Информационные системы. Автоматизированные информационные

Системы

Понятия «информация», «информационный процесс», «информационная система» тесно взаимосвязаны. Невоз­можно определить, какое из этих понятий «первично» по от­ношению к остальным. Любая попытка определения каждо­го из них обычно невозможна без привлечения остальных.

Информация проявляется в информационных процессах, которые протекаеют только в рамках какой-либо системы.

Такие системы естественно назвать информационными (ИС). В последовательности изменения состояния ИС и проявля­ются информационные процессы.

Можно рассуждать иначе и считать, что информационная система — это система, некоторые элементы которой явля­ются информационными объектами (информацией), а неко­торые связи осуществляются благодаря протеканию инфор­мационных процессов. То есть, наличие информации и информационных процессов позволяет «появиться», реали­зоваться и информационной системе.

Попытка дать строгое определение понятия «информаци­онная система» сразу же вызывает необходимость в строгом определении понятия «информация», которое, как вам изве­стно, современная наука еще не выработала.

Информатика изучает закономерности протекания ин­формационных процессов в системах различной природы, но в наибольшей степени предметом ее исследований явля­ются информационные процессы в технических и социотех-нических системах. Причем, эти закономерности важны с точки зрения возможности автоматизации этих процессов. Поэтому при рассмотрении информационных систем ограни­чимся рамками технических и социотехнических информа­ционных систем, причем преимущественно автоматизиро­ванных информационных систем.

Пример. Рассмотрим обычную и автоматическую стиральные ма­шины. Для стирки белья и ту и другую нужно подклю­чить к электрической сета. Но процесс стирки (наполне­ние машины водой, установка температуры, время вращения барабана и пр.) в первом случае полностью ре­гулируется человеком, а во втором — управляющей про­граммой, записанной на специальной перфокарте или микросхеме. Обычную стиральную машину вряд ли кто-нибудь назовет информационной технической систе­мой, а вот автоматической это название вполне подхо­дит.

Замечание 1.

Отметим различие терминов «автоматическая» и «авто­матизированная». Автоматически выполняется тот процесс, который, даже если начался по команде человека, в даль­нейшем протекает без его участия вплоть до завершения. Когда же речь идет об автоматизированном процессе, имеет­ся в виду, что человек может по мере необходимости вмеши­ваться, регулировать и направлять ход процесса.

Замечание 2.

Когда мы говорим, что данная система является инфор­мационной, это не значит, что все ее элементы и все связи только информационные. Элементы системы могут быть са­мой разной природы — вещественные, энергетические, информационные. Чтобы систему можно было отнести к классу информационных, достаточно, чтобы некоторые ее элементы и/или некоторые связи носили информационный характер.

Пример. Телевизор — это относительно сложная техническая сис­тема. Но только подключенный к системе телевещания он становится подсистемой информационной системы.

Пример. Велосипед — техническая система. Велосипедист, ката­ющийся на велосипеде, составляет с ним простую социо-техническую информационную систему. Ее информаци­онный характер обусловлен тем, что в процессе езды велосипедист получает и обрабатывает информацию о со­стоянии внешней среды и самой системы (препятствия на дороге, наличие автомобилей или других велосипеди­стов, сила ветра, собственная усталость, исправность уз­лов велосипеда и пр.) и использует ее для регулирования и направления поведения системы.

Пример. Аппаратная часть компьютера — достаточно сложная техническая система, но только в совокупности с про­граммным обеспечением она представляет собой инфор­мационную техническую систему. Система, состоящая из компьютера и работающего с ним пользователя, отно­сится уже к классу информационных социотехнических систем.

Пример. Когда мы говорим о сети Интернет, как о большой и сложной социотехнической информационной системе, мы имеем в виду не только технические средства теле­коммуникации, но и информационные ресурсы сети, разработчиков, администраторов и пользователей сети.

В информатике термин «информационная система» испо­льзуется в более узком смысле. Под информационными по­нимают системы, предназначенные для хранения инфор­мации в специальным образом организованной форме, снабженные процедурами ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Далее, если не будет оговорено специально, мы будем рас­сматривать информационные системы, понимаемые в узком смысле. Сама идея таких ИС и некоторые принципы их ор­ганизации возникли задолго до появления ЭВМ. Возможно-

сти компьютеров повышают эффективность использования информационных систем, значительно расширяют сферу их применения, позволяют автоматизировать основные проце­дуры по размещению, обработке и поиску информации в си­стеме.

