Введение в информатику и программирование. Проблематика автоматизации процессов.#

Информатика и информация.#

Информатика - наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также (в переносном смысле) область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.

Задачи, связанные с хранением, передачей и обработкой информации человеку приходи‐ лось решать во все времена: требовалось передавать знания из поколения в поколения, искать нужные книги в хранилищах, шифровать секретную переписку.

К концу XIX века количество документов в библиотеках стало настолько велико, что появилась необходимость как‐то систематизировать накопленную информацию, для того чтобы было удобно ее хранить и искать нужные данные.

В конце XIX века зародилось новое научное направление, в котором изучалась документальная информация, то есть информации в виде документов (книг, журналов, статей и т.п.). В английском языке оно получило название «_information science_» («информационная наука», «наука об информации»).

В конце-концов, в XXI веке скорость распространения и объем хранимой информации стали практически неограничеными. Более того, существенная доля человеческого труда сегодня затрачивается не на производство материальных благ, а на обработку информации! Именно потому, что производство и потребление информации составляет существенную долю в жизни нашего общества, оно и называется «информационным».

Краткая история развития Информатики.#

1936: Алан Тьюринг формулирует теорию машины Тьюринга, представляющую собой основу для теории вычислений и информатики.
1940-е: В период Второй мировой войны, информатика становится важной для расшифровки кодов и решения военных задач.
1948 Клод Шеннон «Математическая теория связи»
1950-е: Развитие ассемблерных языков программирования и создание первых компьютерных операционных систем.
1960-е: Возникновение теории формальных языков и автоматов, что стало фундаментом для развития компьютерных языков и компиляторов.
1970-е: Развитие теории сложности вычислений, что помогло понять ограничения в вычислительной мощности.
1980-е: Появление информатики как отдельной научной дисциплины с фокусом на алгоритмах, компьютерных науках и информационных технологиях.
1990-е: Рост интереса к сетевым технологиям, распространению интернета и развитию теории баз данных.
2000-е: Развитие областей искусственного интеллекта, машинного обучения и кибербезопасности.
2010-е: Информатика становится все более интердисциплинарной, включая биоинформатику, геоинформатику и проч.

В обыденном сознании Информатика связана с компьютерами и пользовательскими приложениями, такими как текстовые процессоры или электронные таблицы. Но самое интересное скрыто, как обычно, внутри. В тех базовых принципах, которые используются при создании, как пользовательских приложений, так и самих компьютеров. Эти базовые знания и составляют теоретические основы информатики. Именно теоретическая информатика определяет будущее развитие как информатики в целом, так и ее приложений

Информатику удобно подразделить на

Теоретическую (раздел прикладной математики)
Теоретическая информатика разрабатывает математический аппарат исследования процессов хранения, обработки и передачи информации.
Прикладную (разделы прикладной математики, физики, психологии, биологии и пр.)

Прикладная Информатика в отличие от Теоретической, не ставит своей целью развитие математического аппарата Информатики. Прикладная информатика использует математический аппарат Информатики, а также достижения и методы других наук для изучения процессов хранения, обработки и передачи информации.
Практическую (Создание прикладных программ)

Практическая информатика относится к инженерным специальностям. Специалисты в области практической информатики занимаются разработкой программного обеспечения, используя достижения Теоретической и Прикладной информатики. - Техническую (раздел техники и технологии, инженерные задачи) Техническая информатика – это тоже инженерная сфера человеческой деятельности. Но в отличие от Практической Информатики, к Технической Информатике относят вопросы конкретной реализации материальной базы (hardware) процессов хранения, обработки и передачи информации.

Что такое информация?#

При исследовании или наблюдении любого физического процесса, объекта или явления можно ввести понятие информации. Существует достаточно много определений понятия информация, существенно различающихся в зависимости от сферы деятельности в применении к которой даётся конкретное определение этого понятия. Такое положение, при котором существует множество различных определений и отсутствует единое общепринятое и точное определение этого понятия, вытекает из того, что понятие информации, наряду с такими фундаментальными понятиями как материя и энергия в физике или как множество или точка в математике, является первичным понятием и поэтому не может иметь четкого формализованного определения, т.е. не может быть определено через более простые известные объекты, имеющие четкие определения. Поэтому при определении основных фундаментальных первичных понятий используют интуитивный подход, определяя понятие через совокупность присущих ему свойств. Действительно, исходя из практического опыта, интуитивно, можно представить информацию как совокупность содержательных сведений, заключенных в том или ином объекте или явлении, и перечислить ее основные свойства, тем самым интуитивно, исходя из этих свойств, её определить.

