« А.А. Красилов ИНФОРМАТИКА В СЕМИ ТОМАХ Том 1. Основы информатики (Введение в информатику) ...»
Здесь представлены только некоторые и самые общие процедуры применения информатики, значительно важнее знание классов задач, которые может решать Интеллсист. Ниже неформально расшифровываются действия (для администратора, занимающегося управлением знаниями), данные формально в разделе 4.5.
Важная особенность Интеллсист состоит в том, что при неполном знании она предложит составлять программу, сообщив в описании программы имена, для которых необходимо ввести исходные данные для получения конечных результатов. В связи с этим можно сказать, что знания вместе с запросом приводят к построению или синтезу программы, готовой для циклического запуска с различными вариантами исходных данных, что и составляет решения проблемы применения информатики для автоматического построения программ.
Процедура применения информатики складывается из следующих обобщенных шагов. Они во многом напоминают технологию решения проблем. Шаги в большинстве случаев выполняются выборочно и частично или в соответствии с ранее составленной (или шаблонной) последовательностью шагов. Перечисление шагов играет роль инструкции по применению информатики для специалистов, далеких от информатики.
Работа в информатике начинается с составления или отбора формулировок проблем или заданий, а возможно их спецификаций. Необходимо ответить на главный вопрос: чего мы хотим? Из общего вопроса вытекают частные, их надо разрешить на следующих шагах. Шаг может завершиться составлением общих задания, концепций или проекта.
Общее обследование проблематики данной области знания связано с описанием обстановки, «окружающей» исследуемые проблемы. Она сопрягается с исследованием конкретной области знания с ее источником, целями, назначениями и ресурсами для решения. Возможно разработанные ранее задания, концепции или проект получат уточнения или конкретизацию.
Одним из важных шагов является работа по составлению или отбору несущих знания утверждений. Здесь должна быть установлена тесная связь с литературными источниками или со специалистами, хорошо представляющими область проблематики. Важным результатов отбора знаний может явиться создание файлов со знаниями или заполненная БД с помощью некоторой СУБД.
Теперь можно приступать к анализу предметной области для формирования понятий о величинах, которые считаются известными или определяемыми в процессе решения заданий или разрешения проблем. Подбор терминов (термандов) может быть ручным или автоматизированным. Важной частью шага является формирование облика понятий, их структуры или областей значений. Опыт работ в обязательном порядке приведет к разработке лексикона и БЗ или к их приобретению.
После или параллельно с анализом предметной области проводится анализ проблемной области для формирования понятий об операциях над величинами (подбор термаций). Надо заметить, что некоторые операции могут попасть в разряд определяемых (например, в БЗ) или искомых (проведение исследования операций). И здесь должны быть созданы портреты операций, которые могут вызвать процедуру создания вспомогательных операций. В результате создается часть лексикона, содержащая описание операций.
После составления терминологического словаря для понятий предметной и проблемной областей можно приступить к выбору способов представления данных (главной и составной части фактов). Чаще всего будут использованы уже известные способы представления. Новые области знаний диктуют необходимость выработки новых представлений на основе известных правил построения лексем или структур из лексем. Могут потребоваться и вспомогательные средства для представления данных. В действительности сложные структуры данных включают подструктуры других данных. Этот процесс создания представлений рекурсивен.
Следующий шаг связан с выбором общего подхода к решению проблем или заданий. Необходимо ответить на вопросы:
- Нужны ли методы решения?
- Какие БЗ привлекать?
- Как организовать процесс решения заданий?
- Какие людские и технические ресурсы следует использовать?
- И многие другие практические вопросы.
Результатом может быть организационная или управленческая структура из специалистов, обеспечивающая эффективное решение проблем.
Теперь можно приступать к выполнению процедур применения средств и методов для решения заданий. Они могут быть связаны с использованием готовой программы, с разработкой новых программ, с применением ИП и инструментария Интеллсист или с композицией указанных объектов. Это наиболее технически емкий шаг, требующий привлечения различных ресурсов, которые также должны окончательно планироваться на этом шаге.
Техническим шагом является процедура собственного применения выбранных средств и ресурсов. Работа на шаге сводится к выполнению руководств и инструкций по применению выбранных средств. Одним из главных атрибутов и результатов шага является расписание (график) выполнения конкретных работ, которое было, по-видимому, разработано на предыдущих шагах.
Важным является следующий шаг. Он состоит из исследования результатов применения информатики и полученного нового знания. Здесь принимается решение о правильности выбранных путей решения проблем, о ценности конкретных результатов применения СВТ, об использовании их в дальнейшей работе. Администратор должен оценить алгоритм управления знаниями и произвести необходимую его коррекцию. Как обычно после выполненных процедур или всех предыдущих шагов осуществляется формирование итоговых документов по всем результатам применения информатики. Здесь, как и на предыдущих шагах, определяются шаги для повторения процедур управления знаниями. Но при подведении итогов эта действие является более ответственным. Роль обратных связей известна, они призваны устранять прямые и косвенные ошибки в процедурах и определять пути развития процесса применения информатики и управления знаниями.
Также важным для процедур применения информатики является оценка их применения для развития информатики решения принятых проблем и заданий. Наверняка оценка будет положительной, поэтому ставится вопрос о путях продолжения применения информатики, о расширения области проблематики, о создании стандартных процедурах и приемов применения, о формировании шаблонных подходов для ускорения процессов обработки знаний. Можно еще сказать, что здесь принимаются окончательные формулировки технологии решения проблем и заданий в данной области знаний.
Шаги применения информатики представлены крупным планом. Следует вырабатывать множество мелких шагов и процедур, развивающих или уточняющих перечисленные процедуры. Конкретные условия применения информатики сделают процедуру детализации обязательной. Не существует универсальных или общих последовательностей процедур. Многое определяется имеющимися человеческими, материальными или информационными ресурсами.
