Содержание

1. Лекция 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИНФОРМАТИКА

2. Лекция 2. ИНФОРМАЦИЯ

3. Лекция 3. КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

4. Лекция 4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭНТРОПИЯ

5. Лекция 5. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ЭНТРОПИЯ

6. Лекция 6. ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ и ЭНТРОПИЯ В ИСТОРИЧЕСКОМ КОНТЕКСТЕ

7. Лекция 7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

8. Лекция 8. ЭНТРОПИЯ и ИНФОРМАЦИЯ

9. Лекция 9. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПАРАДОКСЫ

10. Лекция 10. ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ

11. Лекция 11. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ

12. Лекция 12. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

13. Лекция 13. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ

14. Лекция 14. СМЫСЛОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

15. Лекция 15. ОБРАЩЕНИЕ СО СМЫСЛОВОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

16. Лекция 16. ИНТЕРНЕТ

17. Лекция 17. ИНФОРМАЦИЯ В ИНТЕРНЕТЕ

18. Лекция 18. ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В ИНТЕРНЕТЕ

19. Лекция19. ИНФОРМАЦИЯ В МИКРО- И МАКРОМИРЕ

20. Лекция 20. ИНФОРМАЦИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ОБЩЕСТВЕ

21. Лекция 21. ИНФОРМАЦИОННЫЙ БИЗНЕС

22. Лекция 22. ИНФОРМАЦИЯ И ХАОС

23. ПРИЛОЖЕНИЕ

24. РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Фишер Р.А. Статистические методы для исследователей//Л. 1958

2. Шеннон К., Уивер Л. Математическая теория связи. М: Физматгиз, 1956

3. Шредингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002.

4. Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. М.: Советское радио, 1958

5. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. М.: ИЛ. 1959

6. Бриллюэн Л. Наука и теория информации//ФизМатЛит, М. 1960

7. Зоммерфельд А. Термодинамика и статистическая физика//ИнострЛит, 1955

8. Гроот С.Р. Термодинамика необратимых процессов//ТехТеоЛит, 1956

9. Мартин Н., Ингленд Дж. Математическая теория энтропии//Мир, 1988

10. Ферми Э. Термодинамика//Харьковский университет, 1969

11. Гальперин Г.А., Земляков А.Н. Математические бильярды//Наука, 1990

12. Колмогоров А.Н. Теория информации и теория алгоритмов//Наука, 1987.

13. Кубо Р. Термодинамика, ИЛ, 1970

14. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций//Мир, 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ К КУРСУ ИНФОРМАТИКА

