Для   идентификации   понятия   «информационная   среда»   при   разработке   математической модели   необходимо   определиться   с   объектами,   которые   можно   назвать   частными   случаями информационных сред и примерами которых в данной статье считаются:  1. Человек (с позиций участия в информационных процессах). 2. Любое сообщество людей. 3. Глобальный Интернет. 4. Социальные сети Интернет. 5. Интернет – форумы. При разработке математической модели информационной среды (ИСр) вводятся следующие основные положения и определения:  1) общение происходит только между информационными средами; 2) общение осуществляется посредством передачи информационных потоков; 3) общение   происходит   по   семантически   значимым   направлениям   движения информационных потоков; 4) рассматриваются   прямые   (передача   в   среду)   и   обратные   (из   среды)   направления движения информационных потоков; 5) каждому   направлению   движения   информационных   потоков   в   определенный   момент времени приписываются основные характеристики; 6) к   основным   характеристикам   семантических   направлений   относятся   актуальность, пороговое значение актуальности, потенциал направления, информационный поток направления; 7) основной характеристикой ИСр является потенциал среды. Рис. 1. Расчетная схема информационной среды , j  ...1 MM   В   модели   рассматриваются   несколько   ИСр,   взаимодействующих   посредством   обмена информационными потоками по семантически значимым прямым и обратным направлениям. ИСр нумеруются   целыми   положительными   числами:   .   М   ­   общее   количество рассматриваемых сред. Расчетная схема информационной среды показана на рис. 1. Семантически значимые  направления  характеризуют   тематическую  ориентацию  передачи информации  между информационными средами. Нумеруются целыми положительными числами:  . N ­ общее   количество   рассматриваемых   направлений.   Семантическое   значение   направления инвариантно относительно ИСр, в которой это направление встречается. Так, если направление с номером   1523 имеет смысл «заинтересованность в получении информации в области балета» в среде с номером j, то этот же смысл будут иметь направления с номером 1523 во всех остальных средах.  Актуальность   направления  Ai(t)  показывает   текущую   приоритетность   направления   для информационной   среды.   Актуальность   направления   –   число   в   интервале   [0…1].    Ai(t)   имеет начальное значение  Ai0(t), порог активности  Api(t). Пороговые значения актуальностей прямого направления представляет вектор  Ap, обратного А­р    ...1 NN , i  Ap=[Ap1,Ap2,…Api … ApN]T, A­p=[A­p1,A­p2, ...A­pi… A­pN]T. Если текущее значение актуальности Ai(t) меньше порогового (Api), то обмена информацией по направлению i не происходит. Сумма актуальностей всех направлений и обратной связи R равна 1. N  1 Ai R ,  1 RiA  .  1 i N i  1 Информационный   поток  направления  Pi(t)   является   количественной   мерой   информации, проходящей   через   направление   в   единицу   времени.   Если   текущее   значение   актуальности   по направлению Ai(t) меньше порогового значения Api(t), то Pi(t)=0. Потенциалы  Wi(t)   и  W­i(t)   являются   мерами   накопления   информации   по   конкретному направлению i.  Wi t 2  t 1 tAtPi )( )( i dt , где t – время жизни информационной среды; t1, t2 – временные отметки. Векторы   потенциалов   прямого   и   обратного   направлений   являются,   наряду   с   векторами актуальностей А и А­ ,основными характеристиками среды.  Потенциал информационной среды  Ws(t)  служит мерой накопления информации в среде. Это одна из основных характеристик ИСр. Потенциал среды структурирован и определяется как W=[W1,W2, …Wi,… WN]T, W­=[W­ N]T. 2, …W­i,… W­ 1,W­ tWs )(  t 2 N   i  1 t 1 tPi )( tAi )( dt  t 2 N   i  1 t 1  tiAtiP )( )(  dt . Каждое прохождение информации (изменение потока направления  Pi(t)) через направление приводит к увеличению потенциала направления  Wi(t), потенциала информационной среды  W(t), отражается на актуальности направления Ai(t).  