4.7. Обучение в школе и в институте
Современные программы обучения информатике в школе сводятся к выработке у школьника знания о возможностях ВМ, использования игр и навыков по программированию. Общество своевременно поставило цель обучения информатике со школьной скамьи. Постепенно, по мере распространения компьютеров в быту, все начальные знания по информатике приобретаются еще до начала школьного обучения. Изучение информатики в последних двух-трех классах средней школы так, как это принято сегодня, становится малоэффективным по учебным программам, содержащим пункты из первой фразы настоящего абзаца. Новое определение информатики ставит несколько другие цели обучения информатике, поэтому она должна преподноситься школьнику семь лет. Программа из первой фразы должна перейти в разряд учебных программ по алгоритмике и программированию в специализированных школах, готовящих программистов.
Обучение информатике должно быть построено на других принципах и по другой учебной программе (см. Приложение 1). Предлагаемая там программа обучения ориентирована на новое определение информатики с целью реализации лозунга: «Учиться учиться» вместо талмудистского лозунга «Учиться, учиться и учиться». Информатика занимается, в частности, знанием о знании. Эта часть незначительна по объему. Из этого знания необходимым является определение понятия «знание» и очень небольшой окрестности этого понятия.
В соответствии с правилами построения семерки можно выделить семь категорий процесса обучения (см. например [Рафаэл79]) учащегося или Интеллсист:
1. Механическое заучивание или перекачка данных (в них знание) в память человека (или Интеллсист) с последующим извлечением их по мере необходимости. Для Интеллсист механическим заучиванием являются процесс заполнения таблиц различными данными и процесс заполнения БЗ сведениями о предметных и проблемных областях, они могут использоваться для выбора фактического материала и накоплением знания (чаще - фактов), на основе которых осуществляется логический вывод новых фактов.
2. Языковое обучение - это введение в память сведений о грамматиках ЕЯ, ЯПП или ФЯ. Для человека языковое обучение связано с повышением грамматической культуры (или грамотности). В Интеллсист предусмотрено введение порождающих и распознающих грамматик для решения задач генерации или распознавания текстов соответствующего языка.
3. Концептуальное обучение является наиболее трудным, и поэтому его относят к наименее понятному. Обучение понятиям составляет основу всякого познания реальной (в том числе и мыслимой) действительности. Учащегося средней школы более всего обучают именно понятиям и концепциям. Учащегося высшего учебного заведения обучают тому, как учиться и наборам понятий, и концепциям, и содержанию знания в ряде конкретных областей деятельности человека. Интеллсист ориентирована на разработку лексиконов и техническое формирование новых понятий из контекста известных.
4. Параметрическое обучение или использование имеющихся навыков для комбинирования ими при обучении, использование собраний фактов и взаимосвязей фактов про предметы, явления или процессы. Параметрическое обучение увязывает понятия и их допустимые или текущие значения. Такое обучение важно для человека, так как накопление сведений - основа для построения любого жизненного или технического процесса, оно осуществляется на базе любой литературы. Для Интеллсист обучение фактам является основой построения БЗ и запросов, которые также могут формироваться на базе литературы.
5. Обучение логическому мышлению или логическому выводу новых фактов из имеющихся фактов. Для человека такое обучение возможно только и при условии достаточного накопления понятий и фактов о них. Для Интеллсист логическое мышление является основным. Базой для логических построений является встроенная БЗ, стандартная или пользовательская БЗ вместе с лексиконом. Для Интеллсист лексикон и БЗ являются параметрами, которые могут меняться в зависимости от запросов на применения системы.
6. Обучение методам состоит в приобретении или прививании знаний о процедурах решения самых различных и жизненных или технических задач. Для Интеллсист обучение методам состоит во вводе логического и алгоритмического знания (описания подпрограмм) или его автоматическом синтезе в процессе логического вывода. Интеллсист ориентирована на техническое формирование новых алгоритмов и программ из контекста БЗ и запроса (синтез программ).
7. Обучение конструированию является особой формой изобретания. Особенность заключена в том, что обучаемый должен иметь дело с разнообразной информацией: с текстами, таблицами, записями, геометрическими и графическими изображениями и понятиями, пространственным представлением и со многими другими объектами, чтобы формировать системы построения нового знания. Для Интеллсист все представления ограничены грамматикой ЯПП. Косвенные возможности ЯПП не ограничены ничем, поскольку любую информацию можно задать одним из имеющихся методов. Однако препятствиями могут оказаться шаги формализации, например геометрических или графических изображений и понятий, пространственных представлений. До ввода указанных сведений потребуются усилия для выбора грамматических средств и методов представления графических рассуждений и алгоритмов. Рисунок, созданный графической программой или введенный со сканера, представляется файлом с известным форматом. Для обработки рисунка необходимо создать описание операций преобразования. Можно указать и на другие трудности.
С позиций информатики (или работы с Интеллсист) все семь категорий обучения реализуются с помощью ВМ. Они задействованы, хотя и размыто, в инструментарии Интеллсист. Одну какую-либо категорию выделить почти невозможно. Но обучение в этом случае автоматизировано. Учащемуся необходимо только усвоить не очень сложные шаги формализации и порядок выполнения подсказываемых системой работ.
Обучение в школе и институте постепенно пересматривается в направлении использования ВМ для обработки знаний. В связи с такой тенденцией пересматриваются программы обучения. Ниже в приложении приведены программы обучения информатике в школе и в вузе, слабо зависящие от непосредственного программирования на ВМ. Программы предусматривают обучение понятиям «знание», «обработка знаний» и «знание о знании». Некоторые программы являются уже действующими, другие ждут своего печатного и учебного подтверждения.
