К.т.н. Кувырков П.П.

Пензенская государственная технологическая академия, Россия

Актуальное направление информатики и её приложений

в науке и технике

Изложены основные понятия, обоснование, концептуальные и методологические основы генерализованного представления информации. Приведены математические модели с примерами непосредственного измерения информации и образного представления массива данных объектов управления по многим контролируемым параметрам

Ключевые слова: генерализация, информация, коммуникация, интеграция, совместимость

Введение

Несмотря на большие достижения в области теории информации и информатики в целом, имеется много нерешенных проблем, разрешение которых способствует их дальнейшему развитию. Это касается не только теоретических основ информатики, но и приложений в различных областях науки и техники, в автоматизированных системах управления, телемеханических системах, системах связи, хранения, представления и защиты информации от помех и несанкционированного доступа. Это объясняется тем, что современный уровень теоретических основ информации, информационной техники и информационных технологий, несмотря на их стремительное развитие, не в полной мере удовлетворяет запросы практики и потребности промышленности из-за многообразия существующих методов, принципов, подходов, разобщенность которых, благодаря их специализации, способствует увеличению количества, но не качества информации.

Из сказанного следует, что решение актуальных проблем по дальнейшему развитию, совершенствованию и практическому использованию информатики и ее приложений в науке и технике заключается в переходе от специализации к универсализации, интеграции, совместимости, общности, и, следовательно, к генерализации (от лат. generalisation – обобщение, целостное представление) информации. При этом обеспечивается не только сбор, хранение, передача и обработка информации, но и её структурирование, преобразование от предельно простых форм конкретной детализации до предельно обобщенных форм большой совокупности данных.

Трудности решения данных проблем определены тем, что процессы генерализации по своей сущности являются процессами более высокой интеллектуальной развитости, мало изучены и как следствие неизвестны для широкого практического использования.

Под генерализацией подразумевается процесс обобщения и выделения данных из первичного множества параметров с целью формирования групповых обобщенных характеристик, позволяющих судить о существенных признаках поведения и состояния исходного множества данных [1]. Учитывая, что процесс генерализации по своей сущности является интеллектуальным, под генерализацией будем понимать интеллектуальный процесс объединения, сжатия, интеграции, совмещения адресно поименованных элементов в единое целое с их сходством и различием [2].

Учитывая сказанное, важность генерализации информации и информационных коммуникаций вряд ли нуждается в доказательстве. Разработка её научных основ является основным средством решения не только вышеуказанных проблем, но и повышения взаимопонимания специалистов разных областей, расширения сотрудничества между ними, повышения эффективности их профессиональной деятельности. В этом случае открыт путь оптимизации создаваемых машин, приборов и систем, которые в отличие от существующих характеризуются не только более высоким быстродействием и информационной емкостью запоминающих устройств, но и более высоким уровнем интеллектуальной развитости и информационной совместимости [3-4].

1. Концепция и методологические основы генерализованного представления информации

В связи с вышесказанным достижение указанных целей определяет необходимость, целесообразность и актуальность разработки концепции и методологии теоретических основ генерализации информации и информационных коммуникаций, представляющих в совокупности новое научное направление в информатике – генералитика информационных коммуникаций [5-6], или просто – генералитика [7-8].

Разработка концептуальных и методологических основ генерализации информации осуществлена в соответствии с объективностью её источников в виде многообразия составляющих реального мира, его объектов, процессов и явлений, представляемых информацией в виде определенности отраженной их сущности (рис. 1).

Другими словами, учитывая сказанное, определенность и отражение являются основой концептуального подхода и методологии генерализации информации и информационных коммуникаций. Из них первая составляющая – определенность, указывает на целесообразность решения вопросов теории информации не только с позиции вероятностно-статистического подхода измерения неопределенности (энтропии), но и с позиции научного подхода измерения определенности непосредственно. Вторая составляющая – отражение, указывает на необходимость решения вопросов теории информации, связанных с отражением, как новой разновидности информационных процессов, технологий и средств их реализации на научной основе.

Учитывая, что большинство составляющих реального мира находится в твердом состоянии с атомными структурами кристаллообразной формы их геометрической модели, определенность отраженной их сущности представляет собой информацию аналогичной структуры и формы, что является основанием выбора концепции и методологии генерализованного представления информации, и её коммуникаций.

