Система знаний информатики СИНФ. Энциклопедия информатики ИНФОПЕДИЯ

Научный редактор: доктор технических наук, профессор Ильин Владимир Дмитриевич

_______________________________________

СИНФ — это распределённая гипермедийная система знаний информатики, рассчитанная на исследователей, разработчиков информационных технологий, преподавателей вузов, аспирантов и студентов профильных специальностей.

Служит методологическим основанием, интегрирующим научно-исследовательские и педагогические процессы. СИНФ — комплексное средство оперативного представления и открытого обсуждения научных результатов, новых информационных технологий и обновляющегося понятийного аппарата информатики.

В состав СИНФ входят журнал ИНФОРМАТИКА: S-моделированиеЭнциклопедия информатики ИНФОПЕДИЯ и Интернет-сервисы Планирования Ресурсов (Res-plan.com) , которые реализуют уникальные алгоритмы, позволяющие гибко и эффективно решать задачи планирования ресурсов.

Энциклопедия информатики ИНФОПЕДИЯ и журнал ИНФОРМАТИКА: S-МОДЕЛИРОВАНИЕ служат средством оперативного представления и открытого обсуждения научных результатов, новых информационных технологий и обновляющегося понятийного аппарата информатики.

ИНФОПЕДИЯ служит аккумулятором апробированных знаний, представляющим обновляющийся понятийный аппарат информатики, журнал — средством апробации моделей научных знаний, а Интернет-сервисы планирования ресурсов — комплексом программно реализованных средств решения актуальных задач планирования ресурсов.

Как средство публикации научных материалов СИНФ — это собрание научных трудов по информатике.

СИНФ создана как платформа сотрудничества учёных, ведущих исследования в области информатики, преподающих в профильных вузах, осуществляющих научное руководство аспирантами и докторантами.

Энциклопедия информатики ИНФОПЕДИЯчасть системы знаний СИНФ

/ Об s-моделировании

1. Право называться homo sapiens человек приобрёл, изобретая различные модели, символы, языки символьных сообщений и средства построения, сохранения и передачи символьных моделей.
2. S-машинная эпоха – новый этап в символьном моделировании мира (включая внутренний): машины впервые стали помощниками человека во всех составляющих процесса символьного моделирования.
3. Из всего процесса символьного моделирования выделяем s-моделирование, которое осуществляется с помощью s-машин, взаимодействующих между собой в составе s-среды.
4. S-моделирование считаем предметом исследований информатики.

S-моделирование как научное направление сформировалось в Институте проблем информатики РАН. Первые результаты были опубликованы в 1989 [В.Д. Ильин. Система порождения программ. М.: Наука, 1989] , а основы теории s-моделирования — в 2009 [А.В. Ильин, В.Д. Ильин. Основы теории s-моделирования. М.: ИПИ РАН, 2009]

Научное обеспечение развития s-среды и реализуемых на ее основе информационных технологий можно условно представить в виде связанных между собой методологических комплексов решения базовых задач s-моделирования и физико-технического воплощения s-машин и s-среды.

Результаты первого комплекса должны служить методологическим основанием разработок систем символов и кодов; языков спецификаций, запросов и программирования; архитектур машин и соответствующих им систем машинных команд; ассемблеров, компиляторов и интерпретаторов; операционных систем и библиотек программ; редакторов (текстовых, графических, аудио и видео) и инструментальных систем программирования; типов и структур данных, систем управления базами данных; систем памяти, накопителей и поисковых систем; сетевых архитектур, протоколов и технологий обмена сообщениями; методов и технологий информационной безопасности.

Существующая методологическая неразбериха относительно предмета информатики (как науки) — свидетельство того, что информатика все еще находится в процессе становления. С этим связан и дефицит научных результатов, полезных для решения базовых задач s-моделирования.

◊Только в комплексе физико-технического воплощения s-машин и s-среды научные результаты, как правило, предопределяют технологические решения. Это связано с тем, что основные идеи там поставляют физики.◊

ДЛЯ АВТОРОВ

1. Для публикации статьи в ИНФОПЕДИИ или журнале достаточно, чтобы статья соответствовала тематике и правилам оформления, принятым в СИНФ. статья может содержать как впервые публикуемый материал, так и материал, который был опубликован в другом издании.

2. Статья подаётся по электронной почте smodeling@yandex.ru вместе со справкой об авторе [в одной сжатой папке (ZIP или RAR)].

3. Публичное обсуждение (в форме комментариев) и рецензирование статьи начинается, как только она выложена на сайте СИНФ. Число рецензий и их форма не регламентируются. Анонимные комментарии и рецензии не публикуются. Рецензия подаётся по  электронной почте smodeling@yandex.ru

/ Правила оформления:

— объём не более 50 тыс. знаков (включая пробелы);

— если материал статьи публикуется впервые, то в поле <новизна публикации> записывается ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ; если материал был ранее опубликован, то – ИЗ ОПУБЛИКОВАННОГО.

