Понятие и виды информации

Особенностью термина «информация» является то, что, с одной стороны, он является интуитивно понятным практически для всех, а с другой - общепризнанной его трактовки в научной литературе не существует. Одновременно следует особо отметить, что как научная категория «информация» составляет предмет изучения для самых различных областей знания: философии, информатики, теории систем, кибернетики и т. д.

Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio», изначально означающего изложение или разъяснение. В качестве примера приведем следующее его определение.

Информация - это совокупность сигналов, воспринимаемых нашим сознанием, которые отражают те или иные свойства объектов и явлений окружающей нас действительности. Природа данных сигналов подразумевает наличие принципиальных возможностей по их сохранению, передаче и трансформации (обработке).

Очевидно, что данное определение носит исключительно «пояснительный» характер и ни в коей мере не претендует на научную строгость, так как базируется на достаточно нечетких и расплывчатых категориях: «сигналы», «объекты», «действительность», «восприятие» и т. п.

Другой подход к определению информации отталкивается от схематичного представления процесса ее передачи. На предельном уровне абстрагирования в нем можно выделить два фундаментальных элемента:

- источник (передатчик);

- приемник (потребитель, клиент).

При их взаимодействии, собственно говоря, и возникает информация - некоторое сообщение, которое тем или иным способом уменьшает незнание потребителя (приемника) о некотором объекте, факте или явлении. Основываясь на данном подходе, один из основоположников теории информации Клод Шеннон определил информацию как снятую неопределенность.

В одном терминологическом ряду с информацией стоят понятия «данные» и «знания».

Под данными обычно понимают информацию, представленную в конкретных формах, которые адекватны возможным (ожидаемым) процессам ее обработки.

Знания - это информация, на основании которой путем логических рассуждений могут быть получены определенные выводы.

Также под знаниями иногда понимают данные, имеющие сложную организацию, обладающие как фактографической, так и семантической составляющими. Под фактографической составляющей понимается информация, связанная с регистрацией событий и явлений, а под семантической - информация, касающаяся содержательного (смыслового) толкования зарегистрированных фактов.

Важнейшими характеристиками информации являются ее структура и форма. Структура информации - это то, что определяет взаимосвязи между ее составными элементами. Фундаментальным свойством информации является свойство системности. Как известно, системой называют такую совокупность, которая обладает такими свойствами, которыми не обладает ни один из входящих в нее элементов в отдельности. Без труда можно привести массу примеров, демонстрирующих, что соединение разрозненных информационных сигналов порождает систему, обладающую качественно более высокой содержательной ценностью.

Другой стороной информации является форма ее представления. Среди основных форм могут быть названы:

- символьно-текстовая (информация, представленная совокупностью букв, цифр, знаков и т. п.);

- графическая (изображение и т. п.);

- звуковая.

Практическое значение научных подходов к определению термина «информация» связано с решением проблемы измерения информации. В соответствии с положениями общей теории информации в качестве эталона меры для нее выбирается некоторый абстрактный объект, который может находиться в одном из двух состояний (например, включен/выключен, да/нет, 0/1 и т. п.), или, как еще говорят, бинарный объект. Говорят, что такой объект содержит информацию в 1 бит. Безусловно, данный метод измерения информации во многом был предопределен возможностями ее хранения в различных технических устройствах, где на элементарном уровне информация запоминается с помощью магнитно-электрических устройств, которые могут находиться либо в намагниченном, либо в размагниченном состояниях. От бита как наименьшей меры количества информации происходят производные единицы:

1 байт - 8 бит,

1 килобайт (Кбайт) - 1024 байт

1 мегабайт (Мбайт) - 1024 килобайт

1 гигабайт (Гбайт) - 1024 мегабайт

Как можно заметить, приставки кило-, мега- и т. д. здесь употребляются в отличающемся от традиционного смысле, означая умножение на 1024, а не на тысячу. Данное решение позволяет гармонично связать методы измерения информации с бинарной (двоичной) организацией системы ее хранения.

Понятие информации должно быть с определенным объектом, свой­ства которого она отражает. Кроме того, наблюдается от­носительная независимость информации от ее носителя, поскольку возможны ее преобразование и передача по раз­личным физическим средам с помощью разнообразных физических сигналов безотносительно к ее содержанию, т.е. к семантике, что и явилось центральным вопросом многих исследований, в том числе и в философской науке. Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения, натурного либо вычисли­тельного эксперимента, а также на основе логического вы­вода. Поэтому говорят о доопытной (или априорной) ин­формации и послеопытной (т.е. апостериорной) получен­ной, в итоге эксперимента.

