Теория информационных процессов и систем

Введение

В XX веке произошла научно-техническая революция, которая проявилась в том, что коренным образом изменились производственные силы. Основной производственной силой стала наука. Начиная с этого времени изменилось все вокруг. Изменилась общественная жизнь: психология взаимоотношения людей с природой. Все государства повышают ассигнования на развитие науки и организуют планирование и управление научной деятельностью.
Актуальность темы реферата заключается в том, что развитие различных сфер человеческой деятельности на современном этапе невозможно без широкого применения вычислительной техники и создания информационных систем различного направления. Обработка информации в подобных системах стала самостоятельным научно-техническим направлением.
Цель работы – более полное изучение теории информационных процессов и систем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть предмет и задачи теории информации, понятие информации и ее свойства, меру информации, базовые информационные процессы, определение системы и базовые понятия теории систем, виды и формы системных структур, классификацию систем, информационную систему, а также основные характеристики процессов обработки информации и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.
1.Основы теории информации
1.1 Предмет и задачи теории информации
Теория информации – наука, изучающая процессы, связанные с передачей, хранением, преобразованием информации в природных технических и социальных системах. Она применяет методы математической статистики, теории вероятности, линейной алгебры, представляющих для теории информации математический фундамент.
Сегодня теория информации и ее методы находят свое применение во многих прикладных научных областях: в информатике, криптографии, экономике, теории управления, в обработке изображения и пр.
Теория информации сравнительно молодая наука её возникновение связывают с появлением публикаций американского ученого Клода Элвуда Шеннона, англ. Claude Elwood Shannon (1916–2001 гг.) в середине XX века. В одной из них – «Математическая теория информации» (1948 г.) были изложены идеи, ставшие впоследствии основой для теорий и техник информационных процессов, базовыми из которых являются процессы обработки, передачи и хранения информации. Публикация К. Шеннона «Теория связи в секретных системах» (1949 г.) сыграла значительную роль в развитии теории кодирования (шифрования) информации и повлекла за собой широкие исследования в области криптографии.1
С середины XX века теория информации стала объектом интенсивных исследований многих зарубежных и отечественных ученых.
Основные задачи теории информации можно сформулировать следующим образом:
• Определение количества информации, содержащееся в сообщениях.
• Определение избыточности первичных сообщений (алфавитов) и построение оптимальных полезных кодов с целью увеличения эффективности передачи.
• Разработка методов кодирования, в результате применения которых получаются сигналы более устойчивые к действию помех в линии связи.
• Определение предельно допустимых границ уплотнения канала связи для того, чтобы обеспечить передачу по нему наибольшего количества информации в единицу времени.
• Оценка информационных потерь в канале связи путем сравнения количества информации на выходе источника с количеством информации у получателя сообщений.
1.2 Понятие и свойства информации
Информация – базовое понятие теории информации. Несмотря на давнее появление (появился термин информация еще в античные времена и произошел от лат. «informatio» – сведения, разъяснения, изложение) и широкое распространение этого термина, понятие информации одно из наиболее дискуссионных в науке.
В теории информации информацией называют лишь те сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают существующую до них степень неопределенности, неполноты знаний. В теории информации рассматриваются любые события, в результате которых уменьшается, уничтожается или исчезает неопределенность.
Свойства информации указывают на качество полученных данных, степень их соответствия потребностям и ожиданиям потребителей. Выделяют следующие основные свойства:
• Достаточность (или полнота) информации – это наличие в ней минимального набора сведений необходимых для понимания ситуации или принятия решений.
• Репрезентативность (от франц. representatif – показательный, характерный), информации – это представительность, адекватность, достаточность информации для решения задачи (или принятия решения).
• Актуальность (или своевременность) информации – это свойство характеризующее важность, существенность информации для настоящего момента времени.
• Точность информации – определяет степень её близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления.
• Объективность информации – это ее способность не зависеть от чьего-либо мнения, желания, суждения, опыта или знания субъекта, а также от методов получения этой информации.
• Достоверность информации – это её способность отражать реально существующие объекты (или явления) с заданной точностью, отсутствие в информации скрытых ошибок и др.
1.3 Мера информации
Как и в каких единицах измерить информацию? Например: какое количество информации содержится, в тексте данного учебного пособия, в каком-либо кинофильме или видеоролике, в картине художника или в генетическом коде человека? Точного ответа на эти вопросы наука не дает и навряд ли даст в ближайшее время

