Голицына О.Л., Максимов Н.В. Информационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

Московская финансово-промышленная академия

Голицына О.Л.

Максимов Н.В.

Информационные системы

Москва, 2004

Голицына О.Л, Максимов Н.В. Информационные системы / Мос-

ковская финансово-промышленная академия. - М.: 2004. - 329 с.

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образова-

нию в области прикладной информатики (по областям) в качестве учеб-

ного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по специальности 351400 «Прикладная информатика (по областям)» и

другим междисциплинарным специальностям.

Содержание

Введение.....................................................................................................6

1. Информация. Основные свойства и определения.........................14

1.1. Информация как основной предмет информатики............................. 14

1.2. Соотношение понятий «информация», «данные», «знания» ............ 16

1.2.1. Информация......................................................................................... 17

1.2.2. Данные.................................................................................................. 19

1.2.3. Знания................................................................................................... 20

1.2.4. Научно-техническая информация ..................................................... 22

1.3. Свойства информации ........................................................................... 23

1.3.1. Кумулятивность информации............................................................ 25

1.3.2. Концентрация информации................................................................ 26

1.3.3. Эмерджентность и неассоциативность информации ...................... 28

1.3.4. Стaрение информации ........................................................................ 29

1.3.5. Межотраслевые свойства и рассеяние информации ....................... 30

1.4. Информационные единицы................................................................... 32

2. Информационные системы и технологии обработки

информации.............................................................................................35

2.1. Состав и структура информационной системы .................................. 36

2.1.1. Классификация информационных систем........................................ 37

2.1.2. Основные компоненты ИС................................................................. 40

2.2. Информационные компоненты в системах управления .................... 42

2.2.1. Информационная модель управления в системах материальных

преобразований.............................................................................................. 43

2.2.2. Информация в системах обработки и генерации знания ................ 48

2.2.3. Характер информационных составляющих в системах

управления ..................................................................................................... 53

2.3. Информационные технологии .............................................................. 58

2.4. О реализации процесса поиска информации ...................................... 60

3. Модели и структуры данных информационных систем ..............65

3.1. Семантика ИС, основанных на концепции баз данных ..................... 65

3.2. Идентификация и поиск информации................................................. 70

3.3. Представление предметной области и модели данных...................... 75

3.4. Структура информации и структура данных

..................................... 77

3.5. Организация данных в документальных информационных системах .... 79

3.5.1. Организация данных в документальной информационно-поисковой

системе STAIRS .............................................................................................. 79

3.5.2. Организация данных в документальной АИПС IRBIS......................... 83

3.6. Уровневая модель представления информации в полнотекстовых БД ... 87

3.6.1. Преобразование представлений......................................................... 89

3.6.2. Структура полнотекстовой БД .............................................................. 92

4. Модели поиска и оценки эффективности.......................................95

4.1. Оценка экономической и технической эффективности................... 95

4.1.1. Экономическая эффективность......................................................... 96

4.1.2. Техническая эффективность.............................................................. 98

4.2. Математические модели оценки технической эффективности....... 100

4.3. Модели механизмов информационного поиска в документальных

БД.................................................................................................................. 103

4.3.1. Матрица «термин-документ»........................................................... 106

4.3.2. Модель механизма поиска по совпадению терминов ................... 107

4.3.3. Модель механизма поиска по логическому выражению ..............108

4.4. Пример использования различных поисковых механизмов и оценка

эффективности результатов

....................................................................... 116

4.5. Информационно-поисковый язык документальной ИПС

.............. 119

4.5.1. Предложение запроса ....................................................................... 120

4.5.2. Условие поиска.................................................................................. 121

4.5.3. Синтаксис и семантика использования дескрипторов.................. 123

4.5.4. Использование ранее полученных результатов поиска ................ 125

5. Лингвистическое обеспечение ИС.................................................127

5.1. Роль и логика языковых средств поиска документальной

информации .................................................................................................. 127

5.2. Состав и структура лингвистического обеспечения

....................... 130

5.2.1. Основные понятия лингвистического обеспечения ............................ 131

5.3. Классификации................................................................................135

5.3.1. Библиотечно-библиографические классификации........................ 136

5.3.2. Классификации изобретений ........................................................... 156