Для человека любое восприятие реальных объектов окружающей действительности происходит через ощуще­ния. Органы чувств человека и высшая нервная система позволяют ему воспринимать объекты. При обмене ин­формацией имеют место источник в виде объекта матери­ального мира и приемник - человек либо какой-то матери­альный объект. Информация возникает за счет отражения, которое является свойством всей материи, любой матери­альной системы. Свойство отражения совершенствуется по мере развития материи от элементарного отражения до высшей его формы – сознания. Процесс отражения означа­ет взаимодействие объектов материального мира. Этот процесс наиболее прост в неорганической природе. Здесь преобладают механические, химические и физические взаимодействия. При таком отражении объекты пассивны. Новые формы отражения (физиологическое и психологи­ческое) возникают в органической природе. В живом орга­низме на основе отражения формируется способность при­спосабливаться к изменяющимся окружающим условиям. У человека получают развитие более сложные формы от­ражения: познавательная и творческая. Эти формы носят сознательный характер и позволяют человеку активно воз­действовать на окружающий мир.

Рассмотрим некоторую классификацию информации. Для того, чтобы она была полезной, она должна быть основана на некоторой системе. Обычно при классификации объектов одной природы в качестве базы для классификации используется то или иное свойство (или их набор) объектов.

Как правило, свойства объектов можно разделить на два больших класса: внешние и внутренние свойства.

Внутренние свойства - это свойства, органически присущие объекту. Они обычно «скрыты» от изучающего объект и проявляют себя косвенным образом при взаимодействии данного объекта с другими.

Внешние свойства - это свойства, характеризующие поведение объекта при взаимодействии с другими объектами.

Поясним сказанное на примере. Масса является внутренним свойством вещества (материи). Проявляет же она себя во взаи­модействии или в ходе некоторого процесса. Отсюда появляются такие понятия физики, как гравитационная масса и инерциальная масса, которые можно было бы назвать внешними свойствами вещества.

Подобное разделение свойств можно привести и для информации. Для любой информации можно указать три объекта взаимодействия: источник информации, приемник информации (ее потребитель) и объект или явление, которые данная информация отражает. Поэтому можно выделить три группы внешних свойств, важнейшими из которых являются свойства информации с точки зрения потребителя.

Качество информации - обобщенная положительная харак­теристика информации, отражающая степень ее полезности для пользователя.

Показатель качества - одно из важных положительных свойств информации (с позиции потребителя). Любое отрицательное свойство может быть заменено обратным ему, положительным.

Чаще всего рассматривают показатели качества, которые можно выразить числом, и такие показатели являются количественными характеристиками положительных свойств информации.

Обзор приведенных ситуаций позволяет сформулировать следую­щие определения свойств информации.

Релевантность - способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя.

Полнота - свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект и / или процесс.

Своевременность - способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.

Достоверность - свойство информации не иметь скрытых ошибок.

Доступность - свойство информации, характеризующее воз­можность ее получения данным потребителем.

Защищенность - свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения.

Эргономичность - свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

Адекватность - свойство информации однозначно соответ­ствовать отображаемому объекту или явлению. Адекватность ока­зывается для потребителя внутренним свойством информации, проявляющем себя через релевантность и достоверность.

Выделяют следующие аспекты информации:

§ прагматический,

§ семантический,

§ синтаксический.

Прагматический аспект связан с возможностью дос­тижения поставленной цели с использованием получаемой информации. Этот аспект информации влияет на поведе­ние потребителя. Если информация была эффективной, то поведение потребителя меняется в желаемом направлении, т. е. информация имеет прагматическое содержание. Таким образом, этот аспект характеризует поведенческую сторо­ну проблемы.

Семантический аспект позволяет оценить смысл пе­редаваемой информации, соотнося ее с информацией, хра­нящейся до появления данной. Семантические связи между словами или другими смысловыми элементами языка отражают словарь – тезаурус. Он состоит из двух частей: спи­ска слов и устойчивых словосочетаний, которые сгруппи­рованы по смыслу, и некоторого ключа, т е. алфавитного словаря, позволяющего расположить слова и словосочета­ния в определенном порядке. Тезаурус имеет особое значение в системах хранения информации, в которые могут вводиться семантические отношения, в основном подчине­ния, что позволяет на логическом уровне осуществлять ор­ганизацию информации в виде отдельных записей, масси­вов и их комплексов. Существуют развитые тезаурусы, в которые включаются сложные высказывания и семантиче­ские связи между ними. Это позволяет хранить более сложную информацию и детально оценивать семантиче­ское содержание вновь поступающей информации. Нали­чие тезауруса позволяет переводить поступающую семантическую информацию на некоторый стандартизирован­ный семантический язык в соответствии с выбранным те­заурусом. Таким образом, при возникновении информации можно изменить исходный тезаурус. Степень изменения тезауруса может быть принята как характеристика количе­ства информации.

