5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Хай Г.А. Информатика для медиков
.pdfУчитывая реальную неоднородность материальных объектов, заметим, что тождественность является правомерным отношением лишь идеальных объектов и служит предпосылкой построения абстрактных образов и их классификаций.
Каждый материальный объект обладает собственными пространственно-временными характеристиками. Пространственно-временная характеристика есть атрибут объекта. Общий пространственно-временной интервал присущ только взаимосвязанным объектам, т. е., по сути, одному объекту. Сказанное не относится к абстрактным объектам.
Объекты, высвобождаемые в процессе объединения, могут рассматриваться как сигналы, несущие информацию о соответствующих событиях. Будучи поглощены другими системными объектами, располагающими одноименными данным сигналам элементами, и вызвав при этом интерпретированные изменения (события) в соответствующих структурах этих объектов, сигналы передают информацию о событиях в их источнике.
Аристотель говорил, что, ответив на несколько вопросов, в принципе можно описать любые объекты.
Для полноты описания объекта-"вещества" достаточно ответить на вопросы: что? (кто?), какой?, сколько?, чей (с кем?, с чем?), а для объекта-"события", - помимо что? и какой? - где? (куда?, откуда?), когда? как?, почему? и зачем?
Понятно, что последний вопрос не всегда правомерен, так как ответ на него предполагает наличие цели. Отвечая на вопросы какой? и как?, мы выражаем свои представления и об устройстве объекта, и о характере его изменений. Ответы на эти вопросы формируют наши знания о системных объектах.
Эти ответы включены в разрабатываемую мной новую системную иерархическую структуру компьютерной базы знаний (БЗ).
На одну часть вопросов можно дать наиболее адекватные и полные ответы содержательным языком, а на другую - формальным. Следует заметить, что средствами нижнего системного уровня адекватно описать объекты верхнего уровня невозможно. Это относится к любым способам описания.
Системный взгляд на реальный мир и происходящие в нем процессы в полной мере применим к структуре информационных процессов.
Таблица 3.1
Системная структура организма животного (снизу вверх)
Рис. 3.1. Территориальная система (строительные материалы → населенные пункты)
Таблица 3.2
Система строительных событий
Таблица 3.3
Системная структура языка
Следует заметить, что человеческий мозг в каждый данный момент способен сосредоточиться только на каком-либо одном уровне, поэтому каждый системный уровень следует описывать раздельно, что не исключает целесообразности описаний межуровневых связей. Сказанное также относится к вербальному и математическому моделированию.
Дополнение
Можно определить системный анализ как раскрытие структурно-функционального состояния иерархического объекта, а системный синтез - как логическое заключение о причинно-следственных связях тех или иных событий. Можно дать прямо противоположное определение, и оно также не будет ошибочным. Это, на первый взгляд, парадоксальное утверждение обусловлено тем, что и анализ, и синтез являются звеньями одного и того же процесса системного мышления, т. е. построения "мысленного сценария", отображающего сложные динамические процессы (события), происходящие со сложными иерархическими "вещественными" объектами реального мира в конкретных пространственно-временных интервалах.
Системный анализ и системное мышление являются достаточно надежными универсальными инструментами. Естественно, каждым инструментом надо уметь пользоваться. Попытке объяснить общие правила использования этих интеллектуальных инструментов посвящен ряд последующих глав.
ГЛАВА 4.
СИСТЕМНАЯ ИЕРАРХИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Прежде чем приступить к непосредственному изложению материала этой главы, целесообразно ответить на вопрос: в чем принципиальное отличие информационных технологий человека от информационных технологий высших животных? Не количественное, а качественное. Конечно, мы считаем себя умнее животных, хотя в некоторых сферах интеллектуальной деятельности это и не так. Ответ очевиден. Все не наследуемые, а приобретенные за время жизни любой особи знания безвозвратно утрачиваются со смертью индивида. Человек же научился эти знания отчуждать, абстрагировать и фиксировать на внешних носителях в условной символической форме, сохраняя их для передачи другим людям, другим поколениям. Ни одно животное этого не умеет. Вероятно, это один из путей очеловечивания наших эволюционных предшественников.
