Формальный способ обработки информации это

Формализованная модель обработки информации

Обработка информации

Понятие обработки информации является весьма широким. Ведя речь об обработке информации, следует дать понятие инварианта обработки. Обычно им является смысл сообщения (смысл информации, заключенной в сообщении). При автоматизированной обработке информации объектом обработки служит сообщение, и здесь важно провести обработку таким образом, чтобы инварианты преобразований сообщения соответствовали инвариантам преобразования информации.

Цель обработки информации в целом определяется целью функционирования некоторой системы, с которой связан рассматриваемый информационный процесс. Однако для достижения цели всегда приходится решать ряд взаимосвязанных задач.

К примеру, начальная стадия информационного процесса — рецепция. В различных информационных системах рецепция выражается в таких конкретных процессах, как сбор и/или отбор информации (в системах научно-технической информации), преобразование физических величин в измерительный сигнал (в информационно-измерительных системах), раздражимость и ощущения (в биологических системах) и т. п.

Процесс рецепции начинается на границе, отделяющей информационную систему от внешнего мира. Здесь, на границе, сигнал внешнего мира преобразуется в форму, удобную для дальнейшей обработки. Для биологических систем и многих технических систем, например читающих автоматов, эта граница более или менее четко выражена. В остальных случаях она в значительной степени условна и даже расплывчата. Что касается внутренней границы процесса рецепции, то она практически всегда условна и выбирается в каждом конкретном случае исходя из удобства исследования информационного процесса.

Следует отметить, что, независимо от того, как «глубоко» будет отодвинута внутренняя граница, рецепцию всегда можно рассматривать как процесс классификации.

Обратимся теперь к вопросу о том, в чем сходство и различие процессов обработки информации, связанных с различными составляющими информационного процесса, используя при этом формализованную модель обработки. Прежде всего, нельзя отрывать этот вопрос от потребителя информации (адресата), а также от семантического и прагматического аспектов информации. Наличие адресата, для которого предназначено сообщение (сигнал), определяет невозможность установления однозначного соответствия между сообщением и содержащейся в нем информацией. Совершенно очевидно, что одно и то же сообщение может иметь различный смысл для разных адресатов и различное прагматическое значение.

Рис. 2.1. Технологический процесс переработки информации в виде иерархической структуры по уровням

Используемые в производственной сфере такие технологические понятия, как «технологический процесс», «технологическая операция», «метрика», «норматив» и т. п. могут применяться и в ИТ. Для этого нужно начинать с определения цели. Затем следует попытаться провести структурирование всех предполагаемых действий, приводящих к намеченной цели, и выбрать необходимый программный инструментарий (рис. 2.1).

1-й уровень — этапы, где реализуются базовые технологические процессы, состоящие из операций и действий последующих уровней.

2-й уровень — операции, в результате выполнения которых будет создан конкретный объект в выбранной на 1-м уровне программной среде.

3-й уровень — действия, совокупность стандартных для каждой программной среды приемов работы, приводящих к выполнению поставленной в соответствующей операции цели.

4-й уровень — элементарные операции по управлению элементарными действиями объектов.

ИТ, как и другие технологии, должны отвечать следующим требованиям:

• обеспечивать высокую степень расчленения всего процесса обработки информации на этапы, операции, действия;
• включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;
• иметь регулярный и масштабируемый характер;
• этапы, действия, операции технологического процесса должны быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.

Традиционно в процессе обработки информации используются как измерительная аппаратура, обеспечивающая входные данные, так и собственно обрабатывающие (вычислительные) системы. И те и другие прошли длинную дорогу развития вместе с человеческой цивилизацией. В следующем пункте будут перечислены основные вехи их истории.

Если раньше обрабатывающей системой был человек или какие-то механические приспособления, то для проведения процесса обработки было достаточно сформулировать набор правил (инструкций). Давно подметили, что повторяющиеся операции целесообразно автоматизировать в первую очередь и желательно перепоручить машинам. При этом человек, задавая циклическое правило работы машине, колоссально выигрывает в трудозатратах.

Предположим, вам надо сложить 1000 последовательных данных измерений. Заводим специальный счетчик-сумматор и присваиваем ему значение 0. Для каждого из данных надо получить результат измерений и добавить его к счетчику, то есть вам надо сделать 2001 операцию при «ручном» счете. Другой вариант — написать шесть инструкций для машины:

1. завести счетчик-сумматор и присвоить ему значение 0;
2. завести индекс (номер) текущей операции и присвоить ему значение 0;
3. получить новый результат измерений;
4. добавить его к счетчику-сумматору;
5. увеличить на 1 индекс текущей операции;
6. если он меньше 1000, то перейти к шагу 3.

