Системный анализ Система, информация, знания Лекция 7 Подготовил Сергей Чекрыжов 2006

Система, информация, знания Рассматриваются различные аспекты понятия "информация", типы и классы информации, методы и процедуры актуализации информации. Цель лекции: введение в суть и значение основного понятия "информация" с точки зрения системного анализа.

Понятие информации одно из основных, ключевых понятий не только в системном анализе, но и в информатике, математике, физике и др. Это понятие фундаментальное из-за его всеобщности, объемности.

Понятие информации отражение материи, атрибут сознания, "интеллектуальности" системы (философия). вероятность выбора в системе (теория вероятностей); отражение и передача разнообразия в системе (физиология, биокибернетика); любая сущность, которая вызывает изменения в некоторой информационно- логической (инфологической - состоящей из сообщений, данных, знаний, абстракций, структурных схем и т.д.) модели, представляющей систему (математика, системный анализ);

Понятие информации сообщения, полученные системой от внешнего мира в процессе адаптивного управления, приспособления (теория управления, кибернетика); отрицание энтропии, отражение меры хаоса в системе (термодинамика); связи и отношения, устраняющие неопределенность в системе (теория информации);

Понятие информации Процесс познания - это иерархическая система актуализации информации, в которой знания на каждом следующем уровне иерархии являются интегральным результатом актуализации знаний на предыдущем уровне. Знания - информация, обеспечивающая достижение некоторой цели и структуры.

Понятие информации Данные - синтаксические сигналы, образы, актуализируемые с помощью некоторого источника данных. Они рассматриваются безотносительно к семантическому их смыслу. Информация - это некоторая последовательность сведений, знаний, которые актуализируемы (получаемы, передаваемы, преобразуемы, сжимаемы, регистрируемы) с помощью некоторых знаков символьного, образного, жестового, звукового, сенсомоторного типа.

Понятие информации Информация (в системе, о системе) по отношению к окружающей среде (окружению) бывает трех типов: входная, выходная и внутренняя. Входная информация - та, которую система воспринимает от окружающей среды. Такого рода информация называется входной информацией (по отношению к системе). Выходная информация (по отношению к окружающей среде) - та, которую система выдает в окружающую среду.

Понятие информации Внутренняя, внутрисистемная информация (по отношению к данной системе) - та, которая хранится, перерабатывается, используется только внутри системы, актуализируется лишь подсистемами системы. Внутренние состояния системы и структура системы влияют определяющим образом на взаимоотношения системы с окружающей средой - внутрисистемная информация влияет на входную и выходную информацию, а также на изменение самой внутрисистемной информации.

Понятие информации Пример. Человек воспринимает, обрабатывает входную информацию, например, данные о погоде на улице, формирует выходную реакцию - ту или иную форму одежды. При этом используется внутренняя информация, например, заложенная или приобретенная физиологическая информация о реакции человека, например, на дождь или мороз.

Понятие информации В живой и неживой природе информация может также передаваться некоторой структурой. Такую информацию называют (часто это условно можно отнести к информации) структурной информацией. Пример. Структурные кольца среза дерева несут информацию о возрасте дерева. Структура питания хищника (или трофическая структура) несет информацию о хищнике, о среде его обитания. Структура фирмы может объяснять многие явления и поведение фирмы.

Понятие информации Информация по отношению к конечному результату проблемы бывает: исходная (на стадии начала использования актуализации этой информации); промежуточная (на стадии от начала до завершения актуализации информации); результирующая (после использования этой информации, завершения ее актуализации).

Понятие информации Информация (по ее изменчивости при актуализации) бывает: постоянная (не изменяемая никогда при ее актуализации); переменная (изменяемая при актуализации); смешанная - условно-постоянная (или условно-переменная). Возможна также классификация информации и по другим признакам: по стадии использования (первичная, вторичная); по полноте (избыточная, достаточная, недостаточная);

Понятие информации по отношению к цели системы (синтаксическая, семантическая, прагматическая); по отношению к элементам системы (статическая, динамическая); по отношению к структуре системы (структурная, относительная); по отношению к управлению системой (управляющая, советующая, преобразующая);

Понятие информации Информация в философском аспекте бывает: мировоззренческая; эстетическая; религиозная; научная; бытовая; техническая; экономическая; технологическая.

Понятие информации Все это (вместе с личностным аспектом человека как вида) составляет ноосферу общества - более высокое состояние биосферы, возникшее в результате эволюции, структурирования, упорядочивания (как статического, так и динамического) и гармонизации связей в природе и обществе под воздействием целеполагающей деятельности человечества.