Синтаксический аспект информации связан со спо­собом ее представления. В зависимости от реального про­цесса, в котором участвует информация, т.е. осуществляет­ся ее сбор, передача, преобразование, отображение, пред­ставление, ввод или вывод, она представляется в виде специальных знаков, символов. Характерным носителем ин­формации является сообщение, под которым обычно по­нимают все то, что подлежит передаче. Сообщения пред­ставляют в виде электрического сигнала, передаваемого по выбранной физической среде. Для этого сообщение подвергают преобразованию, т. е. придают ему электрический характер, далее кодированию, при котором сообщение превращается в некоторую, последовательность символов, однозначно его отображающих, и модуляции, при которой каждый элемент кода (либо код в целом) переводится в электрический сигнал, способный передаваться на задан­ное расстояние по выбранному каналу связи. Процессы преобразования, кодирования и модуляции исключительно многообразны, а синтаксический аспект информации при ее передаче в настоящее время хорошо развит. Иной характер синтаксический аспект имеет, например, при хранении информации. В этом случае могут быть предложены такие формы, при которых удается осуществить быстрый поиск, введение новой информации, вывод требуемой информа­ции из информационной базы и в целом обновления базы данных. Требуемому представлению информации при ее хранении отвечают разработанные к настоящему времени типовые структуры баз и банков данных, которые позво­ляют наилучшим образом реализовать информационное обслуживание пользователей в системе управления. Таким образом, развитие общества привело к тому, что оказалось необходимым хранить, обрабатывать, передавать, преобра­зовывать огромные объемы данных.

Все виды деятельности человека по преобразованию природы и общества сопровождались получением новой информации. Логическая, адекватно отображающая объек­тивные закономерности природы, общества и мышления получила название научной информации. Ее делят по об­ластям получения или пользования на следующие виды: политическую, техническую, биологическую, химиче­скую, физическую и т.д.; по назначению – на массовую и специальную. Часть информации, которая занесена на бу­мажный носитель, получила название документальной информации. Любое производство при функционировании требует перемещения документов, т.е. возникает доку­ментооборот. Для автоматизированных систем управления информация в документах составляет внешнее информа­ционное обеспечение. В то же время большая часть ин­формации хранится в памяти ЭВМ на магнитных лентах, дисках и т.д. Она определяется как внутримашинное ин­формационное обеспечение.

Наряду с научной информацией в сфере техники при решении производственных задач используется техниче­ская информация. Она сопровождает разработку новых изделий, материалов, конструкций агрегатов, технологиче­ских процессов. Научную и техническую информацию объединяют термином научно-техническая информация; в сфере материального производства может циркулировать технологическая информация, закрепленная в конструкторско-технологической документации. В плановых расче­тах существует планово-экономическая информация, ко­торая содержит интегральные сведения о ходе производст­ва, значения различных экономических показателей.

Информация с точки зрения ее возникновения и со­вершенствования проходит следующий путь: человек на­блюдает некоторый факт окружающей действительности, это факт отражается в виде совокупности данных, при по­следующем структурировании в соответствии с конкрет­ной предметной областью данные превращаются в знания. Таким образом, верхним уровнем информации как резуль­тата отражения окружающей действительности (результа­та мышления) являются знания. Знания возникают как итог теоретической и практической деятельности. Информация в виде знаний отличается высокой структуризацией. Это позволяет выделить полезную информацию при ана­лизе окружающих нас физических, химических и прочих процессов и явлений. На основе структуризации информа­ции формируется информационная модель объекта. По мере развития общества информация как совокупность на­учно-технических данных и знаний превращается в базу системы информационного обслуживания научно-технической деятельности общества.