5.3.3. Отраслевые классификационные системы..................................... 161

5.4. Дескрипторные информационно-поисковые языки............................... 167

5.4.1. Координатное индексирование........................................................ 167

5.4.2. Семантическая сила дескрипторных ИПЯ ..................................... 171

5.5. Терминологические структуры .............................................................. 176

5.5.1. Линейные терминологические структуры...................................... 177

5.5.2. Иерархические терминологические структуры ............................. 179

5.5.3. Терминологические структуры с сетевой организацией..................... 182

6. Поисковые задачи и технологии информационного поиска .....195

6.1. Динамика информации в системах основной и информационной

деятельности ................................................................................................ 196

6.2. Поисковые задачи и виды информационного поиска ...................... 201

6.2.1. Типология поисковых задач............................................................. 201

6.2.2. Типология информационных потребностей................................... 202

6.2.3. Типология информационной неопределенности и виды

информационного поиска........................................................................... 203

6.3. Компоненты и обобщенная схема информационного поиска ............... 207

6.3.1. Обобщенная схема информационного поиска .................................... 210

7. Модели интерфейсов человеко-машинного информационного

поиска.....................................................................................................220

7.1. Типология поисковых задач и план действий при взаимодействии

пользователя с информационной системой.................................................. 222

7.2. Типология информационных потребностей пользователя .................... 224

7.3. Технология поиска и интерфейс АИПС ............................................ 226

7.3.1. Творческий процесс и стереотипы мышления............................... 227

7.3.2. Интерфейс пользователя...................................................................... 227

7.4. Поведение пользователей при взаимодействии с АИС ......................... 228

7.4.1. Уровневая модель человеко-машинного взаимодействия............ 228

7.4.2. Когнитивные аспекты человеко-машинного взаимодействия ..... 229

7.4.3. Типология и стереотипы поведения пользователей...................... 232

7.4.4. Типология поведения пользователя в различных деятельностных

состояниях.................................................................................................... 234

7.5.1. Основные компоненты процессов и систем поиска

документальной информации .................................................................... 239

7.5.2. Технологии поиска и обработки результатов...................................... 247

7.5.3. Поисковые интерфейсы.................................................................... 249

8. Интерфейсные средства информационного поиска....................263

8.1. Средства формирования запросов.......................................................... 264

8.1.1. Формирование запроса «по образцу» ............................................. 265

8.1.2. Конструктор запроса «по шагам».................................................... 267

8.1.3. Конструктор запроса «Логическое выражение»............................ 270

8.1.4. Использование формулировок ранее сохраненных запросов ...... 272

8.2. Средства и технологии поиска документов по сходству ....................... 273

8.2.1. Поиск аналогов.................................................................................. 274

8.2.2. Эвристический поиск........................................................................ 275

8.2.3. Поиск по обратной связи.................................................................. 276

8.3. Технологические объекты построения предложения запроса ........ 278

8.3.1. Частотный словарь............................................................................ 279

8.3.2. Тематический рубрикатор................................................................ 279

8.3.3. Тезаурус.............................................................................................. 279

8.3.4. Иерархический словник.................................................................... 281

8.4. Обобщенная характеристика развития поискового процесса................ 284

Список сокращений .............................................................................288

Литература ............................................................................................289

Глоссарий...............................................................................................295

Приложения...........................................................................................300

ВВЕДЕНИЕ

С того времени, когда научные исследования стали индустрией,

проблемы информационного обеспечения преобразовались в самостоя-

тельное направление, в значительной степени ориентированное на вы-

числительную технику и электронные средства коммуникаций.

Достижения очевидны и ощутимы. Практически обеспечена воз-

можность организации всемирного каталога публикаций через объеди-

нение

каталогов и баз данных крупнейших национальных библиотек и

информационных центров практически всех развитых стран, включая

РФ. Глобальная сеть Internet сделала реальностью открытость и доступ-

ность в реальном масштабе времени информационные ресурсы (ИР) са-

мого разного объема и содержания, от частной коллекции до националь-

ных архивов.