Информационные системы, созданные на базе использо­вания возможностей компьютера, как правило, являются автоматизированными информационными системами (АИС).

В целом под автоматизированной информационной систе­мой понимается совокупность информационных массивов, технических, программных и языковых средств, предназна­ченных для сбора, хранения, поиска, обработки и выдачи данных по запросам пользователей.

Автоматизированные информационные системы приме­няется практически во всех сферах человеческой деятельно­сти: в управлении предприятием, учреждением, производст­вом; при организации научных исследований; в библиотеч­ном деле, в обучении, при выполнении конструкторских и проектных работ.

Автоматизированные информационные системы бывают самого разного вида. Приведем наиболее распространенные из них:

• измерительные — используются для автоматического (с помощью специальных датчиков) сбора информации о состоянии и параметрах интересующего объекта. Без из­мерительных АИС не обходится сейчас работа ни одной атомной электростанции, ни одного вредного для челове­ка химического производства. Используются измеритель­ные АИС в медицине, метеорологии, сейсмологии, при организации космических полетов и так далее;

• информационно-справочные (ИСС) — разнообразные электронные словари, электронные энциклопедии, элект­ронные записные книжки и пр.;

• информационно-поисковые системы (ИПС) — наиболее известными среди которых являются всемирная паутина (WWW) с соответствующими поисковыми системами (Aport, Rambler, AltaVista, Yahoo! и др.) и юридические ИПС, предназначенные, преимущественно, для хране­ния документов официального характера, а именно, за­конов, положений, инструктивных писем, изданных за­конодательными и исполнительными государственными органами;

• ИС, обеспечивающие автоматизацию документооборо­та и учета. Чаще всего эти системы используются для организации документооборота на предприятиях, но, на­пример, программные средства, обеспечивающие работу с пользователя компьютера с файлами, тоже могут быть от­несены к классу автоматизированных систем учета;

• системы автоматизированного проектирования (САПР), содержащие наряду с другими компонентами бо­льшие массивы справочной технический информации (го­сударственные стандарты, санитарные нормы и правила, технические условия и пр.), алгоритмы проведения рас­четов определенных параметров и другую информацию;

• системы автоматизации научных исследований —

снабжены средствами для построения информационных моделей самого разного вида;

• экспертные системы (ЭС) и системы поддержки при­нятия решений (СППР). Их основу составляют базы зна­ний (БЗ) по конкретной предметной области. Данные сис­темы активно используются при планировании и составлении долгосрочных прогнозов в промышленности, для постановки диагноза в медицине, для выбора наибо­лее вероятной версии в юриспруденции и так далее;

• автоматизированные системы управления (АСУ). Это широкий класс информационных сисстем, к которым от­носятся и системы управления отдельным технологиче­ским процессом (АСУТП) и системы управления всем предприятием (АСУП) и системы управления целой от­раслью общественного производства (АСУО);

• геоинформационные системы (ГИС). В них информация об объектах упорядочена в соответствии с пространствен­ным размещением объектов, представленных чаще всего на географических картах;

• обучающие АИС — всевозможные электронные учебни­ки, компьютерные тесты, обучающие программы, а так­же тренажеры, имитирующие работу какого-то устройст­ва (самолета, автомобиля и пр.).

Заметим, что деление автоматизированных информаци­онных систем на виды достаточно условно, и реальная АИС может сочетать в себе возможности систем разного вида.

Пример. Тренажеры, созданные для обучения пилотов, имеют и измерительные датчики, и программы, моделирующие различные полетные условия, и необходимые справоч­ные системы.

Автоматизированная информационная система может ис­пользоваться как самостоятельно функционирующее средст­во, а также как составная часть (подсистема) другой АИС.

Пример. Библиотечные ИПС, системы резервирования авиа- и же­лезнодорожных билетов являются автономными автома­тизированными информационными системами. Система автоматизированного учета времени, отработан­ного сотрудником, является подсистемой автоматизиро­ванной системы начисления заработной платы, которая, в свою очередь, является подсистемой АИС бухгалтер­ского учета.

Автоматизированные информационные системы развива­ются в настоящее время быстрыми темпами, повышается объем их хранилищ, совершенствуются механизмы, расши­ряется перечень услуг, предоставляемых пользователю.

