Информационные процессы

Информационные процессы 

В природе существует два фундаментальных вида взаимодействия - процессы обмена веществом и энергией, подчиняющиеся законам сохранения. Фундаментальность этих видов взаимодействия заключается в том, что все прочие взаимодействия происходят только через их посредство. В замкнутой системе общее количество вещества и энергии остается постоянным. Это так называемые симметричные взаимодействия, при которых сколько вещества или энергии один объект отдал, столько же другой объект и получил. На основе комбинации фундаментальных взаимодействий, между объектами может происходить несимметричное взаимодействие, при котором потери одного объекта не совпадают с приобретением другого. Так штамп передает свою форму обрабатываемому материалу, но сам форму сохраняет. Поэтому можно утверждать, что:

Информационный процесс представляет собой комплекс взаимодействий, сопровождающийся обменом веществом и энергией, при котором происходит изменение формы, структуры или состояния взаимодействующих объектов, но сохраняется качественная определенность взаимодействующих объектов. 

Поскольку каждый процесс взаимодействия является в то же время информационным процессом, то возникают трудности выделения информационной составляющей этих процессов. На сложный, многокомпонентный характер информационных процессов указывал еще А.Н. Колмогоров [2]. Преодоление указанных трудностей возможно на базе анализа результатов наблюдений отражения в живой и неживой природе. Эти результаты обобщены в философском понятии:

Отражение - общее свойство материи, которое выражается в способности материальных тел посредством собственных изменений воспроизводить особенности взаимодействующих с ними материальных тел.

Взаимосвязь процессов отражения и информационных процессов отмечал в своих работах А.Д. Урсул [3], указывая на то, что информация представляет собой инвариант отражения. Философские обобщения исследований отражения выявили двойственную субъективно-объективную природу отражения и выявили специфическую особенность процессов передачи сообщений - активную роль не только передатчика сообщения, но и приемника. Сообщение, переданное от одного человека другому, служит основой формирования образа у получателя, а этот образ представляет собой результат взаимодействия полученного сообщения и самого получателя. [4] 

Проанализировав известные науке процессы взаимодействия, можно утверждать, что в природе объективно существуют три вида объектов и процессов их взаимодействия:

- материальные объекты и процессы;

- идеальные объекты (как устойчивые состояния соответствующим образом организованных материальных объектов) и процессы взаимодействия идеальных объектов;

- комплексные объекты и процессы, соединяющие в себе и идеальные и материальные объекты и процессы. 

Поэтому информационные процессы как процессы взаимодействия материальных и идеальных объектов можно разделить на три группы процессов:

- физические (взаимодействия материальных объектов);

- формальные (взаимодействия идеальных объектов);

- комплексные (взаимодействия материальных и идеальных объектов).

Такое деление вполне согласуется с известными видами отражения:

1. Пассивное отражение (в неживой природе), это элементарное отражение - след, отпечаток;

2. Активное отражение (в живой природе), это:

- Ощущение (раздражение)

- элементарное отражение, изменение состояния рецепторов;

- Психика - формирование образов (комплексов ощущений, связанных в единое целое и имеющих проекцию на реальный мир). 

При этом теоретическая информатика согласуется с теорией познания и может оперировать понятиями, принятыми в этой области научных исследований:

- Образы (идеальные объекты) представляют собой устойчивые состояния особым образом организованных материальных объектов (динамические информационные структуры);

- Сознание представляет собой формирование понятий (комплексов образов и связей между ними) и оперирование понятиями.

- Знания представляют собой систему проверенных практикой и выраженных в знаковой форме представлений об объективных свойствах и связях мира, природного и человеческого и т.д. 

При взаимодействии материальных объектов происходит изменение этих объектов (как отражение одним объектом свойств другого объекта). Рассмотрим некий обособленный материальный объект (назовем его объект А). При взаимодействии с другим материальным объектом (назовем его объект В) объект А изменяется, что можно трактовать как процесс индукции-редукции информации, единый процесс возникновения-исчезновения, так как новые изменения, возникая, одновременно уничтожают (затирают) старые. Пока изменения объекта А, вызванные взаимодействием с другими объектами, не затрагивают те изменения, которые вызваны взаимодействием с объектом В, идет процесс хранения информации. Таким образом, структура физических информационных процессов состоит из двух основных элементов (фаз) - индукция/редукция и хранение. Индукция/редукция - возникновение новых изменений объекта при взаимодействии и одновременно с этим исчезновение старых.

Хранение - при отсутствии взаимодействий, затрагивающих данные изменения, эти изменения сохраняются до тех пор, пока не будут затерты новыми изменениями, индуцированными внешними или внутренними процессами. 

     Идеальные объекты - образы, представляют собой состояния центральной нервной системы биологических объектов, поэтому они принципиально индивидуальны. Передать образ без искажений от одного человека к другому невозможно, но можно с помощью знаковых систем (языков) вызывать (индуцировать) образы у рецепиента (приемника информации). Процесс передачи образной информации по своим физическим свойствам сходен с процессом резонанса в электродинамике - энергия сигнала возбуждает рецептор (колебательный контур) в котором и происходят изменения состояния (в контуре возникают колебания), которые зависят как от параметров сигнала, так и от параметров рецептора (контура). При совпадении определенных параметров сигнала и приемника (при резонансе) слабый сигнал может вызывать сильные изменения, а при несовпадении - сильный сигнал вызывает слабые изменения.
Структура формальных информационных процессов подобна структуре физических информационных процессов и состоит из двух основных элементов (фаз) - индукция/редукция и хранение. 

