Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Таким образом, важнейшее значение информационной технологии состоит в том, что она открывает пути научно-технического прогресса без дальнейшей массово-энергетической экспансии, что должно способствовать поддержанию экологического равновесия биосферы.

Ноосфера представляется здесь в качестве естественного этапа развития биосферы, важнейшим элементом которой является человек с его интеллектом, вооруженный новейшими технологиями, среди которых фундаментальное значение приобретает информационная технология.

Информационное моделирование и информационные модели.

Итак, современный компьютер не мыслит и способен дейст­вовать только по формальным схемам, заготовленным для него человеком. Поэтому, чтобы привлечь компьютер к исследованию объекта, процесса, явления или к «рутинной» обработке информации, прежде всего надо четко поставить задачу (разработать мо­дель), определить исходные данные, форму представления ре­зультатов. Далее необходимо создать алгоритм решения задачи и программу, которая будет понята компьютером. Возникает классическая для информатики триада: модель—алгоритм— программа. Во многих случаях этапы моделирования и алго­ритмизации неотделимы друг от друга.

Модель — это некоторое упрощенное подобие реального объекта.

Всякая модель воспроизводит только те свойства оригина­ла, которые понадобятся человеку при его использовании. Например, манекен нужен для того, чтобы на него можно было надеть одежду для рекламы или для удобства работы портного, но способности ходить или разговаривать от него не требуется. Поэтому манекен должен воспроизводить лишь форму и размер человеческого тела. Выше перечислены примеры только материальных моде­лей. Но модели бывают еще и информационными. Нетруд­но понять, что для информатики именно они и представля­ют наибольший интерес. Если материальная модель объекта — это его физическое подобие, то информационная модель объекта — это его описание.

Метод описания может быть разным: словесным, матема­тическим, графическим и др. Например, чертеж автомобиля является его графическим описанием, а, стало быть, ин­формационной моделью. Всякую реальность невозможно описать исчерпывающим образом во всех деталях. Поэтому любая информационная модель содержит лишь существенные сведения об объекте с учетом той цели, для которой она создается. Построению информационной модели предшествует сис­темный анализ, задача которого: выделить существенные части и свойства объекта, связи между ними.

Информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут быть совершенно разными.

Например, в личной карточке работника предприятия, ко­торая хранится в отделе кадров, о нем имеются следующие сведения: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, место рождения, национальность, адрес проживания, об­разование, семейное положение. А в медицинскую карточ­ку того же самого человека занесены следующие данные о нем: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, группа крови, вес, рост, хронические заболевания. В обществе охотников, членом которого является этот человек, о нем хранится другой набор сведений. Разное на­значение — разные информационные модели.

Формализация—алгоритмизация задачи с использованием общих закономерностей, конкретных особенностей поставленной задачи и процесс ее программирования.

Моделью можно считать физическую установку, имитирую­щую какую-либо другую установку или процесс, юридический кодекс (уголовный, гражданский и т. д.), моделирующий пра­вовые отношения в обществе, сборник должностных инструк­ций фирмы и т. п. Даже картину художника или театральный спектакль в определенном смысле можно считать моделью, обобщающей ту или иную сторону духовного мира человека. В информатике рассматривают частные (но наиболее распро­страненные) случаи моделирования, и определение модели можно уточнить следующим образом.

Модель — это формализованное описание объек­та, системы объектов, процесса или явления, вы­раженное математическими соотношениями, набором чисел и (или) текстов, графиками, таб­лицами, словесными формулами и т. п.

