Информатика как междисциплинарная наука

Центральное место в информатике занимает компьютерное моделирование. Современный имитационный эксперимент коренным образом отличается от эксперимента в классической естественной науке, основная цель которого — воспроизведение в материализованном виде идеализированных экспериментальных ситуаций, направленное на подтверждение отдельных следствий из общих теоретических положений. В неклассическом естествознании важную роль сегодня играет идеализированный компьютерный эксперимент, позволяющий проимитировать, проанализировать и рассчитать различные варианты возможного поведения исследуемой сложной системы. Незаменимым компьютерный эксперимент становится также в современной инженерной деятельности и проектировании.

Моделирование функционирования системы на ЭВМ позволяет уже на ранних этапах проектирования представить систему как целостный объект, а анализируя такую модель, можно принимать научно обоснованные решения по выбору наиболее подходящей реализации отдельных компонентов системы с точки зрения их взаимосвязи и взаимного функционирования, учесть заранее различные факторы, влияющие на систему в целом, и условия ее функционирования, выбрать наиболее оптимальную структуру и наиболее эффективный режим ее работы. Для сложных человеко-машинных систем такой анализ невыполним средствами традиционного моделирования, и ему обязательно требуется компьютерная поддержка, поскольку без использования современной вычислительной техники просто невозможно учесть те многочисленные данные о сложной системе, которые необходимы исследователю и проектировщику, особенно если иметь в виду их разнородность, связанную с использованием знаний различных дисциплин и участием в создании таких систем разнообразных специалистов. Такая автоматизация имитационного моделирования направлена на расширение возможностей исследователя и проектировщика для прогнозирования поведения системы в различных меняющихся условиях и выбора адекватных этим условиям решений. Создание диалоговых систем позволяет значительно расширить аналитические средства, повысить качество и обоснованность решений проектных и исследовательских задач и существенно сократить время их выработки.

Имитационное моделирование на ЭВМ позволяет исследовать сложные внутренние взаимодействия в системе, изучать влияние структурных изменений на ее функционирование, а также влияние изменений в окружающей среде, для чего в модель вносят соответствующие трансформации и наблюдают их воздействие на поведение системы. На основе полученных в результате моделирования данных разрабатываются предложения по улучшению существующей структуры системы или созданию совершенно новой ее структуры. Влияние этих нововведений можно проверить с помощью имитации еще до их практического внедрения для предварительной проверки новых стратегий и решений, предсказания на модели узких мест, имеющихся в системе, описания и прогнозирования на ней возможных путей естественного развития имитируемой системы в различных условиях и обоснования выбора вариантов ее структуры при соответствующих изменениях этих условий. Это позволяет автоматизированным способом формировать и распознавать структуры, оптимизировать их по заданному критерию, осуществлять имитацию динамики системы на этих структурах и оценивать качество вариантов моделей проектируемой системы.

Первоначально модель выдается необязательно в строго формализованном виде, а на содержательном уровне - в языке, наиболее приближающемся к естественному, поэтому такую модель часто называют вербальной. На следующем этапе она должна быть представлена уже в виде математической модели с помощью различных языков программирования. Экспериментирование с моделью на компьютере заключается в изменении условий функционирования объекта моделирования, генерации вариантов модели, предсказывающих поведение системы в гипотетически изменившихся условиях. Выбор наиболее пригодного для данных условий варианта модели и оптимизация этого варианта являются проектными задачами и находятся в прямой зависимости от целей исследования или проектирования. Такой выбор диктуется прежде всего содержательными критериями, т.е. интерпретацией модели, заключающейся в определении области и границ, в которых результаты, полученные на модели, являются справедливыми для исследуемой или проектируемой системы. Наряду с формализацией имитационные модели выполняют также важную эвристическую функцию, особенно при моделировании динамики различных исследуемых процессов. Даже в случае достаточно тривиальных моделей компьютерное моделирование дает возможность представить результаты исследования яснее, проще и быстрее.

