Информационные технологии и управление искусственным интеллектом

Адолат Джураева

Эта книга открывает захватывающий мир ИТ и ИИ, демонстрируя, как современные технологии могут трансформировать управление экономическими системами. Вы узнаете об основах ИТ, их эволюции, обработке информации, системах и их классификации, а также о применении ИИ в сложных системах. Учебник «Информационные технологии и управление искусственным интеллектом» станет вашим путеводителем в мир инноваций и прогресса!

1.5. Экономическая информация и семиотика. Жизненный цикл информации

Экономическая информация может быть понята, проанализирована и рационально организована при изучении экономических систем, процессов управления в них и конкретных задач, решаемых в системах управления. С этой точки зрения под экономической информацией следует понимать:

Ø сведения, знания наблюдателя об экономическом объекте;

Ø наличие связи между элементами экономической системы, именно то, что определяет ее цельность как системы (внутренняя формация системы);

Ø нематериальные составные части системы — знания, навыки, методы, т.е. информационные подсистемы экономической системы;

Ø сообщения, которые циркулируют в экономической системе, и которыми она обменивается с внешней средой или другими экономическими системами. Они отражают те реальные связи, которые существуют между различными экономическими объектами, отображаемыми в виде систем;

Ø некоторые общепризнанные знания, сведения, правила и обычаи, которыми руководствуются люди и коллективы в своей производственно-экономической деятельности. Они существуют в виде нормативных, правовых актов, показателей планирования и являются формами проявления регулирующей и целенаправляющей информации в экономических системах.

Информация — основное понятие кибернетики. В потоке экономической информации нельзя выделить один главный фактор, поэтому необходимо определить факторы, оказывающие влияние на всю систему управления, например такие факторы, как полезность сообщения, его смысл, способ знакового отображения, словарь, алфавит, код имеют равную значимость, или же их значимость изменяется в зависимости от этапа решения задачи. На практике в качестве критериев оценки экономической информации используются показатели: значимости, употребляемости, полезности, ранга, стоимости, а также своевременности, доступности и достоверности.

С помощью этих критериев может быть получена некоторая общая оценка информации. При обработке больших массивов данных может возникнуть необходимость в их усредненной оценке по нескольким параметрам сразу, тогда в этом случае вводят весовые коэффициенты для каждого из оценочных параметров: значимости, полезности, периодичности и других.

Общая информативность системы, массива или текста определяется суммированием значений ценности содержащихся в них информационных единиц. Экономическая информация выступает важным ресурсом, эффективное использование которого имеет большое значение для процесса управления. Экономическая информация—это та информация, которая возникает в процессе экономической деятельности и используются для управления этой деятельностью. Экономическая информация включает в себя сведения о трудовых, материальных и финансовых ресурсах о состоянии объектов управления на определенный момент времени. Экономическая информация отражает деятельность фирм, предприятий, организаций посредством использования, стоимостных и других показателей.

Экономическая информация — это та информация, которая возникает при подготовке и в процессе экономической деятельности и используются для управления этой деятельностью. Экономическая информация включает в себя сведения о трудовых, материальных и финансовых ресурсах о состоянии объектов управления на определенный момент времени. При анализе экономической информации необходимо определить следующие показатели:

Ø экономические характеристики фирмы;

Ø технические характеристики средств производства (в первую очередь, оборудования);

Ø описание технологий и условий производства;

Ø рыночная конъюнктура (цены, объёмы, спрос);

Ø сведение об оборотных средствах;

Ø сведения о кадровом составе;

Ø сведения о наличии и потребностях в ресурсах;

Ø нормативы и плановые задания;

Ø совокупность расчетных показателей (таких, как фондоемкость, рентабельность, себестоимость);

Ø различные приказы, инструкции, методики.

Для экономической информации характерны:

1. большие объемы;

2. многократное повторение циклов её получения и преобразования в установленные временные периоды (месяц, квартал, год и так далее);

3. многообразие её источников и потребителей;

4. значительный удельный вес логических операций при её обработке;

5. относительно малый вес вычислительных операций.