За прошедшее время существенно усложнились задачи обработки информации, развились способы формулировки и записи правил работы машин (программ работы). Вычислительные устройства превратились в компьютеры, а правила работы — в компьютерные программы.

Программирование — процесс создания компьютерных программ с помощью языков программирования. Программирование сочетает в себе элементы искусства, науки, математики и инженерии.

В узком смысле слова программирование рассматривается как кодирование — реализация одного или нескольких взаимосвязанных алгоритмов на некотором языке программирования. Под программированием также может пониматься разработка логической схемы для интегральной микросхемы, а также процесс записи информации в микросхему ПЗУ (Постоянного Запоминающего Устройства) некоторой электронной системы. В более широком смысле программирование — процесс создания программ, то есть разработка программного обеспечения.

Составителями программ являются программисты. Большая часть работы программиста связана с написанием и отладкой исходного кода на одном из языков программирования.

Различные языки программирования поддерживают различные стили программирования (или парадигмы программирования). Отчасти искусство программирования состоит в том, чтобы на одном из языков эффективно реализовать алгоритм, наиболее полно подходящий для решения имеющейся задачи. Разные языки требуют от программиста различного уровня внимания к деталям при реализации алгоритма, результатом чего часто бывает компромисс между простотой и производительностью (или между временем программиста и временем пользователя).

Единственный язык, напрямую выполняемый процессором, — это машинный язык (также называемый машинным кодом). Изначально все программисты прорабатывали весь алгоритм в машинном коде, но сейчас эта трудная работа уже не делается. Вместо этого программисты пишут исходный код на языке высокого уровня (например, С, С++, С#, Java), а компьютер, используя компилятор или интерпретатор и уточняя все детали, транслирует его за один или несколько этапов в машинный код, готовый к исполнению на целевом процессоре. Если требуется полный низкоуровневый контроль над системой, программисты пишут программу на языке ассемблера, мнемонические инструкции которого преобразуются один к одному в соответствующие инструкции машинного языка целевого процессора.

В некоторых языках вместо машинного кода генерируется интерпретируемый двоичный код «виртуальной машины», также называемый байт-кодом (byte-code). Такой подход применяется в языке Forth, некоторых реализациях языков Lisp, Java, Perl, Python, а также в языках платформы Microsoft .NET.

Типичный процесс разработки программ состоит, в общем, из семи этапов:

• постановка задачи;
• формализация и специфицирование;
• выбор или составление алгоритма;
• программирование;
• компиляция (трансляция);
• отладка и тестирование;
• запуск в эксплуатацию.

Эксплуатируемая программа имеет дело с данными различных типов, предназначенных для решения конкретных задач.

Источник

Понятие формальной модели обработки информации

Ключевые понятия:формальная модель обработки информации, первичные элементы, синтаксические правила, начальнаяинформационная конструкция, операции формальной модели, формальная модель, язык, абстрактная машина.

Приведем классическое определение формальной модели.

Определение 1.1.1.1. [390; 392; 401] (Поспелов Д.А.1981кн-ЛогикЛМ ;Поспелов Д.А.1986кн-СитуаУ ;Поспелов Д.А.ред.1990спр-ИскусИ-К2).Формальная модель обработки информацииF , называемая также формальной системой, исчислением, определяет процесс переработки информационной конструкции и задается четверкой:F =  T , P , S , W  , где

T – множествопервичных элементов(терминальных элементов, базовых элементов, элементарных конструкций) формальной модели;

P – множествосинтаксических правилформальной модели, ко­торые определяют множество синтаксически правильных (правиль­но построенных) информационных конструкций (конструктивных объектов), перерабатываемых в рамках данной формальной модели;

S –начальная(исходная)информационная конструкцияфор­мальной модели, т.е. начальное состояние перерабатываемой ин­формационной конструкции, которое иногда называют совокуп­ностью аксиом;

W – множествоопераций формальной модели, т.е. правил по­строения новых информационных конструкций из уже построенных, правил преобразования (модификации) текущего состояния перера­батываемой информационной конструкции.

Операции формальной модели иногда называют правилами вывода, которые не следует отождествлять с правилами логиче­ского вывода, поскольку формальные модели могут быть не только логическими.

Нетрудно заметить, что понятие формальной модели включает в себя три аспекта:

представление (кодирование) информации в виде некоторых информационных конструкций, устройство этих информационных конструкций, их соотношение с описываемой предметной областью, т.е. устройство языка, используемого формальной моделью, его синтаксис и семантика;

построение начальной информационной конструкции формальной модели, представляющей собой исходное описание некоторой конкретной предметной области. Для формальной модели переработки знаний, отражающей логико-семантический уровень интеллектуальной системы, начальная информационная конструкция называется исходным состоянием базы знаний;

организация переработки информационных конструкций. Таким образом, наряду с приведенным выше определением формальной модели можно дать следующее эквивалентное определение.