В настоящее время информация используется всеми отраслями народного хозяйства и наряду с энергией, по­лезными ископаемыми является ресурсом общества. С раз­витием общества возникает необходимость целесообраз­ной организации информационного ресурса, т.е. конкре­тизации имеющихся фактов, данных и знаний по направ­лениям науки и техники. Признание информации как ре­сурса и появление понятия информационный ресурс дало толчок развитию нового научного направления – информа­тики. Информатика как область науки и техники связана со сбором и переработкой больших объемов информации на основе современных программно-аппаратных средств вы­числительной техники и техники связи. Информатика изу­чает свойства информационных ресурсов, разрабатывает эффективные методы и средства их организаций, преобра­зования и применения. На основе достижений информати­ки формируются новые методы и алгоритмы преобразова­ния информации, при которых не квалифицированный в вычислительной технике пользователь, на языке, близком к естественному, может общаться с вычислительной средой для решения требуемых практических задач. На поль­зовательском уровне информатика дает основу для созда­ния современных информационных систем, таких как автоматизированные системы управления, автоматизирован­ные системы научных исследований, информационно-справочные системы, интеллектуальные системы, системы управления реального времени и др. Учитывая, что техни­ческими средствами информатики являются вычислитель­ные средства, ее современное состояние и направления дальнейшего развития в значительной степени определя­ются перспективами создания, развития и внедрения пер­сональных ЭВМ, сетей связи, языков общения пользовате­ля с вычислительной техникой. Информатика как область науки и техники требует своего дальнейшего развития. В качестве основных направлений исследований в области информатики можно определить следующее: разработка новой информационной технологии проектирования сис­тем; развитие интеллектуальных методов доступа пользователя к вычислительной среде; создание моделей анализа и синтеза информационных процессов: совершенствование программных и аппаратных средств вычислительной тех­ники и техники связи: переход к интеллектуальным АСОИУ (автоматизированная система обработки инфор­мации управления) на основе гибридных экспертных сис­тем.

Информационные меры, как правило, рассматриваются в трех аспектах: структурном, статистическом и семантическом.

В структурном аспекте рассматривается строение массивов информации и их измерение простым подсчетом информационных элементов или комбинаторным методом. Структурный подход применяется для оценки возможностей информационных систем вне зависимости от условий их применения.

При статистическом подходе используется понятие энтропии как ме­ры неопределенности, учитывающей вероятность появления и информа­тивность того или иного сообщения. Статистический подход учитывает конкретные условия применения информационных систем.

Семантический подход позволяет выделить полезность или ценность информационного сообщения.

Информация в качестве самостоятельного объекта исследования стала рассматриваться относительно недавно. Важным толчком к таким исследованиям явилось возникновение в конце 40-х годов XX века науки об управлении в сложных динамических системах - кибернетики. Основоположником ее явился американский Математик Норберт Винер.

Основополагающей предпосылкой, определившей выделение кибернетики в отдельное направление научных исследований, явился тезис об общности процессов управления в объектах разной природы, которая проявляется в механизме действия обратной связи и информационной основе управления. Она обусловливает принципиальную возможность моделирования экономических и социальных процессов, использования ЭВМ для управления экономическими объектами. Кибернетика утверждает существование информационного поля в объективной реальности, формулирует закон необходимого разнообразия для регулятора как органа управления. Главным его следствием является вывод о том, что степень сложности системы управления должна соответствовать степени сложности управляемого объекта. В сфере экономики он подтверждает объективную необходимость усложнения управления, увеличения его «мощности» по переработке информации и принятию решений.

Принципиальным моментом для общекибернетических теорий стало определение термина «управление». Приведем следующую его формулировку.
Управление (англ. - control) - это функция организованных систем различной природы (технических, биологических или социальных), направленная на реализацию их целевых установок и поддержание внутренне присущей им структуры.

Статистическая теория информации, являясь одним из разделов кибернетики, связывает понятие информации с уменьшением неопределенности состояния энтропии) объекта. К. Шеннон и Н. Винер предложили математический аппарат для количественного измерения неопределенности и информации. Предложения мера оказалась плодотворной для технических приложений - оптимизации кодирования, передачи, хранения данных и некоторых других.
Этот подход имел также методологическое значение, он способствовал пониманию того, что нет абсолютной информации об объекте, определение информации висит от составленной нами модели объекта. Поскольку для разных целей исследования составляются разные модели с различным описанием своих состояний, то и определение информации об объекте зависит от тех целей и задач, которые стоят перед исследователем. Так, в одних и тех же данных содержится разное количество информации для разных задач управления.
В то же время необходимо отметить, что в ходе развития кибернетики помимо достигнутых успехов очень быстро выявились проблемы, носившие принципиальный характер: слишком общие подходы к изучаемым процессам не давали значимых конструктивных результатов. Поэтому в ней достаточно быстро стали выделяться направления, ориентированные на более конкретные классы исследуемых объектов, техническая кибернетика, экономическая кибернетика и т. д.