I. Общие вопросы информационного обмена

В этом разделе…

• Циклы обращения информации

• Топологическая, абстрактная и лингвистическая формы представления информации

• Структурные превращения информации

• Информационные меры: структурометрический, статистический и семантический подходы

I.1. Информационные поля и коммуникация

I.1.1. Фазы обращения информации

В современных условиях научно-технического прогресса можно выделить несколько научных направлений, которые, по мнению специалистов, имеют определяющую роль в развитии науки, экономики и культуры. Среди них, безусловно, следует упомянуть два: теорию информации и теорию систем. Особенность указанных научных направлений состоит в их всеобщности. Несложно заметить, что оба направления имеют прямое отношение ко многим наукам инженерного и естественнонаучного профиля, к явлениям любой физической природы, да и вообще ко всем видам деятельности человека. Это объясняет появление такого категорического определения:

«Информация есть всеобщее свойство материи и мера организации образующих ее систем».

Весь комплекс наук об информации развивался как совокупность дисциплин, имеющих направления от философского, математического до чисто прикладного технического характера. Однако не меньший интерес в этом плане представляют и физические аспекты, поскольку в технических приложениях основную роль выполняют материальные объекты и системы. Хорошо известно, так же, что роль своеобразных «органов» чувств-рецепторов в технических устройствах выполняют, так называемые, первичные преобразователи, свойства которых базируются на разнообразных физических эффектах и процессах. Последние и будут являться предметом внимания и изучения в настоящем курсе. Обсуждаемые вопросы будут рассматриваться с позиций именно их применения и значимости в информационном обмене.

Производственная и бытовая деятельности людей связаны с использованием материалов, энергии и информации. Соответственно этому развивались и научные дисциплины, отражающие вопросы технологии, энергетики и информационного обмена. По сравнению с другими областями, информационные науки, несмотря на обширные применения в самых разнообразных областях теории и практики, еще не получили своего полного развития. В настоящее время существуют только отдельные ее ветви. Одной из центральных ветвей является теория связи, созданная К.Шенноном на основе теории вероятности [1].

По отношению к кибернетике информационные науки и техника занимают подчиненное положение, так как кроме чисто информационных процессов (сбор, передача, переработка, хранение и представление информации) в кибернетике рассматривают объекты, цели, технологические процессы, оптимизацию управления, обратные связи и т.д.

Существует целый ряд новых дисциплин как, например, исследование операций, системотехника, административное управление, в которых научным положениям и категориям информационного плана принадлежит ведущее место.

К информационной технике относятся средства, служащие для восприятия, подготовки, передачи, переработки, хранения и представления какой-либо информации получаемой от человека, природных явлений, электронных устройств и просто механизмов, т.е. вообще от каких-либо объектов наблюдения и управления. Комплексное применение этих объектов приводит к созданию больших и сложных информационных систем.

Известно большое число определений понятия информации, начиная от наиболее общего философского (информация есть отражение реального мира) до менее общего, узкого, практического (информация объединяет все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования). С позиций конструктивизма, при необходимости, удобно пользоваться различными из них.

Понятие информации обычно тесно связывается для реальных объектов с различными моделями, отражающими их сущность в той степени, в какой это необходимо для практических целей. Это согласуется и с философской концепцией отражения вещей друг в друге и в живых организмах с помощью сознания.

Таким образом, под информацией нужно понимать не сами предметы и процессы, а их представительные характеристики, отражение или отображение в виде чисел, формул, описаний, чертежей, символов и других абстрактных характеристик. При таком подходе сама по себе информация может быть отнесена к области абстрактных категорий, подобных, например, математическим формулам. Однако проявляется она всегда в материально-энергетической форме в виде сигналов. Структурная схема процесса образования сигналов показана на рис.1.1.

С передачей и обработкой информации связаны действия любого автоматического устройства, поведение живых существ, творческая деятельность человека, развитие науки и техники, экономические и социальные преобразования в обществе и, в конечном итоге, сама жизнь.

Рис. 1.1

Как в свое время понятие энергии привело к единой и прогрессивной точке зрения на физические явления и природу, так понятие информации является объединяющим для инженерных, психологических и других аспектов современной техники.

Упомянутый процесс «взаимодействия» между массой, энергией и информацией можно, условно, представить в виде структурной схемы (см. рис.1.2):

Рис. 1.2

Если материальные объекты (вещества) и энергия, а, значит, и связи между ними изучены к настоящему времени сравнительно полно, а своеобразной вершиной научного обобщения в данной сфере можно признать знаменитую формулу Эйнштейна: . То знания о способах получения, преобразования и использования информации, а тем более о ее связях с массово-энергетическими категориями еще являются «неизвестной» областью, таящей много неожиданных проявлений и открытий (? !).

Сущность информационного обмена составляют постоянно образующиеся процессы формирования, передачи, обработки и др. информации. Рассмотрим имеющее интуитивно осознаваемый циклический характер взаимодействие процессов восприятия, передачи, использования и других способов преобразования информации, например, с целью управления произвольным объектом.

Поскольку материальным носителем информации, как правило, является сигнал, то цикл обращения информации можно рассматривать и как цикл преобразования сигналов, несущих информацию (см. рис.1.3).

Восприятие состоит в том, что формируется образ объекта, производится его опознание и оценка. При восприятии нужно отличать полезную информацию от шумов, что в некоторых случаях может представлять значительные технические трудности. В результате восприятия получается сигнал в форме, удобной для передачи или обработки. В фазу восприятия может включаться операция подготовки информации, ее нормализации, квантования, кодирования, модуляции сигналов и построения моделей.

Рис. 1.3

Трансляция (передача-прием) информации состоит в переносе ее на расстояние посредством сигналов различной физической природы, соответственно, по механическим, акустическим, оптическим, электрическим или электромеханическим и радиоканалам. Прием информации на другой стороне канала имеет характер вторичного восприятия со свойственными ему операциями «борьбы» с шумами.

Обработка информации заключается в решении задач, связанных с преобразованием информации, независимо от функционального назначения. Промежуточным этапом обработки является хранение. Извлечение информации из запоминающих устройств также имеет характер восприятия и связано с борьбой с помехами.

Представление информации требуется в основном тогда, когда в цикл обращения включается человек. Оно заключается в демонстрации перед человеком-оператором условных изображений, содержащих качественные и количественные характеристики выходной информации. Для этого используются устройства, способные воздействовать на органы чувств человека.

Из устройств обработки информация может выводиться не только оператору, но и непосредственно воздействовать на органы чувств человека.

Воздействие заключается в том, что сигналы, несущие информацию, производят регулирующие или защитные действия, вызывая изменения в самом объекте.

Не все информационные системы замкнуты. Существуют и разомкнутые системы, в которых информация передается от источника к приемнику или потребителю.

Активное воздействие на отбираемую от источника информацию может оказывать либо сам источник, либо потребитель (см. рис.1.4). Часть системы, оказывающую активное воздействие на ее работу, называют субъектом, а пассивную – объектом (рис. 1.4).

Рис.1.4.

Как объектом, так и субъектом может быть человек (Ч) или машина (М). Возможные отношения между ними в разомкнутой информационной системе приведены на рис.1.4. Любой объект как источник информации неисчерпаем («…электрон также неисчерпаем, как и атом»).

Но подавляющая часть потоков информации, отображающей состояния объекта, рассеивается, и только небольшая часть, отвечающая потребностям системы и определяемая принятым в информационной системе языком, поступает к приемнику в виде параметров наблюдения Х или управления Y (при этом часть информации также рассеивается).