Для примера в качестве источника информации на рис.1 представлено некоторое замкнутое многообразие в виде земного шара.

Рис.1. Основание концепции и методологии генерализации информационных коммуникаций

Аналогичный шар расположен симметрично по другую сторону вертикальной плоскости, используемой в качестве плоскости зеркального отражения одного шара другим. Полученное трехмерное многообразие содержимого как одного, так и другого шаров при разбиении на упорядоченно - расположенные составные части и элементы, представлено условно в виде совокупности точек с вполне определенным адресом (координатами) и именем (названием). Из этого следует, что целесообразным является введение генерализованного определения понятия информации, согласно которому информация представляет собой определенность отраженной сущности объектов, процессов и явлений, условно представляемых совокупностью взаимосвязанных элементов, букв, цифр и символов адресно поименованных, как по отдельности, так и в целом [5]. Адресность в данном определении отражает пространственный и временной фактор сообщений, а поименованность – информационный, характеризующий количественные и качественные их особенности.

По своей сущности этот процесс является отражением аналогичного процесса, объективно существующего в природе, когда образование вещества определенной атомной структуры происходит благодаря единству притяжения и отталкивания между его элементами. В этом проявляется подобие процессов кристаллизации вещества и генерализации информации с ее возможными коммуникациями.

В качестве примера практического использования генерализованного представления информации на рис. 2 приведены кристаллические структуры генерализованного представления информации трёх, четырёх и пяти мерных систем многопараметрического контроля объектов управления. Контролируемые объекты представлены вершинами гиперкуба, или узлами решётчатой структуры информационного кристалла. При изменении числа контролируемых объектов их генерализованное представление соответственно изменяется, сохраняя при этом решётчатость структур, кристаллообразность форм и присущие им свойства: системность, многомерность, универсальность, абстрактность, компактность, информативность, управляемость. Признак нахождения объекта в норме может быть представлен зеленым цветом, отклонения от нормы – красным цветом, отсутствия информации об объекте – белым цветом.

Рис. 2. Кристаллические структуры трех, четырех и пяти мерных систем многопараметрического контроля объектов управления

Актуальность такого представления информации очевидна – простота, наглядность и информативность генерализованного образа массива данных о состоянии объектов управления обеспечивают удобство, оперативность управления и контроля, как малыми, так и большими системами.

2. Математическое моделирование генерализованного представления информации, и её коммуникаций

Согласно методологии и в соответствии с концепцией генерализации информации, и её коммуникаций любое сообщение представим следующей генерализованной функцией:

G(S) = M(K)f(),

аргумент которой учитывает пространственный или коммуникационный фактор и информационный . Пространственный фактор характеризуется числом элементов в сообщении, а информационный - числом значений принимаемых каждым элементом. Информационные коммуникации в данной функции отражены коммуникационной матрицей M(K), представляющей собой основу матричной формы математической модели генерализации информации, и информационных коммуникаций

. (1)

Совершая арифметические действия над коэффициентами приведённой матрицы, их сложение по горизонтали и вертикали, получим сокращенный вид их записи:

по горизонтали :

, (2)

по вертикали :

. (3)

являющихся элементами матриц и :

; .

При равном числе строк и столбцов коммуникационной матрицы n = r получим симметричную (квадратную) матрицу информационных коммуникаций с равным числом элементов матриц и :

, (4)

.

Используя базис информационных коммуникаций, определим состав и параметры матриц и , которые изменяются с изменением числа его элементов n:

; .

Например, для двухэлементных сообщений и ;

; .

Для трехэлементных сообщений и ;

;.

Для четырехэлементных сообщений

и ;

;

.

Из рассмотрения данных примеров видно, что состав и значения коэффициентов матриц информационных коммуникаций и системно взаимосвязаны и характеризуются закономерностью изменений значений их коэффициентов в зависимости от порядкового номера i, j и числа элементов n:

для матрицы

, (5)

для матрицы

. (6)

Например, для четырехэлементных сообщений (n = 4) значения вторых элементов матриц и определим, используя их математические модели (5) и (6) соответственно:

; .

При других значениях n получим:

n

1

2

3

4 ,

………………………. ……………………..

Синтезируя результаты анализа матриц информационных коммуникаций, получим, создаваемый на их основе базис генерализации, который имеет вид треугольной матрицы.