Постепенно мышление приучается работать с такого рода моделями, не обращаясь каждый раз к их интерпретации на уровне первичной реальности, и эта вторичная реальность, в конечном счете, становится постоянным репрезентантом первичной. Оперирующий цифрами и значками на экране монитора банковский служащий, играя на электронной бирже, не видит реальных процессов на рынке ценных бумаг, но точно отслеживает их в пространстве идеальных сущностей, скрытых в компьютерной оболочке. Его действия могут привести тем не менее к вполне реальным последствиям для конкретного предприятия, акции которого он покупает и перепродает, для банка, в котором он работает, и для его собственного существования. Однако он не имеет представления о тех технологических процессах, которые протекают на производственных предприятиях, о работающих там людях, а часто и о продуктах, которые циркулируют на рынке. Он оперирует абстракциями, не осязая даже денежных банкнот, хотя через него могут проходить за несколько минут миллионы денежных единиц. Именно таким образом функционирует так называемая виртуальная реальность, которая хотя и не является реальным объектом, но может вызывать реальные эффекты. И хотя, несомненно, развитие новых информационных технологий открывает невиданные до тех пор возможности для реального действования в виртуальной реальности, сама проблема известна со времен Античности. Когда мы задаемся вопросом, что значит существовать в действительности, то на ум приходит ответ древнегреческих атомистов: на самом деле существуют не видимые и воспринимаемые нашими органами чувств вещи, а лишь атомы и пустота, постигаемые разумом. С помощью современных информационных технологий можно придать любой виртуальной реальности субстанциальность, заставляя пользователя воспринимать ее как реально существующую, причем действия в виртуальной реальности благодаря этим технологиям действительно могут производить реальные эффекты.

Можно предположить, что оператор-ученик, находясь в компьютерном классе, вообще не имеет представления о том, как варится сталь, а на экране монитора высвечивается абстрактная картинка. В компьютер тем не менее внесены все физические, химические и тому подобные параметры реального технологического процесса, и их изменение меняет эту картинку. Сталевар в цехе отдает команды, когда и какие действия нужно совершать, чтобы на выходе получился определенный продукт с желаемыми параметрами, и эти команды, передаваемые по каналам связи, ученик соотносит с изменениями на видимой им картинке. Постепенно он и сам научится вовремя отдавать нужные команды через компьютер механизмам, работающим в цехе, не видя реального физического или химического процесса, происходящего там. Но, в сущности, и сталевар видит не эти процессы, а лишь фиксирует их внешние признаки, соотнесенные с опытом и дополненные профессиональным научным образованием, соединяя их в некоторую картину реальности, в соответствии с которой он и строит свои действия. Таким образом, между ним и оператором, сидящим в компьютерном классе, не существует большой разницы, а продукт может быть идентичным и вполне ощутимо реальным. В отличие от них, научно образованный инженер проник в физическую, химическую и тому подобную суть происходящих процессов. Мастер-практик, работая якобы без всякой науки и основываясь на многолетнем практическом опыте, измеряет заданные наукой параметры и, как и инженер, пользуется научными понятиями и представлениями в рамках той научной картины мира, которую он усвоил в ходе общего образования, принимая ее за первую реальность, точно так же, как воспринимал ремесленник-кузнец в древности мифологическую картину мира. Для последнего рецепт приготовления стали так же построен по законам мифа, как для современного техника — по законам науки. Для него таким же естественным является объяснение, почему закаливание стали должно осуществляться в золе шкуры черного козла и в моче рыжего мальчика, поскольку в черном и рыжем скрыт сокровенный символ потусторонних дьявольских сил, на балансировании между которыми и божественными силами и строится весь технологический процесс, как для современного техника объяснение этого связывается с необходимостью добавления органических углеродных соединений и мочевины. Миф и был той первой реальностью, в которой жили древние люди, точнее, истинной ее картиной, в соответствии с которой они достаточно успешно действовали, а не сказкой, не имеющей ничего общего с реальной действительностью, в качестве которой миф предстает перед современным исследователем. Ритуальные условно-символические действия воспринимались как вполне реальные, направленные на достижение конкретных практических результатов.