Реклама

Объектно-ориентированное программирование

© А.В. ИльинВ.Д Ильин, 2011

Объектно-ориентированное программирование (ООП) [англ. Object-oriented programming (OOP) ] — методология разработки программ для компьютерного моделирования систем произвольного назначения, представимых в виде совокупностей объектов, каждый из которых отнесён к определённому классу и наделён наборами данных (атрибутов объекта) и процедур (методов) их обработки. Классы объектов представлены в виде иерархии наследования атрибутов и методов. □ 

С развитием компьютерного моделирования и усложнением моделируемых систем всё более явными становились недостатки методологий разработки программ с использованием процедурно-ориентированных языков программирования (алгола, фортрана и др.). Это объясняется отсутствием в них средств, удобных для описания сложных систем, слабой поддержкой повторной применимости ранее разработанных программ и совместных разработок коллективами программистов.

В конце 1960-х был создан язык симула 67, ставший первым языком ООП. В нём объединение данных и процедур их обработки было названо объектом, а совокупность схожих объектов — классом. Среди языков ООП, созданных вслед за Simula 67, наиболее удачным признан Smalltalk-80, разработанный в конце 1970-х. Его успех способствовал развитию и распространению концепции ООП: в начале 1980-х на основе языка C был создан C++; в середине 1980-х на основе Pascal — Object Pascal; в середине 1990-х был создан язык Java.

Основные понятия

Объект в ООП – это модель экземпляра определённого класса сущностей моделируемой системы. Класс содержит определение данных и методов, являющихся общими для входящих в него объектов. Он задаётся атрибутами (свойствами класса), описывающими состояние его объектов, совокупностью процедур (методов класса) и правилами доступа извне (из др. частей программы) к атрибутам и методам, определяющими интерфейс класса.

В иерархии наследования класс-потомок порождается путём добавления одного или нескольких атрибутов и\или методов к атрибутам и\или методам одного или нескольких классов-родителей.
Напр., от класса «точка» [с атрибутами «абсцисса» (m_rX), «ордината» (m_rY) и методами создания, чтения и изменения координат] может быть порождён класс «цветная точка», объекты которого будут иметь дополнительные атрибут [«цвет» (m_rgbColour)] и некоторые методы управления цветом.
На языке ООП C++ объявления классов «точка» (class Point) и «цветная точка» (class ColourPoint) могут быть записаны следующим образом [здесь все атрибуты и методы доступны извне (это правило определяется ключевым словом public)]:
class Point
{
public:
// Атрибуты
// Вещественная переменная, представляющая абсциссу
double m_rX;
// Вещественная переменная, представляющая ординату
double m_rY;
// Методы
// Метод создания, или конструктор, имеющий параметры – абсцисса и ордината
Point(double rX, double rY);
// Метод чтения абсциссы
double Get_X();
// Метод чтения ординаты
double Get_Y();
// Метод изменения абсциссы
void Set_X(double rX);
// Метод изменения ординаты
void Set_Y(double rY);
};
class ColourPoint : public Point
{
public:
// Целая переменная, представляющая цвет точки – дополнительный атрибут
long m_rgbColour;
// Метод создания, имеющий параметры – абсцисса, ордината, цвет
ColourPoint(double rX, double rY, long rgbColour);
// Метод чтения цвета
long GetColour();
// Метод изменения цвета
void SetColour(long rgbColour);
};

Определение класса задаёт тип данных, который может быть использован при определении других классов.
Напр., класс «круг» (class Circle) может иметь атрибут «центр» типа «точка» (Point m_center).
Начало объявления класса «круг» на С++:
class Circle
{
public:
Point m_center;
// Вещественная переменная, представляющая радиус
double m_rRadius;
// Метод создания, имеющий параметры – координаты центра и радиус
Circle(double rX, double rY, double rRadius);
// далее объявления некоторых методов для работы с кругом
};

Важнейшей особенностью ООП является возможность утаивания деталей реализации за интерфейсом класса (т.н. инкапсуляция).
Предположим, нужно, чтобы вне класса координаты точки могли изменяться не произвольно, а только по определенному правилу (напр., поворотом точки вокруг начала координат на заданный угол). В таком случае в др. частях программы изменение координат делается доступным только посредством интерфейсного метода, которому передаётся значение параметра «угол поворота» (rAngle). При этом алгоритм поворота скрыт внутри реализации метода изменения координат.
Объявление класса на С++:
class Point
{
// Правило доступа к атрибутам определяется ключевым словом protected
// (защищённый)
protected:
double m_rX;
double m_rY;
// Методы, доступные извне
public:
Point(double rX, double rY);
double Get_X();
double Get_Y();
// Метод поворота
void Rotate(double rAngle);
};