Глава 5. Методология информатики
Методологии информатики посвящен шестой том. Основанием для пояснения методологии информатики в этом томе является методология программирования, которая использована для иллюстрации имеющимися средствами сущности понятия. Методология информатики несколько шире методологии программирования в связи с тем, что в программировании используются главным образом алгоритмические знания. Основная цель настоящей главы - дать введение в методологию информатики с учетом других видов знания, а не только в связи с абстракцией от программирования. Достичь такой цели чрезвычайно сложно, поэтому необходимо делать некоторое снисхождение и снять часть ответственности с автора. Выполнить эту работу хотя бы частично представляется уже значительным шагом в развитии знаний об информатике.
Вначале распространим понятие методологии на информатику, а затем рассмотрим влияние различных видов знания на формирование методологии. Проблемы, задачи и назначение методологии подробно рассматриваются в т.6, здесь же даются общие очертания областей, которые относятся к методологии.
5.1. Определение методологии
Как и любая наука, информатика характеризуется определенной деятельностью по обработке знаний. Структура логической организации, методы и средства - это необходимые и самые важные составные части определения методологии вообще и методологии информатики, в частности. Логическая организация для информатики - это ее математические основания, которые рассматриваются в пятом томе, методы рассматриваются в шестом томе, а средства - в томе 7. Половина списка литературы, приведенного в конце каждого тома, так или иначе, касается проблем использования средств в методологии информатики. Выделяются новые (и как нам кажется интересные) программные средства для расширения области решения проблем методологии информатики (в т. 7 представлен инструментарий Интеллсист как новое средство реализации). Таким новым средством является ИП.
Во многих справочниках методология науки определяется как учение о принципах построения, формах и способах научного познания предметов, явлений и процессов. Методология информатики определяется согласно и аналогично этому определению. Принципы формирования определения методологии информатики состоят в том, что она технически определяет этапы в информатической деятельности: изобретание, проектирование, разработка и сопровождение. Формы в определении методологии информатики - это повторяющиеся из этапа в этап фазы работ, и, наконец, способы научного познания определяются списком работ или операций для реализации на каждой фазе каждого этапа. Данное подразделение (интерпретация) понятий принцип, форма и способ на первый взгляд кажется условным, но оно выражает иерархическое построение методологии информатики. Здесь принята такая схема определения методологии информатики, будем придерживаться этой схемы. В таком подходе к формированию методологии информатики можно усмотреть процедуру самоприменимости [Марков84]. Методология – это знание о процессе, который должен формироваться в результате анализа области знания о деятельности человека, которая может рассматриваться как проблема, разрешаемая по методологии информатики.
Наука – это первая сторона методологии (в том числе и информатики). Совокупность последовательности операций обработки знаний - технология методологии - образует вторую сторону (вторую составную часть) методологии информатики. Третья сторона - прагматика, фольклор, сказания и др. - определяется нами неявно (но повсеместно). Итак, три составные и взаимосвязанные части в целом определяют методологию информатики: наука, технология и прагматика. Две первые составные части рассмотрим чуть-чуть подробнее, третья составная часть сложна для отдельного изложения, поэтому она будет изредка встречаться по тексту в виде фрагментов прагматики. В томе 6 приведена другая расширенная схема расшифровки для понятия методологии информатики, включающая 7 сторон. Пока для обсуждения можно принять данную выше расшифровку из трех сторон.
Определение методологии информатики тесно переплетается с определением информатики как науки. К тому же, рассмотрение понятия науки предпринимается для сопоставления определений науки и информатики, чтобы осмыслить насколько можно себя считать правым, именуя информатику наукой. Для этого сделаем перебор атрибутов определения науки и атрибутов информатики как деятельности человека. Осмысление информатики как науки необходимо для переноса всего полезного от такого сопоставления на практику использования информатики. Это важно сделать, сославшись на авторитет кибернетики. Перефразируя замечательные слова академика А.И. Берга, сказанные им в докладе на Президиуме АН СССР относительно кибернетики, можно сказать про информатику следующее:
...Ее методами человечество пользовалось всегда, но, только не применяя этого термина, если можно так выразиться, - бессознательно, подобно тому, как оно пользуется весьма давно речью при обмене сообщениями, причем в большинстве случаев люди говорят прозой, а некоторые этого не знают.
...Задачей информатики является повышение эффективности деятельности человека во всех случаях, когда ему необходимо получение неизвестного или нового знания.
...Содержание информатики заключается в описании, осмыслении, определении, представлении, обобщении и применении знания с целью получения нового знания для достижения поставленной цели (возможно, что в этом процессе принимает участие ВМ).
...Особое внимание следует обратить на то, что теоретическая база информатики, находящая все более широкое применение в самых разнообразных науках, между которыми, казалось бы, нет ничего общего, основывается на одних и тех же общих для всех наук закономерностях.
...Наступило время, когда проблемы вычислительной техники и ее применения надо ставить на третье место после проблем энергетики и продовольствия.
...Вместо того чтобы плестись в хвосте событий, боясь всего нового и прогрессивного из соображений «как бы чего-нибудь не вышло», следовало бы вспомнить заслуги русской и советской школ математиков и инженеров, своими замечательными трудами создавшими базу для науки об общих принципах автоматизации в получении нового знания: П.Л. Чебышева, А.Н. Крылова, А.А. Маркова, С.А. Лебедева, А.А. Ляпунова, А.П. Ершова, Б.Н. Наумова и др., имеющих огромные заслуги в области теории и практики информатики, теории алгоритмов и программирования, теории и практики создания разнообразных СВТ.