Основные свойства информации:
1. Информация приносит знания об окружающем мире, которых в рассматриваемой точке пространства не было до ее получения.
2. Информация не материя, а свойство организованной материи. Информация такое же неотъемлемое свойство материи как масса и энергия, однако, в отличие от них она не подчиняется законам сохранения, подобным законам сохранения массы и энергии.
3. Информация не материальна, но она проявляется в виде материальных носителей — символов и сигналов. Причем символы — это реальные различимые получателем материальные объекты (буквы, цифры, изображения), а сигналы — это динамические процессы, т.е. изменяющиеся во времени или пространстве значения любой физической величины.
4. Информация может быть заключена как в самих символах, так и в их взаимном расположении (например, символы Т, Р, С, О могут принести информацию: торс, сорт, трос, рост и т.д.). Символы и сигналы несут информацию только для получателя, способного их распознать, т.е. поставить в соответствие принятым символам и сигналам объекты реального мира и их отношения.

Исходя из вышеперечисленных свойств, информацию можно рассматривать как сведения (знания), полученные в результате моделирования (описания) реального мира или его исследуемой части, являющиеся объектом некоторых операций: передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования.

Если обращаться к нормативно-правовой базе, то определения даются следующие:

Определения

Информация – ЭТО:

Любой вид знаний о предметах, фактах, понятиях и т. д. проблемной области, которыми обмениваются пользователи информационной системы

ГОСТ 34.320-96 Информационные технологии (ИТ). Система стандартов по базам данных. Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы

Сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления

Федеральный закон "Об информации, информационных технологиях и о защите информации" от 27.07.2006 N 149-ФЗ

Некоторые свойства информации:

Объективность - информация существует вне и независимо от человеческого сознания.
Достоверность - информация соответствует действительности. Она может быть недостоверной как по причине намеренно дезинформации, так и из-за помех
Полнота - информация считается полной, если её достаточно для понимания и принятия решений
Точность - информация определяется степенью её близости к реальному состоянию процесса, является и т.п.
Актуальность - важность для настоящего времени, злободневность, насущность
Полезность - оценивается применительно к нуждам конкретных её потребителей и по задачам, которые можно с её помощью решить

Способы оценки информации#

Для практического использования понятия информации необходимо научиться ее измерять. Это можно сделать по аналогии с методикой численного измерения иных фундаментальных понятий, таких как материя (масса), энергия или пространство, для этого требуется установить, что принимается за меру количественной оценки информации и что принимать за единицу измерения этой меры. Под мерой количественной оценки понимают некоторое явление или объект, которые однозначно (пропорционально) связаны с определяемым первичным понятием и которые могут характеризовать количественное содержание этого понятия.

Традиционно сложилось три основных подхода к выбору меры количественной оценки информации.
1. Структурный подход, при котором количественная оценка информации о событии оценивается путем определения объективной возможности этого события, входящего в некоторую полную группу событий.
2. Статистический подход, при котором количественная оценка информации о принятом сообщении производится на основе меры неопределенности, снимаемой с исследуемого информационного процесса (события) при получении данного сообщения.
3. Семантический подход, который в основном учитывает ценность полученной информации с точки зрения конкретного получателя этой информации.

Очевидно, что, для точного, технического, объективного использования, семантический подход не приемлем, так как он сугубо субъективен и не может дать общепринятой количественной меры информации, хотя этот подход и может быть использован в сфере гуманитарных и общественных наук. Применительно к точным и техническим наукам для определения меры количественной оценки информации используют структурный и статистический подходы.

Выбор критерия для количественной оценки информации, независимо от выбранного полхода, должен удовлетворять условиям, вытекающим из практического опыта:
- сообщению большей длины (при одном и том же объеме алфавита) соответствует большее количество информации;
- большее количество информации содержится в тех сообщениях (одинаковой длины), которые составлены из символов большего алфавита;
- символы в сообщении могут появляться с различными вероятностями и могут быть статистически зависимыми.