В развитии таких информационных технологий человечество прошло большой путь: от наскальных рисунков, папируса, пергамента, иероглифов, клинописи, алфавита - до бумаги, книгопечатания, массовой прессы, современных произведений искусства, радио, телевидения, видеотехники и т. д. Компьютер существенно расширил возможности информационного обеспечения, а с возникновением сетевых технологий появилось понятие глобализации информационного пространства.
При этом следует заметить, что практически все древние способы сохранения и передачи приобретенных знаний сохранились в той или иной форме. Например, традиционные пиктограммы в виде различных указателей и дорожных знаков являются прямыми наследниками первобытных наскальных рисунков.
В то же время имеет место отчетливая тенденция к символизации и стандартизации этих технологий. Не говоря уже о специфических языках математики, химии, нотных записей, сам по себе алфавит является комплексом согласованных условных знаков, которые, сочетаясь по согласованным же грамматическим правилам, дают возможность передавать сколь угодно сложные мысли.
Система иерархического усложнения информационных процессов, развивающаяся соответственно усложнению всех материальноэнергетических видов взаимодействия в природе, может быть схематически представлена следующим образом.
Микромир - типичная картина "вышибания - поглощения" одноименных элементов связи в качестве сигналов, что обусловливает избирательность любого физического и информационного взаимодействия.
Как только в раннем периоде образования Вселенной частицы типа a стали объединяться с частицами типа b (не конкретная a с конкретной b, а тип с типом) и
начали образовываться частицы типа с, тем самым было положено начало физическому обобщению, классификации, что и явилось в итоге материальной основой абстрактного мышления.
Неорганический макромир - появление валентностей, вакансий с жесткими вариантами выбора связей (по типу "ключ-замок").
Органический мир - возникновение переносчиков (трансляторов) - поэтапный процесс передачи сигналов.
Биологический мир - появление феномена реактивности: 1) стимул-реакция (однозначная); 2) выбор реакции на основании интерпретации сигналов и формирования памяти.
Возникновение генетического аппарата, обеспечивающего жесткие информационные программы сохранения, функционирования и воспроизведения индивидов.
Стандартизация и в тоже время пластичность всех информационных процессов. Множество трансляторов, обеспечивающих также сортировку и отбор необходимой информации.
Возникновение катализаторов, обеспечивающих необходимую системность биохимических, и в том числе информационных процессов, а также реализующих их структур (сигналов, зафиксированных источников и приемников информации).
Животные: возникновение проблемы активного передвижения в пространстве для удовлетворения потребностей в материальных, энергетических и информационных ресурсах, в целях самосохранения и продолжения рода. Новый информационный аспект - выбор решения (как, куда и зачем двигаться).
Нервная система: Потребности, ощущения (сенсорное восприятие), эмоции, управление, обратная связь. Рефлексы (безусловные - условные), обучаемость. Анализ.
Мозг. "Мозг - это не орган мышления, а орган выживания, - такой же, как зубы, когти и ногти", - это высказывание принадлежит крупнейшему нейрокибернетику У. Р. Эшби. Мозг - орган, дающий его обладателю колоссальные преимущества в борьбе за существование.
Связанная с мозгом специализация биологических приемников информации -
органы чувств.
Специализация мозговых структур: подкорка, мозжечок, кора. Возникновение принципиально новых информационных функций - самосознания и мышления (специфическое корковое "мысле ощущение").
Мышление человека. Дальнейшая качественно новая социализация. Возникновение и развитие принципиально новых информационных технологий.
Информационные технологии человека
Как уже было сказано в начале этой главы, человек стал тем, что он есть, когда научился отчуждать приобретенные (ненаследуемые) знания и записывать их в абстрагированной форме на внешних носителях для передачи другим людям и другим поколениям.