Применение и перспективы развития

Преимущества ООП особенно отчётливо проявляются при создании сложных программных систем, выполняемых коллективами разработчиков: одни могут проектировать функциональное поведение и структуру системы; другие — её составляющие и способы их взаимодействия; третьи — заниматься программной реализацией. При этом разработчикам составляющих и занимающимся программной реализацией необязательно знать о системе в целом, а разработчикам системы в целом — о деталях её составляющих, способах их взаимодействия и программной реализации.
ООП, позволяющее повысить безопасность и производительность совместной разработки программного обеспечения коллективами программистов (за счёт повторного использования программного кода и утаивания деталей реализации классов) продолжает интенсивно развиваться. Прирастает семейство языков ООП, совершенствуются системы программирования, увеличивается число программ различного назначения (для Интернет-сервисов, систем мобильной связи и др.), разработанных на языках ООП (C++, Java и др.).

Об изучении ООП

Можно писать программы на C++ или другом язые ООП, не следуя рекомендациям методологии ООП, а на C разрабатывать программы, следуя методологии ООП. 

Полезная статья с рекомендациями по освоению ООПHaibin Zhu, MengChu Zhou. Methodology First and Language Second: A Way to Teach Object-Oriented Programming.

См. также статью Peter Wegner. OBJECT-ORIENTED PROGRAMMING (OOP) из энциклопедии Encyclopedia of Computer Science 4th, Nature Publishing Group© 2000. ISBN:156159248X. Editors: Anthony Ralston, Edwin D. Reilly, David Hemmendinger.

_______________________________________________

PDF-файл основной статьи OOP

Эта статья — в сети ResearchGate

Дата публикации основной статьи: 22.10.2011

Обновления: 1.11.2011, 7.08.2014

S-алгоритм

© В.Д Ильин, 2011

□ S-АЛГОРИТМ (англ. S-algorithm) — система программно-реализуемых правил, позволяющая за конечное число шагов поставить в однозначное соответствие заданному набору данных, принадлежащему входу s-алгоритма, результирующий набор данных, принадлежащий выходу s-алгоритма. Специализация метода решения задачи (по типу решателя), представленная в форме, рассчитанной на программную реализацию в s-среде.

Выполнение s-алгоритма включает:

  1. распознавание набора входных данных (определение его принадлежности множеству допустимых наборов данных, описанных как вход s-алгоритма): если набор принадлежит входу,  то — переход к п.2; в противном случае — СТОП;
  2. получение набора выходных данных (принадлежащего множеству наборов данных, определенных как выход s-алгоритма);
  3. запись набора выходных данных в заданную область памяти.
  4. СТОП. □

Типы решателей: автономная s-машина; сетевая кооперация s-машин; сетевая кооперация s-машин и взаимодействующих с ними людей.

(См. определение алгоритма с точки зрения математика).

Метод (в отличие от алгоритма) не ориентирован на определенный тип решателя задач.

Машина Тьюринга – это s-модель алгоритмического решателя-автомата.

ДРУГИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

From Encyclopedia of Computer Science, 4th Edition, ©2000 Anthony Ralston, Edwin D. Reilly, David Hemmendinger

ALGORITHM

Definition

Given both the problem and the device, an algorithm is the precise characterization of a method of solving the problem, presented in a notation interpretable by

the device.

In particular, an algorithm is characterized by these properties:

  • Application of the algorithm to a particular input set or problem description results in a finite sequence of actions.
  • The sequence of actions has a unique initial action.
  • Each action in the sequence has a unique successor.
  • The sequence terminates with either a solution to the problem, or a statement that the problem is unsolvable for that set of data.

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

Лит.: Ильин А.В., Ильин В.Д. Основы теории s-моделирования, М.: ИПИ РАН, 2009.

S-носитель

© В.Д Ильин, 2010

□ S-носитель (англ. S-carrier) — физически реализованная среда (как правило, твёрдотельная) для записи, хранения и считывания s-кодов или s-символов. □

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

☼ В частности, полупроводниковые материалы применяются:

  • для производства энергозависимой оперативной памяти s-машин, используемой для записи, хранения и считывания s-кодов команд (принадлежащих системам команд s-машин) и данных;
  • флэш-памяти для долговременного хранения и SSD накопителей, произведенных на основе энергонезависимой флэш-памяти ☼

☼ Экран монитора — носитель для записи s-символов, ориентированных на восприятие человеком. Сенсорный экран — носитель для записи визуальных s-символов и считывания тактильных s-символов. ☼

Средство записи и считывания состоит из контроллера и управляемых им компонент, осуществляющих запись и считывание посредством s-сигналов.