По функциональным признакам экономическую информацию разделяют на три основные группы: учётная; плановая; регулирующая, то есть:

Ø Учетная информация отражает апостериорные сведения, то есть те или иные результаты экономических процессов в виде данных бухгалтерского учета, статистических данных и тому подобное.

Ø Плановая информация отражает априорные сведения и включает в себя показатели перспективного, текущего и оперативного планирования.

Ø Регулирующая информация используется в целях управления.

При рассмотрении структуры экономической информации в ней обычно выделяют: реквизиты; показатели, факторы, элементы; документы, например, квитанция об уплате за электроэнергию — это документ. Показатели информации — расход электроэнергии и тариф. На их основе формируется новый показатель — сумма оплаты.

Название энергетической организации («СИНОН») — реквизиты. Реквизиты — это обязательные данные, которые в соответствие с инструкцией должны содержатся в правильно составленном и оформленном документе или если сказать более точно во входном машинном документе.

Экономическая семиотика

Семиотика — наука о знаках. Семиотику определяют как комплекс научных теорий, изучающих свойства знаковых систем. Знаки — это объекты любой природы, т.е. буквы, цифры которым поставлено в соответствие некоторое значение. В таком понимании знаковыми системами являются естественные и искусственные языки, в том числе языки программирования и информационные языки, различные системы сигнализации, логические, математические и химические символы и т. п. С позиции семиотики информатику изучают в трёх аспектах:

Ø синтактическом;

Ø семантическом;

Ø прагматическом.

Синтактика — это то как, каким образом, выражена информация, способ записи. Синтаксис знаковых структур — это способы сочетания знаков, правила образования этих сочетаний и их преобразования безотносительно к их значениям и функциям.

Семантика — это то, что выражает информация, её значение. Семантика изучает знаковые системы как средство выражения смысла, определенного содержания, т.е. правила интерпретации знаков и их сочетаний, смысловую сторону языка.

Прагматика — это использование информации, её функции. К прагматике относится практика использования знаков, слов и сообщений, т.е. потребительская сторона языка.

Рассмотрим с точки зрения семиотики несколько примеров.

Пример 1. Число «четыре».

Семантика числа — это то количество, которое оно означает.

Синтаксис может быть различным: арабская цифра 4, римская IV, в двоичной системе «100», слово русское «четыре», английское «four» и т. д.

Прагматика — вычисления.

Пример 2. Компьютерная программа.

Семантика — задача, которую решает программа.

Синтаксис — язык программирования, на котором написана программа (Фортран, Бейсик, Паскаль, С++ и т.д.).

Прагматика состоит в реализации на компьютере.

Пример 3. Цветок на окне как пароль.

Семантика — пароль, передаёт шифр явки.

Синтаксис — цветок играет роль знака.

Прагматика — действия, соответствующие паролю; если на окне стоит цветок — в квартире никого нет, отсутствует цветок — явка провалена.

Исследования в области экономической семиотики осуществляется в трёх направлениях:

Ø описательном, решающем вопросы методики классификации и кодирования экономической информации;

Ø аналитическом, разрабатывающем вопросы количественного описания полученной информации;

Ø конструктивном, занимающимся разработкой искусственных экономических языков.

Одним из примеров информационных языков являются языки иерархической классификации или просто классификаторы.

Основными процедурами, то есть этапами работы с экономической информацией являются следующие:

Ø сбор информации;

Ø регистрация;

Ø кодирование;

Ø подготовка информационных массивов;

Ø обработка информации;

Ø накопление и хранение данных;

Ø формирование регулирующей информации;

Ø передача информации;

Ø анализ информации;

Ø выработка рекомендаций;

Ø принятие решений.

Основные элементы системы передачи информации

Важным этапом работы с экономической информацией является этап передачи информации. Общая схема системы передачи информации по каналу связи представлена на следующем рисунке 1.5.1.

1

2

6

3

4

5

7

Х

V

W

U

Y

Линия связи

Канал связи

Рисунок 1.5.1. Система передачи информации

Здесь приняты следующие условные обозначения:

1 — источник сообщений;

2 — передатчик;

3 — искажение в линии связи;

4 — задержка в линии связи;

5 — приёмник;

6 — получатель сообщений;

7 — источник помех.

