Общая характеристика информационных процессов и систем

Современное понятие «теория информации» достаточно широкое. Информационный цикл (рис. 1.1) «привязан» к системам и процессам

Система – совокупность взаимодействующих структурныхэлементов в соответствии с поставленной целью.

Перечисленные этапы информационного цикла специфичны для разных классов информационных систем. Достаточно представительным классом являются системы управления, которые используем для иллюстрации теоретических положений..

Теоретико-информационные процессы проявляются в таких стадиях проектирования систем, как идентификация, концептуализация, формализация.

Изучение этих стадий удобно проводить, используя понятие «системный анализ».

Системный анализ (СА) - научная дисциплина, разрабатывающая общие принципы исследования сложных объектов и процессов с учетом их системного характера.

С позиций СА для систем управления рассматриваются следующие процедуры.

Формирование цели работы и словесное описание

Определение структуры.

Выбор функционального наполнения (математического описания).

Цель работы системы определяется понятием «управление».

Управление – целенаправленный перевод системы из одного состояния (в более общем случае - возмущенного) в другое, желаемое.

Под структурой системы понимается совокупность элементов и их связей.

Структура может быть одно- и многоуровневой. Простейшая одноуровневая система представлена на рис. 1.3.

Введем следующие необходимее определения.

Объект управления (ОУ) – динамическая система любой природы, преобразующая ресурсы в продукты и находящаяся под действием управляющих и возмущающих воздействие.

Возмущающее воздействие (возмущение) – воздействие, выводящее систему в нежелательное состояние.

Решение (управляющее воздействие, управление) – воздействие, выбранное из множества возможных на основе поставленной цели и принятого критерия.

Критерий – оценка вариантов решений.

Цель – состояние, к которому стремится система.

Управляющая часть (УЧ) – часть системы, вырабатывающая решения и передающая их на объект управления.

Среда – метасистема, в которую рассматриваемая система управления входит составной частью.

Для автоматизированных систем часто используется многоуровневая структура, составными частями которой являются структурные элементы с рассмотренной простейшей структурой.

Технология работы системы управления такова. Под действием возмущений система переходит в нежелательное состояние. Задача системы управления – вернуть систему в желательное состояние.

Более четко суть управления удобно представить с помощью цикла управления любого структурного элемента (рис. 1.4).

Учет – определение текущего состояния системы.

Контроль – выявление отклонения текущего состояния от планового.

Анализ – выявление причин отклонения.

Цикл управления является понятием универсальным, независящим от вида объекта управления и режима работы управляющей части.

Если на всех этапах цикла управления используются компьютеры, то говорят об автоматическом управлении.

Если используются компьютеры хотя бы на одном этапе цикла управления, то говорят об автоматизированном управлении.

Соответствующие системы называют системами автоматического управления (САУ) и автоматизированными системами управления (АСУ).

В автоматизированных системах используют два основных режима: информационно-поисковый (рис. 1.5) и информационно-советующий (рис. 1.6).

В дальнейшем рассматриваем информационно-советующий режим.

Отметим одну особенность функционального наполнения (математического описания) систем управления.

Изначально математическое описание отличалось однозначностью и постановка задачи включала введение условных обозначений, построение формул с однозначным описанием, решение «формульной» задачи с получением и анализом результатов. Покажем это на следующем примере.

Пример 1.1. Введем следующие обозначения. R – вектор-столбец спроса на продукцию; P – вектор-столбец плана выпуска продукции; b – вектор-столбец количества наличных ресурсов; C – вектор-строка прибыли от единицы произведенной продукции; A – нормы расхода ресурсов (на единицу продукции). Тогда «формульное» представление получает вид

P ³ R

AP ≤ b

CP à max.

Получилась задача статического линейного программирования, используемая для процесса оптимального планирования.

Такие математические записи характерны прежде всего для систем автоматического и автоматизированного управления.

В последнее время , особенно в связи с бурным развитием систем искусственного интеллекта, переменные и функции стали описываться словесно.