Понятие информации Понятие ноосфера было введено В.И. Вернадским в качестве отображения концепции этапа эволюции общества и природы, т.е. системы, в рамках которой потенциально может быть реализовано гармоническое, устойчивое развитие (эволюция) систем "Общество" и "Природа", а также постепенное слияние, гармонизация наук о природе и об обществе.

Основные свойства информации полнота (содержит все необходимое для понимания информации); актуальность (необходимость) и значимость (сведений); ясность (выразительность сообщений на языке интерпретатора); адекватность, точность, корректность интерпретации, приема и передачи; интерпретируемость и понятность интерпретатору информации; достоверность (отображаемого сообщениям); избирательность;

Основные свойства информации адресность; конфиденциальность; информативность и значимость (отображаемых сообщений); массовость (применимость ко всем проявлениям); кодируемость и экономичность (кодирования, актуализации сообщений);

Основные свойства информации сжимаемость и компактность; защищенность и помехоустойчивость; доступность (интерпретатору, приемнику); ценность (предполагает достаточный уровень потребителя). Информация может оказаться и вредной, влияющей негативно на сознание, например, воспитывающей восприятие мира от безразличного или же некритического - до негативного, "обозленного", неадекватного. Информационный поток - достаточно сильный раздражитель.

Методы получения и использования информации эмпирические методы или методы получения эмпирической информации (эмпирических данных); теоретические методы или методы получения теоретической информации (построения теорий); эмпирико-теоретические методы (смешанные, полуэмпирические) или методы получения эмпирико- теоретической информации.

Эмпирические методы: Наблюдение - сбор первичной информации или эмпирических утверждений о системе (в системе). Сравнение - установление общего и различного в исследуемой системе или системах. Измерение - поиск, формулирование эмпирических фактов. Эксперимент - целенаправленное преобразование исследуемой системы (систем) для выявления ее (их) свойств.

Эмпирические методы: Кроме классических форм их реализации, в последнее время используются и такие формы как опрос, интервью, тестирование и другие.

Эмпирико-теоретические методы 1. Абстрагирование - установление общих свойств и сторон объекта (или объектов), замещение объекта или системы ее моделью. Абстракция в математике понимается в двух смыслах: а) абстракция, абстрагирование - метод исследования некоторых явлений, объектов, позволяющий как выделить основные, наиболее важные для исследования свойства, стороны исследуемого объекта или явления, так и игнорировать несущественные и второстепенные; б) абстракция - описание, представление объекта (явления), получаемое с помощью метода абстрагирования;

Эмпирико-теоретические методы особо важно в информатике такое понятие как абстракция потенциальной осуществимости, (т.е. они могли бы быть осуществимы, если бы не было ограничений по ресурсам); используются и абстракция актуальной бесконечности (существования бесконечных, неконструктивных множеств, систем и процессов), а также абстракция отождествления (возможности отождествления любых двух одинаковых букв, символов любого алфавита, объектов, независимо от места их появления в словах, конструкциях, хотя их информационная ценность при этом может быть различна).

Эмпирико-теоретические методы 2. Анализ - разъединение системы на подсистемы с целью выявления их взаимосвязей. 3. Декомпозиция - разъединение системы на подсистемы с сохранением их взаимосвязей с окружением. 4. Синтез - соединение подсистем в систему с целью выявления их взаимосвязей. 5. Композиция - соединение подсистем в систему с сохранением их взаимосвязей с окружением.

Эмпирико-теоретические методы 6. Индукция - получение знания о системе по знаниям о подсистемах; индуктивное мышление: распознавание эффективных решений, ситуаций и затем проблем, которые оно может разрешать. 7. Дедукция - получение знания о подсистемах по знаниям о системе; дедуктивное мышление: определение проблемы и затем поиск ситуации, его разрешающей. 8. Эвристики, использование эвристических процедур - получение знания о системе по знаниям о подсистемах системы и наблюдениям, опыту.

Эмпирико-теоретические методы 9. Моделирование (простое моделирование) и/или использование приборов - получение знания об объекте с помощью модели и/или приборов; моделирование основывается на возможности выделять, описывать и изучать наиболее важные факторы и игнорировать при формальном рассмотрении второстепенные.

Эмпирико-теоретические методы 10. Макетирование - получение информации по макету объекта или системы, т.е. с помощью представления структурных, функциональных, организационных и технологических подсистем в упрощенном виде, сохраняющем информацию, которая необходима для понимания взаимодействий и связей этих подсистем.