Формула Хартли и Формула Шеннона#

Формула Хартли. Создатель рассматривал процесс получения информации как выбор одного сообщения и конечного наперед заданного множества из $N$ равновероятных сообщений, а количество информации , содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм из . Если таких сообщений несколько - мы домножаем полученное количество информации на их количество - .
$I=Klog_2{N}$
Вероятностный подход, предложенный Клодом Шенноном в 1948 году, обобщает определение Хартли на случай, когда не все элементы множества являются равнозначными. Вместо множества в этом подходе мы будем рассматривать вероятностное распределение на множестве и оценивать среднее по распределению количество информации, которое содержит случайная величина.

Формула Шеннона. Используется в случае, если идет работа с НЕравновероятными событиями. Т.е. известна определенная вероятность наступление того или иного события

$I=-\sum^{K}_{i=1}p_ilog_2p_i=-(p_1log_2p_1+p_2log_2p_2+...p_Klog_2p_K)$
Можно заметить, что в качестве основания для логарифма используется 2. Это потому, что единицой измерения у результатов данных формул будет являться бит.

Бит (в теории информации) - количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений.

Бит (в вычислительной технике) - единица измерения памяти в системах, работающих на базе двоичной логики.

Прикладная информатика#

Данные VS Информация#

Прежде чем мы углубимся в мир данных, давайте разберемся в разнице между данными и информацией.

Определения

ДАННЫЕ – ЭТО:

Представление информации в формализованном виде, пригодном для передачи, интерпретации или обработки людьми или компьютерами

ГОСТ 33707-2016 (ISO/IEC 2382:2015) «Информационные технологии. Словарь»

Любой вид знаний о предметах, фактах, понятиях и т. д. проблемной области, которыми обмениваются пользователи информационной системы

ГОСТ Р ИСО/МЭК 10746-2-2000 «Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Управление данными и открытая распределенная обработка»

Для того чтобы информация стала данными, необходимо провести процесс формализации и кодирования. Давайте рассмотрим этот процесс более подробно:

Сбор информации: Вначале нужно собрать информацию, которую вы хотите преобразовать в данные.
Формализация: Формализация представляет собой процесс структурирования и организации информации в определенной форме. Например, если вы имеете текстовый документ, вы можете определить структуру, разбив его на заголовки, абзацы, списки и так далее. Формализация также может включать в себя определение формата данных, такого как дата или числа.
Кодирование: После формализации информации, она должна быть закодирована в определенный формат, который компьютеры могут понимать. Это может включать в себя преобразование текста в байты с использованием определенной кодировки (например, UTF-8 для текста), или преобразование изображения в формат JPEG.
Хранение данных: Закодированные данные сохраняются в определенном хранилище, таком как жесткий диск, база данных или облако.

Современный контекст автоматизации процессов#

Роль данных в прикладной информатике и цифровой трансформации сегодня невозможно переоценить. **Данные** являются не просто информацией, а **ценным ресурсом**, способным преобразовывать бизнесы, науку, здравоохранение и многие другие сферы деятельности.

Цифровая трансформация сегодня стала неотъемлемой частью бизнеса и общества в целом. Это процесс, который меняет не только способы ведения бизнеса, но и наши повседневные жизни. В основе этой трансформации лежат данные. Они - не просто информация, а ценный ресурс, способный приносить огромные выгоды, если умело использовать.

Программирование становится ключевым инструментом в работе с данными. С помощью программирования мы можем анализировать данные, создавать интеллектуальные алгоритмы и автоматизировать процессы. Это позволяет компаниям быстро адаптироваться к изменяющимся условиям рынка и повышать эффективность работы.

Определение

Программирование – это процесс разработки и создания компьютерных программ с использованием специальных языков программирования. Эти программы служат инструкциями для компьютера, позволяя ему выполнять определенные операции и задачи. Программирование включает в себя написание кода, который описывает последовательность действий, которые компьютер должен выполнить для достижения конкретной цели.

Программирование включает в себя следующие этапы:

Проектирование: Определение структуры программы, её архитектуры, выбор необходимых алгоритмов и данных.
Написание кода: Создание кода на выбранном языке программирования с использованием синтаксиса и правил данного языка.
Тестирование: Проверка программы на наличие ошибок и некорректного поведения.
Отладка: Исправление ошибок и устранение недоработок в коде.
Оптимизация: Улучшение производительности программы и эффективности её работы.