Пример. Если вы работаете с текстовым процессором Word 2000, то испытали на себе его «интеллектуальные» возможно­сти. Например, стоит набрать в начале абзаца «1.» и да­лее какой-то текст, и после нажатия клавиши ввода сис­тема предложит вам начало следующего абзаца — «2.». Иногда это бывает удобно. Если вы не хотели оформлять этот фрагмент текста списком, то вам потребуется пред­принять определенные действия, чтобы исправить по­следствия нежелательной «помощи».

Существует отдельное направление в развитии програм­много обеспечения — системы искусственного интеллекта.

Термин «искусственный интеллект» вызывает много на­реканий со стороны философов, психологов, педагогов. В этом направлении развивается робототехника, системы ав­томатизированного управления, поисковые системы глоба­льных компьютерных сетей и так далее. Результаты, полу­ченные при создании и эксплуатации систем искусственного интеллекта, используются сейчас во многих автоматизиро­ванных информационных системах.

Важнейшими подсистемами автоматизированных инфор­мационных систем являются базы и банки данных (БД и БнД), а относящиеся к классу систем искусственного интел­лекта — базы знаний (БЗ).

Информационная система, понимаемая в широком смыс­ле, — это система, некоторые элементы которой являются информационными объектами (тексты, графики, формулы, сайты, программы и пр.), а связи носят информационный характер.

Информационная система, понимаемая в узком смыс­ле, — это система, предназначенная для хранения информа­ции в специальным образом организованной форме, снаб­женная средствами для выполнения процедур ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Автоматизированная информационная система (ЛИС) — это совокупность информационных массивов, технических, программных и языковых средств, предназначенных для сбора, хранения, поиска, обработки и выдачи данных по за­просам пользователей.

Запрос — формализованное сообщение, поступающее на вход системы и содержащее условие поиска данных.

Автоматизированные информационные системы (АИС) — это информационные системы, работа которых направляет­ся и регулируется человеком, а основные процессы выпол­няются автоматически — по заданному алгоритму, без учас­тия человека.

Большинство современных автоматизированных инфор­мационных систем созданы на базе использования возмож­ностей, предоставляемых компьютером и компьютерными сетями.

Важными компонентами автоматизированных информа­ционных систем являются базы и банки данных (БД и БнД).

Важными компонентами автоматизированных информа­ционных систем, относящихся к классу систем искусствен­ного интеллекта, являются базы знаний (БЗ).

Виды автоматизированных информационных систем (АИС):

• измерительные АИС;

• информационно-справочные системы (ИСС);

• информационно-поисковые системы (ИПС);

• ИС, обеспечивающие автоматизацию документооборота и учета;

• системы автоматизированного проектирования (САПР);

• системы автоматизации научных исследований;

• экспертные системы (ЭС) и системы поддержки принятия решений (СППР);

• автоматизированные системы управления (АСУ);

• геоинформационные системы (ГИС);

• обучающие АИС.

Задание 1

Приведите примеры технических систем и информационных технических систем. Выделите информационные компоненты последних.

Задание 2

В последнее время в системе образования все шире распростра­няется такая форма контроля знаний, как тестирование. В перс­пективе все тестирование планируется проводить при помощи компьютеров. Компьютерный тест — это небольшая автоматизи­рованная информационная система. Подумайте и сформулируй­те преимущества и недостатки использования такого рода авто­матизированной информационной системы в обучении.

Задание 3

Основываясь на определении информационной системы (в узком смысле), обоснуйте, что следующие системы являются автомати­зированными информационными системами:

а) файловая система компьютера;

б) текстовый редактор в совокупности с файлами, с которыми он
может работать;

в) электронная энциклопедия;

г) электронная почта;

д) chat (IRC — параллельные беседы в Интернете).

Задание 4

Для управления файловой системой существуют специальные программы (Norton Commander, Dos Navigator, FarManager, Диспетчер файлов, Мой компьютер и др.) К какому виду инфор­мационных систем (измерительные, справочные и пр.) вы бы от­несли систему, включающую в себя файлы, каталог файлов, про­грамму управления файлами? Ответ обоснуйте.

Какие запросы могут возникнуть у пользователя к этой системе? Какие средства ему предоставлены для формулирования запроса? Приведите примеры запросов пользователя, формируемых сред­ствами программы управления файлами, установленной на ва­шем компьютере.