Эмпирико-теоретические методы 11. Исторический метод - поиск знаний о системе путем использования ее предыстории, реально существовавшей или же мыслимой, возможной (виртуальной). 12. Логический метод - метод поиска знаний о системе путем воспроизведения ее некоторых подсистем, связей или элементов в мышлении, в сознании.

Эмпирико-теоретические методы 13. Актуализация - получение информации с помощью активизации, инициализации смысла, т.е. переводом из статического (неактуального) состояния в динамическое (актуальное) состояние; при этом все необходимые связи и отношения (открытой) системы с внешней средой должны быть учтены (именно они актуализируют систему).

Эмпирико-теоретические методы 14. Визуализация - получение информации с помощью наглядного или визуального представления состояний актуализированной системы; визуализация предполагает возможность выполнения в системе операции типа "передвинуть", "повернуть", "укрупнить", "уменьшить", "удалить", "добавить" и т.д. (как по отношению к отдельным элементам, так и к подсистемам системы). Это метод визуального восприятия информации.

Эмпирико-теоретические методы Кроме указанных классических форм реализации теоретико-эмпирических методов, в последнее время часто используются и такие формы как мониторинг (система наблюдений и анализа состояний системы), деловые игры и ситуации, экспертные оценки (экспертное оценивание), имитация (подражание), верификация (сопоставление с опытом и заключение об обучении) и другие формы.

Теоретические методы Восхождение от абстрактного к конкретному - получение знаний о системе на основе знаний о ее абстрактных проявлениях в сознании, в мышлении. Идеализация - получение знаний о системе или о ее подсистемах путем мысленного конструирования, представления в мышлении систем и/или подсистем, не существующих в действительности.

Теоретические методы Формализация - получение знаний о системе с помощью знаков или же формул, т.е. языков искусственного происхождения, например, языка математики (или математическое, формальное описание, представление).

Теоретические методы Аксиоматизация - получение знаний о системе или процессе с помощью некоторых, специально для этого сформулированных аксиом и правил вывода из этой системы аксиом.

Теоретические методы Виртуализация - получение знаний о системе созданием особой среды, обстановки, ситуации (в которую помещается исследуемая система и ее исследующий субъект), которую реально, без этой среды, невозможно реализовать и получить соответствующие знания.

Структура познания системы

Пример. Для построения модели планирования и управления производством в рамках страны, региона или крупной отрасли, нужно решить проблемы: определить структурные связи системы (как вертикальные, так и горизонтальные), уровни управления и принятия решений, ресурсы; при этом чаще используются методы наблюдения, сравнения, измерения, эксперимента, анализа и синтеза, дедукции и индукции, эвристический, исторический и логический, макетирование и др.;

Пример. определить гипотезы, цели, возможные проблемы планирования; наиболее используемые методы: наблюдение, сравнение, эксперимент, абстрагирование, анализ, синтез, дедукция, индукция, эвристический, исторический, логический и др.; конструирование эмпирических моделей системы; наиболее используемые методы: абстрагирование, анализ, синтез, индукция, дедукция, формализация, идеализация и др.;

Пример. поиск решения проблемы планирования и просчет различных вариантов, директив планирования, поиск оптимального решения; используемые чаще методы: измерение, сравнение, эксперимент, анализ, синтез, индукция, дедукция, актуализация, макетирование, визуализация, виртуализация и др.

Пример. Таким образом, основная задача науки состоит в построении, исследовании, актуализации или хранении множеств с заданным классом X однотипных задач, Y - классом структур и ресурсов, связываемых с этими задачами, и f - процессами их сопоставления и актуализации с помощью некоторых ресурсов.

Инвариант всех решаемых проблем науки

Вопросы для самоконтроля 1. Что такое информация? Как классифицируется информация? Чем отличается информация от сообщения? 2. Каковы основные эмпирические методы получения информации? 3. Каковы основные теоретические методы получения информации?

Задачи и упражнения Для задачи решения квадратного уравнения указать входную, выходную, внутрисистемную информацию, их взаимосвязи. Построить тактику изучения (исследования) эпидемии гриппа в городе только эмпирическими (теоретическими, смешанными) методами? Эмпирическими (теоретическими, эмпирико- теоретическими) методами получить информацию о погоде (опишите в общих чертах подходы).

Темы для научных исследований и рефератов Информация - знание, абстракция. Информация - мера порядка, организации, разнообразия в системе. Информация - структурированности и неопределенности в системе.

Спасибо