...Мы имеем также многочисленные молодые кадры, отлично подготовленные для дальнейшего развития и решения проблем информатики. Поэтому необходимо принять меры по укреплению русской школы информатики и повышению ее влияния на процессы внедрения передовых методов получения нового знания с помощью вычислительной техники в окружающем нас мире для успешного развития нашего народного хозяйства.
В этих словах содержатся не только все атрибуты науки и ее методологии, но и указываются назначение и значение конкретной науки (информатики), ее роль в обществе.
5.2. Наука информатики - итоги
Область знания имеет право считаться наукой, если имеется теоретическое обоснование методов, приемов и способов добывания нового знания. В информатике математически точным обоснованием и основанием является ИЛ - логика решения логических уравнений, составляющих основу для формулировок всех проблем, задач, вопросов и заданий вообще. ИЛ достаточно подробно представлена в томе 5.
Всякая наука, говоря схематически, является собранием методов. В информатике, а вначале в программировании и теории изобретательства, накопилось огромное число методов от описания алгоритмов до сопровождения программных систем во всем диапазоне применений ВМ. Поскольку информатика связана с одной стороны с обработкой знаний, а с другой стороны применением ВМ, то методы программирования должны быть распространены на информатику. Поскольку информатика связана с поиском нового знания, а с другой стороны применением ВМ в теории изобретательства, то методы изобретательства должны быть распространены на информатику. Общее число методов программирования и теории изобретательства, слабо отличающихся от них методов информатики, превосходит сотню. Значительная часть методов информатики представлена в томе 6, они применяются на всех этапах, во всех фазах и работах от изобретания до сопровождения объектов (в том числе и программ).
Чтобы информатика стала наукой, необходимо было пройти сорокапятилетний путь практической работы на ВМ от прямого кодирования до применений ЕЯ. Уже неоднократно рассматривались атрибуты науки вообще и наличие этих атрибутов в информатике. Здесь только проводится констатация того факта, что информатика стала наукой со своими целями, задачами, методами их решения, проблемами и законами, которые кратко рассматриваются в гл.7.
Наиболее важным оказалось новое определение информатики. Поскольку информатика стала применяться во всех или почти во всех науках, могло возникнуть подозрение или желание объявить информатику наукой наук. Это ложный путь, как и путь всякого сверхэнтузиазма. Некоторая критика таких подозрений и желаний дана также в разделе 5.7 ниже. Новое определение информатики не является откровением, но результатом внимательного изучения имеющихся определений, большой практикой работы в информатике и анализа тенденций развития вычислительного дела. Пожалуй, точкой прицеливания явилось понимание того, что на ВМ обрабатываются знания, а не информация с точки зрения целей применения ВМ. Только встроенная в техническую систему ВМ занимается обработкой информации (возможно, что некоторое знание передается на дисплеи для фиксации состояния обработок). Если не интересны фиксируемые конкретные сообщения, то ВМ, как кибернетическая система, может или должна рассматриваться как средство обработки информации. Отрешившись от взгляда на ВМ как на кибернетическую систему, строится естественный вывод о применении ВМ как средства для обработки знаний.
Так вкратце обосновывается главная сторона методологии информатики - наука. Она стала существенной только при построении обоснования и явной реализации его в Интеллсист. Остальные атрибуты науки вообще постепенно рассматриваются во всех томах Информатики.
5.3. Технология применения ВМ
Каждая технология складывается из последовательных шагов выполнения работ и подработ. Технология в информатике, вытекающая почти автоматически из технологии программирования, также характеризуется последовательностью шагов. Относительно этой фразы целесообразно сделать замечание. Так как технология информатики охватывает различные виды знаний, то она содержит в себе и технологию программирования (для программистов), которая связана более всего с алгоритмическим знанием. Некоторые образцы технология приводятся в томе 6. В частности, технология обработки знаний имеет в качестве прототипа и примера технологию составления программ, если ее понимать как последовательность работ:
- написание проекта,
- разработка представлений данных и алгоритмов, программ, интерфейсов,
- отладка текстов и данных,
- прогон программ,
- исправления ошибок после обнаружения и усовершенствование программ путем добавления новых функций,
- написание пользовательской документации на программы,
- тиражирование и внедрение.
Технология применения для обработки знаний ВМ должна почти полностью соответствовать технологии обработки знаний человеком. Добиться соответствия можно после учета процедур трудовой деятельности человека: генерация идей (или изобретений), создание проекта, разработка по проектному заданию и сопровождение продукции созданного объекта. Четыре раздела технологии формирования нового знания сохранены для информатики (подробнее см. т.6). Каждый раздел подразделяется на фазы, а каждая фаза – на работы. Конкретная совокупность работ образует технологию формирования нового знания. С технологией программирования ранее информатики поступили именно таким образом. Этот прецедент оказался уместным (и естественным). В программировании новым знанием является программа – представление алгоритмического знания, воспринимаемого ВМ. Оно не всегда находится в соответствии с запросом пользователя. Путем отладки программ (алгоритмического знания) несоответствие минимизируется.
В каждом тексте имеется хотя бы одно лишнее слово!
Любую грамматику можно упростить без ущерба делу!
Понятие имеет цену только после его описания!
Факты, факты, факты - это только начало!
Теория хороша только в применении!
В каждой программе имеется хотя бы одна ошибка!
Система в прагматике - это новая теория!
Программистский фольклор
5.4. Прагматика и фольклор информатики
Ограничения всегда существовали во всем и для всего. Именно ограничения отчасти и порождают проблемы, вопросы и задачи. Часть методологии информатики, которая рассматривает ограничения в использовании ВМ, называется прагматикой информатики. С одной стороны, прагматика накладывает «неприятные» ограничения, которые надо обходить, с другой стороны, прагматика является замечательным фильтром правильности знаний. Без прагматики невозможно поддерживать соответствие знаний реальному миру предметов, явлений и процессов.