Лит.: Ильин А.В., Ильин В.Д. Основы теории s-моделирования, М.: ИПИ РАН, 2009.

Мультимедиа

© А.В. Ильин, 2010

□ МУЛЬТИМЕДИА (англ. multimedia, от лат. multum − много и medium − среда) программно-аппаратные средства формирования, передачи, приёма и воспроизведения сообщений, включающих текст,  неподвижные изображения, анимацию, аудио, видео и др. □

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

М. воздействуют одновременно на неск. органов чувств человека, что способствует более эффективному восприятию сообщений. Параллельно с совершенствованием информационных технологий построения, передачи, приёма и воспроизведения М.-сообщений, включающих композиции аудио- и визуальных символов, интенсивно развиваются технологии, реализующие композиции, включающие тактильные и запаховые виды символов (см. S-символ). Напр., существуют спец. костюмы (напр., в системах виртуальной реальности и др.), позволяющие обмениваться М.-сообщениями, содержащими тактильные символы. Разработаны тестовые варианты М.-синтезаторов ароматов, проводятся эксперименты с вкусовыми символами.

Компьютеры и компьютерные устройства (смартфоны, цифровые камеры и др.), предназначенные для создания, передачи, приёма и воспроизведения М.-сообщений, часто называют М.-устройствами. Важная характеристика М.-программ (напр., редакторов для создания М.-сообщений, браузеров, программ электронной почты, медиаплееров) − интерактивность (см. Интерактивный режим), позволяющая человеку управлять программой в процессе её выполнения. Совр. средства работы с М.-сообщениями рассчитаны на широкий круг пользователей, в т.ч. обладающих лишь начальными знаниями об информац. технологиях. Если элементы М.-сообщения составляют связанную структуру, по которой пользователь может перемещаться в интерактивном режиме, то такое сообщение называют гипермедийным. В частности, гипермедийные сообщения используются для формирования содержимого веб-сайтов.

В 1993 Т. Воган (США) впервые определил М. как любую комбинацию текста, графики, звука, анимации и видео, созданную с помощью компьютера (по сути это было определение М. сообщения). С кон. 20 в. М. широко применяются в разл. областях человеч. деятельности. Так, в телекоммуникациях используются М.-средства видеосвязи, обмен М.-сообщениями посредством мобильной связи, электронной почты и др. Совр. системы автоматизир. проектирования, основанные на передовых М., обусловили неуклонный рост производительности труда при проектировании машин, строит. и др. объектов. В разл. областях науки М. используют при моделировании изучаемых объектов. С помощью М. формируются системы виртуальной реальности, широко применяемые в разл. тренажёрах и симуляторах (медицинских, транспортных, военных, спортивных и др.), а также в компьютерных играх − для имитации реальной окружающей среды. М. используются при произ-ве видеоклипов и фильмов (напр., для создания разл. спецэффектов), при подготовке видеорепортажей, а также в средствах онлайн обучения и тестирования (в т.ч. дистанционного) и др. Широкое распространение в науке, образовании, промышленности, торговле и др. областях получили М. презентации разл. изобретений, проектов, товаров и др.

Лит.: Ильин А.В., Ильин В.Д. Основы теории s-моделирования, М.: ИПИ РАН, 2009.

____________________________________________

Эта статья — в сети ResearchGate

Интеллект

© В.Д. Ильин, 2010
□ ИНТЕЛЛЕКТ (англ. Intellect) — комплекс способностей, обладатели которого могут:

-выбирать цели;

— познавать себя и окружение;

— формировать системы правил и изменять их;

— решать задачи (включая задачи распознавания образов, изобретения языков, символьных моделей систем понятий и др.);

— изобретать искусственные усилители природных способностей (энергетические и др. машины; s-среду и др.);

— действовать интуитивно («по обстановке», в условиях неполной информированности).

Указанный список способностей не является исчерпывающим.

Человек входит в систему человечество, связан с нею многими естественными и искусственными средствами взаимодействия. Его интеллектуальные способности (включая интуицию) опираются на «арсенал способностей», накопленный  человечеством. Человек наделен сенсорным комплексом (зрение, слух, осязание, обоняние, вкус), который человечество расширило многими искусственными сенсорами. □

◊ Рассуждать об изобретении искусственного интеллекта, не учитывая приведённые замечания, — опрометчивое занятие. ◊

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ЯЗЫКЕ
Связывание систем искусственного интеллекта с интерфейсом на естественном языке (имеется в виду неформализованный язык взаимодействия человека и s-машины) основано на ошибке, т.к. неформализованные языки не могут быть реализованы в s-среде.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА И S-МАШИННОГО КОМПЛЕКСА
Многие задаются вопросом: можно ли создать s-машинный комплекс, поведение которого будет соответствовать поведению человека?

