Данные и информация. Информатика

В повседневной жизни мы часто встречаемся с такими понятиями как информация, информатика, информационные технологии и т.п. Этими понятиями пользуются учёные, дикторы ТВ, журналисты и политики. Однако, до настоящего времени не существует общепринятого определения понятия «информация»: многочисленные исследователи предлагают самые различные определения. Составители словарно-энциклопедических изданий фактически были вынуждены признать неразрешимость данной проблемы, и поэтому отказались от попыток дать единое определение информации. В одной словарной статье можно найти перечень сразу нескольких понятий информации.

Попытки связать информацию с привычными понятиями материя или энергия успехом не увенчались. Известно знаменитое отрицательное определение Винера: «информация есть информация, а не материя и не энергия». Из этого определения следует лишь один вывод: по своей значимости понятие информации не уступает таким основным физическим понятиям как материя или энергия.

Использование понятия «информация» в повседневной практике не вызывает у нас особых затруднений. Говоря об информации, мы обычно подразумеваем разъяснение, сообщение, изложение, какие-либо сведения, данные, объявление. В обычном, «житейском» смысле информация - это сумма сведений, которую получает некоторый субъект, человек, группа людей или животных об окружающем мире, о самом себе, о другом субъекте или изучаемом явлении. Используя эти сведения, человек может прогнозировать результаты своих действий, выбирать различные способы для достижения поставленных целей.

В СЭС приводится следующее определение информации: 1) информация – это сведения, передаваемые людьми устным, письменным или каким-либо другим способом (с помощью условных знаков, сигналов, технических средств и т.п.); 2) с середины ХХ века информация – это обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в живом и растительном мире, передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

Известно ещё одно распространённое определение: информация – это сведения, уменьшающие неопределённость нашего знания об окружающем нас мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.

В своей книге «Синергетика и информация» Д.С. Чернавский приводит обширную коллекцию неудовлетворительных, по его мнению, тавтологических определений информации. Большое число похожих и непохожих друг на друга определений понятия «информация» означает, что общепринятого определения информации ещё нет. Более того, отмечает Д.С. Чернавский, нет даже четкого понимания сути этого явления, хотя потребность в нем давно уже назрела.

Рассуждая об информации, Н.Н. Моисеев приходит к выводу, что являясь центральным понятием в информатике, оно до сих пор не имеет чёткого определения. Н.Н. Моисеев утверждает, что информация не является всеобщим свойством материи и считает, что необходимость понятия информации возникает лишь при изучении систем, обладающих целеполаганием.

Существует подход, в котором вводится понятие информации как отраженного разнообразия. Источником разнообразия, по мнению В.М. Глушкова, является неоднородность распределения материи и энергии в пространстве и во времени. Отсюда и определение, данное В.М. Глушковым: информация – это мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и во времени, показатель изменений, которыми сопровождаются все происходящие в мире процессы.

Трудность в построении общего определения информации состоит в том, что существуют разные типы информации. Например, социальная информация, информация биологическая, информация в экономике, научная информация. В самом простом случае мы говорим об информации, которая введена в компьютер для решения задачи, или об информации, передаваемой по проводам и радиоканалам. В этом случае можно определить количество информации, указать носитель информации, память, оценить качество информации. Отметим, что здесь мы имеем дело скорее с данными, чем с информацией. В общем случае, когда мы говорим об информации при изучении окружающего мира, возникают только вопросы, на которые пока нет ответов.

Другое важное понятие информатики - данные. Этот термин встречается не менее часто, чем информация и также является основным в информатике, но не вызывает таких затруднений при определении. Есть несколько различных по форме, но эквивалентных по сути определений того, что такое «данные». Наиболее часто встречаются следующие определения:

1. Данные - это зарегистрированные сигналы.

2. Данные - это информация, представленная в виде, позволяющем запоминать, хранить, передавать или обрабатывать её с помощью технических средств.

3. Данные – это информация об объекте или отношениях объектов, выраженная в знаковой форме.