Практика применения информатики связана с появление практически полезных представлений знания, методов и приемов обработки знаний. Они не всегда поддаются изучению или обобщению. В таких случаях говорят о фольклоре в информатике. Фольклор играет важную роль в методологии. Фольклор - это итог эмоциональной окраски в работе пользователя или реакция его на «раздражающие» воздействия работ меню инструментария Интеллсист, вызванные неэффективностью цепи работ. Он полезен по существу и эффективно способствует разработке изменений в работах инструментария, направленных на повышение эффективности во взаимодействии пользователя с Интеллсист. Многократное применение Интеллсист вырабатывает поток сведений обратной связи от пользователей к разработчикам Интеллсист. Поток сведений (замечаний, предложений или стенаний на неудобство) составляет так необходимый фольклор. Он является замечательным источником новых методов, средством передачи опыта аналогичных разработок и исследований, мерилом соответствия методов информатики реальным явлениям и процессам (аналогичная прагматике ситуация возникает не только в информатике). Использование фольклора должно быть обязательным для всестороннего учета реальных фактов или свойств и применений фактов.
Прагматику и фольклор объединяют уже указанные приемы использования вещей реального мира для получения достоверного результата и для разрешения запросов пользователя. Они выражаются в информатике описанием правил формирования, представлений и оформления знаний и запросов, составляют неотъемлемую часть семантики представлений знания. Прагматика больше ориентирована на контроль текстов и данных, а фольклор - на использование практического опыта применения ВМ. Таково сходство и различие в этих составных частях методологии информатики.
Проблемы прагматики вытекают из всего сказанного: первая проблема связана с выделение средств и методов для подготовки контроля над правильностью использования практически полезных ограничений, вторая проблема связана с реализацией самого контроля и выявления прагматических ошибок в текстах и данных. Практика создания систем обработки знаний показывает, что эти проблемы всегда разрешаются и способствуют правильному использованию возможностей ВМ и Интеллсист. Примерами прагматических ограничений являются число используемых терминов, максимальная размерность массивов, мощность типа данных. Большая часть ограничений практически приемлема (так уж они выбираются по опыту), некоторые ограничения можно обойти, что может вызвать раздражение у пользователя. Все ограничения связаны с возможностью памяти и быстродействия ВМ, что является временным, поскольку параметры ВМ растут из года в год.
Проблемы фольклора несколько отличны от проблем прагматики. Они связаны с накоплением опыта в работах над знаниями и запросами, затем со сбором и систематизацией практического опыта для применения в программах и представлениях знания. Накопление опыта ставит новую главную проблему, которая состоит в реализации обобщений (опыта) и построении новых методов и средств обработки знаний с помощью Интеллсист. Разрешение обеих проблем объективно требует весьма значительного времени на исследования. Здесь едва ли можно найти общий рецепт формирования и использования фольклора. Самыми раздражительными для пользователя являются ошибки в самой программной системе, вместе с ее ограничительными параметрами надежности. Несмотря на утверждение, что «В каждой программе имеется хотя бы одна ошибка!», для каждого пользователя это не утешительно. Поэтому инструментарий Интеллсист предусматривает различные меры для смягчения (в утешение) вредных последствий обнаруживаемых ошибок. В частности в этом выражается ориентация программы на пользователя.
Методы разрешения проблем прагматики и фольклора большей частью известны и (если можно так выразиться) регулярны. Их разрешение позволяет реализовать уменьшение влияния ограничений на решаемые задачи и защиту знаний и данных от внутренних и внешних ошибок. Методы разрешения проблем фольклора отсутствуют или носят интуитивный (накапливающийся) характер, поскольку они могут формироваться только по результатам внедрения и эксплуатации программных систем. Их нетрадиционное разрешение будет способствовать появлению новых методов обработки знаний.
5.5. Методы изобретания, проектирования, разработки и сопровождения
Методы информатики подробно рассматриваются далее в томе 6. Здесь же дается своеобразное введение в методы информатики как составной части ее методологии. Жизненный цикл каждого объекта (предмета, явления или процесса) целесообразно расчленить на 4 стадии или этапа в соответствии с характеристикой жизни любого объекта. Вначале появляется идея, которая исследуется и реализуется виртуально или в опытном экземпляре. Процесс проработки идеи именуется изобретанием. По оценке идеи строится вывод о целесообразности ее практической разработки (1 стадия). Эта стадия получила название изобретания. Затем объект с учетом внешних и внутренних факторов проектируется до зримого практического продукта (процесс проектирования) с оценкой всех экономических характеристик производства, внедрения и продажи (2 стадия). Эта стадия получила название проектирования. Проектирование завершается созданием документации производства, внедрения и продажи объекта, которая используется для организации и ведения производства объекта. Вся деятельность по созданию схем и документов называется разработкой (3 стадия). Наконец, продажа и эксплуатация объекта связана с деятельность, которая обеспечивает жизнь объекта у потребителя (4 стадия). Этот процесс именуется сопровождением объекта.
Каждая стадия (часто их называют этапами) жизненного цикла объекта подразделяется на фазы, которые в свою очередь подразделяются на работы. Это членение жизненного цикла создания объекта напоминает иерархию работ и подработ, в вершине которой стоит работа «Создание жизненного цикла объекта». Каждая ветвь иерархии завершается конкретной работой с известными исходными данными и способом получения выходного результата. Каждая фаза представляется совокупностью конкретных работ. Список потенциальных работ, связанных с жизненным циклом объекта, весьма огромен. Рассмотрение списка работ возможно только в пределах данной специальности или даже специализации. В дальнейшем будут упоминаться только те работы, без которых сложно понимать описание информатики. Каждому специалисту известен список работ, с которыми ему приходится сталкиваться при реализации своих обязанностей. Значительно меньше по количеству число методов по сравнению с числом работ. Именно методы и рассматриваются подробнее в томе 6.
