Согласно тезису Черча – Тьюринга (утверждение было высказано Алонзо Черчем и Аланом Тьюрингом в середине 1930-х годов), все известные типы вычислительных машин качественно эквивалентны в своих возможностях: любое действие, выполнимое на одной вычислительной машине, также выполнимо и на другой. Данный тезис является фундаментальным эвристическим утверждением, существенным для многих областей науки. Иногда его преподносят как фундаментальный принцип информатики, обращая особое внимание на машину Тьюринга и машину фон-неймановской архитектуры, поскольку они имеют явное сходство с большинством из современных компьютеров. В рамках современной информатики ученые изучают также и другие типы машин, не только практически осуществимые, но и абстрактные математические модели.Приоритетными направлениями исследований в информатике являются: что можно, что нельзя реализовать в программах (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические задачи с максимальной эффективностью (алгоритмы), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования) и т.п.Отдельной наукой информатика была признана лишь в 1970-х; до этого она развивалась в составе математики, электроники и других технических наук. Некоторые начала информатики можно обнаружить даже в лингвистике. С момента своего признания отдельной наукой информатика разработала собственные методы и терминологию.Первый факультет информатики был основан в 1962 году в университете Пердью (Purdue University). Сегодня факультеты и кафедры информатики имеются в большинстве университетов мира.Высшей наградой за заслуги в области информатики является премия Тьюринга.Основная задача информатики заключается в определении общих закономерностей, в соответствии с которыми происходит создание научной информации, ее преобразование, передача и использование в различных сферах деятельности человека. Прикладные задачи заключаются в разработке более эффективных методов и средств осуществления информационных процессов, в определении способов оптимальной научной коммуникации с широким применением технических средств. Информатика разделяется на две части: теоретическую и прикладную.
Теоретическая информатика рассматривает формы и способы получения и использования информационных ресурсов (ИР), его законы и проблемы, изучает общие свойства, присущие всем разновидностям конкретных информационных технологий (ИТ) и сред их протекания.Необходимо отметить, что теоретическая информатика включает ряд самостоятельных направлений, которые, по степени близости решаемых задач, можно условно разделить на пять классов:• Математическая логика• Программирование• Теория информации • Системный анализ• Теория принятия решенийВысшим результатом развития теоретической информатики является создание искусственного интеллекта.Прикладная информатика изучает конкретные разновидности ИТ, определяя для них общие и различные черты. При этом появляются новые ветви прикладной информатики: экспертные системы, диагностические комплексы, управляющие системы и др.Результатом деятельности прикладной информатики является создание ИТ различного назначения.Каждая наука имеет свой предмет для изучения. Предметом изучения информатики является информация и автоматизированные технологии использования информационного ресурса в многогранной деятельности людей.Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio», что означает сведения, разъяснения, изложение. Несмотря на широкое распространение, понятие информации является одним из самых дискуссионных в науке. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока оно во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности.Существование множества определений информации обусловлено сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию сущности этого понятия. Существуют 3 наиболее распространенные концепции информации, каждая из которых по-своему объясняет ее сущность. Первая концепция – концепция К. Шеннона – отражая количественно-информационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропия) события. Количество информации в том или ином случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в технике связи и вычислительной технике и послужил основой для измерения информации и оптимального кодирования сообщений. Кроме того, он представляется удобным для иллюстрации такого важного свойства информации, как новизна, неожиданность сообщений.