Информация, наряду с веществом, энергией, пространством-временем, - важнейший компонент нашего мироздания. Информация есть везде и не удивительно, что для её осмысления в конце концов возникло новое научное направление «Информатика», которое сейчас завершает первый (хаотичный) этап своего развития и, похоже, превращается в настоящую фундаментальную науку.
Информатика занимается информацией как таковой, без какой-либо привязки к человеку и вообще какому-либо разуму, пусть даже ноосферному.
Если же всё же вспомнить о человеке, этом активном паразите на теле нашей планеты, то за время своей сравнительно недолгой деятельности человечество накопило значительные информационные ресурсы: книги, учебники (курсы лекций, подобные этому, статьи, патенты, диссертации, отчёты, картины, фильмы, патенты, записки очевидцев и т.д. и т.п. Связано это с тем, что информационные ресурсы (в отличие от других видов ресурсов - трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют. Человечество занималось обработкой информации тысячи лет, прекрасно обходясь без определения понятия «информация», без науки Информатики, используя информационную технологию на базе счётов, письменности и наскальной росписи. Я уж не говорю о биоте и Природе в целом, которая при обмене информацией прекрасно обходилась (и обходится!) без каких-либо наук, технологий и компьютеров.
Однако в середине 20-го века информационные потоки настолько возросли, что для их переработки человеку пришлось привлечь недавно изобретённые электронно-вычислительные машины. Компьютеры (слово компьютер произошло от слова вычислять) предназначались для математического моделирования и обработки данных, но они оказались полезными и для манипулирования с текстовой, графической, визуальной, аудио- и видио- информацией. На базе компьютеров создана такая мощная информационная система, как Интернет. Хотя сейчас на пользовательском уровне компьютеры вытесняются из Информатики (я, например, сплавляясь на байдарке, выхожу в Интернет по мобильнику, и никакие вычислительные средства для приобщения к Мировой Паутине мне не нужны, а количество информации в сообщении вычисляю посредством логарифмической линейки ), всё же сервера пока строятся на базе компьютеров, причём всё ещё электронного типа (разрекламированные квантовые компьютеры, так и не появились, да и искусственного интеллекта что-то не видно).
Успехи по внедрению компьютеров в Информатику оказались настолько велики, что появились учёные-преподаватели, понимающие под Информатикой (и тем более под Информационными Технологиями) компьютерные науки и компьютерные технологии. Такой подход напоминает почвоведа, излагающего свой предмет, как науку и технологию применения лопат, вил и граблей в растениеводстве, или врача, не забывающего при диагностике ракового больного о градуснике. Конечно, в информатике компьютер – штука полезная – хранить информацию удобно, но пчёлы, сообщающие в улей информацию о местонахождении цветов с нектаром, а мой сосед - о наличии чешского пива в ближайшем киоске прекрасно обходятся без компьютеров. Я уж не говорю о молекулах в сосуде или о чёрных дырах в Космосе… Хаос и порядок в различных сочетаниях присутствуют в природе вне зависимости от человека и его недоразвитых компьютеров.
Антропоцентрический подход к Информатике не приемлем по объективным причинам, в связи с мизерной ролью современного человека в делах Природы. Не приемлем и технократический (ресурсный) подход, в котором Информатика, рассматриваемая с точки зрения хранения и преобразования информации, и быстро сводится к компьютерам, причём служащим исключительно эгоистическим человеческим целям. Отсюда недалеко до утопии: технические возможности предопределяют цели развития общества, что, конечно, абсурд. Неприемлем и чисто коммуникационный подход, при котором информация выступает неотъемлемым фрагментом культуры общества. Этак мы забудем наши реальные технические возможности и впадём в формализм. При изложении Информатики необходимо соблюдать некий компромисс интересов человека, с его компьютерами, человеческого общества, как такового, биоистем и Вселенной в целом.
Другое дело, что сегодня важнейшей составляющей образованности человека является свободное владение информационными технологиями, так как деятельность людей всё в большей степени зависит от информированности и способности эффективно использовать информацию. Сегодня квалифицированный специалист любого профиля (как технического, так и гуманитарного) должен уметь находить, обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров и других вычислительных и телекоммуникационных средств, попавших ему под руку. Знания информатики и информационных технологий - необходимые требования профессиональной пригодности в XXI веке.
Это касается и химиков – радиохимиков, специализирующихся в ядерной сфере.
Современный этап развития человечества похоже связан с построением информационного общества. Его основные черты:

1. большинство работающих (около 80%) занято в информационной сфере, то есть сфере производства информации и информационных услуг;

2. обеспечена возможность доступа любому члену общества практически в любой точке территории в приемлемое время к нужной ему информации (за исключением государственной и коммерческой тайны);

3. информация - важнейший стратегический ресурс общества и занимает ключевое место в экономике, образовании, культуре.

