Введение в информатику и системы программирования
Лекция 1.
I. Что такое информатика?
Информация присутствует в природе: организмы способны принимать, передавать,
запоминать и обрабатывать разнообразные сигналы и сведения.
Понятие информации происходит от латинского «informatio» - разъяснение, изложение.
Это первичное понятие, его невозможно разумно определить с помощью других базовых,
первичных понятий.
Информация с философской точки зрения — мера организации системы.
Этапы обработки информации в человеческом обществе:
1. Те же методы, что и в живой природе.
2. примерно миллион лет назад: появление речи (эффективный обмен информацией).
3. примерно 30 тысяч лет назад: появление наскальных рисунков, развившихся затем в письменность (сохранение информации). Этот этап называется ручным этапом обработки информации.
4. середина XV века: изобретение печатного станка (Иоганн Гутенберг) (тиражирование информации). Начало бумажного этапа информатики.
5. Механический этап обработки информации начался в середине XVII века:
• 1641-1645 года: «суммирующая машина» (Блез Паскаль), серия из примерно 50 устройств • 1671-1675 года: арифмометр (Готфрид Лейбниц) • 1822-1834 года: автоматические действия (Чарльз Бэббидж) 6. В конце XIX века начался электромеханический этап.
7. В 40-ые годы XX века были созданы электронные вычислительные машины.
В результате исключения механических операций скорость обработки информации существенно увеличилась. Начался этап электронной обработки информации.
8. 80-ые годы XX века: широкое внедрение персональных компьютеров.
Изменение характера и типа обрабатываемой информации.
9. 90-ые годы XX века: массовое использование компьютерных сетей.
10. Дальнейшее развитие информатики: оптическая? квантовая? что-то иное?
Слово информатика происходит от французского informatique и образовано комбинацией двух слов: информация и автоматика. Возникло это понятие в 60-ые годы XX века.
Аналог в английском языке – computer science. Такое название является «авансом»:
обработка информации до сих пор автоматизированная, а не автоматическая!
Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.
СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ:
II. Информатика как наука.Определение: Информатика – фундаментальная естественная наука о структуре и общих свойствах информации, а также об осуществляемой с помощью автоматизированных средств целесообразной обработке информации. Это наука о средствах, методах и способах сбора, обмена, хранения и обработки информации.
Передача информации осуществляется с помощью сообщений (фактов, сведений).
Можно сказать, что сообщение – это материальная форма информации, а информация – это смысл сообщения.
Материальность информации (математический и физический смысл).
Информация и сообщение не тождественны!
Примеры:
1. объявления на разных языках: одна информация, разные сообщения.
2. Слэнг, «над всей Испанией безоблачное небо» (1936) – одно сообщение, разная информация.
Операции, производимые над информацией (точнее, над сообщениями):
• Сбор • Обмен (=передача+прием) • Хранение • Обработка Ш. Меры и свойства информации.
Меры информации:
1) Синтаксическая мера (данные) Формально-структурная часть, абстрагирована от смыслового и полезностного параметров.
а) Статистическая мера (Шэннон, 1948). [ См. подробнее в [1,2] ].
б) Алгоритмическая мера (Колмогоров).
2) Семантическая мера Смысловое содержание, проявляется при наличии единства информации и пользователя.
3) Прагматическая мера Единство информации, пользователя и цели. Ценность и полезность информации.
Свойства информации:
1. Репрезентативность — правильность, качественная адекватность отражения заданных свойств объекта. Репрезентативность информации зависит от правильности ее отбора и формирования.
2. Содержательность информации — это ее удельная семантическая емкость, равная отношению количества семантической информации в сообщении к объему данных, его отображающих.
3. Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей.
4. Доступность информации - возможность и удобство восприятия информации пользователем.
5. Актуальность информации — это свойство информации сохранять свою полезность (ценность) во времени. Актуальность зависит от статистических характеристик отображаемого объекта (от динамики изменения этих характеристик) и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.
6. Своевременность — это свойство информации, обеспечивающее возможность ее использования в заданный момент времени.
7. Точность информации — это степень близости отображаемого информацией значения и истинного значения данного параметра.
8. Достоверность информации — свойство информации отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, то есть вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой 9. Устойчивость информации — свойство информации реагировать на изменения исходных данных, сохраняя необходимую точность.
10. Ценность информации — комплексный показатель ее качества, ее мера на прагматическом уровне.
III. Информационная модель.
Любой объект или явления обладают специфическими чертами, свойствами, качествами, называющимися также их атрибутами. Как правило, атрибутов чрезвычайно много, и большинство(!) из них отбрасывается при рассмотрении.
Можно сказать, что ОБЪЕКТ(ЯВЛЕНИЕ) – несущественные подробности = модель.
Говоря точнее, можно дать Определение: Модель – материальный или идеальный образ совокупности реальных объектов или явлений, который используется в качестве заменителя или представителя исходных объектов или явлений.
Существуют разнообразные типы моделей, в информатике рассматриваются в основном информационные и математические модели.
Один и тот же объект может иметь разные модели.
Математические модели (уравнения, соотношения и т.д.) – частный случай информационной модели.
Две важные характеристики модели:
Отвлечение от несущественных деталей – абстрагирование.
Адекватность модели – верное отображение важнейших особенностей реальных объектов или явлений.
В модели, как правило, помимо собственно данных присутствует и необходимость их обработки. Обработка данных осуществляется с помощью алгоритмов.
Алгоритм – это последовательность действий, которую необходимо выполнить над исходными данными (информацией), для того чтобы достичь поставленной цели.
(Подробнее понятие и свойства алгоритма мы обсудим позже).
Исполняем алгоритм получаем результат.
Ничего не нужно понимать автоматическое выполнение (возможно выполнение на ЭВМ).
ЭВМ (компьютер) – электронное устройство, используемое для автоматизации процессов приема, хранения, обработки и передачи информации, которые осуществляются по заранее разработанным алгоритмам.
В контексте использования ЭВМ, мы часто будем употреблять как синонимы (там, где это не приводит к недоразумениям):
Алгоритм = программа, Информация = данные.
IV. Информационные технологии в современной науке и технике.
Компьютер как инструмент исследователя:
1. Моделирование эксперимента.
2. Автоматизация эксперимента.
3. Моделирование физических процессов.
4. Обработка результатов эксперимента.
5. Поиск и анализ информации.
6. Подготовка и оформление публикации.
7. Осуществление коммуникаций.
Основные применения информационных технологий в технике:
• Техническая поддержка.
ЛИТЕРАТУРА
1) Бройдо В.Л., Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, (Питер, 2-е издание, 2004), Глава 1.2) Макарова Н.В. и др., Информатика, (М., Финансы и статистика, 2000), параграфы 3) Степанов А.Н. Информатика. Учебник для вузов (Питер, 4-е издание, 2006), параграфы 1.1, 1.2.