Здесь введены следующие условные обозначения:

X — передаваемое сообщение;

V — сигнал;

W — помехи;

U — сигнал + помеха;

Y — полученное сообщение.

В конкретных случаях отдельные звенья могут отсутствовать.

В простейшем случае почтовой связи имеем следующие звенья: отправитель — канал связи — почта — получатель. Одним из способов ликвидации задержек в этом случае является использование электронной почты.

При передаче сообщений с помощью электрических сигналов или электромагнитных волн сообщение, вырабатываемое источником — человеческая речь, музыкальное произведение, письменный текст, изображение и т. д. — предварительно преобразуется в сигнал, который удобен для передачи по каналу связи. Преобразование сообщения в сигнал осуществляется с помощью передатчика.

К числу передатчиков информации относятся:

Ø микрофон — преобразует звуковой сигнал в электрический;

Ø модем — преобразует сообщение в электрический сигнал в виде двоичных кодов;

Ø радиопередатчик — преобразует звуковой сигнал в электромагнитные колебания.

С выхода передатчика сигнал поступает в линию связи (провода, кабели, радиолинии и т.д.). При передаче информации могут иметь место:

Ø искажение;

Ø затухание;

Ø задержка;

Ø помехи.

После преобразования в приёмнике, на его выходе, имеем полученное сообщение.

В качестве приёмника может быть почтовый ящик, телефон, телевизионный приёмник, компьютер.

Жизненный цикл информации

Рассмотрим стадии жизненного цикла информационной системы:

1. Предпроектное обследование:

· сбор материалов для проектирования, при этом выделяют формулирование требований, с изучения объекта автоматизации, даются предварительные выводы предпроектного варианта ИС;

· анализ материалов и разработка документации, обязательно дается технико экономическое обоснование с техническим заданием на проектирование ИС.

2. Проектирование:

2.1 предварительное проектирование;

· выбор проектных решений по аспектам разработки ИС;

· описание реальных компонент ИС;

· оформление и утверждение технического проекта (ТП).

2.2 детальное проектирование:

· выбор или разработка математических методов или алгоритмов программ;

· корректировка структур БД;

· создание документации на доставку и установку программных продуктов;

· выбор комплекса технических средств с документацией на ее установку.

2.3 разработка техно-рабочего проекта ИС (ТРП).

2.4 разработка методологии реализации функций управления с помощью ИС и описанием регламента действий аппарата управления.

3. Разработка ИС:

· получение и установка технических и программных средств;

· тестирование и доводка программного комплекса;

· разработка инструкций по эксплуатации программно-технических средств.

4. Ввод ИС в эксплуатацию:

· ввод технических средств;

· ввод программных средств;

· обучение и сертификация персонала;

· опытная эксплуатация;

· сдача и подписание актов приемки-сдачи работ.

5. Апробирование и эксплуатация ИС:

· повседневная эксплуатация;

· общее сопровождение всего проекта.

Модели жизненного цикла информационной системы:

· каскадная модель — предлагает переход на следующие этапы после полного осуществления работ по предыдущему этапу. Модель демонстрирует классический подход в любых прикладных областях;

· итерационная модель — поэтапная модель с промежуточным контролем и циклами обратной связи. Преимущество данной модели — поэтапные корректировки, которые обеспечивают меньшую трудоемкость по сравнению с каскадной. Однако время жизни каждого из этапов рассчитывается на весь период разработки;

· спиральная модель — данная модель делает упор на начальные этапы анализа и проектирования. Эта модель представляет собой итерационный процесс разработки, где каждая итерация (цикл), представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску версии изделия (версии проекта ИС), который совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать значимой информационной системой. При этом каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания информационной системы. Т.о. углубляется и последовательно конкретизируется обоснованный вариант ИС, который и доводится впоследствии до реализации.

Основные способы построения ИС:

· разработка системы «под себя»;

· использование прототипов — вместо полной системы создается прототип, отвечающий основным потребностям пользователей:

— определение основных запросов;

— создание рабочего прототипа;

— использование рабочего прототипа;

— пересмотр и улучшение прототипа;

— работа с окончательной версией прототипа;

· использование готовых решений — рекомендуется в максимальной степени использовать стандартные технологии и автоматизации бизнеса;

· использование услуг сторонней организации для передачи функций управления ИС — организация использует специализированную фирму, которая выполняет управляющие функции по функционированию и развитию ИС компании.