Информатизация общества - процесс проникновения информационных технологий во все сферы жизни и деятельности общества. Мало какие факторы так влияют на социальную сферу обществ, как информатизация. Очень мощны социальные аспекты этого явления. Так последние полвека информатизация является одной из причин перетока людей из сферы прямого материального производства в информационную сферу. Все больше «белых воротничков» - людей, не создающих материальные ценности непосредственно, а занятых обработкой информации – учителя, банковские служащие, программисты и т.д. …. То есть идёт оттеснение традиционных добывающих и обрабатывающих отраслей, выдвижение более наукоемких производств (электроника, связь, вычислительная техника), следовательно растет потребность в высококвалифицированных специалистах. В этом есть свои плюсы – рост производительности труда, изменение условий труда, интенсификация и т.п. Однако, есть и отрицательные стороны – безработица, прозрачность личности, незащищенность.
Но информатика занимается не только человеком с его частными и общественными проблемами. Информация царствует в живой и неживой природе, в микромире и космосе. Наука информатика занимается анализом потоков информации во Вселенной, на всех её структурных уровнях.
Конечно, сейчас наука информатика развита слабо. Отсутствие понятийной системы, понятийного аппарата в образовательной информатике, искусственное “притягивание” понятийного аппарата из других наук (кибернетика, микропроцессорная техника, управление и др.) сводит его к тривиальному изучению программирования, ЭВМ и пользовательского интерфейса (хотя для практики это полезно). Пора переходить к использованию более полных, точных и адекватных способов исследования информационных процессов и систем, с целью выявления их важнейших характеристик, прогноза развития, повышения надежности принимаемых решений. Формулировка законов эволюции информационных систем позволит переосмыслить ранее сформулированные правила и законы, расширить границы применимости знаний и построить технологии применения этих знаний.
Можно согласиться с утверждением:
информатика - наука, изучающая общие свойства и процессы отражения материи, порядок в материи, её структурированность и отражение в сознании человека, общества.
Информатика - наука, изучающая информационные аспекты системных процессов и системные аспекты информационных процессов. Информатика - наука об инвариантах (т.е. неизменных сущностях) информационных процессов, о их выявлении, описании, изучении, применении, пространственно-временной организации и самоорганизации.
В более узком смысле, информатика - наука, изучающая вопросы построения и исследования математических методов и моделей, алгоритмов, формальных систем для описания и актуализации различных информационных систем и процессов, различных классов операционных пространств. Эта – наука, формально описывающая и исследующая неизменные сущности информационных систем, абстрагируясь при этом от материальной основы информационных процессов.
Фундаментальность информатике придаёт не только широкое и глубокое использование математики, формальных методов и средств, а общность и фундаментальность её результатов, их универсальная методологическая направленность в производстве знаний. В этом смысле математическая информатика аналогична математической физике, математической биологии, математической экономике и др.
Предмет информатики точно невозможно определить, в силу его сложности, многосторонности, динамической изменчивости. Тем не менее, можно отметить следующие три основные ветви информатики, определяемые её познавательной и прагматической функциями, её внутренней и внешней сущностями. Теоретическая, математическая информатика (brainware) изучает теоретические проблемы информатики (большей частью связанные с формальными системами, моделями, алгоритмами и теорией программирования, кодирования и организации систем). Практическая, прикладная информатика (software) изучает практические, конкретные проблемы информатики (большей частью связанные с программированием и использованием моделей, программными и компьютерными технологиями и системами). Техническая, инженерно-физическая информатика (hardware) изучает инженерно-физические, технические проблемы информатики (большей частью связанные с разработкой и использованием технических средств обработки информации, ЭВМ и систем ЭВМ, сетей).
Условно курс лекций можно разделить на три части, исходя из трёх ипостасей информации (и связанной с ней энтропией). В первой части мы займёмся физической информацией, разделенной на два вида: термодинамическую, в духе Клаузиса-Кельвина, и статистическую, в духе Больцмана-Гиббса-Планка-Эйнштейна. Во второй части мы перейдём к исследованию свойств технической информации в стиле Фриша-Хартли-Шеннона-фон Неймана-Винера (и примкнувшего к ним Колмогорова) тремя способами: комбинаторным, вероятностным и алгоритмическим. В третьей части мы рассмотрим смысловую (семантическую) информацию (и дезинформацию): способы её поиска, переработки, хранения и защиты. Четвёртого вида информации – квантово-механического - мы коснёмся лишь вскользь. Другие виды информаций (и энтропий) мы проигнорируем. Определённое внимание уделим информационным парадоксам. В конце курса бегло пробежимся по многочисленным практическим применениям информационных идей.
В курсе основное внимание уделено методам обращения с информацией, не требующих использования компьютеров (компьютерные методики собраны в следующем курсе лекций КОМПЬЮТЕРЫ В ИНФОРМАТИКЕ).