Однако даже широкое внедрение информационных систем и баз

данных в сочетании с сетевыми решениями, тем не менее, остается пока

лишь очередным этапом в попытках человека справиться с проблемами

получения и переработки информации. Интенсивное развитие вычисли-

тельной техники и кибернетических методов управления информацион-

ными потоками по существу дало только новые (электронные) носители

и сверхбыстрый доступ к хранилищам. Это позволило на порядки уве-

личить скорости получения данных и объемы оперативно доступного

информационного пространства, однако ситуация с использованием

собственно информации практически не изменилась.

Причины здесь кроются не столько в финансовой, организацион-

ной или технической сфере, сколько в том, что человек, как система пе-

реработки и генерации самой информации, принципиально не изменил-

ся. Рассматривая перспективы развития науки, физик Дж. Томсон по

существу характеризовал и особенности использования информации:

«…совершенно неизбежно, что по мере расширения наших знаний та их

доля, которой в состоянии овладеть один человек, будет убывать. По-

скольку для работы человеку надо знать очень многое, он испытывает

величайший соблазн учить как можно меньше из того, что ему в работе

непосредственно не пригодится. У него создается однобокое представ-

ление о мире, в котором он живет. Второе из нежелательных последст-

вий проявляется на более поздней стадии специализации. Многие дос-

тижения науки и техники являются следствием внедрения тех или иных

идей в областях, для которых они первоначально не предназначались.

Однако реализация подобной возможности требует все труднее и труд-

нее достижимой широты знаний. Вполне может случиться, что эта осо-

бенность воздвигает предел прогрессу науки, но здесь многое можно

сделать для того, чтобы отодвинуть приход этой катастрофы» [Том-

сон1958].

Например, с использование унифицированных средств доступа на основе протокола Z39.50

Количество литературы быстро растет практически во всех облас-

тях. И для науки индустриального периода развития общества стало ха-

рактерно разделение труда: исследователь все больше нуждается в по-

мощи специальной службы, призванной ориентировать его в потоке ин-

формации. В начале индустриального периода такой службой являлись

органы научной информации, в задачи которых входили поиск и кон-

центрация информации зачастую непосредственно для исследователя, не

только на уровне проблемам, но на уровне отдельной задачи. Это вполне

отражало экстенсивную оценку ситуации, данную Дж. Томсоном: «В

науке неминуемо должно произойти то, что произошло в армии. В целях

обеспечения боеспособности солдата на передовой линии приходится в

тылу ставить за ним все больше людей». Развитие информационных

технологий и глобализация информационных коммуникаций, свой

ственные постиндустриальному периоду развития, как кажется, обеспе-

чили возможность взаимодействия исследователей минуя информаци-

онных посредников. Парадокс современности состоит в том, что обще-

ство получив технические возможности непосредственного взаимодей-

ствия исследователей, обрело при этом такие проблемы как, например,

ограничения авторского и имущественного права на передачу информа-

ции

. Организации, занимающиеся информационным обеспечением нау-

ки и производства, практически исчезли. Функции поиска перешли к по-

требителю информации (исследователям), а задачи систематизации и

концентрации информации по большей части берут на себя издатели

Библиотеки и автоматизированные банки данных это внешняя,

глобальная, но пассивная память, хранящая разнородную и по-разному

представленную информацию, а Internet и разнообразные средства вы-

числительной техники являют собой высокоэффективные, но, тем не

менее, узко специализированные средства доступа к данным, хранимым

в машиночитаемом виде. Причем, объемы данных и темпы их прироста,

а также разнообразие форм и динамика представления информации на-

столько велики, что в некоторых случаях «…по сути дела легче открыть

новый факт или создать теорию, чем удостовериться, что они еще не

были созданы или выведены» [Воробьев1966].

Однако упомянутый тезис должен восприниматься, конечно же, не

в качестве отрицания информационных технологий, а скорее как фактор,

стимулирующий исследования и разработки направлений, связанных с

изучением глубинных процессов переработки информации в человеко-

машинных системах и, прежде всего, для задач генерации нового зна-

ния. Само развитие информационных технологий и их повсеместное

внедрение практически во все сферы деятельности человека (по крайней

То есть, «люди тыла» переместились из сферы, приближенной к исследователю, в сферу управле-

ния.

При этом пока сохранились и продуценты (издатели) вторичной информации – информационные

службы, производящие не только аналитическую обработку проблемно-ориентированных потоков

информации, но и его систематизацию, что фактически и обеспечивает для исследователя возмож-

ность эффективного поиска информации без информационного посредника.

мере, той, которая связана или завершается документом или коллекцией

данных) уже привело к тому, что электронная форма представления ин-

формации принята официально (и законодательно, например, в СССР

еще в 1980г.). Радикальность и необратимость этого процесса признана,

в том числе, в такой консервативной области, как архивоведение, что

констатировалось на Международном совещании архивистов (Италия,

Масерата, 1991г., Москва, 27-28 ноября 1997г).

Развитие информационных технологий в области документалисти-

ки и информационного обеспечения научных исследований получило

развитие в многочисленных проектах создания и внедрения электрон-

ных библиотек (ЭБ) как глобального, так и локального масштаба. По ре-

зультатам исследований Института развития информационного общест-

ва [45], в той или иной форме идея электронной библиотеки уже работа-

ет во многих университетах и крупных библиотеках ведущих стран ми-

ра. Например, электронная "библиотека XXI века" создается в Японии

путем соединения усилий Агентства по внедрению новых технологий,

Национальной парламентской библиотеки, ряда министерств, библиотек

и культурных центров. Несколько лет назад Библиотека Конгресса США

начала реализацию национальной программы создания электронной

библиотеки. Начиная с 1994 г. по инициативе NSF, DARPA и NASA в

США была развернута исследовательская программа Digital Libraries

Initiative по электронным библиотекам. На второй стадии развития в на-

чале 1998 г. эти программы были объединены в единую межведомствен-

ную программу (DLI - Phase 2), в которой, кроме того, участвуют На-

циональная медицинская библиотека, Агентство по статистике США,

Национальный гуманитарный фонд, Национальный архив США и дру-

гие федеральные агентства. Начиная с 1995 г., осуществляется проект

Bibliotheca Universalis создания электронных библиотек для стран «се-

мерки». С 1995 г. осуществляется национальная программа eLib в Вели-

кобритании. В других странах (Канада, Германия и т.д.) многочислен-

ные разрозненные проекты в последние годы также стали превращаться

в национальные и международные программы создания электронных

библиотек.

В России реализация проектов по созданию электронных библио-

тек начата сравнительно недавно. С 1998 г. по инициативе Российского

фонда фундаментальных исследований и Российского фонда технологи-

ческого развития осуществляется программа "Российские электронные

библиотеки", в рамках которой ведутся работы по общесистемным во-

просам создания и функционирования электронных библиотек, разви-

тию инфраструктуры, разработке инструментальных средств, а также

создание конкретных электронных библиотек по областям науки, куль-

туры и образования. В настоящее время успешно функционируют элек-

тронные библиотеки ИНИОН РАН, ВИНИТИ РАН, ВНТИЦентра, РГБ,

электронные каталоги БЕН, ГПНТБ и др.

Наряду с упомянутыми примерами, представляющими, в основ-

ном, масштабные проекты и, главное – имеющими преимущественно

информационную историю и вобравшими лучшие традиции информа-

ционной деятельности, ориентированной на обслуживание пользователя,

заметной составляющей (по крайней мере, Internet-ресурсов) стали кол-

лекции информационных объектов различного вида и назначения. Осо-

бенностью таких ресурсов

помимо распределенности является гетеро-

генность - практически неограниченное разнообразие форм их представ-

ления (форматов и сред хранения), а также разнокалиберность условий и

методов доступа. Сюда относятся ресурсы самого разного масштаба: от

отдельных электронных документов, размещенных на авторской Inter-

net-странице, до электронных коллекций и библиотек крупнейших изда-

тельств. Но, следует отметить, что в любом случае информационный ре-

сурс, в отличие от набора данных, идентифицируется не только адресом

хранения, но и содержанием, имеющим информационную природу

(практически каждый ресурс создается изначально ориентированным на

адресное хотя, возможно, и неоднозначное восприятие, что и является

предпосылкой создания новой информации), а его доступность обеспе-

чивается встроенным или внешним, более или менее развитым поиско-

вым инструментом, избыточном по отношению к самому ресурсу.

В общем случае можно заметить, что в качестве компонентов

здесь выступают электронные каталоги (библиографические и рефера-

тивные базы данных), полнотекстовые массивы (электронные журналы,

фактографические базы данных, коллекции электронных документов

или копий первоисточников и т.д.), справочно-нормативные файлы

(рубрикаторы, тезаурусы, авторские, предметные, географические и дру-

гие указатели), возможно связанные между собой ссылками, указателя-

ми хранения или условиями поиска. Например, записи электронных ка-

талогов содержат указания местоположения книг, а справочно-

нормативные файлы традиционно используются в качестве "точек вхо-

да" в библиографические и реферативные базы данных. С появлением

технических возможностей создания полнотекстовых баз данных спра-

вочно-поисковый аппарат и собственно массив информации технологи-

чески становятся единым целым, и на первый план выходит задача орга-

низации такой взаимосвязи, чтобы переход по ссылке от компонентов

одного ресурса к компонентам другого, а также от компонентов одного

уровня к компонентам другого, воспринимался пользователем как про-

стейший одноактный процесс, подобный перевороту страницы книги.

Поскольку конечной целью построения любой информационной

системы является обеспечение пользователю условий получения нужной

Информационные ресурсы в [Попов1996] определяются как совокупность накопленной информа-

ции, зафиксированной на материальных носителях в любой форме, обеспечивающей ее передачу во

времени и пространстве. Таким образом, в контексте автоматизированных информационных систем

под информационными ресурсами можно подразумевать информационные массивы и базы данных,

рассматриваемые совместно с информационными технологиями, обеспечивающими их доступность.

информации, немаловажную роль играет форма и процедура подачи

этой информации. Для того чтобы пользователь мог легче воспринимать

большие объемы информации, разработано множество форм и методов

ее представления, что выражается, например, в создании «фирменных»

стандартов хранения и методов поиска, а также интерфейсов, адапти-

руемых каждым конкретным пользователем для себя. В то же время на-

блюдается, что часть пользователей Internet полагают достаточным ис-

пользование в качестве средств поиска стандартных программ общего

назначения, как например Internet Explorer или Netscape Navigator.

Другой особенностью современности является наблюдаемый

режим “информационного самообслуживания”. Пользователь,

привыкший к интуитивному освоению программных сред (в основном

стандартных средств операционной системы, большинство из которых

имеет существенно более простой и дружественный интерфейс), часто

неадекватно оценивает состояние и результаты поиска. Показательными

примерами являются такие ситуации, как:

- принятие безаппеляционного решения о “плохой” базе данных

или поисковой системе после получения неудовлетворительного или

нулевого результата по первому же запросу, иногда даже не

являющемуся правильным с точки зрения поискового языка;

- прекращение пользователем развития запроса, если он получает

известные или собственные публикации, т.е. когда происходит подмена

критерия остановки процесса поиска по условию нахождения нужной

новой информации или остановки по условию отсутствия новой

информации в каждой следующей выдаче фактом подтверждаемости

“результативности” выражения запроса.

Кроме того, пользователь рискует обрести некоторую убежден-

ность в том, что поисковые системы (особенно когда речь идет о поис-

ковых средствах Internet) всемогущи и вездесущи, а их способности из-

влекать информацию (знания) из текстов и массивов документов беско-

нечно выше человеческих. Такой подход в самом безобидном случае

приводит к некритичному отношению к результату поиска, т.е. пользо-

ватель удовлетворяется уже фактом получения выдачи (а современные

поисковые системы часто устроены так, чтобы практически всегда поль-

зователю выдавались какие-нибудь документы, пусть даже и в мини-

мальной степени формально соответствующие запросу).

Поскольку система является всего лишь инструментом, исполь-

зуемым человеком при поиске, а не интеллектуальным автоматом для

поиска информации, эффективность ее использования зависит от того,

насколько хорошо человек знает природу объектов и свойства инстру-

мента, посредством которого он с этими объектами работает. Таким об-

разом, можно сказать, что процесс информационного обеспечения (по-

иска и предоставления информации по проблеме) предполагает опреде-