Процесс создания (а иногда и исследования) модели называ­ют моделированием. Модели широко используются в научных исследованиях (с целью приобретения новых знаний об окружающем мире), в технике и практической деятельности людей. Никакая модель не может с абсолютной точностью воспроиз­вести все свойства и поведение своего прототипа, и поэтому получаемые на основе модели числовые или иные результаты соответствуют реальности лишь приближенно, с определенной степенью точности. Иногда точность модели можно вы­разить в каких-то единицах (например, в процентах), иногда приходится ограничиваться «качественными» оценками или просто здравым смыслом. Например, математические модели физических процессов, ос­нованные на законах Ньютона, применимы лишь в определен­ном диапазоне плотностей, скоростей, температур. В земных ус­ловиях эти модели вполне удовлетворяют нас, однако многие процессы во Вселенной (для которых характерны чудовищные плотности, скорости, температуры) нельзя ни понять, ни опи­сать на основе законов Ньютона. В этих условиях необходимо ис­пользовать другие, более точные модели физических процессов, — например, специальную и общую теорию относительности Эйнштейна (хотя существуют и другие теории). Точность моде­лей Ньютона и Эйнштейна поддается строгому измерению на ос­нове непосредственных наблюдений и экспериментов. Приведем пример из повседневной практики. Совокупность должностных инструкций, руководств и правил любой авиа­компании есть не что иное, как своеобразная модель оператив­ной деятельности данной компании. Цель модели — обеспе­чить наивысший уровень обслуживания пассажиров, с учетом интересов самой компании и ее служащих. В условиях конку­ренции от «качества» этой модели зависит прибыль компа­нии, однако и в этом случае никогда не удается создать абсо­лютно точную модель: слишком много возникает в жизни си­туаций, которые невозможно учесть в инструкциях. Приближенность такой модели выражается в том, что попыт­ка строго, без отступлений, следовать всем инструкциям (это называется «итальянской забастовкой») приводит к параличу деятельности авиакомпании. Иными словами, эта модель не может функционировать без поправок на реальность. Создавая модель, человек прежде всего старается отобрать наиболее важные, существенные для объекта моделирования черты и свойства, пренебрегая при этом теми характеристика­ми объекта, которые не оказывают заметного влияния на по­ведение объекта в рамках поставленной задачи. Например, в геометрических моделях пространственных отношений пре­небрегают площадью поверхности точки и толщиной прямой (кривой) линии, хотя в природе не существует точек с нулевой поверхностью и прямых без толщины. Точно так же при изу­чении многих физических процессов пренебрегают конечными размерами молекул, отражением «абсолютно черного тела» и т.п. В зависимости от поставленной задачи, один и тот же объект (процесс, явление) можно описать разными моделями (иногда — даже в рамках одного и того же типа модели). Например, при описании баз данных, различают концептуальную, логическую, физическую мо­дели данных. Далеко не всегда созданные исследователем модели хорошо описывают реальность: бывают грубые, плохие и никуда не годные модели. Иногда изучаемый объект крайне сложен, — например, человеческий мозг, мышление человека; иногда объект и сложен, и недоступен для наблюдения (например, Вселенная с ее экстремальными условиями, которые невоз­можно воспроизвести в лаборатории). Однако бывают и вооб­ще ложные модели, создатели которых, пользуясь для при­крытия «ученой» математикой, выдумывают всевозможные «формулы» предсказаний будущего, истолкования истори­ческих процессов и т. п. В зависимости от поставленной задачи, способа создания мо­дели и предметной области различают множество типов моде­лей. Существуют общепринятые и широко используемые типы: математическая (в первую очередь), физическая, информа­ционная, численная; однако часто встречаются и модели спе­циальных типов: эвристическая, логическая, концептуаль­ная, сетевая, реляционная и т. д. В технике и быту термином «модель» обозначают некий эта­лон, образец, например: модель автомобиля или утюга, фото­модель, модель художника и т. д. Таким образом, из сказанного следует, что создание, исследо­вание и использование моделей имеет универсальный харак­тер и не является «привилегией» фундаментальной информа­тики и тем более информационных технологий.

Компьютерная технология играет решающую роль в численном исследовании различных мате­матических моделей, которые разрабатываются, например, в атомной и ядерной физике, в гидродинамике атмосферы и океана, в обороне, при освоении космоса и т. д. Многие из таких моделей настолько сложны, что ручные вычисления по ним заняли бы сотни, тысячи и даже миллионы лет матема­тическая; (даже при большом количестве расчетчиков).

Математической моделью называют систему ма­тематических соотношений, описывающих про­цесс или явление, а операции по составлению и изучению таких моделей называют математи­ческим моделированием.

Например, второй закон Ньютона можно изложить словами, а можно описать математической моделью: F = та (это мо­дель равноускоренного прямолинейного движения). Математические модели широко применяются не только в физике и технике, но и в других областях: в социологии, эко­номике, биологии, географии, экологии и др. Например, в Вычислительном центре Академии наук под ру­ководством академика Н.Н.Моисеева была разработана мате­матическая модель возможных последствий ядерной войны на планете Земля. На основании этой модели, с использованием мощных компьютеров, были проведены численные экспери­менты, которые показали, как наивны надежды некоторых людей пережить возможную катастрофу. Этими эксперимен­тами впервые доказано, что людей погубит не ударная волна, не световое излучение и радиация (от которых можно как-то защититься). Людей погубит... мороз, «ядерная зима», кото­рая наступит на многие годы в результате подъема в атмосферу огромных облаков сажи и пепла от взрывов и пожаров. Эта сажа будет задерживать солнечные лучи, и температура на Земле резко понизится.

Эту модель следует называть именно математи­ческой, хотя она и описывает физический про­цесс. Существует термин «физическая модель», которым обозначают прибор или установку, ими­тирующие тот или иной физический процесс.

