Кібернетика та інформаційні системи

  Основним об’єктом дослідження в кібернетиці є так звані кібернетичні системи. 
 Прикладами кібернетичних систем можуть служити різного роду автоматичні регулятори в техніці (наприклад, автопілот або регулятор, що забезпечує підтримку постійної температури в приміщенні), електронні обчислювальні машини (ЕОМ або комп’ютери), людський мозок, біологічні популяції, людське суспільство… 
 Кібернетичні системи мають рецептори (датчики), що сприймають сигнали із зовнішнього середовища і передають їх всередину системи, а також вхідні і вихідні канали, по яких вони обмінюються сигналами із зовнішнім середовищем. Вихідні сигнали системи передаються в зовнішнє середовище через еффектори (виконавчі пристрої). 
 Оскільки кожна система сигналів, незалежно від того, формується вона розумними істотами або об’єктами і процесами неживої природи, несе в собі ту або іншу інформацію, то всяка кібернетична система, може розглядатися як перетворювач інформації. 

1.6  Мозок і комп’ютери.

     З числа складних технічних перетворювачів інформації найбільше значення мають  комп’ютери. Комп’ютери володіють  властивістю універсальності. 
 Це означає, що будь-які перетворення буквено-цифрової інформації, які можуть бути визначені довільною кінцевою системою правил будь-якої природи (арифметичних, граматичних і ін.) можуть бути виконані комп’ютером після введення в нього складеної належним чином програми. 
Іншим відомим прикладом універсального перетворювача інформації (хоч і заснованого на абсолютно інших принципах) є людський мозок. Властивість універсальності сучасних комп’ютерів відкриває можливість моделювання з їх допомогою будь-яких інших перетворювачів інформації, зокрема розумових процесів.

  Така можливість ставить комп’ютери в особливе положення: з моменту свого виникнення вони представляють основний технічний засіб, основний апарат дослідження, яке має в своєму розпорядженні кібернетика. 

1.7 Роль і значення кібернетики.

     Загальне  значення кібернетики полягає в  таких напрямках:; 1. Філософське, оскільки кібернетика дає нове уявлення про світ, що ґрунтується на ролі зв'язку, управління, інформації, організованості, зворотного зв'язку й імовірності.

     2. Соціальне, оскільки кібернетика дає нове уявлення про суспільство як організоване ціле. Про користь кібернетики для вивчення суспільства чимало було сказано вже в момент виникнення цієї науки.

     3. Загальнонаукове в трьох розуміннях: по-перше, у зв'язку з тим, що кібернетика дає загальнонаукові поняття, які виявляються важливими в інших областях науки – поняття управління, складної динамічної системи тощо; по-друге, у зв'язку з тим, що дає науці нові методи дослідження: імовірнісні, стохастичні, моделювання на ЕОМ і так далі; по-третє, у зв'язку з тим, що на основі функціонального підходу «сигнал-відгук» кібернетика формує гіпотези про внутрішній склад і будову систем, які потім можуть бути перевірені в процесі змістовного дослідження.

     4. Методологічне, яке визначається тим, що вивчення функціонування простіших технічних систем використовується для висування гіпотез про механізм роботи якісно складніших систем із метою пізнання процесів, що відбуваються в них – відтворення життя, навчання і так далі.

     5. Найвідоміше технічне значення кібернетики – створення на основі кібернетичних принципів ЕОМ, роботів, ПЕОМ, що породило тенденцію кібернетизації й інформатизації не тільки наукового пізнання, але й усіх сфер життя. 

1.8 Методи кібернетики.

     Кібернетика використовує для дослідження систем три принципово різних методу. Два  з них - математичний аналіз і фізичний експеримент широко застосовуються і в інших науках.

       Суть першого методу полягає в описі об’єкту, що вивчається, в рамках того або іншого математичного апарату ( у вигляді системи рівнянь) і подальшого витягання різних следствій з цього опису шляхом математичної дедукції (наприклад, шляхом рішення відповідної системи рівнянь). 
 Суть другого методу полягає в проведенні різних експериментів або з самим об’єктом, або з його реальною фізичною моделлю.

  Одним з найважливіших досягнень кібернетики є розробка і широке використання нового методу дослідження, що отримало назву обчислювального (машинного) експерименту, або математичного моделювання. Сенс його полягає в тому, що експерименти проводяться не з реальною фізичною моделлю об’єкту, що вивчається, а з його математичним

описом, реалізованим в комп’ютері.

     Величезна швидкодія сучасних комп’ютерів  часто дозволяє моделювати процеси  в швидшому темпі, ніж вони відбуваються насправді. 
 
 
 
 
 
 

Розділ 2. Інформаційні  системи 

2.1 Поняття інформаційної  системи. 

      При самому загальному підході інформаційну систему (ІС) можна визначити як сукупність організаційних і технічних засобів  для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів (абонентів). Таке визначення може бути задовільним тільки при самій узагальненій і неформальній точці зору і підлягає подальшому уточненню.

      ІС  здавна знаходять (в тому чи іншому вигляді) досить широке застосування в  життєдіяльності людства. Це пов'язано з тим, що для існування цивілізації необхідним є обмін інформацією - передача знань, як між окремими членами і колективами суспільства, так і між різними поколіннями.

      Найдавнішими  і найпоширенішими  ІС слід вважати  бібліотеки. І, дійсно, здавна в бібліотеках збирають книжки (або їх аналоги), зберігають їх, дотримуючись певних правил, створюють каталоги різного призначення  для полегшення доступу до книжкового фонду. Видаються спеціальні журнали та довідники, що інформують про нові надходження, ведеться облік видачі.