А. Какого человека?

У разных людей весьма различны способности выбирать цели, разворачивать их в комплексы задач, решение которых позволяет достичь поставленной цели; формировать адаптивные системы правил и следовать им; маскировать истинные намерения и распознавать подобный «маскарад», применяемый другими.

Б. Можно создать человекоподобный s-машинный комплекс, если изобрести:

1. s-машинную систему человекоподобного восприятия [по всем каналам: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус и т.д. (несомненно есть ещё пока непознанные каналы восприятия)];

2. s-машинную систему человекоподобного поведения (как реакции на обработанные s-сообщения, поступившие от системы восприятия);

3. s-машинную систему представления, преобразования, распознавания, интерпретации, конструирования, сохранения, накопления, поиска и защиты s-моделей сообщений;

4. изобрести механизм порождения целей и развёртки их в комплексы задач;

… Это не исчерпывающий список того, что надо изобрести.

В. Известный тест А. Тьюринга – примитивная попытка из прошлого.

19.02.2010 автор говорил на эту тему по радиоканалу Вести FM в передаче Интернет-кафе Соб@ка (это ссылка на запись разговора; для связности дано окончание высказывания О.Туганбаева).

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

_______________________________________

Статья Vladimir D. Ilyin. Интеллект и символьное моделирование (Intellect and symbol modeling). DOI: 10.13140/2.1.2030.0804 — в сети ResearchGate.

S-сигнал

© В.Д. Ильин, 2009
□ S-СИГНАЛ (англ. S-signal) —

физически реализованное (в виде композиций значений напряжения, частоты или др.) представление s-кода, рассчитанное на распознавание и интерпретацию аппаратным средством s-машины (микропроцессором, видеоконтроллером или др.). □

☼ В цифровой s-машине с двоичным представлением s-кодов машинных команд и данных s-сигналы — это композиции двух типов импульсов напряжения на выходах транзисторов. Один тип соответствует двоичному нулю, а другой — двоичной единице. ☼

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

СИНФ: система знаний информатики

© В.Д. Ильин, 2007, 2009

□ СИНФ: система знаний информатики (англ. SINF: Knowledge System of Informatics)  –

распределённая гипермедийная система знаний информатики, рассчитанная на исследователей, разработчиков информационных технологий, преподавателей вузов, аспирантов и студентов профильных специальностей. □

Служит методологическим основанием, интегрирующим научно-исследовательские и педагогические процессы. СИНФ — комплексное средство оперативного представления и открытого обсуждения научных результатов, новых информационных технологий и обновляющегося понятийного аппарата информатики.

В состав СИНФ входят журнал ИНФОРМАТИКА: S-моделированиеЭнциклопедия информатики ИНФОПЕДИЯ и Интернет-сервисы Планирования Ресурсов (Res-plan.com) , которые реализуют уникальные алгоритмы, позволяющие гибко и эффективно решать задачи планирования ресурсов.

Энциклопедия информатики ИНФОПЕДИЯ и журнал ИНФОРМАТИКА: S-МОДЕЛИРОВАНИЕ служат средством оперативного представления и открытого обсуждения научных результатов, новых информационных технологий и обновляющегося понятийного аппарата информатики.

ИНФОПЕДИЯ служит аккумулятором апробированных знаний, представляющим обновляющийся понятийный аппарат информатики, журнал — средством апробации моделей научных знаний, а Интернет-сервисы планирования ресурсов — комплексом программно реализованных средств решения актуальных задач планирования ресурсов.

Как средство публикации научных материалов СИНФ — это собрание научных трудов по информатике.

СИНФ создана как платформа сотрудничества учёных, ведущих исследования в области информатики, преподающих в профильных вузах, осуществляющих научное руководство аспирантами и докторантами.

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

/ Основы построения и функционирования

Процессы наполнения и обновления СИНФ реализуются сообществом информатиков, объединённых технологиями распределённой расширяющейся совокупности виртуальных лабораторий. Электронные публикации научных результатов, их сетевое обсуждение и апробация — унифицированные составляющие деятельности этих лабораторий. Апробированные результаты, оформленные по стандартам СИНФ, расширяют и обновляют s-модель системы знаний информатики. Исследователи, преподаватели, аспиранты и студенты используют настраиваемые СИНФ-сервисы (каждый тип рассчитан на определённый вид деятельности; настройки позволяют учесть уровень профессиональной подготовки пользователя). В частности, Интернет-сервисы Планирования Ресурсов (Res-plan.com) реализуют уникальные алгоритмы, позволяющие гибко и эффективно решать задачи планирования ресурсов.