Общая внешняя характеристика методов именно информатики такова.
Первая характеристика. Каждый метод относится к тому или иному этапу (или к той или иной стадии) создания жизненного цикла объекта. Это не значит, что он используется только на данном этапе, метод может использоваться и на других этапах. Но метод приписан к этапу только в силу его эффективности на данном этапе и малой эффективности его на других этапах.
Вторая характеристика. Подавляющее число методов известны, а их собрание составляет справочную коллекцию. Пусть это обстоятельство не смущает читателя, поскольку напоминание о существовании метода всегда считалось полезным делом. Здесь нет и намека на приоритетность в методологии или показ нового изобретения.
Третья характеристика. Многие методы чуть-чуть модифицированы под угол зрения запросов информатики, связи с процессами обработки знаний с помощью ВМ. Это касается методов, которые тщательно разработаны в программировании. Их природа и модификация естественна в информатике, так как сами методы программирования не являются предметом информатики, но успешно могут использоваться в информатике.
Четвертая характеристика. Методы излагаются кратко в надежде на важность второй характеристики и возможность обращения к литературным источникам за большей информацией о методах.
Все методы указывают на приемы использования информатики с целью создания мыслимого или реального объекта на основе имеющегося знания и конкретного запроса пользователя. С этой точки зрения можно сформировать информатику жизненного цикла объекта на основе начального знания о методах и всей проблематики жизни объекта. Это обстоятельство важно для указания главного логического критерия оценки информатики - самоприменимости информатики для информатики. БЗ «жизненный цикл предмета, явления или процесса» составляет основу для реализации самоприменимости информатики.
Перечисленные в томе 6 методы информатики составляют только образец для развития методологии информатики. Все методы касаются только символьного представления знаний. Остаются слабо затронутыми графические и предметные представления знаний. Здесь поле деятельности вспахано только частично, но проделана обширная практическая работа, нежели собраны теоретические обобщения. Им еще предстоит длинный и трудный путь формирования информатики графики и информатики предметов. Первые результаты в создании таких разделов информатики нашли практическое воплощение и применение в практике применения ВМ. Полученный эффект весьма высок. Для формирования таких разделов информатики необходимо развитие СВТ, обеспечивающее тесную и быструю связь ВМ с окружающей средой и природой, которую человек имеет через органы чувств.
5.6. Методы реализации проектов
Существует большой разнообразие методов разработки проекта [Базилевич89, Боэм85, Брукс79, Гантер81, Информатика4, Красилов88б, Системы85, Тамм85, Таунсенд90, Тиори85, Фокс82, Фридмен86, Шоу81]. В этом разделе только коснемся вопросов использования ИП в процессах создания проектов. Применение ИП в проектировании само приведет к определенному стилю работы на ВМ.
Интеллсист ориентирована и на реализацию проектов, цель которых может состоять из построения точных ответов на вопросы о свойствах данного проекта или программного комплекса. Разрешение запросов - это только прелюдия к серьезной работе над проектами. Если БЗ отлажена и полна, если запрос не требует разъяснений, то серия запросов пользователя в подавляющем большинстве будет приводить к полезному результату. Проблемы в таких случаях не возникают, тогда понятие проекта не имеет подавляющего значения. Работа над проектами начинается тогда, когда созданы или имеются условия неполноты знаний. На ранних стадиях проектирования (может быть еще на этапе изобретания) знания в области исследования незначительны. Это естественная ситуация, иначе вопросы исследования не поднимались бы. В связи с этим процесс проектирования тесно связан с процессом многократного применения Интеллсист для последовательного накопления знаний. Сбор имеющихся знаний - это начальный этап работ над проектом. Прогон запросов через Интеллсист с неполной БЗ позволяет обнаружить недостающие знания, доопределить некоторые понятия (подчас автоматически, самой Интеллсист) и воспринять вопросы от Интеллсист для выявления путей поиска нового знания. Каждый ответ на запрос представляет собой новое знание, которое продвигает проект к цели.
Этап изобретания для ИП должен оснащаться БЗ «Изобретание» в соответствии с теорией решения изобретательских задач [Альтшуллер73, 79]. В такой БЗ в дополнение к профессиональной БЗ имеются свои лексикон, аксиомы, законы и методы. На ранних стадиях создания проекта процессы изобретания играют почти главную роль, поэтому обращение к знаниям по изобретательству может устранить многие проблемы самой разработки. БЗ «Изобретание» и «Интерфейс» являются определяющими на первом этапе работы над проектом.
На начальной стадии проектирования исследователь располагает техническим предложением или техническим заданием. Содержание таких документов может быть противоречивым. Анализ самих документов предполагает применение Интеллсист для выявления имеющихся противоречий. Ведь отладка знаний является частью работ по проектированию. Использование абстрактных величин является рядовым делом для выявления некоторых или всех характеристик понятий, используемых в документах. Их прогон через Интеллсист позволит решать задачи уточнения хотя бы некоторых характеристик используемых понятий. Подобный анализ проекта реализуется с каждым вводом запросов в не зависимости от состояния проекта. Ведь получение новых альтернатив совместных фактов (и только фактов) может явиться подтверждением правильности проекта.