При таком понимании информация – это снятая неопределенность, или результат выбора из набора возможных альтернатив. Вторая концепция рассматривает информацию как свойство материи. Ее появление связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Наиболее ярко и образно эта концепция информации выражена академиком В.М. Глушковым. Он писал, что «информацию несут не только испещренные буквами листы книги или человеческая речь, но и солнечный свет, складки горного хребта, шум водопада, шелест травы». То есть, информация как свойство материи создает представление о ее природе и структуре, упорядоченности и разнообразии. Она не может существовать вне материи, а значит, она существовала и будет существовать вечно, ее можно накапливать, хранить и перерабатывать. Третья концепция основана на логико-семантическом подходе, при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентирования, активного действия, управления и самоуправления.Иными словами, информация – это действующая, полезная часть знаний. Представитель этой концепции В.Г. Афанасьев, развивая логико-семантический подход, дает определение социальной информации: «Информация, циркулирующая в обществе, используемая в управлении социальными процессами, является социальной информацией. Она представляет собой знания, сообщения, сведения о социальной форме движения материи и о всех других формах в той мере, в какой она используется обществом...». Для современного понятия информации характерен содержательный подход. Такой подход к понятию информации впервые появился в фундаментальных работах основоположника кибернетики Н. Винера. Согласно современным представлениям, информация есть некая форма отражения или отображения внешней среды, имеющей одну физическую форму, в так называемое информационное сообщение или модель, имеющие другую физическую форму. Так, например, все многообразие окружающего нас реального мира (вода, земля и т.д.) отражается в мозге человека с помощью одной физической формы, а именно, с помощью электрохимических потенциалов. В компьютере подобное многообразие может быть отражено с помощью высокого и низкого потенциала (нулей и единиц).Рассмотренные подходы в определенной мере дополняют друг друга, освещают различные стороны сущности понятия информации и облегчают тем самым систематизацию ее основных свойств. Обобщив данные подходы, можно дать следующее определение информации:
Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающего мира (их параметрах, свойствах и состоянии), которые воспринимаются, обрабатываются и при этом обязательно уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности или неполноты знаний о них.Информацию, представленную в форме, которая позволяет осуществлять ее преобразование с целью передачи, обработки практического использования, называют сообщением.Всякое сообщение является совокупностью сведений о состоянии какой-либо материальной системы, которые передаются человеком (или устройством), наблюдающим эту систему, другому человеку (или устройству), не имеющему возможностей получить эти сведения из непосредственных наблюдений. Наблюдаемая материальная система вместе с наблюдателем представляет собой источник информации, а человек или устройство, которому предназначаются результаты наблюдения – получатель информации.Источник информации может вырабатывать непрерывное или дискретное сообщения. Передача сообщений на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумажный носитель, электронный носитель) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т.п.).Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом. Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс изменения параметров сигнала в соответствии с передаваемым сообщением называется модуляцией и осуществляется в системах связи с помощью модулятора.Информация является объективно существующей реальностью окружающего нас мира и как любой другой объект обладает рядом свойств, позволяющих отличать один информационный объект от другого. Приведем общую классификацию свойств информации (рис. 2).Рис. 2. Свойства информацииК атрибутивным относятся свойства, без которых информация не может существовать. Например, неотрывность информации от физического носителя и языковая природа информации, дискретность, непрерывность.Под прагматическими будем понимать те свойства, которые проявляются в процессе использования информации и характеризующие степень ее полезности для пользователя. К прагматическим свойствам информации относятся: смысл и новизна, полезность, ценность, кумулятивность, полнота, достоверность, адекватность и другие.
Динамические свойства характеризуют изменение информации во времени. Например, к динамическим свойствам информации относятся рост информации и старение.
2. Количественная мера информацииКоличество информации – число, адекватно характеризующее разнообразие (структурированность, определенность, выбор состояний и т.д.) в оцениваемой системе.Классическая количественная теория информации состояла и ныне состоит из двух частей: теории преобразования сообщений и сигналов (сущность теории заключается в рассмотрении вопросов кодирования и декодирования информации) и теории передачи сообщений и сигналов без шумов и с шумами в канале связи.Трактовка информации как меры уменьшения неопределенности некоторого случайного процесса дает возможность, используя математический аппарат теории вероятностей и математической статистики, ввести единицу измерения информации и понятие количественной меры информации. Это весьма важно с точки зрения практического использования для понимания процессов передачи и хранения информации. Необходимо отметить, что вероятность конкретного исхода некоторого события непосредственно связана с количеством информации, содержащемся в сообщении об этом исходе.Считается, что чем более вероятен конкретный исход события, тем меньше информации несет сообщение об этом исходе. Математическая запись данного тезиса выглядит следующим образом: (
i=1...
n), (1)где
Ii – количество информации, содержащееся в сообщении об
i-ом исходе события,
pi– вероятность исхода
i-го события.Из формулы (1) видно, чем выше значение вероятности
piисхода конкретного события, тем меньше будет величина
log2(1/
pi) и, следовательно, тем меньшее количество информации будет содержаться в информации об исходе данного события.Введем в рассмотрение случайную величину
I, представляющую собой количество информации, содержащееся в сообщении о конкретном исходе того или иного события. В соответствии с формулой (1) данная случайная величина может быть задана следующей таблицей (табл.1):Таблица 1.
I
| log2 1/p1
| log2 1/p2
| …
| log2 1/pn
|
Р
| p1
| p2
| …
| pn
|