SINF S-модели систем понятий информатики представлены в  Энциклопедии информатики ИНФОПЕДИЯ, методологически и ресурсно связанной с журналом ИНФОРМАТИКА: S-моделирование [1].

/ Литература

1. В.Д. Ильин, И.А. Соколов. Символьная модель системы знаний информатики в человеко-автоматной среде. Информатика и её применения. Том 1. Вып. 1, 2007, с.66-78.

/ Дневник статьи

Авторское видео сообщение о реализации задачных связей между понятийными мирами информатики, физики и математики в рамках проекта СИНФ.

Информатика

© В.Д. Ильин, 2008, 2009, 2016

□ Информатика (англ. Informatics) –

наука об извлечении информации из сообщений, создании информационных ресурсах, программировании поведения машин и о других сущностях, связанных с построением и применением человеко-машинной среды решения задач моделирования, проектирования, взаимодействия, обучения и др.

Изучает свойства информации, методы её извлечения из сообщений и представления в заданной форме; свойства, методы и средства информационного взаимодействия; свойства информационных ресурсов, методы и средства их создания, представления, сохранения, накопления, поиска, передачи и защиты; свойства, методы и средства построения и применения программируемых машин и человеко-машинной среды решения задач. □

Научная продукция информатики служит методологическим основанием построения человеко-машинной среды решения задач, относящихся к различным областям деятельности.

Результаты исследований сущностей (в науке обычно называемых объектами) представлены их символьными и/или физическими моделями. Символьные модели – это описания добытых знаний, а физические – прототипы изучаемых объектов, отражающие их свойства, поведение и др.

Научный результат – модель системы знаний (или составляющая ранее определённой и опубликованной модели), описывающая совокупность объектов, включающую изучаемый объект, и связи между ними. Описание модели представлено в форме сообщения, рассчитанного на распознавание и интерпретацию научным сообществом. Значение результата зависит от предсказательной силы, воспроизводимости и применимости модели, а также от свойств сообщения, содержащего её описание.

Примерами результатов, сыгравших выдающиеся роли в методологическом обеспечении построения человеко-машинной среды решения задач, могут служить: изобретённая американским учёным Джоном фон Нейманом (англ. John von Neuman) модель цифровой электронной машины с хранимыми в общей памяти инструкциями программы и данными [известная как модель фон Неймана (the von Neumann model ) и архитектура фон Неймана (The von Neumann architecture)] [John von Neuman]; изобретённые создателем Веба британским учёным Тимоти Джоном Бернерс-Ли (англ. Timothy John Berners-Lee) протокол HTTP (англ. HyperText Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста), являющийся протоколом прикладного уровня, определяющим правила передачи сообщений в гипермедийных системах, и унифицированный идентификатор ресурса URI (англ. Uniform Resource Identifier), ставший стандартом записи адреса ресурса, размещённого в сети Интернет.

Трудно найти область деятельности, где бы не применялась научная продукция информатики. На её основе созданы электронная почта, Веб, поисковые системы, IP-телефония, интернет вещей и др. интернет-сервисы; цифровая аудио-, фото- и видеозапись; системы автоматизированного проектирования; компьютерные тренажёры и роботы, системы цифровой связи, навигационные системы, 3D-принтеры и др.

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

 

S-моделирование

© В.Д. Ильин, 2008, 2009

S-моделирование (англ. S-modeling) –

символьное моделирование произвольных объектов в человеко-машинной среде (s-среде), теоретическим основанием которого служат методы решения базовых задач s-(представленияпреобразованияраспознаванияконструированияинтерпретацииобменасохранениянакопленияпоиска и защитыs-сообщений.

Предмет информатики [1]. □

См. TSM – комплекс средств формализации гипермедийных описаний s-моделей.

/ Инструмент познания

Изобретение символов и построенных из них символьных моделей сообщений, представление и накопление таких моделей во внешней среде, стало одним из существенных средств формирования и развития разумного человека. На длинном и трудном пути от наскальных рисунков, через рукописные тексты, книгопечатание, звукозапись, фотографию, кино и телевидение роль символьных моделей сообщений, сохраняемых во внешней среде, постоянно росла. Их доминирующая роль в интеллектуальной деятельности определяется не только компактностью и выразительностью, но и тем, что не существует ограничений на типы носителей, применяемых для сохранения символьных моделей. Ими могут быть память человека, бумажный лист, матрица цифровой фотокамеры, память цифрового диктофона или ещё что-то.

Затраты на построение, копирование, передачу, сохранение и накопление символьных моделей несопоставимо меньше, чем аналогичные затраты, связанные с несимвольными моделями (☼ макетами судов, зданий и др. ☼).

Символьное моделирование не только сопровождает абстрактное мышление, но и служит инструментом его совершенствования (позволяя на время отвлечься от деталей, чтобы чётче увидеть главное).