Первое определение, на наш взгляд, наиболее удачное и наиболее общее. Под сигналом здесь понимается условный знак, физический процесс, явление, несущие сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта и режиме его работы или передающие команды управления, оповещения. Сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс. К регистрации сигналов можно отнести: запись музыки на магнитофон, запись лекции в тетрадь, запись наблюдений в ходе эксперимента в виде чисел, графиков, фотографирование каких-либо объектов, запоминание учеником материала на уроке, нарисованный план, запись данных в память компьютера, на жёсткий диск и т.д.

Второе и третье определения понятия «данные» являются неудачными, так как в них делается попытка определить данные через информацию. Получается circulus vitiosus - порочный круг. Второе определение сужает общность понятия «данные» до уровня данных, используемых в технике. Третье определение также носит прикладной характер и имеет отношение к базам данных.

Понятия «данные» и «информация» близки, но не тождественны. Эти понятия часто смешивают и, как отмечалось выше, делаются попытки определить одно через другое. Данные и информация взаимосвязаны. Информация не может существовать без данных, без какого-либо носителя: она как-то должна быть представлена с помощью данных. Именно этот факт и пытались подчеркнуть авторы второго определения данных. С другой стороны, любые данные всегда несут в себе какую-то информацию.

Пример: мы слушаем иностранную речь по телефону, но не понимаем её. Идёт регистрация данных (запоминание сигнала), но нет процесса получения информации. Если мы запишем это сообщение на магнитофон (зарегистрируем сигнал) и передадим запись переводчику, то он сможет передать нам содержание телефонного сообщения, и мы получим информацию, которая в нём содержалась. С другой стороны, даже не понимая иностранную речь, мы можем получить информацию о том, кто нам звонил – мужчина или женщина, в каком состоянии находился звонивший человек, а в некоторых случаях мы сможем определить язык, на котором он говорил.

Любой процесс передачи данных (информации) может быть описан с помощью следующей схемы:

Рис. 1 Общая схема передачи информации (данных).

В качестве примера реализации данной схемы можно привести процесс обмена сообщениями по телефону. Источник информации – один из абонентов. Кодирующее устройство – микрофон. Он преобразует звуковые колебания в электрические сигналы, которые затем передаются по телефонному кабелю. Кабель в данном случае это и есть канал связи.

Иногда канал связи называют средой передачи данных. Во время передачи сигналов по каналу связи могут возникать различного рода помехи, которые искажают передаваемый сигнал. В этом случае мы слышим в телефонной трубке посторонние шумы, потрескивания и т.п. Декодирующее устройство – динамик телефонной трубки. Он совершает обратное преобразование электрических сигналов, полученных по кабелю, в акустические колебания, которые слышит другой абонент – приёмник информации.

Другой пример: преподаватель читает лекцию в аудитории для студентов, во время которой происходит передача информации. Каналами связи в этом случае являются воздух и доска, на которой во время лекции преподаватель мелом делает пояснительные записи. Помеха - шум в аудитории, события, отвлекающие внимание слушателей, плохое качество доски или мела. Источник информации - преподаватель, его знания; кодирующие устройства – голосовые связки, язык, мел. Информационные сигналы по каналам связи поступают в органы зрения и слуха, где воспринимаются и фиксируются слушателями, декодируются и запоминаются ими.

Данные могут восприниматься человеком или техническим устройством; их можно переводить из одной знаковой системы в другую без потери содержащейся в них информации. Для выделения информации из данных нужно применить к ним методы обработки, «адекватные» этим данным. Такое получение информации из данных, после применения адекватных методов обработки, называется «информационными технологиями».

Технология – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе материального производства. Или: технология - алгоритм целенаправленного воздействия на сырьё, материалы или полуфабрикаты соответствующими орудиями производства. Например, технология в металлургии, строительстве, производстве одежды и т.п. Технологический процесс в сфере материального производства можно представить в виде схемы:

Рис. 2. Общая схема технологии материального производства.

Отличие информационных технологий от материальных заключается в том, что роль материального ресурса играют данные, а технологический процесс сводится к выбору адекватных методов обработки этих данных с применением, как правило, средств вычислительной техники. В результате мы получаем информацию, представленную в свою очередь в виде некоторых, уже новых данных, к которым опять могут быть применены другие адекватные методы обработки, получена новая информация и т.д.