      Ще  один приклад. На великому сучасному  підприємстві в тому чи іншому вигляді  повинна існувати інформаційна система. Для забезпечення якісного управління потрібно знати (можливо з різним ступенем оперативності) об'єм запасів тієї чи іншої сировини, скільки і якої вироблено продукції, скільки споживається електроенергії, який цех що виробляє і що потребує, та багато іншої інформації, яка стосується виробничих питань. Крім цього, профспілкам необхідні відомості про потреби співробітників у соціально-побутовій, медично-оздоровчій сферах, тощо. Для обробки всіх таких даних потрібні певні організаційні і технічні засоби, тобто ІС.

      До  цього моменту мова йшла про інформаційні системи без врахування способу  їх реалізації. Найстаріші ( у моральному і у фізичному розумінні) системи повністю базувалися на ручній праці. Пізніше їм на зміну прийшли різні механічні пристрої для обробки даних (наприклад, для сортування, копіювання, асоціативного пошуку, тощо). Наступним кроком стало впровадження автоматизованих інформаційних систем (АІС), тобто систем, де для забезпечення інформаційних потреб користувачів використовується ЕОМ зі своїми носіями інформації. В наш час - епоху інформаційного вибуху - розроблюється і впроваджується велика кількість самих різноманітних АІС з дуже широким спектром використання. 

2.2 Класифікація АІС.

      В науковій літературі існує досить значне розмаїття щодо класифікації АІС. Різні  автори в залежності від своїх  задач та точок зору виділяють  ті чи інші критерії і розподіляють пріоритети між ними. Отже, АІС класифікуються:

      1) за призначенням (фактографічні, документальні та змішані);

      2) за мовами (замкнуті системи, системи з базовою мовою та змішані);

      3) за локалізацією (локальні та розподілені);

      4) за схемою додаткової обробки (постобробка та попередня обробка);

      5) за структурами даних (ієрархічні, мережаного типу , реляційні).

Розглянемо  по черзі і детальніше кожний з  критеріїв.

     1) за призначенням.

     Документальні системи зорієнтовані на обробку та зберігання документа (порівняно великої за розміром послідовності символів), внутрішню структуру якого система (майже) повністю ігнорує, тобто він неподільний (атомарний) з точки зору системи. Споживачем результатів пошуку виступає, як правило, кінцевий користувач.

     Фактографічні системи оперують фактами (даними) різних типів, що зв'язані в системі в більш чи менш складні структури. Дані, що є результатом пошуку, можуть стати складовою частиною звітів або використовуються різноманітними обчислювальними процесами.

     Змішані системи включають в себе в тих чи інших пропорціях риси обох вищеназваних варіантів. Переважну  більшість сучасних систем для ПЕОМ слід віднести до категорії змішаних.

     Звичайно, наведені описові характеристики не дають можливості чітко визначитись  у випадку класифікації кожної конкретної ІС, але дозволяють зробити перші грубі припущення. Для більш точних класифікаційних оцінок необхідно враховувати додаткові властивості, що відносяться до пошукового процесу, а також до особливостей мов запитів, реалізованих в тій чи іншій системі. Оскільки подальші наші розгляди будуть стосуватися переважно фактографічних систем, тому зараз приділимо більше уваги саме документальним системам.

     Дескрипторні або документальні АІС (ДАІС) історично були першими. Спочатку їх мовою була нічим не обмежена природна мова. Перші ДАІС були призначені для пошуку книг та документів у бібліотеках і великих сховищах, тому їх і почали називати документографічними.

     Основним  елементом інформаційного простору ДАІС була анотація або реферат книги, документа, явища чи об'єкта. Реферат повинен відображувати ті  риси, які цікавлять користувача (як правило - людини). В ньому виділяються слова чи слоросполучення, які в сукупності майже однозначно (в ідеалі точно) відповідають повному опису об'єкта, крім того, таких слів повинно бути відносно небагато. Їх називають ключовими словами або дескрипторами.  Запит для ДАІС можна зформулювати у вигляді переліку дескрипторів, який на думку користувача характеризує потрібний реферат, а значить, і відповідний об'єкт.  Алгоритм формування відповіді послідовно порівнює запит з кожним рефератом і вибирає такі, що пройшли порівняння. В таких системах запит називають пошуковим розпорядженням, а реферат - пощуковим образом.

      2) за мовами (замкнуті системи, системи з базовою мовою та змішані);

     Системи з базовою мовою  передбачають взаємодію користувача з СУБД з середовища якоїсь іншої мови програмування, де і виконуються більшість постпошукових перетворень даних. Такий підхід  зручний для розробки різного роду систем як надбудов над СУБД, бо дає можливість створювати високоефективні програми постпошукової обробки даних.

     Замкнуті  системи  самостійно забезпечують користувача всіма необхідними засобами як для локалізації даних, так і для їх постпошукової чи передпошукової обробки. Недоліком таких систем є те, що в них відсутні (або малоефективні) засоби для розробки надбудов – проблемно-орієнтованих комплексів.

     Змішані системи передбачають наявність  обох можливостей двох попередніх підходів і є найбільш поширеними на сьогодні.

      3) за локалізацією (локальні та розподілені);

         Локальність передбачає розташування всього програмного забезпечення і даних на одному ізольованому комп’ютері, а розподіленість означає розташування системи на мережі комп’ютерів з певною стратегією рознесення даних.

      4) за схемою додаткової обробки (постобробка та попередня обробка);

      Головним  призначенням будь-якої системи баз  даних є підтримка функцій  локалізації даних, що зберігаються, але  дуже важливою властивістю, що може значно підняти інтерфейсний рівень системи, є наявність постобробки даних після їх локалізації в базі даних, чи попередньої обробки.