Плюсы ИС:

· гарантийное качество обслуживания;

· экономия денежных средств;

· человеческие ресурсы.

Минусы ИС:

· не дешево;

· утечка информации;

· зависимость;

· потеря контроля за ИТ.

Тестовые вопросы с вариантами ответов

1. Что включает в себя экономическая информация?

o а) Только сведения о финансовых ресурсах

o б) Только нормативные правовые акты

o в) Сведения, знания, методы и сообщения, циркулирующие в экономических системах

o г) Только сведения о трудовых ресурсах

2. Что изучает семантика в семиотике?

o а) Способы сочетания знаков

o б) Практическое использование знаков

o в) Значение и смысл знаков

o г) Формы записи знаков

3. Какая модель жизненного цикла ИС делает упор на начальные этапы анализа и проектирования?

o а) Каскадная модель

o б) Итерационная модель

o в) Спиральная модель

o г) Модель «под себя»

4. Какие процедуры включают этапы работы с экономической информацией?

o а) Только сбор и регистрация информации

o б) Только анализ и передача информации

o в) Сбор, регистрация, кодирование, обработка, хранение и анализ информации

o г) Только накопление и хранение данных

5. Что относится к синтаксису в семиотике?

o а) Значение информации

o б) Способ записи и сочетания знаков

o в) Практическое использование информации

o г) Оценка полезности информации

Правильные ответы:

1. Правильный ответ: в)

2. Правильный ответ: в)

3. Правильный ответ: в)

4. Правильный ответ: в)

5. Правильный ответ: б)

1.6. Структура данных и преобразование информации

Изучение информатики не только даёт возможность использовать информационно-коммуникационные технологии в практической деятельности, но и развивает логическое мышление, аналитические способности, креативность и воображение. Это также помогает формировать информационную культуру и критическое отношение к источникам информации.

Количество информации при передаче из одной системы в другую определяется не только с помощью сигналов и импульсов, но и с помощью единицы измерения информации. Существует несколько таких единиц, например, бит, байт, нат, хартли и др. Они позволяют количественно оценивать объем и поток информации, а также ее степень сжатия, избыточность и неопределенность.

Существует множество типов носителей данных, например, бумага, магнитная лента, оптический диск, флеш-память и др.

Классификация структуры данных по типам не ограничивается линейной, иерархической и табличной. Существуют и другие типы структур данных, например, сетевая, древовидная, графовая, хеш-таблица, стек, очередь, список и др. Каждый тип структуры данных имеет свои преимущества и недостатки, а также свои области применения. Выбор подходящей структуры данных зависит от задачи, которую нужно решить, и от свойств исходных данных.

Когда мы разбиваем книгу на отдельные листы и перемешиваем их, книга теряет свою целостность и становится бесполезной для чтения. В этом случае мы все еще имеем набор данных, но нет ясного способа получить из них информацию. Если же мы вырежем каждую букву из книги, то текст станет непонятным и нечитаемым. Даже если мы сможем расположить буквы в правильном порядке, понять смысл текста будет трудно.

Однако, если мы соберем все листы книги в правильной последовательности, мы получим линейную структуру данных. Такую книгу можно читать, но для поиска нужной информации придется прочитать все страницы по порядку, что не всегда удобно. Для быстрого поиска данных используется иерархическая структура. Книги, например, разбиваются на части, разделы, главы и параграфы. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня: разделы состоят из глав, главы и параграфы. Рассмотрим, какие виды структур управления существуют.

Линейные структуры, такие как списки данных или векторы данных, представляют собой простые списки, где каждый элемент однозначно определяется своим номером в массиве. Например, обычный журнал посещаемости занятий имеет структуру списка, где студенты зарегистрированы под уникальными номерами.