☼ Достаточно вспомнить, какое ускорение получило развитие математики после введения буквенных символов для записи формул (до того их записывали, используя разговорный язык). Примерами символьных моделей могут служить чертежи машин, записи музыкальных композиций, шахматных партий и т.д. ☼

Компактность и выразительность символьных моделей позволяют эффективно сочетать детализацию и обобщения в процессе рассуждений. Символьные модели — испытанный инструментарий механизма ассоциаций, от продуктивности которого зависят судьбы изобретений и открытий.

/ Эпоха s-моделирования

Изобретение программируемой машины для поддержки процессов символьного моделирования (s-машины, названной компьютером), изменило представления о возможностях машинной поддержки символьного моделирования.

◊ Вспомним пресловутое изобретение колеса, которое по сути было изобретением способа соединения колеса с неподвижной осью.◊ Истинная ценность компьютера не в том, что он быстро вычисляет и много запоминает. Это лишь технические характеристики, обязательные для исполнения роли средства построения s-среды (см. рис.1). ◊

3 steps of s-modeling

Начало компьютерной эпохи стало стартом колоссальных по значению и динамике перемен в технологиях построения, преобразования, распознавания, интерпретации, сохранения, накопления, передачи, поиска и защиты символьных моделей различных сообщений. Впервые люди стали применять машины во всех работах, связанных с символьными моделями сообщений.

Одновременно с компьютерной стартовала эпоха символьного моделирования произвольных объектов в человеко-машинной среде (эпоха s-моделирования). С тех пор конкурентоспособная часть человечества пристально следит за новыми информационными технологиями и средствами их реализации, а понятие конкурентоспособности теперь прочно связано с умением их применять для повышения продуктивности своей деятельности [2].

/ Общий метод s-моделирования

Особое место в развитии символьного моделирования принадлежит идее его формализации, заключающейся в том, чтобы строить символьные модели по определенным правилам из заранее определенных элементов.

Эта идея издавна реализуется в математических методах символьного моделирования. Однако метод формализации [3], применяемый в математике для получения формальных систем [4], нельзя перенести на s‑моделирование, так как s‑модели не являются формальными системами. Объясним подробнее это важное замечание.

Задача в s‑моделировании имеет более широкий смысл, чем в математике: задачи s‑(представления, распознавания, преобразования, конструирования, интерпретации, обмена, сохранения, накопления, поиска, защиты) s-сообщений не являются математическими. Математический арсенал недостаточен для того, чтобы их можно было сформулировать и решить как математические задачи. Дело не только в том, что в математике главенствует формальное доказательство (существования, единственности решения), а в s‑моделировании – конструктивное доказательство (существования s‑модели; а о единственности вообще речь не идет). Важно другое: неформальность s‑моделей – их полезное отличие, связанное с возможностью привлечения неформализованного знания человека-эксперта для управления процессами s-моделирования (☼ методология интерактивного преобразования ресурсов по изменяемым системам правил [5] — одно из подтверждений ☼).

S‑моделирование предполагает представление символов и построенных из них s‑моделей в двух формах, одна из которых рассчитана на интерпретацию человеком, другая (в форме кодов) – на интерпретацию программой s‑машины. Множество символов, применимых для построения s‑моделей – это множество элементарных конструктивных объектов, каждый из которых наделен набором атрибутов и совокупностью допустимых операций. Построение конструкций из элементов этого множества определено системой правил конструирования s‑моделей [8].

□ Общий метод s‑моделирования – конструктивное доказательство существования s‑модели, представимой в двух формах, одна из которых рассчитана на интерпретацию человеком, а другая – s‑машиной. □

Необходимое условие реализации s‑моделирования предполагает существование удовлетворяющих требованиям s‑(представления, распознавания, преобразования, конструирования, интерпретации, обмена, сохранения, накопления, поиска и защиты) s-сообщений:
1. языка описания s‑моделей, рассчитанного на человека;
2. s‑машинного языка (языка, рассчитанного на s-машину);
3. программ s‑преобразования s‑моделей на языке для человека в описания на s‑машинном языке.

◊ Формальное символьное моделирование в математике не стеснено требованиями 1 – 3. Конечно, языку математического моделирования можно поставить в соответствие язык описания s‑моделей [☼ Пролог (логика предикатов первого порядка), Лисп (λ‑исчисление) ☼].

Развитие языков s‑моделирования, рассчитанных на человека, направляется стремлением использовать композиции различных типов символов, библиотеки и средства конструирования программ и сервисов. ◊

/ Классы базовых задач s-моделирования

1-4 basic probl

Изучение свойств и закономерностей s-моделирования необходимо, чтобы определить, из каких типовых задач оно складывается. Говоря о задачах, имеем в виду базовые задачи s-моделирования. Деление базовых задач на классы – результат изучения s-моделирования как комплексной технологии представления, преобразования, распознавания, конструирования, интерпретации, обмена, сохранения, накопления, поиска и защиты символьных моделей в человеко-машинной среде (см. рис. 2-3).