Такая новая информационная технология стала необходимым (и ранее отсутствовавшим) элементом для перехода от чисто биологического системного уровня организации сообществ и популяций к социальному уровню. По наследству мы получаем инстинкты и врожденные рефлексы, обеспечивающие самосохранение и продолжение рода. Все остальные знания приобретаются в процессе обучения и самообучения. Так формируются условные рефлексы, обеспечивающие практически подсознательный автоматизм простых реакций и сложных действий в типичных повторяющихся (изученных) ситуациях. В нетипичных или незнакомых ситуациях необходим их анализ и рациональный (осмысленный) выбор. Нигде и никак не отчуждаемые приобретенные знания безвозвратно утрачиваются со смертью индивида. Изустная передача этих знаний другим людям является одним из способов их сохранения и распространения, но без поддержки технических средств оказывается недостаточно эффективной.
Эволюция способов представления (передачи) отчуждаемых знаний и их носителей. Общая тенденция: условность для части способов; стандартизация и унификация форм и методов. Каждая новая форма революционна.
Речевое общение. Внешние технические источники - электронные синтезаторы речи. Внешние носители: валики фонографа → грампластинки → магнитофонные ленты → магнитные и лазерные диски.
Звуковое общение. Внешние источники: барабаны (там-та-мы) → индивидуальные музыкальные инструменты → оркестры → электронные синтезаторы звуков. Внешние носители - те же, что и для речевого общения.
Непосредственное контактное мануальное общение, в основном иногда дополняющее некоторые виды звукового, речевого и зрительного. Внешних источников и носителей не имеет.
Зрительное общение. Внешние источники - любые, в частности, традиционные для животного мира мимика и жестикуляция. Внешние носители: различные материалы; естественные мягкие плоские материалы (кора и листья деревьев) и искусственно созданные (все, что угодно), фотобумага, кинопленка, видеопленка, магнитные и лазерные диски, компьютерная графика.
Письменность (ручная): условные рисунки → условные знаки (пиктограммы) → иероглифы → клинопись → алфавит (как технология передачи сколь угодно сложных знаний ограниченными согласованными стандартными средствами по согласованным грамматическим правилам). Азбука Брайля - вариант контактного общения. Внешние источники -компьютерные генераторы текстов. Внешние носители: любые твердые материалы (камень, глиняные пластинки, металл, дерево), мягкие материалы (листья, береста, папирус, пергамент, шелк, бумага).
Дополнение: специфический вненациональный алфавит используется в языке математики, химии, музыки и некоторых других сферах представления знаний. Внешние источники и внешние носители - те же, в том числе и для печатной продукции.
Книгопечатание (способ дешевого, быстрого и широкого тиражирования знаний при возникшей социальной необходимости в обучении рабочей силы в период возникновения машинного труда) и печатные средства массовой информации.
Внешние источники: полиграфическая и компьютерная техника. Внешние носители: бумага, затем магнитные ленты, диски и лазерные диски.
Компьютерная информационная технология, о которой много написано, поэтому от дополнительных комментариев я воздерживаюсь. Добавлю только, что с появлением компьютерных сетей связи, в частности Интернета, передача знаний существенно упростилась.
ГЛАВА 5.
ДАННЫЕ, ЗНАНИЯ, МЫШЛЕНИЕ
Следует разделить и определить эти три основные информационных понятия.
Данные - это сведения об объекте (объектах). Такие сведения часто называют признаками. Это любые сведения, нужные и не очень, достаточно или недостаточно полные. Но данные не всегда сопоставляются непосредственно с конкретным объектом. Они могут существовать "вообще"; могут относиться к разным объектам, и идентифицировать по этим невзаимосвязанным сведениям конкретный объект не всегда возможно. Используя системную терминологию, данные - это "куча" сведений. В компьютерной информатике широко используется общепринятый термин "набор данных" (признаков). Невзаимосвязанные данные могут быть приписаны некоему конкретному объекту (объектам), но этого недостаточно, чтобы его (их) содержательно описать.