Информационные модели. В информатике и компьютерной технологии широко используются так называемые информа­ционные. модели объектов, процессов, явлений. Что такое информационная модель? В целом это очень широ­кое понятие. Трудно дать общее, строгое и в то же время понятное определение информацион­ной модели. Иногда информационной моделью называют просто набор неких величин, которые содержат необходимую нам информацию об объекте, системе объектов, процессе или явлении. Под это определение попадает очень широкий класс информационных моделей (например, модель города, исто­рической эпохи, транспортной сети и т. д.). Фундаментальные понятия этих моделей: объект (нечто, информационная; существующее и различимое; например, видеокас­сета), атрибут (свойство, характеристика объекта; напри­мер, название фильма), значение атрибута (например, «Новые Центурионы»).

Информационной моделью объекта или набора объектов -совокупность атрибутов (характеристик) данного объекта (объектов) вместе с числовыми или иными значениями этих атрибутов.

Алгоритмизация и программирование – основа современной информационной технологии

Алгоритм — это конечная последовательность однозначных предписаний, исполнение которых позволяет с помощью конечного числа шагов по­лучить решение задачи, однозначно определяе­мое исходными данными.

Термин «алгоритм» — транскрипция имени великого узбек­ского математика Мухаммеда аль-Хорезми (Мухаммеда из Хорезма, области в нынешней республике Узбекистан). Му­хаммед аль-Хорезми еще в IX веке разработал правила вы­полнения четырех действий арифметики. Многие годы поня­тие «алгоритм» использовалось математиками для описания правил решения математических задач. Например, сущест­вуют алгоритм вычисления квадратного корня положитель­ного числа, алгоритм нахождения наибольшего общего дели­теля двух чисел и многие другие. Однако не следует считать алгоритм чисто математическим понятием. Каждый из нас с раннего детства, даже не замечая этого, ежедневно решает задачи, для описания которых ис­пользуется тот или иной алгоритм, сформулированный в виде конечной последовательности однозначных предписаний.

Входя в кабину телефона-автомата, вы видите на стене четкий алгоритм, однозначно описывающий ваши действия, цель которых — разговор с другом: снять трубку, опустить монету, набрать номер и т. д. Носителями алгоритмов являются фоторецептурные спра­вочники, инструкции по использованию бытовой аппарату­ры (от утюга до видеомагнитофона), медицинские рекоменда­ции и описания гимнастических упражнений, даже банки и упаковки с продуктами (например, приготовленная чашка кофе — результат исполнения алгоритма). Каждый алгоритм создается конкретным автором (человеком или группой людей) в результате обобщения прошлого опыта или технологических разработок и рассчитан на конкретного исполнителя. Алгоритмы «бытовой сферы» (иногда их называют интуитив­ными) всегда предполагают определенный уровень предвари­тельной подготовки исполнителя и потому излагаются при­близительно, без перечисления ряда промежуточных опера­ций, способ выполнения которых (тоже алгоритм!) избирается самим исполнителем.

Автор кулинарного рецепта предполагает, что хозяйка умеет включать и выключать газовую или элект­рическую плиту, регулировать нагрев; в инструкции по при­менению водоэмульсионной краски не описывается техника вскрытия банки (взять консервный нож или поддеть крышку тупым предметом...) и т. д.

Не только в быту, но и в технике, и даже в математике мно­гие алгоритмы формулируются неточно, приблизительно. Например, цель математика — описать последовательность операций в общей и абстрактной форме: математический ал­горитм не рассматривает способы подготовки и контроля ис­ходных данных, форматы представления результатов, дейст­вия при особых ситуациях (например, если делитель слиш­ком мал или множитель слитком велик). При подготовке алгоритмов, исполнителем которых являет­ся компьютер, приходится учитывать, что уровень его пред­варительной подготовки близок к нулю, что самый «умный» компьютер «глупее» шестилетней девочки. Процесс подготовки задания для компьютера можно разде­лить на два общих этапа:

1. создание укрупненного алгоритма (требования к исход­ным данным и результатам, постановка задачи, описание точной схемы решения с указанием всех особых ситуа­ций);

2. изложение укрупненного алгоритма на языке, понятном ма­шине, — иначе, составление программы задания (задачи).

При таком подходе необходимо:

1. создать строгую систему условных обозначений для запи­си команд в понятной для человека форме (язык програм­мирования);

2. создать программу-посредника, которая переводила бы такие команды на язык, понятный машине.

Программа—набор инструкций на машинном языке, хранящийся в виде файла на диске, который можно загрузить в РС для выполнения.

Характеристики

Список файлов реферата