Комплексные процессы, представляют собой процессы взаимодействия материальных и идеальных объектов в рамках знаковых (языковых) систем. Как известно, человек мыслит образами (понятиями), а общается с другими людьми с помощью системы знаков - языка. Слушатель переводит поток слов в поток образов, достроенных образами из памяти с помощью контекстного анализа. То же самое происходит и со зрительными образами - образ видимый и образ воспринимаемый сознанием это разные образы, не даром в криминалистике существует выражение "врет как очевидец". Человек воспринимает и сохраняет в памяти не то, что происходило на самом деле, а то, что он воспринял из окружающего, на базе личного жизненного опыта. Сложность описания комплексных информационных процессов заключается в том, что это процессы многопорядковые (процессы вложенной динамики) [5]. Еще одна сложность описания информационных процессов заключается в том, что необходимо учитывать как процессы взаимодействия материальных объектов, так и процессы взаимодействия идеальных объектов, а кроме того, процессы взаимодействия материальных и идеальных объектов. Тем не менее, рассмотрение комплексных процессов как взаимодействия материальных и идеальных объектов согласует информатику с семантикой, семиотикой, лингвистикой и позволяет оперировать понятиями, принятыми в этих областях науки:

Знаки - объекты или явления, служащие для обозначения другого объекта (свойства, отношения);

Термин - слово (знак), выступающее в качестве указания, обозначения или представления предмета, события, действия, чувственного образа. При этом различают:

- денотат (значение) термина - обозначаемый этим термином реально существующий объект;

- представление (смысл) термина - мысленное содержание, обобщенный образ;

- дефиниция - краткое логическое определение термина, устанавливающее его содержание и границы применимости;

Контекст - смысловое содержание текста, написанного на конкретном языке; и т.д. 

Структура комплексного информационного процесса в общем случае представляет собой совокупность последовательных фаз:

Оформление - формирование сообщения как совокупности знаков в форме текста, звуков, графики;

Передача - формирование и перемещение сигналов;

Восприятие - прием сигналов и формирование ощущений и образов;

Интерпретация - формирование представлений, как результата взаимодействия образов, сформированных при получении сообщения и образов, хранящихся в памяти. 

При рассмотрении процессов передачи сигналов акцент смещается от отдельных объектов к системам объектов (используются понятия, заимствованные из теории систем - структура, связи, информационные системы). Представляется возможность выделить носители информации - материальные объекты или структуры, основная функция которых - хранение информации, а так же информационные связи между элементами системы. Физически передачу информации можно представить как индуцирование в приемном устройстве изменений физического состояния. Информация в данном случае - это результат взаимодействия сообщения с приёмным устройством. 

При этом теоретическая информатика согласуется с теориями связи и управления и может оперировать понятиями, принятыми в этих областях науки и техники: Сообщения (данные) - структурированная совокупность сигналов;

Сигналы - состояния объектов или процессов в цепи, связывающей источник с получателем, при условии, что изменения состояния источника приводит к изменению состояний остальных объектов в этой цепи по правилам, известным получателю; Носитель - материальный объект или структура, основная функция которого - хранение информации;

Канал связи - совокупность материальной среды, носителя информации и физического процесса, используемых для передачи сообщений;

Кодирование (Декодирование) - преобразование сигналов по определенным правилам; и т.д. 

По линиям связи передаются сигналы, или группы сигналов - сообщения, которые, взаимодействуя с объектом-приемником, вызывают изменения состояния приемника, а эти изменения и представляют собой информацию. В качестве объекта-приемника может выступать как оконечный получатель сигналов, так и объект перекодировщик, переводящий изменения одного сигнала в изменения другого сигнала. В этом случае термин "передача сообщения" представляет собой обобщенное обозначение большого количества взаимосвязанных процессов:

- изменение состояния носителя сигнала,

- перемещение носителя,

- изменение состояния объекта-приемника.

Трудность передачи сообщения не зависит от его содержания, передавать без искажений бессмысленные сообщения не менее трудно, чем осмысленные, поэтому основополагающая работа К. Шеннона, называющаяся "Математическая тория связи", вполне обоснованно не учитывает содержательную сторону сообщений [6]. 

Обобщая вышеизложенное можно утверждать, что информационный процесс в общем случае представляет собой совокупность как минимум трех компонент - физической компоненты, логической и семантической. В качестве примера можно рассмотреть уровни протоколов компьютерных сетей передачи данных:

Физический уровень - включает в себя физический протокол, это уровень физических параметров сигналов и сред передачи данных;

Логический уровень - включает в себя канальный, сетевой, транспортный и сеансовый протоколы, это уровень работы с логическими объектами (пакетами данных), представленными в форме групп электрических или оптических сигналов;

Семантический уровень - включает в себя представительный и прикладной протоколы, это уровень представления и интерпретации данных (кодирование/декодирование, форматирование, структурирование и т.д.). 

Список литературы

1.Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 560с. 2.Колмогоров А. Н. Теория информации и теория алгоритмов / Отв. редактор Ю.В. Прохоров. - М.: Наука, 1987. - 304с.

3. Урсул А. Д. Отражение и информация. - М.: Мысль, 1973. - 231с.

4 Пушкин В.Г., Урсул А.Д. Информатика, кибернетика, интеллект. Философские очерки. - Кишинев: Штиинца, 1989. -296с.

5 Лачинов В.М., Поляков А.О. Информодинамика, или путь к миру открытых систем Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской Академии наук. - СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. - 431 с.

6 Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. - М.: Иностранная литература, 1963. - 832с.