Задание 5

При сканировании текстов для их перевода из графического фор­мата в текстовый используются программы оптического распо­знавания символов (OCR), например, FineReader. Можно ли это программное средство отнести к классу систем искусственного интеллекта? Ответ обоснуйте.

Технические системы могут быть информационными или неинформационными. А могут ли социальные системы, то есть системы, основные элементы которых — отдельные люди или группы людей, не быть информационными? Ины­ми словами, существуют ли неинформационные социальные системы?

При поиске информации в Интернете часто возникает проблема, как сформулировать поисковый запрос. Ведь в любом языке много синонимов и многозначных слов, и включив в запрос ключевые слова, которые имеют много разных значений, вы можете получить ссылки на докумен­ты, в которых речь идет совершенно не о том, что интересу­ет вас.

В настоящее время разрабатываются системы, осуществ­ляющие интеллектуальный поиск и интеллектуальную об­работку текстов. Они характеризуются такими свойствами, как чувствительность к контексту и поиск «похожих» тек­стов и текстов, соответствующих смыслу (а не только форме) запроса — без обязательного наличия в них запрошенных слов. Эти системы и предлагают пользователю дополнитель­ную, не запрошенную явно информацию.

Для реализации этих свойств используются различные механизмы: нейросети, генетические алгоритмы, методы «коллективной фильтрации», системы эвристических пра­вил и др.

Такие системы могут использоваться по разному назначе­нию, в частности, для воспроизведения содержания докумен­тов в иных формах. Это, например, автоматическое рефери­рование, то есть выявление сути документа и краткое ее формулирование, или выделение основных положений доку­мента (тезисов), или отображение содержания документа в виде схемы понятий. С помощью этих систем можно выде­лить из текста информативные элементы различного вида — количественные показатели, собственные имена, особо ин­формативные фразы. Эти системы помогут пользователю ин­формационной системы отсортировать документы в соответс-вии с решаемой задачей, распределить их по классам, определить, к какой категории относится документ и пр.

Вы знаете, что объекты могут быть естественными или искусственными (конструктивными, созданными человеком или группой людей). Соответственно можно говорить о есте­ственных и конструктивных системах, а также о естествен­ных и конструктивных информационных системах.

Достаточно распространеным в настоящее время являет­ся подход, в соответствии с которым естественные информа­ционные системы отождествляются с живыми системами. Иными словами, любая живая система — это система ин­формационная. Рассмотрим аргументы сторонников этого подхода.

Система сохраняет свою целостность, если связи между элементами системы сильнее, чем их связи с внешней сре­дой. Кроме того, любой системе присущи как системообра­зующие связи, так и системоразрушающие. В том случае, когда мощность системоразрушающих внешних воздейст­вий и системоразрушающих внутренних связей больше мощности системообразующих связей, система оказывается нестабильной и без дополнительных стабилизирующих фак­торов будет со временем разрушена, например, государство

в период кризиса. Возможным стабилизирующим фактором может быть наличие в системе соответствующих управляю­щих процесссов (и наличие подсистем, реализующих эти процессы), которые бы фиксировали системоразрушающие связи и результат их воздействия на систему и осуществля­ли бы соответствующие защитные, компенсирующие дейст­вия. Но для того, чтобы управлять некоторым объектом (си­стемой, процессом), нужно знать текущие значения его параметров, оптимальные значения параметров, необходи­мые для сохранения и развития ситемы, способ (алгоритм) приближения текущих значений параметров к оптималь­ным. Иными словами, для реализации управляющих функ­ций система должна принимать информацию, уметь ее обра­батывать, то есть система должна быть информационной. То есть только информационные системы способны к самоуп­равлению, саморегуляции, адаптации к внешним и внутрен­ним воздействиям. Свойство саморегуляции присуще жи­вым системам, а вот естественные системы неживой природы, как считается, им не обладают.

Различают два способа обеспечения целостности систем: энергетический и негэнтропийный (информационный). При первом способе развития обеспечивается отбор и сохранение систем, обладающих большей энергией внутренних связей. При втором способе развития сохраняются те системы, кото­рые обладают многообразием способов поведения в ответ на разнообразные внешние воздействия, то есть наибольшим запасом негэнтропии (информации), возрастающим в про­цессе развития системы.