Собственно именно так и в современной технике первичная реальность, данная нам в ощущениях, восприятиях и в повседневном социальном опыте, замещается научной картиной мира. Мы не в состоянии почувствовать или увидеть электромагнитные волны, но верим построенной Герцем на основе электродинамической теории Фарадея—Максвелла и подтвержденной им опытами картине распределения электромагнитных волн как истинной, а инженеры и техники строят на основе этих представлений различные приборы, например радиоприемники, которые стали обычными предметами нашего социального опыта. Мы воспринимаем лишь идущие из них звуки, издаваемые за много тысяч километров, представляя себе в соответствии с научной картиной электромагнитных взаимодействий, как радиоволны доносят до нас расшифрованные радиоприемником звуки знакомого голоса или музыки. Но с таким же успехом мы можем представить себе эту картину с помощью альтернативной теории Ампера—Вебера, основанной не на волновом, а на корпускулярном принципе. То же относится и к визуальным представлениям. Со времен В.Гильберта, предложившего использовать навигационные инструменты, разработанные им на основе представления о магнитном поле Земли, которого мы без специальных приборов не видим, ориентация в море основывается не на ощущениях капитана, соотносящего положение судна в пространстве с видимыми естественными ориентирами, а с абстрактными показаниями магнитных приборов. Не имеет ли дело современный навигатор в таком случае с виртуальной реальностью, подкрепленной научной картиной мира? Даже рассматривая в телескоп невидимые до тех пор простым глазом звезды, Галилей отождествляет полученное изображение с первой реальностью лишь с помощью особой научной теории — теории перспективы, развитой его предшественниками. Любой научный прибор построен и функционирует на основе научных представлений, а связь этих представлений с реальностью подтверждена соответствующей теорией, в которой, например, визуальная модель опосредована математической схемой, ничем не отличающейся от компьютерной модели, где алгоритмические цепочки математических схем, реализованные в конкретных компьютерных программах, гарантируют нам, что изображение на экране монитора соответствует реальности. Таким образом, виртуальная реальность становится не только средством исследования реального мира, но иногда и его подмены и может быть определена как модельное отображение действительной реальности с помощью технических средств, создающее иллюзию этой реальности. Совершенно новые аспекты виртуальной реальности раскрылись после возникновения глобальной сети Интернета.

Виртуальная реальность проникает сегодня не только в сферу профессиональной деятельности, но и в повседневную жизнь. Например, в случае подключения так называемых интеллектуальных бытовых приборов к сети Интернета, открываются новые возможности управления и пользования ими, но одновременно возрастает и зависимость от этой виртуальной реальности. Для обычного пользователя часто просто непостижимо, как функционирует вся эта электроника, начиная от отопления и кончая телевизионными и коммуникационными устройствами. Человек становится беспомощным, если окружающая его виртуальная реальность исчезает и он остается один на один с первичной реальностью, которая не поддается управлению. Эту ситуацию лучше всего иллюстрируют отказы компьютерных систем, управляющих сложными сервисными объектами, например аэропортом. В этом случае служащие аэропорта не в состоянии вообще оценить, что же на самом деле происходит, если представленная системой информация не соответствует действительности, например из-за сбоя в работе программного обеспечения, поскольку они обучены работать лишь с виртуальной реальностью, ставшей для них первичной. Только проектировщик данной системы и гарантирует ее связь с первичной реальностью. Таким образом, новые информационные технологии, с одной стороны, открывают невиданные ранее возможности для развития интеллектуальной деятельности, коренным образом изменяют окружающий человека мир, а с другой — создают новые проблемы и риски, сре­ди которых одной из важнейших является проблема обеспечения информационной безопасности.

К проблемам информационной безопасности следует отнести проблемы предотвращения несанкционированного доступа к конфиденциальной информации, использования персональных данных во вред конкретным личностям и социальным группам, вторжения в личную сферу, манипулирования информацией, компьютерной преступности (от вскрытия банковских компьютерных сетей до запуска вирусов в профессиональные информационные сети, могущие привести к техногенным катастрофам), защиты авторских прав, психических расстройств и техностресса у пользователей современных компьютерных технологий, конфиденциальности, целостности и надежности информации, а также опасности ограничения доступа к информации и свободы ее распространения, информационного элитаризма, когда лишь часть населения получает доступ к информационным технологиям и ресурсам, и т.п. Для решения всех этих проблем необходимы усилия самых различных специалистов, в том числе и юристов, поскольку без создания единого правового пространства в информационном обществе становится невозможным не только его дальнейшее развитие, но и включение целых государств и регионов в экономическую систему развитых стран. Все эти вопросы для информационного общества приобретают ключевой характер.

Именно благодаря современным средствам связи и передачи информации пространственные границы не имеют прежнего значения для хозяйственной деятельности, а перспективы электронной торговли осознаны многими странами, принимающими законодательные акты для использования цифровой подписи и систем защиты информации. Обеспечение информационной безопасности должно охватывать все уровни, от генерации и переработки до использования информации, которые включают в себя и вычислительные системы, и системы хранения данных, и персонал, управляющий информационной системой, и сеть, обеспечивающую передачу информации. Именно такую глобальную компьютерную сеть представляет собой Интернет, создавший новую коммуникативную и информационную среду и позволяющий почти мгновенно устанавливать контакт между любыми пользователями этой сети или с подключенными к ней базами данных.