L –языкформальной моделиF с присущими ему синтаксисом и семантикой;

S –начальная информационная конструкцияформальной моделиF ,которая должна принадлежать языкуL ;

C –абстрактная машина обработки информации, определяющая операции (правила преобразования) конструкций языкаL . Множество операций абстрактной машиныC в точности соответствует множеству операций формальной модели, которое в определении1.1.1.1обозначено символомW .

Формальная модель рассматривает процесс обработки информации как процесс преобразования информационной конструкции, хранимой в памяти абстрактной машины. Следовательно, текущее состояние такого процесса полностью определяется текущим состоянием перерабатываемой информационной конструкции, т.е. текущим состоянием памяти абстрактной машины.

Приведенное определение формальной модели обработки информации условно разбивает модель обработки информации на модель представления информации и модель преобразования информации (модель манипулирования информационными конструкциями).

ЯзыкL определяется множеством информационных конструкций, которое называется множеством синтаксически правильных (правильно построенных) конструкций этого языка. Описание синтаксиса языка формальной модели должно быть конструктивным определением множества синтаксически правильных его конструкций, которое соответственно задается а) множеством первичных элементов (базовых элементов, элементарных, атомарных конструкций) языка и б) множеством синтаксических правил (см. определение1.1.1.1). То, как соотносится произвольная синтаксически правильная конструкция этого языка с фрагментом предметной области, описываемой этой конструкцией, будем называть денотационной семантикой языка, а соотношение конкретной конструкции языка с описываемым этой конструкцией фрагментом предметной области будем называть денотационной семантикой указанной конструкции.

Абстрактная машинаC задается а) абстрактной памятью (абстрактной запоминающей средой), в которой хранятся перерабатываемые информационные конструкции, и б) множеством операций. Текущее состояние абстрактной памяти представляет собой текущее состояние перерабатываемой информационной конструкции. В этом смысле абстрактная память есть нестационарная (динами­ческая, изменяющаяся во времени) информационная конструкция. Структура памяти абстрактной машины, ее «статические» свойства определяются синтаксисом языкаL . Принципы изменения состояния памяти абстрактной машины, т.е. «динамические» свойства хранимых в памяти информационных конструкций, характер преобразования информационных конструкций определяются операциями абстрактной машины. На одной и той же абстрактной машине могут быть реализованы разные формальные модели, отличающиеся друг от друга разными начальными информационными конструкциями, которые задают разное исходное состояние памяти абстрактной машины. Таким образом, каждому сочетанию абстрактной машины и языка соответствует целое семейство формальных моделей, использующих указанный язык и реализуемых на указанной абстрактной машине. Могут существовать формальные модели, отличающиеся разными начальными информационными конструкциями, разными языками, но имеющие одинаковые операции. Такие формальные модели также могут быть реализованы на одной и той же абстрактной машине. Могут существовать формальные модели, отличающиеся разными начальными информационными конструкциями, разным набором операций, но имеющие одинаковые языки.

Язык, которому однозначно ставится в соответствие набор операций, т.е. определенная абстрактная машина, будем называть языком с фиксированной операционной семантикой. Операционная семантика такого языка задается соответствующей абстрактной машиной. Все остальные языки будем называть языками с нефиксированной операционной семантикой. Языками с фиксированной (четко заданной) операционной семантикой являются все языки программирования. В отличие от этого языки представления знаний могут иметь нефиксированную операционную семантику. Это означает, что одному и тому же языку представления знаний могут быть поставлены в соответствие разные методы решения задач в рамках этого языка.

Рассматриваемая нами трактовка формальной модели дает возможность четко выделить три этапа разработки конкретных формальных моделей:

разработка языка (языка программирования или языка пред­ставления знаний);

разработка абстрактной машины (машины реализации хранимых программ или машины переработки знаний);

разработка начальной информационной конструкции начального состояния памяти абстрактной машины (конкретной программы вместе с ее конкретными исходными данными или исходного состояния некоторой базы знаний).

Таким образом, рассматриваемая трактовка формальной модели дает возможность явно связать формальную модель с главными компонентами инструментальных средств, обеспечивающих ее реализацию, – с соответствующим языком и с соответствующей абстрактной машиной.

Кроме того, используемое понятие абстрактной машины дает возможность с общих позиций рассмотреть принципы организации обработки информации в формальных моделях самого различного вида, а также дает возможность исследовать новые архитектуры компьютеров следующих поколений, в частности, компьютеров, ориентированных на реализацию интеллектуальных систем.

Источник