Многочисленные достаточно удачные и широко востребованные компьютерные базы данных (БД) - при всех своих достоинствах и удобствах работы с ними - обладают тем же недостатком.
Как целостный системный материальный объект не является простой "кучей" невзаимосвязанных элементов, так и целостный системный информационный объект не является простым набором невзаимосвязанных информационных элементов.
Только будучи взаимосвязанными по смыслу (который может иметь и вербальное отображение), информационные элементы (данные) переходят на более высокий иерархический уровень, образуя новый системный информационный объект, называемый знанием.
Знание - это система взаимосвязанных данных. Так же как и в системных материальных объектах, связи между их элементами лежат глубже рассматриваемого в этот момент уровня; смысловые связи между данными, из которых образуется знание, на первый взгляд, могут не обнаруживаться. Лингвистическим отображением этих связей обычно служат грамматические союзы или соответствующие их смыслу знаки препинания.
Пример. Вода. "Вода состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода". "Вода (состав): 2 атома водорода, 1 атом кислорода". "Вода: H2O". Наличие материальной взаимосвязи между элементами в таком описании подразумевается.
Лингвистическим обозначением системного объекта обычно служит его имя. Что за этим именем кроется либо всем хорошо известно, либо надо объяснить, раскрыть. Поскольку все материальные объекты системны, их названия подразумевают сложность их структуры.
Информационные объекты обладают такой же системной иерархией, что и материальные. Целостный материальный объект рассматриваемого уровня состоит из элементов и связей между ними, которые на данном уровне не видны, а "расположены глубже". При дальнейшем объединении таких объектов и образовании более сложного объекта, "расположенного выше" по иерархической лестнице, объекты
предшествующего уровня рассматриваются в качестве элементов нового, более сложного объекта.
Отсюда следует, что имена системных объектов некоего уровня при переходе к
объектам более высокого уровня рассматриваются в качестве названий элементов более сложного объекта, имеющего свое собственное имя.
Иными словами, то, что рассматривается как знание на данном уровне, имеет
значение лишь для данных на более высоком информационном иерархическом уровне. Соответственно при переходе с верхнего иерархического информационного уровня на более низкий имеют место обратные соотношения.
Материальный объект, именуемый "атом" и состоящий, как известно, из элементов, именуемых ядром и электронными оболочками (это имена нашего знания и составляющих его данных), при объединении с другим атомом образует более сложный системный объект, именуемый "молекула". На этом уровне имя нового знания - молекула, а имена составляющих его данных - "атомы".
По Г. В. Колшанскому, лингвистическим выражением данных является слово, знаний
- предложение, мысли - текст.
Добавим к этому: для данных - число, для знания - уравнение, неравенство, формула; для мысли - математический текст. Аналогичным образом: нота → аккорд, музыкальная фраза → музыкальный текст.
Процесс мышления заключается в построении сценариев по заданному сюжету.
Исходным "строительным материалом" являются имеющиеся у некоего мыслящего существа знания. Неважно, истинные они или ложные (заблуждения), достоверные либо искаженные, полные или отрывочные. Неважно, приобретены они давно и извлечены из памяти или получены сию минуту. Неважно, что является источником имеющейся и получаемой информации. Важно только ее наличие. Строить что бы то ни было можно только из того материала, который есть. Если рассматривать процесс мышления с системных позиций, то он может быть описан как построение системы взаимосвязанных знаний, в которой знания оказываются элементами.
Логические основания построения сценариев и системная структура содержательного аспекта мышления. Мысленные сценарии создаются по сиюминутному (-секундному, - часовому и т. д.) сюжету. Эти сюжеты формируют реальные или вымышленные внешние либо внутренние ситуации. Перед индивидом