Пример 1.2. Например, пусть процесс описывается правилом

ЕСЛИ открытие есть и степень есть и стаж более 3 лет, ТО должность есть научный сотрудник.

Нетрудно видеть, что этот же процесс можно описать и так.

ЕСЛИ открытие = да и степень = да и стаж ³ 3 лет, ТО должность = научный сотрудник.

Отсюда следует, что как переменные, так и функциональные связи могут описываться неоднозначно. Для компьютерной реализации СИИ неоднозначность недопустима. Прежде, чем проводить формализацию, требуется унифицировать словесное описание во избежание разнобоев в трактовке.

Для проведения унификации между стадиями идентификации и формализации процедуры проектирования вводят стадию концептуализации.

Формализация представляет собой переход от словесного описания процесса к математическому описанию.

В математическом описании структурных элементов возможны два подхода: формирование единого метода или системный набор различных методов.

На этапе обработки информации были предприняты попытки создания универсального математического аппарата. Им явился агрегативный метод [11]. Сформированный аппарат не получил широкого распространения в силу высокой абстрактности описания, большого разнообразия систем и невозможности учета важных особенностей разных классов систем.

Даже для этого этапа набор методов достаточно широк. В него входят методы исследования операций (рис. 1.7), теории автоматического управления (рис. 1.8), методы систем искусственного интеллекта.

Исследование операций совокупность методов и средств оценки операций. Операция — любая система действий, объединенных единым замыслом и направленная на достижение поставленной цели.

Из теории управления наиболее применим метод пространства состояний. Сюда же возможно отнести метод задач «прямого счета».

Из теории искусственного интеллекта наиболее распространенными являются методы продукций, предикатов первого порядка, эволюционные методы, метод мультиагентных систем.

Еще труднее сформировать единый метод для разнотипных этапов информационного цикла (рис. 1.1).

Разнотипность этапов информационного цикла определила использование разных видов математического представления из довольно широкого спектра.

На этапе извлечения применяются методы системного анализа. Этап хранения описывается с помощью реляционной алгебры и реляционного исчисления. Транспортировка отражается методами теории связи. Отображение связано с применением программирования.

Описанное разнообразие подтверждает необходимость применения системного анализа при формировании математического описания систем.

С учетом привязки систем управления к информационным процессам информационный цикл (рис. 1.1) может быть трансформирован так (рис. 1.9). На эту схему и будем ориентироваться далее.

Следует заметить, что спектр систем управления достаточно широк. В связи с этим уточним перечень рассматриваемых классов.

Будем рассматривать автоматизированные системы управления и системы искусственного интеллекта (СИИ).

Для конкретизации остановимся на системах управления производством (АСУП), включая системы автоматического управления, и экспертных системах реального времени(ЭСРВ), как частном случае АСУ.

Приведем их краткие словесные характеристики.

Адаптивная АСУП. Описать информационные процедуры в адаптивной автоматизированной системе управления производством серийного типа. Особенностью условий работы системы является изменения размерности вектора спроса при появлении новых видов продукции.

Экспертная система реального времени.Представить информационные процедуры в экспертной системе приема на работу по анкетным данным претендентов и правилам приема.

Перейдем к детальному рассмотрению информационного цикла (рис. 1.9).

С методической системной зрения сначала следует изложить основы классической (в узком смысле) теории информации, а затем дополнить ее разделами современной теории информации.

Классическая теория связана этапом транспортировки информации (рис. 1.1).

Контрольные вопросы

1. Что такое теория, информация, теория информации?

2. В чем отличие дисциплины «теория информации» от дисциплин «информатика», «информационные технологии», «информационный процессы и системы»?

3. Определите понятия «данные», «знания».

4. Приведите характеристики информации.

5. Отобразите цикл преобразования информации.

6. Дайте определения, связанные с понятием «управление».

7. Представьте схему цикла управления.

8. Приведите схемы режимов автоматизированной системы.

9. Какие классы методов используются для математического описания информационного цикла?