. Однако существуют и находят свое применение несколько различных подходов к измерению информации – Рисунок 1.1 Для измерения информации используются два параметра: количество (I) и объем (V) информации. В зависимости от рассматриваемой формы адекватности эти параметры имеют разную интерпретацию.2
Рисунок 1.1 – Меры информации
Семантические методы измерения информации призваны оценить не только количественную, но и содержательную (смысловую) сторону информации. Их появление послужило основой для возникновения и развития семантической (или смысловой) теории информации.
Синтаксическая мера информации оперирует с обезличенной информацией и не связана с ее содержательной (смысловой) стороной. Синтаксическая мера оперирует объемом данных Vд (объемный метод) и количеством информации Ia, выраженной через энтропию (энтропийный метод). Существует также алгоритмический метод измерения количества информации.
Прагматические подходы к измерению информации исследуют соотношение между пользователем (приемником или интерпретатором) сообщений и знаковой системой.
1.4 Базовые информационные процессы
Процесс – это система последовательных действий для достижения какой-либо цели.
Информационный процесс – это последовательность операций по преобразованию информации, которая обеспечивает или поддерживает информационное взаимодействие источника и получателя информации (коммуникантов).
Выделим три базовых информационных процесса:
• процесс сохранения данных: гарантирует выдачу данных получателю в установленные сроки через достаточно большой интервал времени;
• процесс распространения данных: обеспечивает своевременное доведение информационных объектов до получателей;
• процесс обработки данных: реализует алгоритмы получения новых по форме представления информационных объектов из исходных.
Информационные объекты любого процесса информационного взаимодействия: сообщения, данные и сигналы. Сообщения, данные и сигналы являются материальными объектами, но имеют разную физическую природу. Во всех случаях они несут одну и ту же информацию, сгенерированную источником.
Общие сведения о трех базовых информационных процессах представлены на Рисунке 1.2.3
Рисунок 1.2 - Особенности базовых информационных процессов
Выделение трех базовых информационных процессов в некоторой степени условно. В реальной ситуации информационное взаимодействие всегда в той или иной степени изменяет все три координаты существования данных (т. е. требует и времени, и пространства и энергии).
Следует отметить, что базовые информационные процессы сохранения, распространения и обработки данных не изолированы, они протекают циклично в единстве и взаимосвязи друг с другом.
Поиск данных, который имеет целью определение места расположения данных, отвечающих заданным описаниям (шаблонам), предполагает выполнение не только процесса распространения, но и процесса обработки при сравнении доставленных данных с шаблоном.
Реализация любого информационного процесса при помощи компьютерной техники можно рассматривать либо как синтетический информационный процесс, требующий сохранения, распространения и обработки данных, либо как одну из фаз этих базовых информационных процессов.
2. Основы теории систем
2.1 Определение системы и базовые понятия теории систем
История формирования системного подхода в исследовании всех объектов реального мира ведет свое начало с древних времен. Древнегреческий философ Демокрит (460 – 360 гг. до н. э.) положил начало материалистическому атомизму (деление целого на части – атомы), определив фундаментальные категории естествознания – целое, элементы и связь между ними. С этого момента стал формироваться системный взгляд на все предметы, окружающие человека в природе.4
Теория систем изучает закономерности организации, структурирования, функционирования, поведения и существования любого объекта в качестве системы. Методологической основой построения теории систем стали такие универсальные научные принципы:
• целостность – это закон устойчиво динамичного состояния системы при сохранении внешней формы и содержания в условиях взаимодействия с окружающей средой;
• дискретность – закон деления целого образования на элементарные частицы (элементы системы);
• гармония – это закон формирования связей при обмене энергией, информацией и веществом между элементами системы и целой системой и окружающей ее средой;
• иерархия – закон построения отношений между элементами целого образования (структура управления системой);
• адекватность – закон соотношения симметрии и десимметрии в природе как степень соответствия описания реальной системы формальными методами.
Главным научным результатом развития теории систем стало формулирование основных законов.
Принцип иерархии является основой построения объективного мира, в котором все существующие системы соподчинены друг другу, т