Также на начальной стадии проектирования можно применять многозначные логики для получения приближений к истине (см. т.5). При этом знания документов можно также уточнить путем определения путей максимального приближения к истине. Здесь основные результаты будут выражаться в категориях возможности и необходимости, состояний доработки или исключения лишних работ. И опять предстоят многократные прогоны через Интеллсист различных изменяющихся, варьируемых или улучшающихся запросов. В результате прогонов пополнятся лексикон и БЗ. Экологическая отладка (поиск противоречий) знаний и постепенное приближение к истине помогут отработать технические предложения или задания, пополнить лексикон и БЗ новыми понятиями и связями понятий. Надо обратить внимание на то, что синтез программ можно исключить из процессов применения Интеллсист. Для программ еще отсутствуют исходные данные. Сам запрос от Интеллсист исходных данных может подсказать работы по сбору исходных данных.
При последовательном изменении запросов и уточнении БЗ могут формироваться планы исследований или работ, которые должны выполняться на этапе разработки. С этих позиций Интеллсист можно рассматривать как интеллектуальную информационно-поисковую систему. На этом этапе применение Интеллсист продолжается для построения программ или решения конкретных подзадач. Здесь можно ослабить применение многозначных логик и больше обращать внимание на локальные противоречия. Работа становится конкретнее и частично исследовательской. Однако объемы времени разрешения запросов и расхода памяти могут постепенно увеличиваться. Этап разработки увеличивает частоту применения Интеллсист по различным направлениям. Осуществляется продвижение к реализации проекта. Результатом проектирования могут быть либо конкретные новые данные, либо конкретные программы для прогона их с конкретными исходными данными.
Конечно, описанная последовательность работ с проектом представлена кратко. Практика реализации процедур проектирования будет выглядеть значительно сложнее. В связи с регулярным применением Интеллсист может возникнуть необходимость классификации проектов по новому признаку, признаку способа применения Интеллсист. Каждый проект требует своего подхода в применении Интеллсист, поэтому может возникнуть определенный типаж самих проектов с позиции ИП.
Если в результате проектирования строится, например БЗ, набор шаблонов решения задач или анкета для диагностики, то БЗ, библиотека шаблонов или анкеты будут результатами проектирования. Они передаются пользователям для практических применений. Если в результате проектирования сроятся методы (аналитические зависимости), то сформированная БЗ будет результатом проектирования для практического применения. Если в результате проектирования должна быть построена программная система, то кроме БЗ необходимо синтезировать программу с учетом БЗ «Интерфейс» для построения интерфейса пользователь - программная система. Такие три направления создания проекта намечаются в соответствии со свойствами Интеллсист по получению результатов логического вывода ответа на запрос.
5.7. Место информатики в системе наук, отраслей знания
Информатика занимается разработкой и применением методологии обработки знаний с помощью ВМ. Это обстоятельство выделяет информатику в отдельную самостоятельную науку, которая успешно «сопрягается» со всеми науками с двух сторон. Первая сторона соприкосновения - использование достижений информатики во всех сферах деятельности человека, по всем наукам, дисциплинам, отраслям знаний, по всем специальностям и специализациям. Вторая сторона - использование всех языковедческих и гуманитарных наук, непосредственно занимающихся многими и различными исследованиями в областях сбора, познания, понимания, толкования, обобщения и обработки знаний. Из-за применимости информатики во всех науках следует сделать такой шаг в рассуждениях о судьбе самой информатики. Информатика не может быть гуманитарной наукой, поскольку она базируется на точных понятиях данных, алгоритмов и теорий. Информатика не может быть фундаментальной наукой, поскольку ее предметом не являются математические, физические или другие абстракции, хотя математические абстракции могут рассматриваться в рамках информатики для применения ВМ в решении математических задач. В информатике такие абстракции используются только в период создания алгоритмов и программ. Примерно по таким же причинам информатику не следует относить к другим разрядам наук. Информатика занимает самостоятельную нишу, поскольку она применима в любой науке (в том числе и к себе). Ниша заполнена такими дисциплинами или направлениями как информатика конкретной науки: информатика истории, информатика биологии, информатика геологии, информатика физики, информатика математики, информатика техники, информатика кибернетики и т.п. Кластер таких наук образует нишу, в которую входит информатика, являясь средством решения задач каждой науки из кластера.
Любая наука не может быть наукой наук. Можно изучать понятие науки, но это не значит, что такие исследования не приводят к решению проблем конкретной области знания. У каждой науки свои цели, предмет и объект изучения, свои методы и средства, своя область знания, свои проблемы. Может создаться впечатление о том, что информатика решает задачи каждой конкретной науки. Это далеко не так. Информатика использует знания конкретной науки для применения ВМ в решении задач и проблем этой науки. Информатика занимается технологией разрешения проблем и решения задач на основе знаний конкретной науки и запросов ее специалистов. Информатика помогает каждой науке, если знания введены в память ВМ, но не подменяет ее. Например, средствами информатики решена некоторая проблема данной науки. Проблема и ее решение не принадлежат информатике, они пополняют знания в области данной науки и ей принадлежат. Специалист использовал свои накопленные знания и применил их для построения нового знания с помощью методов информатики.
За время существования ЭВМ или ВМ специалисты многих наук убедились в полезности и важности их использовании. Кибернетика сделала свое дело в практических разработках и внедрении СВТ. Алгоритмика и программирование (как самостоятельные отрасли знания) проложили дорогу к практическому использованию ВМ. Процессы автоматической обработки знаний (текстов, записей, графики, таблиц и др.) на ВМ породили вначале новое направление (в кибернетике), затем дисциплину и, наконец, самостоятельную науку, которую теперь именуют информатикой. Предмет и объект информатики не совпадают с предметами и объектами других наук, методы и приемы (методология вообще) являются новыми и не совпадают с методологиями тех наук, из которых родилась информатика. Интуитивное представление об информатике существовало со времен Лейбница. Ручная обработка знаний существовала со времен появления первых же наук. Только с появлением индустрии СВТ и широким распространением процессов применения ВМ в различных отраслях знаний смогла появиться и оформиться информатика как наука.