При создании любой структуры данных важно решить два основных вопроса: каким образом разделить элементы данных и как эффективно их найти. В журнале посещаемости, например, это решается следующим образом: каждый новый элемент списка заносится с новой строки, то есть разделителем является конец строки. Таким образом, если нам нужно найти определенный элемент, мы можем обратиться к его номеру строки.

Номер строки — это простой и эффективный способ организации данных в списке. Однако, разделителем может быть и специальный символ, который не встречается в самих данных. В рассмотренном нами классном журнале мы можем использовать символ «*» в качестве разделителя:

1. Аистов Александр Алексеевич *

2. Бобров Борис Борисович *

3. Воробьева Валентина Владиславовна *

…

27. Сорокин Сергей Семенович

В этом случае, для поиска элемента с номером «n», мы начинаем просмотр списка с начала и считаем количество встреченных разделителей. Когда мы отсчитываем «n-1» разделителей, мы находим нужный элемент.

Табличные структуры данных, такие как таблицы и матрицы, представляют собой способ организации информации, где каждый элемент данных имеет свой адрес в виде координат ячейки. Важно различать их от списочных структур, где каждый элемент определяется своим порядковым номером.

Рассмотрим пример таблицы умножения. В этой таблице, адрес каждой ячейки определяется номером строки и номером столбца. Например, для умножения числа из 3-й строки на число из 4-го столбца, мы найдем ячейку, расположенную на пересечении этих строк и столбцов.

При хранении таких данных, важно использовать разделители, которые отделяют строки и столбцы друг от друга. Это облегчает поиск элементов по их адресам. Например, при использовании символьной строки для представления таблицы, мы можем разделить элементы одной строки одним символом-разделителем, а строки друг от друга — другим символом.

Для поиска элемента в таблице с адресом (m, n), мы начинаем просмотр таблицы с самого начала и считаем внешние разделители. Когда мы отсчитываем «m-1» разделитель, мы переходим к соответствующей строке. Затем мы считаем внутренние разделители, чтобы найти нужный столбец. Если все элементы таблицы имеют одинаковую длину, мы можем рассматривать ее как матрицу. В этом случае нам не нужны разделители, так как длина каждого элемента известна. Для поиска элемента с адресом (t, p) в матрице, мы используем формулу a [N (m — 1) + (n — 1)], где «а» — длина элемента, «N» — количество столбцов, а «m» и «n» — номер строки и столбца соответственно. Таким образом, табличные структуры данных (матрицы) позволяют упорядочить информацию, где каждый элемент имеет свой уникальный адрес. Многомерные таблицы представляют собой таблицы с более чем двумя измерениями. Рассмотрим пример таблицы, используемой для учета учащихся. В такой таблице каждый учащийся идентифицируется пятью параметрами: номер факультета, номер курса на факультете, номер специальности на курсе, номер группы в потоке одной специальности и номер учащегося в группе. Размерность такой таблицы равна пяти, и для доступа к информации об учащемся необходимо знать все пять параметров, то есть их координаты в таблице.

Иерархические структуры данных представляют собой способ организации данных, где каждый элемент имеет свой адрес в виде пути, ведущего от вершины структуры к данному элементу. Примером иерархической структуры данных является система почтовых адресов или систематизации информации в классификациях. Например, для доступа к программе «Калькулятор» в операционной системе Windows 98 необходимо пройти следующий путь: Пуск> Программы> Стандартные> Калькулятор.

Дихотомия данных является методом регуляризации иерархических структур данных в информационных технологиях. Основным недостатком иерархических структур данных является увеличенный размер пути доступа, который может оказаться длиннее, чем сами данные, к которым он ведет.

Метод дихотомии позволяет сделать путь доступа к данным более компактным. В иерархической структуре, построенной с использованием метода дихотомии, доступ к каждому элементу представляется как путь через лабиринт с поворотами налево (0) или направо (1). Таким образом, путь доступа представляется в виде компактной двоичной записи. Например, для пути доступа к текстовому процессору Word 2000 с использованием метода дихотомии выражается следующим двоичным числом: 1010. Упорядочение структур данных играет важную роль в обеспечении эффективного доступа к информации и обновлении данных. Простые структуры данных, такие как списки и таблицы, легко упорядочиваются, основным методом часто является сортировка. Списочные и табличные структуры данных хоть и просты в использовании, но их обновление может быть сложным. Например, при переводе студента из одной группы в другую, изменения должны быть внесены в несколько мест одновременно, что может привести к нарушению структуры данных.