В общем случае для n-элементного сообщения состав и параметры его генерализованного представления определим, используя его базис , или .

Генерализованное представление n-элементного сообщения будет

равно сумме значений всех составляющих его матрицы

, или .

Для определения свойств, особенностей и возможностей практического использования генерализации информационных коммуникаций, рассмотрим примеры измерения определенности асимметричных ; и симметричных ; четырёхэлементных сообщений:

Из сравнения полученных результатов видно, что характерной особенностью асимметричных функций является то, что значения их генерализованного представления не равны нулю, симметричных – равны нулю, определяя собой меры асимметрии и симметрии, а так же возможность их геометрического моделирования.

В качестве примера в таблице приведены основные показатели сообщений в виде двоичного трёхэлементного кода и их геометрическая модель, которую можно использовать в качестве образа массива данных для визуализации состояния объектов управления по многим контролируемым параметрам. Каждый объект представлен в зависимости от его порядкового номера соответствующим кодом и вершиной геометрической модели. При изменении числа объектов соответственно изменяется их код и образ геометрической модели.

Таблица

№ n/n	Сообщение		Генерализованное представление сообщения
	S	Код	Базис	q(S)	Геометрическая модель
0 1 2 3 4 5 6 7	S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7	000 001 010 011 100 101 110 111	[303]	0 3 0 3 -3 0 -3 0

Выводы

Методология генерализации информации, и её коммуникаций, основанная на предложенной концепции, позволяет представлять в генерализованном виде сообщения, критерии и уровни их генерализации, логику и системометрику.

Из анализа результатов исследования генерализованного представления информации следует, что полученные результаты свидетельствуют о его конструктивности и полезности для измерения, сжатия, интеграции и образного представления информации. Причем, использование данного метода позволяет измерять количественные и качественные составляющие информации непосредственно, без потребности знания, характеризующих её вероятностей.

Приведенные концепция и методология генерализации информации, и ее коммуникаций являются основой не только новых информационных процессов и технологий, но и нового научного направления под названием генералитика информационных коммуникации, или генералитика, которое имеет непосредственное отношение, как к информатике, так и кибернетике, так как процессы управления по своей сущности являются информационными.

Литература:

1. Темников Ф. Е., Афонин В. А., Дмитриев В. И. Теоретические

основы информационной техники. М.: Энергия, 1979. – 512с.

2. Кувырков П.П. Генералитика // Вестник Ижевского государствен-

ного технического университета. Ижевск. Изд-во ИжГТУ. № 3(47). 2010. – С. 116-118.

3. Кувырков П.П. Интеллектуализация систем информационных

коммуникаций // Сборник трудов XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях». Том 6. Ярославль. 2007.

4. Кувырков П. П., Прошин И. А. Определяющие признаки интеллекту-

альных составляющих информационной генерализации // Сборник статей Российско-Японской научной конференции и 6-го Российско-Японского семинара: 24-25 июня 2008 – Усть-Каменогорск, Восточно-Казахстанский государственный технологический университет, 2008. – С.747-752.

5. Кувырков П.П. Введение в генералитику информационных

коммуникаций // Материалы I Международной Казахстанско-Российско-

Японской научной конференции и VI Российско-Японского семинара «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов». МИСиС – Interactive Corp. – ВКГТУ 24 – 25 июня 2008 года. Под редакцией проф. Л.В. Кожитова. Москва. Издательство МГИУ. 2008. – С.736-741.

6. Кувырков П.П., Прошин И.А. Генералитика информационных коммуникаций // Материалы I Международной Казахстанско-Российско-Японской научной конференции и VI Российско-Японского семинара «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов». МИСиС – Interactive Corp. – ВКГТУ 24 – 25 июня 2008 года. Под редакцией проф. Л.В. Кожитова. Москва. Изд-во МГИУ. 2008. – С 742-745.

7. Кувырков П. П. Генералитика // Тезисы докладов Международной

научно-технической конференции «Актуальные проблемы фундаментальных наук». Москва. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. Том 12. 1991. – С. 30-34.

8. Кувырков П.П. Генералитика – реальность и перспективы // Труды Международной научно-практической конференции «Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2009). Том 2. Санкт-Петербург. Изд-во Политехнического университета. 2009. – С. 440-445.