Надо заметить, что информатика использует (как любая наука) все последние достижения многих наук: математики, лингвистики, программирования, теории творчества, когнитологии и психологии. Так поступают все науки, информатика не является исключением. Но наступил момент, когда достижения информатики стали использоваться во всех науках или областях знаний. Из привычного представления об информатике как дисциплины программирования и решения задач осуществлен выход на самостоятельную дорогу. Этот переход стал возможным только после осмысления факта применения ВМ для обработки знаний или их представлений.
Глава 6. Виды знаний и обзор применений
В начальной стадии развития информатики рассматривалась проблема обработки так называемой научной информации. Затем информатика занялась обработкой алгоритмического знания. Наступил момент рассмотрения всех доступных человеку видов знания. Классификация знаний по видам и определение информатики хорошо согласуются между собой и с глобальной историей развития познания мира человеком. Эта тема является главной в настоящем разделе.
Познание начинается с удивления.
Аристотель
Раздел 1. Виды знаний
Видам знаний (точнее говорить о видах представления знаний) уделяется много места в силу следующих обстоятельств. Все виды знаний представляются текстами, таблицами и рисунками. Однако, некоторые представления знаний существенно отличаются друг от друга. Знак выражает многое и малое. Буква русского алфавита и китайский иероглиф передают различные порции знания, отличные от такого способа передачи знаний как язык. Английский язык и язык Паскаль также передают различные знания, но они могут передавать и одно и то же знание, если известен взаимный перевод текстов на этих языках. Два одинаковых термина понятий, но в разных ЯПП, могут содержать различные знания даже с точки зрения концепций. Факты можно толковать различно в зависимости от их представлений знаками, языками или понятиями.
Любое знание представимо некоторым способом - это закон информатики. Способы представления зависят от этапа его освоения. В соответствии с этапом освоения знания представления знаний подразделяется на семь видов. Каждый вид представления знаний рассмотрим в отдельности. Для простоты будем именовать вид представления знаний видом знания.
Имеется еще один закон информатики: каждый вид знания может быть представлен другим видом знания. Этот важный закон обеспечивает возможность понимания любых предметов, явлений или процессов. Но каждый вид знания доступен человеку с определенной эффективностью и надежностью. Например, если попытаемся построить описательную математику, то на ее освоение кем-либо потребовалось бы значительное время. Практика исследований математических предметов выработала свои формы представления математических знаний. Конечно, можно попробовать и представить юридические исследования формулами, но вряд ли юристы будут в восторге от такого представления знания. Однако будем стремиться представить записи исследований юриста логическими формулами для эффективной работы Интеллсист. Эти примеры показывают, что имеются различные виды знаний с точки зрения их представления. В каждой науке имеются свои средства представления отраслевых знаний, в которых содержатся логичные рассуждения или логические формулы.
Итак, каждая наука имеет свой фундаментальный способ представления знаний. Однако все виды знаний имеют общие черты при их представлении для ввода в память ВМ, которые способствуют применению ВМ для решения проблем данной науки. Бурное распространение СВТ среди практически всех наук доказывает такое утверждение. Общими свойствами всех видов знаний занимается информатика. В связи с этим целесообразно рассмотреть все виды знаний настолько подробно, насколько позволяет современное состояние информатики.
Приводим таблицу сопоставления видов знаний, назначения вида знаний и наименование области человеческого знания. Эта таблица способствует некоторому предварительному пониманию видов знания и является оглавлением текста раздела.
| Виды знания | Назначение знания | Области наук |
| Лингвосемиотические | Описывать предметы, явления и процессы | Естественные науки, естествознание |
| Семантические | Осмысливать знания | Гуманитарные науки |
| Концептуальные | Определять понятия | Информатические науки |
| Фактографические | Представить данные | Искусствоведческие науки |
| Теоретические | Обобщить и формализовать знания | Фундаментальные науки |
| Алгоритмические | Применить знания | Технические и технологические науки |
| Кибернетические | Формировать знания | Системологические науки |
Большая часть таблицы известна в науковедении. Эти знания рассмотрены под углом зрения нового определения информатики и учета новых направлений применения информатики. Очень важно помнить, что развитие наук приводит к тому, что в каждой науке появляются разделы, которые можно относить к другому кластеру наук. Например, куда отнести аксиоматику биологии (проникновение математики в биологию)? Возможно, что такая аксиоматика является частью биологии, а возможно, она является частью математики. Второй вариант сомнителен. Тем не менее, подобные вопросы возникают. Важно считать за аксиому, что в каждой науке присутствуют знания всех видов, которые подробнее рассматриваются ниже.
Виды знаний существенно не различаются методами их представления. Однако можно выделить ведущие методы по каждому виду. Сопоставление видов знаний и способов представления даны ниже в таблице. Еще раз следует заметить, что такая привязка видов знаний и методов их представления не является строгой. Во-первых, каждый вид знания может использовать разнообразные методы и, во вторых, каждый метод представления может переводиться в другой метод в соответствии с законами информатики.
| Виды знания | Основные методы их представления |
| Лингвосемиотические | Тексты, рисунки и графика |
| Семантические | Грамматики языков представления знаний, семантические сети |
| Концептуальные | Определения понятий, логические выражения |
| Фактографические | Массивы, записи, фреймы и таблицы |
| Теоретические | Аксиомы и правила логического вывода |
| Алгоритмические | Алгоритмы и программы |
| Кибернетические | Графы и структуры на графах |