1. Представление моделей произвольных объектов, рассчитанных на восприятие человеком и s-машинами, связано с изобретением языков s-сообщений, удовлетворяющих определённым требованиям. В этом классе изучаются системы символов и кодов, используемые соответственно в человеко- и s-машинно-ориентированных языках. К первым относим языки спецификации, программирования, запросов, ко вторым – системы s-машинных команд. Этот класс включает также задачи представления s-данных. В него входят задачи представления моделей систем понятий, на которых интерпретируются сообщения. На верхнем уровне задачной иерархии этого класса находится представление моделей систем знаний.

2. Преобразование типов и форм представления s-моделей позволяет устанавливать соответствия между моделями. Задачи преобразования типов (☼ речевой в текстовый и обратно и др. ☼) и форм (☼ аналоговой в цифровую и обратно; несжатой в сжатую и обратно; одной формы представления документа в другую: *.doc в *.pdf ☼) – необходимое дополнение к задачам представления моделей.

3. Сообщение не может быть интерпретировано, если оно не распознано получателем. Необходимым, но не достаточным условием распознавания является представление сообщения в формате, известном получателю. При выполнении этого условия для распознавания сообщения решаются задачи сопоставления с моделями-образцами, либо сопоставления свойств распознаваемой модели со свойствами моделей-образцов.

4. К задачам этого класса относятся задачи конструирования моделей систем понятий, языков, систем знаний, интерпретаторов сообщений на моделях систем понятий; моделей задач [6-7], программирования, взаимодействия в s-среде; моделей архитектур s-машин, s-сетейсервис-ориентированных архитектур; моделей сообщений и средств их построения, документов и документооборота. На верхнем уровне иерархии этого класса находятся задачи конструирования моделей s-среды и технологий s-моделирования.

5-8 basic probl

5. Интерпретация s-ообщений предполагает существование принятого сообщения, модели системы понятий, на которой оно должно интерпретироваться и механизма интерпретации. ☼ Глядя на веб-страницу на экране монитора, человек интерпретирует это сообщение, используя системы понятий, хранящиеся в его памяти. Для микропроцессора s-машины сообщениями, подлежащими интерпретации, служат коды s-машинных команд и данных; для компилятора — код исходного текста программы. ☼

6. В этом классе изучаются задачи взаимодействия в s-среде (человек – машина; машина – машина) с типизацией: отправителей и получателей; средств отправки, передачи и получения сообщений; сред передачи сообщений. Изобретаются системы правил обмена сообщениями (s-сетевые протоколы); архитектуры s-сетей, сервис-ориентированные архитектуры; системы документооборота.

7. Этот класс включает связанные между собой задачи сохранения, накопления и поиска. Изучаются и типизируются память и накопители, механизмы управления ими; формы сохранения и накопления; носители, методы сохранения, накопления и поиска; базы данных и библиотеки программ. Изучаются модели предмета поиска (по образцу, по признакам, по описанию свойств) и методов поиска.

8. Задачи этого класса включают: предотвращение и обнаружение уязвимостей; контроль доступа; защиту от вторжений, вредоносных программ, перехвата сообщений и несанкционированного применения.

Литература

[1] В.Д. Ильин, И.А. Соколов, Символьное моделирование в человеко-машинной среде: основы концепции,  Информационные технологии и вычислительные системы 1 (2008) 51-60.

[2] В.Д. Ильин, Компьютерное моделирование, Большая Российская энциклопедия том 14, (2009) 712.

[3] С.Н. Артемов, Формализации метод, Математическая энциклопедия том 5 (1985) 635.

[4] В.Н. Гришин, Формальная система, Математическая энциклопедия том 5 (1985) 639.

[5] А.В. Ильин, В.Д. Ильин, Интерактивный преобразователь ресурсов с изменяемыми правилами поведения, Информационные технологии и вычислительные системы 2 (2004) 67-77.

[6] В.Д. Ильин, Система порождения программ, М.: Наука (1989) 264.

[7] А.В. Ильин, Конструирование разрешающих структур на задачных графах системы знаний о программируемых задачах, Информационные технологии и вычислительные системы 3 (2007) 30-36.

[8] А.В. Ильин, В.Д. Ильин, Символьное моделирование: статьи для Большой Российской энциклопедии (Symbol modeling: articles for Great Russian Encyclopedia), Информатика: S-моделирование, 19/11/2014

___________________________

PDF-файл статьи

Эта статья — в сети ResearchGate