Программирование играет ключевую роль в автоматизации задач и процессов. Автоматизация заключается в замещении ручного труда человека выполнением задач компьютерами и программами. Программирование позволяет создавать специализированные приложения и программы, которые могут:

Увеличить производительность: Автоматизированные процессы выполняются быстрее и точнее, чем традиционный ручной труд, что повышает эффективность работы.
Снизить вероятность ошибок: Компьютеры выполняют задачи согласн!о заданным инструкциям, минимизируя человеческий фактор и вероятность ошибок.
Обеспечить постоянство и надежность: Автоматизированные системы работают одинаково и надежно, не завися от физической усталости или человеческих факторов.
Улучшить анализ данных: Программы могут обрабатывать и анализировать большие объемы данных, выявляя паттерны и тенденции, которые трудно заметить вручную.
Снизить затраты: Автоматизация может сократить затраты на ресурсы, время и трудозатраты.

Национальный проект "Цифровая экономика"#

Национальный проект "Цифровая экономика" Российской Федерации — стратегическая инициатива, нацеленная на ускоренное развитие информационных технологий и цифровой трансформации различных сфер общества и экономики.

Проблематика автоматизации процессов в контексте Национального проекта "Цифровая экономика" РФ охватывает несколько аспектов, связанных с внедрением и распространением цифровых технологий и автоматизированных систем. Важно разбираться в этих проблемах для успешной реализации цифровой трансформации и достижения поставленных целей проекта.

Одним из ключевых аспектов проекта является подготовка высококвалифицированных IT специалистов, которые становятся двигателем инноваций и созидательных изменений в цифровом мире.

Различают несколько этапов цифровой трансформации:

Цифровизация: Этот этап представляет собой начальную стадию цифровой трансформации, при которой аналоговые данные и процессы преобразуются в цифровой формат. Это может включать в себя сканирование бумажных документов, создание электронных версий данных и переход от физических к электронным системам хранения.
Автоматизация: После цифровизации компании могут начать внедрение автоматизации в свои бизнес-процессы. Это означает использование технологий и программного обеспечения для автоматического выполнения задач и процессов, которые ранее требовали участия человека. Примерами могут быть автоматизированные системы управления складом, роботизированные производственные линии и автоматизация управления клиентскими отношениями.
Цифровая трансформация: Этот этап представляет собой более глубокую и стратегическую трансформацию бизнес-модели и процессов компании с использованием цифровых технологий. На этой стадии компании пересматривают свои бизнес-процессы, стратегии и модели, чтобы максимально использовать возможности, предоставляемые цифровыми инновациями. Это может включать в себя переход к облачным вычислениям, разработку цифровых продуктов и услуг, использование аналитики данных для принятия решений и создание более гибких и клиентоориентированных бизнес-моделей.

Цифровая трансформация часто является долгосрочным процессом и требует не только внедрения технологий, но и изменения культуры организации и обучения сотрудников. Вызовы, возникающие в современных прикладных информационных процессах,: сопряжены не только с высокими рисками и издержками, но и требуют всестороннего анализа разрабатываемых решений:

Технические и технологические вызовы: Внедрение автоматизации требует совершенствования и адаптации существующих технологий и систем к конкретным задачам и процессам. Это может подразумевать сложности в интеграции разнородных систем, выборе подходящих платформ и инструментов.
Кадровые вопросы: Реализация автоматизации требует наличия специалистов, обладающих навыками программирования, анализа данных, системной интеграции и управления проектами. Отсутствие квалифицированных кадров может замедлить внедрение автоматизации.
Законодательство: Внедрение автоматизации может столкнуться с правовыми ограничениями и нормативами, которые могут различаться в разных сферах. Необходимо обеспечить соответствие автоматизированных систем законодательным требованиям.
Безопасность и защита данных: Автоматизированные системы требуют надежных мер по обеспечению безопасности данных и защите от киберугроз. Некорректная или ненадежная автоматизация может повлечь за собой серьезные последствия.
Финансовые аспекты: Внедрение автоматизации может потребовать значительных финансовых ресурсов на приобретение и настройку систем, обучение персонала и обновление инфраструктуры. Финансовая составляющая может быть вызовом для некоторых организаций и секторов.
Прозрачность и открытость: Важно, чтобы процессы автоматизации были прозрачны и доступны для контроля. Некорректное функционирование автоматизированных систем может повлиять на доверие к технологиям и вызвать общественное беспокойство

Домашнее задание:#

Пройдите тестирование по ссылке

Используемая литература#

Шавенько Н.К. Основы теории информации и кодирования. Учебное пособие. – М,: Изд-во МИИГАиК, 2012. – 125 с
Хасьянов А.Ф. Основы теоретической информатики. Курс лекций // Электронная публикация