Основные  зависимости,   отражающие   сущность  математической   модели,     в  общем  случае определяются функциональной связью между актуальностями направлений и потенциалами сред и направлений,   а   также   между   информационным   потоком   направления   и   актуальностью направления, потенциалами направлений и потенциалом среды:  Ai=a(Wi,Ws), Pi=p(Wi,Ws,Ai). Конкретный   вид   зависимостей  a(Wi,Ws)   и  p(Wi,Ws,Ai)   рассматривается   в   рамках имитационного моделирования, для чего был разработан программный эмулятор информационной среды. Принципиальное значение имеют зависимости: актуальности семантического направления от потенциала направления; информационного потока направления от актуальности направления. 1) 2) В первой версии имитационной модели информационной среды рассматривается нормальная форма   зависимости   актуальности   семантического   направления   от   потенциала   направления   и потенциала   среды   (рис.   2).   Зависимость   называется   нормальной     (по   аналогии   с   нормальным распределением   вероятностей,   применяемым   в   математической   теории   вероятностей). Аналитическое  выражение нормальной зависимости: Ai ( Wi )    Wi ( ( dei 2 Ws ) 2  )1 e , dei  1 где Ai – актуальность семантического направления с номером i;  Wi – потенциал направления с  номером i; Ws – потенциал информационной среды; dei – количество действующих в данной среде  направлений. Действующим считается направление, по которому текущая актуальность Ai  выше  порогового значения Api. Рис. 2. Нормальная форма зависимости актуальности направления от потенциала На   графике   выделяются   два   основных   участка:   восходящий   (от   0   до   максимума   графика)   и ниспадающий  (после прохождения максимума).  Первый участок соответствует ситуации, когда потенциал   направления,   являющийся   интегральной   характеристикой  накопления   семантической информации,   стимулирует   актуальность   направления   (заинтересованность   в   получении информации).     Второй   участок   соответствует   состоянию,   когда   средой   получено   достаточное количество конкретной семантической информации, а во вновь поступающей информации все чаще встречаются повторы и малозначимые при данном значении потенциала информационные потоки, ценность новой информации и соответственно актуальность направления снижаются. Такое состояние визуализировано ниспадающей ветвью графика зависимости актуальности направления от потенциала. Следует особо отметить, что благодаря нормальной форме графика зависимости актуальности от потенциала направления математическая модель, предназначенная для работы на семантическом уровне понятия «информация», отражает и прагматический аспект этого понятия.  Наряду   с   нормальной   формой,   в   ряде   случаев   будет   целесообразно   рассмотреть   еще зависимость актуальности направления от потенциала, выражающую насыщение актуальности. В данном случае график будет иметь восходящую и квазипостоянную ветви.  Вторая   основная   зависимость   в   рассматриваемой   математической   модели   описывает отношение   между   актуальностью   семантического   направления   и   информационным   потоком. Очевидно, что одним из основных видов таких зависимостей будет линейная:                                             Pi ( Ai )  Ai ,                                                                (1) WiWs  dei 1 где Pi – информационный поток по семантическому направлению i; Ai ­ актуальность направления i;  Wi  –  потенциал   направления  i;    Ws  –   потенциал   информационной   среды;  dei  –   количество действующих направлений.  На   рис.   3   показана   расчетная   схема   «видимой»   информационной   среды   (ограничена пунктиром).   Данный   термин   вводится   с   целью   ограничения   количества   рассматриваемых   в расчетах сред (общее количество   ). В этом случае размер «видимой» среды – М ­ в ряде вычислительных экспериментов может меняться. M Понятие «видимой» информационной среды включает также количество рассматриваемых семантических направлений. Информационная среда – все, что очерчено пунктиром,  и каждый из элементов j. Для того чтобы   в   дальнейшем   как­то   различать   эти   два   момента,   вводится   следующее   соглашение: элементарная среда – элемент j; информационная среда – часть, очерченная пунктиром. В   основных   зависимостях,   таких   как  Ai(Wi),    Pi(Ai),   описывающих   поведение информационной среды, фактор времени присутствует неявно.  При имитационном моделировании информационной среды будет использоваться подход, аналогичный тому, который применяется при обучении нейронных сетей. Под эпохой жизни информационной среды понимается следующее: