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

Подождите немного. Документ загружается.

ление (построение) информационного пространства (среды), вклю-

чающей:

- информационные ресурсы, содержащие данные, сведения и зна-

ния, зафиксированные на соответствующих носителях информации;

- организационные структуры, обеспечивающие функционирова-

ние и развитие информационного пространства, в частности, сбор, обра-

ботку, хранение, распространение, поиск и передачу информации;

- средства поддержки информационного взаимодействия, в том

числе программно-технические средства и организационно-

нормативные документы, обеспечивающие доступ к информационным

ресурсам на основе соответствующих информационных технологий,

рассматриваемых в контексте условия наследования особенностей су-

ществующего положения и требования преемственности будущих реше-

ний.

Изложенные выше аспекты позволяют выделить три уровня задач

организации, создания и использования информационных ресурсов:

1) Уровень взаимодействия пользователей с ресурсами – задачи

организации работы пользователей с информационными ресурсами

(свойства и характер используемых ресурсов, интерфейсы и технологии

поиска, справочно-обучающая поддержка и т.д.).

2) Уровень системной организации информационного простран-

ства – задачи, связанные со структурой информационного пространства.

3) Организационно-технологический уровень - задачи функцио-

нирования и сопровождения информационного ресурса на протяжении

всего его жизненного цикла (выбор источников, средства создания и ве-

дения баз данных, выбор стандартов хранения информации, протоколов

взаимодействия и доступа и т.д.).

Необходимо отметить, что все компоненты и задачи тесно связаны

между собой и должны рассматриваться параллельно и в контексте ко-

нечной цели – такой организации взаимодействия компонент совокуп-

ной человеко-машинной системы (взаимодействия пользователя с рас-

пределенным информационным ресурсом), которая обеспечит эффек-

тивность процесса генерации нового знания. Причем, автоматизация

информационной деятельности и управления информационными ресур-

сами на всех уровнях обуславливает необходимость разработки общих

принципов и теоретических основ моделирования информационных ре-

сурсов, которые, во-первых, охватывали бы максимальное количество

типов и уровней информационных процессов и технологий управления

ИР, а во-вторых – были бы работоспособны с позиций реализации кон-

кретных систем.

Информационные системы, как и базы данных, составляющие их

основу – это уже достаточно хорошо проработанная научная дисципли-

на. Существует множество, в том числе и фундаментальных, работ и

учебников (на материал которых авторы опирались при подготовке это-

го учебника, и убедительно рекомендуют их тем, кто серьезно интересу-

ется этой проблематикой), среди которых в первую очередь необходимо

выделить такие монографии, как «Основы информатики» Михайлова

А.И, Черного А.И., Гиляревского Р.С., «Динамические библиотечно-

информационные системы» Дж. Солтона, «Теоретические основы науч-

но-технической информации» Т.В. Муранивского.

В своей работе авторы руководствовались и тем, что материал

должен не только представлять существо конкретной темы, но и подвес-

ти читателя к пониманию обоснованности (или условности) того или

иного решения. Авторы сознательно избегали описаний языков и техно-

логий, применяемых в конкретных системах, предполагая, что полно-

ценное освоение материала курса связано с практикой и, соответствен-

но, с неизбежным изучением конкретных подходов, языков и техноло-

гий, свойственных выбранной системе, и изложенных в специальных

пособиях, учебниках и руководствах.

Материал курса, представленный в восьмии главах и приложении,

условно можно отнести к следующим разделам:

- введение в информатику и информационные системы;

- теоретические основы информационно-поисковых систем;

- лингвистическое обеспечение;

- когнитивные модели и особенности человеко-машинного взаи-

модействия в процессах информационного поиска;

- технологии и средства информационного поиска.

В первой главе введены основные понятия, относящиеся к инфор-

матике: информация, данные, знания; определены основные свойства

информации.

Во второй главе определены состав и структура информационной

системы, рассматриваемой как средство автоматизированной обработки

данных. С точки зрения общей теории систем рассмотрена информаци-

онная модель управления в системах материальных преобразований и

систем генерации знаний.

В третьей главе определены основные понятия, относящиеся к ба-

зам данных. Рассмотрен важнейший вопрос семантики баз данных в

контексте информационных систем и определено соотношение понятий

«информация» и «данные». Представлены базовые технологии машин-

ной обработки данных и рассмотрены ключевые моменты, определяю-

щие эффективность процессов управления данными. Приведены при-

мерные схемы управления данными в документальных информацион-

ных системах.

В четвертой главе приведены математические модели поиска ин-

формации. Вводятся формальные меры оценки технической эффектив-

ности поиска документальной информации. Представлена система ма-

тематических моделей механизмов поиска в документальных базах дан-

ных.

В пятой главе рассматривается лингвистическое обеспечение ин-

формационных систем. Даны основные понятия и типология методов

описания содержания документов. Описаны классификационные и деск-

рипторные языки. Рассмотрены особенности использования терминоло-

гических структур в технологиях документального поиска.

В шестой главе в рамках обобщенной модели воспроизводства

информации определены требования к представлению информации на

разных уровнях. На основе типологии информационной неопределенно-

сти и видов поисковых задач определены особенности реализации поис-

ковых процессов. Вводятся определения основных компонент информа-

ционного поиска.

В седьмой главе рассматриваются модели и технологии поиска в

документальных базах данных научной информации. Процесс поиска,

представляемый как управляемое средствами интерфейса взаимодейст-

вие двух систем (человек – АИС), рассматривается на двух уровнях:

внутрисистемного представления информации и особенностей воспри-

ятия информации пользователем с учетом когнитивных и поведенческих

аспекты деятельности человека. Вводится схема типизации поведения

пользователей при поиске. Подробно рассмотрены основные компонен-

ты и технология информационного поиска.

В восьмой главе приведены примерные реализации интерфейсных

решений процессов подготовки и развития поискового запроса.

1. Информация. Основные свойства и определения

Информатизация общества является стратегическим фактором

развития цивилизации, который, благодаря особым свойствам информа-

ции, дает человечеству определенные шансы решить глобальные про-

блемы и перейти к новой парадигме устойчивого развития. При этом

информационные системы и технологии становятся теми средствами,

которые человек может использовать как для расширения, так и для раз-

вития своих собственных способностей: памяти, логики, пространствен-

ного воображения.

1.1. Информация как основной предмет информатики

В качестве источников информатики как теоретической платфор-

мы информационных систем обычно называют две науки — документа-

листику и кибернетику, возниковение которых было тесно связано с

бурным развитием производственных систем и технологий. Основным

предметом документалистики стало изучение рациональных средств и

методов повышения эффективности документооборота как информаци-

онной основы накопления и поиска информации. Понятие информации

составило также и основу кибернетики, как науки о методах анализа и

синтеза систем эффективного управления.

Развитие средств вычислительной техники и широкое ее использо-

вание в различных областях человеческой деятельности привело к тому,

что с понятием «информатика» стала тесно связана и другая область —

наука о средствах вычислительной техники (Computer Science). И сего-

дня предмет информатики, рассматриваемой уже как совокупность ин-

формационных ресурсов и технологий, в общем случае составляют та-

кие понятия, как:

− средства вычислительной техники;

− программное обеспечение средств вычислительной техники;

− методы взаимодействия человека с вычислительной техникой и

программными средствами (программным обеспечением);

− информационные ресурсы

(ИР), в том числе средства создания,

хранения, поиска информации;

− средства итехнологии доступа к распределенным информацион-

ным ресурсам;

− методы и средства взаимодействия человека с информационны-

ми ресурсами на базе вычислительной техники с использованием про-

граммного обеспечения;

− инструментальные технологии, обеспечивающие жизненный

цикл ИР.

В [Громов, Попов96] к информационным ресурсам относят не только информационные продукты,

но и средства и технологии их создания и использования

Информатика занимается не собственно вычислениями, а обработ-

кой информации (представленной, преимущественно, в числовой и сим-

вольной форме), а само содержание термина «вычисления» в информа-

тике расширяется, охватывая наряду с собственно вычислительными

процессами также и те, которые связаны с кодированием и обработкой

текстов, их поиском и передачей по различным каналам связи. Это обес-

печивает возможность для уменьшения разнообразия и сложности зна-

ковых средств, используемых для представления информации при со-

хранении ее количества. Современные формы представления информа-

ции (искусственные языки, модели, коды, символы, формулы и т.п.) по-

зволяют минимумом знаковых средств выразить максимум содержания

информации. Одна и та же по содержанию и объему информация может

быть представлена более емко или менее емко в зависимости от того,

какими знаками она выражена [Аветисян99].

Однако концентрация информации - это не только выбор системы

знаков для ее более компактного выражения. Непрерывный процесс

концентрации информации - это процесс постоянного ее обобщения,

сведение разрозненных фактов и данных в более емкие и вместе с тем

более богатые, глубокие, зачастую фундаментальные и методологиче-

ские знания, из которых могут выводиться конкретные следствия или

предположения. Это позволяет отказаться от запоминания и фиксирова-

ния исходных или выводимых составных элементов концентрированной

информации, т.к. они всегда могут быть получены из более общего зна-

ния, более общей информации.

Приведем определение основного предмета информатики (опреде-

ляющего основные объекты информационных коммуникаций), данное в

предисловии к первому изданию одного из первых фундаментальных

трудов в области автоматизированных информационных систем – «Ос-

новы научной информации» [Михайлов68]: «…научная информация за-

хватывает три совершенно различные области человеческой деятельно-

сти. Первая – это мало исследованная область творческого мышления

человека и организация умственного труда. Проблема поиска необходи-

мых специалисту сведений может быть успешно решена лишь при усло-

вии, что будут изучены логические операции, производимые ученым

при поиске нужной ему информации. … Вторая часть предмета – это до-

вольно широкий комплекс вопросов, связанных с различными научными

документами. Существующие виды научных документов сложились эм-

пирически, …. однако основания думать, что ученые располагают ины-

ми возможностями для распространения и сохранения во времени ре-

зультатов своего труда, являются в значительной степени умозритель-

ными. … Третий комплекс вопросов относится к созданию технических

средств, необходимых для успешной научной деятельности».

Определение предмета информатики, приведенное выше, не поте-

ряло актуальности. В рамках обобщенной информационной системы

«поставщик – потребитель информации», где взаимосвязь понятий «по-

ставщик», «потребитель» и «информационная система» укрупненно от-

ражаются схемой на рис. 1.1, произошло только некоторое изменение

содержания понятий и смещение акцентов.

Рис. 1.1. Обобщенная схема взаимосвязи «поставщик – потребитель

информации»

Источник, понимаемый на начальной стадии развития информати-

ки (документалистике), как документ - физический носитель информа-

ции, обрел обобщенную форму – «генератор информации», что сово-

купно отражает не только форму представления информации, но и про-

цесс или контекст ее получения. Практически не изменилось содержа-

ние блока средств, обеспечивающих доступность информации: это те же

информационно-поисковые системы и лингвистическое обеспечение. В

то же время «потребитель информации» определяется уже не только те-

матикой предметной области, но и особенностями восприятия и особен-

ностями когнитивного процесса преобразования полученной информа-

ции. Т.е. с точки зрения процесса человеко-машинного взаимодействия

не менее важными факторами, чем эффективность организации данных,

становится эффективность организации интерфейса, не только адекват-

но представляющего потенциально полезные возможности системы, но

и учитывающего психологические особенности восприятия информации

человеком.

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

Понятие "информация " достаточно широко используется в обыч-

ной жизни современного человека. Значение информации в жизни об-

щества стремительно растет, меняются методы работы с информацией,

расширяются сферы применения информационных технологий. Дина-

мизм информатики как науки отражается и в постоянном появлении но-

вых определений и толкований основного понятия информатики - ин-

формации.

Исходя из того, что определение научного понятия – это рабочая

модель исследуемого объекта, отражающая основные составляющие и

связи этого объекта (которые собственно и являются исследуемыми

предметами, а в последствии – и в практической деятельности), рас-

смотрим некоторые определения понятий «информация», «данные»,

«знания» и их взаимосвязь.

Источник

(генератор)

информации

Средства, обеспечиваю-

щие доступность инфор-

мации

Потребитель

(получатель)

информации

1.2.1. Информация

Наиболее часто термин «информация» употребляется в его исход-

ном значении (от латинского слова informatio) - это сведения, сообщения

о каком-либо событии, деятельности и т.д. При этом в других областях

знаний вводятся и другие определения этого понятия.

Следует, однако, отметить, что разнообразие определений тем не

менее соответствует двум следующим концепциям: 1) Атрибутивная

концепция рассматривает информацию как фундаментальную естествен-

нонаучную категорию, находящуюся рядом с такими категориями как

"вещество" и "энергия", 2) Функционально–кибернетическя - как неотъ-

емлемый элемент управляемых или самоуправляемых систем (техниче-

ских, биологических, социальных), как функцию этих систем. То есть, в

зависимости от области знаний, где вводится понятие информации, его

определение будет отражать специфику как области, так и задачи иссле-

дования. Рассмотрим далее наиболее извесные определения.

В естественных науках информация выступает в качестве меры

сложности структур (Моль) и меры разнообразия (Эшби): чем выше

упорядоченность (организованность) системы (объекта), тем больше в

ней содержится "связанной" информации.

В физике информация определяется, как отрицание энтропии - ме-

ры неопределенности, учитывающей вероятность появления тех или

иных сообщений (Бриллюэн).

В генетике понятие информации определяется как программа (ге-

нетический код) биосинтеза белков, материально представленная поли-

мерными цепочками ДНК.

В теории информации, как науки об оптимальном кодировании

сообщений и передачи сигналов по техническим каналам связи, понятие

информации определяется как коммуникация, связь, в процессе которой

устраняется неопределенность (Шеннон). Каждому сигналу приписыва-

лась априорная вероятность его появления. Чем меньше вероятность по-

явления того или иного сигнала, тем больше информации он несет для

потребителя (т.е. чем неожиданнее сигнал, тем больше его информатив-

ность). Шеннон же предложил и единицу измерения информации –

«бит», а количество информации определяется по формуле I = - ∑p

Log

где p

- вероятность появления i-го сигнала из n возможных. Коли-

чество информации равно нулю, когда возможно только одно событие.

С ростом числа событий количество информации увеличивается и дос-

тигает максимального значения, когда события равновероятны.

Отметим, что такой подход позволил ввести и другое определение:

информация - это результат (вероятность) выбора из набора возможных

альтернатив (Яглом).

Дальнейшее развитие математического подхода к определению

понятия "информация " нашло в работах логиков (Карнап, Бар-Хиллел)

и математиков (А.Н. Колмогоров). Здесь понятие информации не связы-

вается ни с формой, ни с содержанием сообщений, передаваемых по ка-

налам связи, и определяется как абстрактная величина, не существую-

щая в физической реальности, также как не существует мнимое число

или точка, не имеющая линейных размеров.

Информация в кибернетических системах – это основа функцио-

нирования самоуправляемых систем (технических, биологических, со-

циальных), и она рассматривается как обозначение содержания сигнала,

полученного системой из окружающего мира в процессе взаимодействия

системы с ним (Н. Винер).

Объединяющим (по крайней мере, с философской точки зрения)

определением является следующее: «Информация – это отраженное раз-

нообразие» (А.Д. Урсул). Разнообразие и отражение в развивающемся

материальном мире неразрывно связаны и взаимно определяют друг

друга: чем выше внутреннее разнообразие системы, тем более адекватно

отражение ею внешнего мира. А чем больше возможность отражения

(восприятия и понимания взаимодействия с окружающей средой), тем

больше у системы возможностей адаптироваться – развиваться и увели-

чивать свое разнообразие.

Информация является одним из основных универсальных свойств

материи. То есть, в самом общем смысле информация есть обозначение

некоторой формы связей или зависимостей объектов, явлений, мысли-

тельных процессов. Информация - это понятие, абстракция, относящееся

к определенному классу закономерностей материального мира и его от-

ражения в человеческом сознании.

Таким образом, можно сделать вывод, что в естественных науках

понятие информации отождествляется с сигналами, которые наблюда-

ются в технических и биологических системах, и могут быть измерены,

т.е. представлены как «рабочее тело», которое можно обрабатывать и

хранить. Это тело состоит из упорядоченных дискретных или непрерыв-

ных сигналов, с которыми и имеет дело информационная технология.

Приведем далее несколько следующих «социально-

коммуникационных» и гуманитарных определений понятия "информа-

ция":

− информация - сведения, передаваемые одними людьми другим

людям устным, письменным или каким-нибудь другим способом

[БСЭ1980]

− информация - содержание сообщения или сигнала; сведения,

рассматриваемые в процессе их передачи или восприятия, позволяющие

расширить знания об интересующем объекте [Терминологический сло-

варь1991].

С правовой точки зрения информация определяется как "некоторая

совокупность различных сообщений о событиях, происходящих в пра-

вовой системе общества, ее подсистемах и элементах и во внешней по

отношению к данным правовым информационным образованиям среде,

об изменениях характеристик информационных образований и внешней

среды, или как мера организации социально-экономических, политиче-

ских, правовых, пространственных и временных факторов объекта. Она

устраняет в правовых информационных образованиях, явлениях и про-

цессах неопределенность и обычно связана с новыми, ранее неизвест-

ными нам явлениями и фактами" [Рассолов1998].

В экономике информацию рассматривают как сведения, которые

необходимо фиксировать, передавать, хранить и обрабатывать для ис-

пользования в управлении как хозяйством страны в целом, так и отдель-

ными его объектами. Информация позволяет получить решение, как эф-

фективнее и экономически выгоднее организовать производство товаров

и услуг.

Таким образом, можно сказать, что определения понятия инфор-

мации, представленные в гуманитарных областях, не противоречат при-

веденным ранее естественнонаучным точкам зрения.

В заключение приведем научно-методологическое определение

информации, данное Д.И. Блюменау и А.В.Соколовым, важное для по-

нимания предмета информатики: "информация - это продукт научного

познания, средство изучения реальной действительности в рамках, до-

пустимых методологией одного из информационных подходов к иссле-

дованию объектов различной природы (биологических, технических, со-

циальных). Подход предполагает описание и рассмотрение этих объек-

тов в виде системы, включающей в себя источник, канал и приемник

управляющих воздействий, допускающих их содержательную интерпре-

тацию".

1.2.2. Данные

Рассмотрим понятие "данные", которое, например, в [Информати-

ка1999] вводится следующим образом: "Мы живем в материальном ми-

ре. Все, что нас окружает, и с чем мы сталкиваемся, относится либо к

физическим телам, либо к физическим полям. Все объекты находятся в

состоянии непрерывного движения и изменения, которое сопровождает-

ся обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую. Все ви-

ды энергообмена сопровождаются появлением сигналов. При взаимо-

действии сигналов с физическими телами в последних возникают опре-

деленные изменения свойств – это явление называется регистрацией

сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксиро-

вать теми или иными способами - при этом возникают и регистрируются

новые сигналы, т.е. образуются данные".

Известны также и другие трактовки, как, например, данные - это:

− факты, цифры, и другие сведения о реальных и абстрактных ли-

цах, предметах, объектах, явлениях и событиях, соответствующих опре-

деленной предметной области, представленные в цифровом, символь-

ном, графическом, звуковом и любом другом формате;

− информация, представленная в виде, пригодном для ее передачи

и обработки автоматическими или автоматизированными средствами

(при возможном участии человека).

1.2.3. Знания

Переходя к рассмотрению роли понятия «информация» в челове-

ко-машинных и социальных системах, необходимо определить понятие

"знания".

В [Урсул1976] понятие «знания» определяется следующим обра-

зом: «Научное знание – вся совокупность сведений, являющаяся резуль-

татом отражения материальной и нематериальной действительности в

человеческом сознании».

С другой стороны, как вводится в [Муранивский1982], научно-

техническая информация- это задокументированное научное знание,

введенное в оборот, участвующее в функционировании и развитии об-

щества». То есть, знание, являющееся достоянием чьего-либо сознания и

не получившее «толчка» для циркулирования в обществе, не может рас-

сматриваться как информация. Откуда следует, что информация не су-

ществует без материального носителя, обеспечивающего ее передачу.

Существование информации не зависит от вида носителя и формы пред-

ставления, однако от этого зависит возможность и эффективность ее ис-

пользования. Например, информация, представленная в знаковой систе-

ме, не знакомой получателю, или на носителе который не может быть

доступен, не будет использована.

Основываясь на приведенных трактовках, можно констатировать

условность превращения знания в это информацию и информации в зна-

ние. Информация выступает как форма знания, отчужденная от его но-

сителя (сознания субъекта), и обобществляющая его для всеобщего ис-

пользования: информация - это динамическая форма существования

знаний, обеспечивающая его распространение и социальное функциони-

рование. Получая информацию, пользователь превращает ее путем ин-

теллектуального усвоения (информационно-когнитивного процесса) в

свои новые личностные знания, т.е. происходит воссоздание знаний на

основе информации.

Таким образом, фиксируемые/воспринимаемые сигналы (факты)

окружающего мира представляют собой объективно существующие

данные.

Информация появляется при использовании данных в процессе

решения конкретных задач – формирования нового знания субъекта. Ре-

зультаты решения задач, обобщения в виде законов, теорий, совокупно-

стей взглядов и представлений, выступающие как истинная, проверен-

ная информация, образуют обобществленные знания, отчужденные от

субъекта их сформировавших и представленные обычно в форме доку-