Рис. 3. Общая схема информационных технологий.

В качестве примера ИТ можно привести процесс обработки на компьютере данных сейсмической разведки. Результатом такой обработки является, например: информация о наличии нефтяных залежей, их расположении и размерах; данные о строении Земли.

Другие примеры ИТ: в результате многолетних метеорологических наблюдений получены данные о температуре воздуха. Эти данные представлены в виде таблиц чисел. Обработка таких данных позволяет сделать прогноз о возможном изменении температуры, климата и т.п. Обработка результатов ЕГЭ, проведённого в школах страны, позволяет получить информацию об уровне знаний и преподавания в отдельных регионах и в стране в целом. Существенным компонентом ИТ является компьютер (ЭВМ).

Итак, информационные технологии – машинизированные способы обработки, хранения, передачи и использования информации. Два основных элемента ИТ – это человек и ЭВМ.

Основное отличие ИТ от обычных технологий состоит в том, что применение материальных технологий изменяет окружающий нас материальный мир. А результатом применения ИТ является информация, которая оказывает воздействие на сознание людей и побуждает их к действию. Это свойство ИТ активно используется в средствах массовой информации. Следует отметить, что воздействуя на сознание людей, ИТ опосредованно влияют и на окружающий нас мир.

Термин информатика появился в середине 60-х годов ХХ века практически одновременно во Франции и в нашей стране. Он использовался для обозначения самой молодой науки среди других естественных и технических наук. Как отмечено в книге Р.М. Юсупова и В.П. Котенко, в 1963 г. в журнале «Известия вузов» была опубликована статья Ф.Е. Темникова «Информатика». В ней была представлена наука об информации как совокупность трёх разделов: теории информационных элементов, теории информационных систем и теории информационных процессов. Однако, эта статья осталась незамеченной, и более популярным оказалось французское толкование термина «informatique», которым обозначили науку об электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) и их применении. В США вместо термина информатика используют термин «computer science».

Попытки дать определение информатики не прекращаются до настоящего времени. Как и в случае с понятием информация, существуют десятки различных определений того, что такое информатика. Вот некоторые из наиболее известных определений.

Информатика – наука, изучающая структуру и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с её сбором, хранением, поиском, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности.

В своём учебнике «Информатика» С.В. Симонович приводит такое определение: «Информатика – техническая наука, систематизирующая приёмы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими». В этом определении акцент делается на понятии «данные», при этом понятие информация вообще отсутствует. Здесь происходит сужение информатики до уровня прикладной, технической науки. Это то, что называют в США computer scince.

Французская академия наук предлагает следующее определение: «Информатика – это наука об осуществляемой преимущественно с помощью автоматических средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как представление знаний и сообщений в технических, экономических и социальных областях».

Определение А.П. Ершова: «Информатика – это фундаментальная естественная наука, изучающая процессы передачи и обработки информации».

Д.С. Чернавский даёт следующее определение информатики: «Информатика - наука о процессах передачи, возникновения, рецепции, хранения и обработки информации». Он предлагает выделять в информатике три направления: техническое, прикладное и фундаментальное. В техническом аспекте информатика включает всебя передачу, кодирование и приём информации. В прикладном аспекте информатика занимается разработкой компьютеров, созданием программ (computer science). Фундаментальный аспект информатики включает в себя изучение процессов возникновения, эволюции, извлечения и реализации ценной информации.

Ценность информации связана с целеполаганием и зависит от того, насколько данная информация способствует достижению поставленной цели. Подход Д.С. Чернавского будет рассмотрен подробнее в отдельном параграфе.

Анализируя предлагаемые определения информатики можно сделать вывод, что информации присущи четыре основных вида «движения»: восприятие, хранение, передача и обработка.