Добавление нового элемента в упорядоченную структуру списка может также привести к изменению адресных данных других элементов. В отличие от простых структур, иерархические структуры данных более сложны по форме, но их обновление проще. Их легко развивать путем создания новых уровней, и изменения в одной части структуры обычно не затрагивают другие. Однако упорядочение иерархических структур может быть сложным из-за относительной трудоемкости записи адреса элемента данных и необходимости использования методов индексации для обеспечения быстрого доступа и сортировки. Методы индексации, такие как дихотомия, позволяют значительно упростить поиск и сортировку данных в иерархических структурах, делая их более эффективными для использования в информационных системах. Выбор подходящей структуры данных зависит от различных факторов, таких как:

Объём данных: Если имеется большой объём данных, необходимо выбирать структуру данных, которая обеспечивает эффективный доступ и хранение. Например, для хранения большого количества данных с быстрым доступом к ним можно использовать хеш-таблицы или деревья.

Частота операций: Если операции добавления, удаления и поиска выполняются часто, нужно выбирать структуру данных, оптимизированную под эти операции. Например, для быстрого поиска элементов при частом изменении данных можно использовать хеш-таблицы или сбалансированные деревья.

Сложность алгоритмов: Некоторые структуры данных подходят для определённых типов алгоритмов. Например, для эффективной реализации алгоритмов поиска кратчайшего пути в графе следует использовать графовые структуры данных.

Ограничения памяти: В случае ограниченных ресурсов памяти важно выбирать структуры данных, которые эффективно используют доступную память. Например, для эффективного использования памяти при хранении большого объёма данных можно применять компактные структуры, такие как битовые массивы или сжатые структуры данных. Некоторые ресурсы, которые помогут в изучении структур данных и алгоритмов:

Ø «Структуры данных и алгоритмы на Python» (Data Structures and Algorithms in Python) от Michael T. Goodrich, Roberto Tamassia и Michael H. Goldwasser. Этот учебник предлагает подробное объяснение основных концепций и принципов структур данных и алгоритмов, используя язык программирования Python. Он включает множество примеров, упражнений и проектов для закрепления материала.

Ø «Введение в алгоритмы» (Introduction to Algorithms) от Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest и Clifford Stein. Это классическое учебное пособие, охватывающее широкий спектр тем по структурам данных и алгоритмам. Оно подходит для продвинутого уровня и требует хорошего знания математики и анализа алгоритмов.

Ø «Структуры данных и алгоритмы» (Data Structures and Algorithms) на платформе Coursera. Это серия онлайн-курсов, предлагающих интерактивное обучение по различным аспектам структур данных и алгоритмов. Курсы включают видеолекции, тесты, задачи и проекты, и доступны на разных языках, включая английский и русский.

Тестовые вопросы с вариантами ответов

1. Кто является основателем семантического подхода и отцом кибернетики?

o а) А. Харкевич

o б) Н. Винер

o в) Майкл Т. Гудрич

o г) Томас Х. Кормен

2. Какие единицы измерения информации используются для количественной оценки объёма и потока информации?

o а) Байт, нат, хартли

o б) Метр, килограмм, секунда

o в) Грамм, литр, метр

o г) Секунда, минута, час

3. Какая структура данных лучше всего подходит для двумерных данных?

o а) Линейная структура

o б) Табличная структура

o в) Иерархическая структура

o г) Сетевая структура

4. Какой метод позволяет сделать путь доступа к данным в иерархических структурах более компактным?

o а) Сортировка

o б) Дихотомия

o в) Хеширование

o г) Балансировка

5. Какое преимущество имеют иерархические структуры данных?

o а) Простота обновления данных

o б) Эффективное использование памяти

o в) Легкость упорядочения данных

o г) Простота реализации

Правильные ответы:

1. Правильный ответ: б)

2. Правильный ответ: а)

3. Правильный ответ: б)

4. Правильный ответ: б)

5. Правильный ответ: а)