В вопросе о том, является ли информация всеобщим атрибутом материи или нет, ученые делятся на две основные группы: атрибутивистов и функционалистов. Я придерживаюсь позиции функционалистов, т.е. полагаю, что информация присуща только живой природе. Так как она возникает там, где есть момент целеполагания - в системах способных к самоуправлению и самоорганизации. Основным аргументом в пользу функционалистов является то, что в неживой природе невозможен свободный выбор одного из нескольких равноправных состояний, при котором в системе и происходит генерация информации. Кроме того, в неживой природе отсутствует процесс обработки информации.

Информация обладает рядом свойств. Основными свойствами являются следующие:

1. Информация невоспроизводима.

2. Информация эмерджентна (от английского “emergency”).

3. Информация операциональна: информация побуждает к действию.

4. Объективность (зависит от методов получения информации).

5. Полнота информации зависит от достаточности данных для принятия решения или создания новых данных на основе уже имеющихся (это, скорее, свойство данных).

6. Достоверность (зависит от уровня шумов в регистрируемых сигналах и от точности, с которой происходит регистрация сигналов датчиками).

7. Адекватность – а) способность информации однозначно соответствовать отображаемому объекту; б) степень соответствия реальному, объективному состоянию дел.

8. Доступность - возможность получить нужную информацию. Степень доступности зависит как от доступности данных, так и от доступности адекватных методов их интерпретации.

9. Актуальность - соответствие информации данному моменту времени. Нередко с актуальностью информации связывают коммерческую ценность информации.

10. Коммерческая ценность – возможность получения дополнительной прибыли или возможность уклонения от убытков, благодаря использованию информации.

Первые три свойства редко упоминаются в учебниках по информатике, хотя они являются наиболее характерными для феномена информации. Невоспроизводимость означает, что при повторном приёме сообщения, несущего информацию, вы не получаете дополнительной информации. Например, вы ожидаете отправления своего поезда на вокзале и слышите объявление, в котором сообщается, что отправление задерживается на два часа. Если вы повторно прослушаете это объявление через некоторое время, вы не получите никакой новой информации относительно отправления поезда. Или вы ждёте объявления результата матча по футболу между двумя командами. Информация о победе вашей команды невоспроизводима в том смысле, что от повтора такого сообщения вы ничего нового уже не узнаете.

Свойство эмерджентности (emergency) информации означает, что информация обладает свойством неожиданности, внезапности. Сообщение о некотором событии несёт тем больше информации, чем меньше возможность наступления этого события. Например, сообщение о том, что 12 июля в г. Мурманске ожидается температура -10^° несёт больше информации, чем сообщение о том, что температура будет +10^°. Сообщение об отправке поезда по расписанию, несёт меньше информации, чем сообщение о задержке отправления (при условии, что обычно поезда отправляются по расписанию). Если некоторое сообщение лишено свойства эмерджентности, то такое сообщение не является информацией.

Свойство операциональности информации состоит в том, что информация побуждает нас к действию. Сообщение о задержке отправления поезда приводит к тому, что вы начинаете действовать незапланированно: идёте в привокзальный киоск, делаете звонки по телефону, сообщая о задержке, и т.п. Сообщение о падении курса акций на бирже приводит к попытке их продажи. Известие о возможном дожде заставляет вас взять зонт при выходе из дома.

Ещё одно важное свойство информации заключается в том, что когда вы делитесь с кем-то информацией, то у вас количество информации не уменьшается. Можно сказать так: при передаче информация увеличивается в объёме, её становится больше. В этом её отличие от других объектов окружающего мира. Например, если я отдам кому-то 100 рублей, то они появятся у другого, а у меня их уже не будет; если я поделился с кем-то знанием, информацией, то у меня останется столько же информации, но она появится ещё и у того, кому я её передал. При копировании информации с помощью средств ВТ мы получаем копию, которая ничем не отличается от оригинала, причём затраты на изготовление копии практически равны нулю. Информация начинает стремительно распространяться там, где в ней есть потребность. Она стремится занять максимально возможный объём в окружающем мире. Поэтому так нерезультативна борьба с так называемым «пиратством». Эта борьба по своей эффективности напоминает попытки преградить путь воде во время разлива рек.