Системы обработки информации

Системы поиска и обработки информации.

Обработка информации - получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов.

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.

Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации.

Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов.

Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем.

Обработка информации — процесс планомерного изменения содержания или формы представления информации.

Обработка информации производится в соответствии с определенными правилами некоторым субъектом или объектом (например, человеком или автоматическим устройством). Будем его называть исполнителем обработки информации.

Исполнитель обработки, взаимодействуя с внешней средой, получает из нее входную информацию, которая подвергается обработке. Результатом обработки является выходная информация, передаваемая внешней среде. Таким образом, внешняя среда выступает в качестве источника входной информации и потребителя выходной информации.

Обработка информации происходит по определенным правилам, известным исполнителю. Правила обработки, представляющие собой описание последовательности отдельных шагов обработки, называются алгоритмом обработки информации.

Исполнитель обработки должен иметь в своем составе обрабатывающий блок, который назовем процессором, и блок памяти, в котором сохраняются как обрабатываемая информация, так и правила обработки (алгоритм).

Объясняя тему “Обработка информации”, следует приводить примеры обработки, как связанные с получением новой информации, так и связанные с изменением формы представления информации.

Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний. К этому типу обработки относится решение математических задач. К этому же типу обработки информации относится решение различных задач путем применения логических рассуждений.

Например, следователь по некоторому набору улик находит преступника; человек, анализируя сложившиеся обстоятельства, принимает решение о своих дальнейших действиях; ученый разгадывает тайну древних рукописей и т.п.

Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания. К этому типу обработки информации относится, например, перевод текста с одного языка на другой: изменяется форма, но должно сохраниться содержание. Важным видом обработки для информатики является кодирование. Кодирование — это преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки.

Структурирование данных также может быть отнесено ко второму типу обработки. Структурирование связано с внесением определенного порядка, определенной организации в хранилище информации. Расположение данных в алфавитном порядке, группировка по некоторым признакам классификации, использование табличного или графового представления — все это примеры структурирования.

Особым видом обработки информации является поиск. Задача поиска обычно формулируется так: имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов и пр.), требуется найти в нем нужную информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон данной организации, перевод данного слова на английский язык, время отправления данного поезда). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации. Если информация структурирована, то поиск осуществляется быстрее, его можно оптимизировать.

Системы обработки информации

Различаются следующие способы обработки данных: централизованная, децентрализованная, распределенная и интегрированная.

Централизованная предполагает наличие ВЦ. При этом способе пользователь доставляет на ВЦ исходную информацию и получают результаты обработки в виде результативных документов. Особенностью такого способа обработки являются сложность и трудоемкость налаживания быстрой, бесперебойной связи, большая загруженность ВЦ информацией (т. к. велик ее объем), регламентацией сроков выполнения операций, организация безопасности системы от возможного несанкционированного доступа.
Децентрализованная обработка. Этот способ связан с появлением ПЭВМ, дающих возможность автоматизировать конкретное рабочие место. В настоящие время существуют три вида технологий децентрализованной обработки данных.
Первая основывается на персональных компьютерах, не объединенных в локальную сеть (данные хранятся в отдельных файлах и на отдельных дисках). Для получения показателей производится перезапись информации на компьютер. Недостатки: отсутствие взаимоувязки задач, невозможность обработки больших объемов информации, низкая зашита от несанкционированного доступа.
Второй: ПК объединенные в локальную сеть, что ведет к созданию единых файлов данных (но он не рассчитан на большие объемы информации).
Третий: ПК объединенные в локальную сеть, в которую включаются специальные серверы (с режимом «клиент-сервер»).
Распределенный способ обработки данных основан на распределении функций обработки между различными ЭВМ, включенными в сеть. Этот способ может быть реализован двумя путями: первый предполагает установку ЭВМ в каждом узле сети (или на каждом уровне системы), при этом обработка данных осуществляется одной или несколькими ЭВМ в зависимости от реальных возможностей системы и ее потребностей на текущий момент времени. Второй путь – размещение большого числа различных процессоров внутри одной системы. Такой путь применяется в системах обработки банковской и финансовой информации, там, где необходима сеть обработки данных (филиалы, отделения и т.д.). Преимущества распределенного способа: возможность обрабатывать в заданные сроки любой объем данных; высокая степень надежности, так как при отказе одного технического средства есть возможность моментальной замены его на другой; сокращение времени и затрат на передачу данных; повышение гибкости систем, упрощение разработки и эксплуатации программного обеспечения и т.д. Распределенный способ основывается на комплексе специализированных процессоров, т.е. каждая ЭВМ предназначена для решения определенных задач, или задач своего уровня.

Следующий способ обработки данных – интегрированный. Он предусматривает создание информационной модели управляемого объекта, то есть создание распределенной базы данных. Такой способ обеспечивает максимальное удобство для пользователя. С одной стороны, базы данных предусматривают коллективное пользование и централизованное управление. С другой стороны, объем информации, разнообразие решаемых задач требуют распределения базы данных. Технология интегрированной обработки информации позволяет улучшить качество, достоверность и скорость обработки, т. к. обработка производится на основе единого информационного массива, однократно введенного в ЭВМ. Особенностью этого способа является отделение технологически и по времени процедуры обработки от процедур сбора, подготовки и ввода данных.

В современных системах обработки информации используются цифровые технологии, исключающие бумажный носитель и осуществляющие обмен данными по сети между АРМ технологии предполагают также объединение совместных усилий группы сотрудников над решением какой-либо задачи (т.е. организацию в сети рабочей группы), обмен мнениями в ходе обсуждения в сети какого-либо вопроса в режиме реального времени (телеконференция), оперативный обмен материалами через электронную почту, электронные доски объявлений и т.п. Для подобных систем, охватывающих работу предприятия в целом, получил распространение термин «корпоративные системы управления бизнес-процессами». Для подобных систем характерно использование технологии «клиент-сервер», в том числе и подключение удаленных пользователей через глобальную сеть Internet. Не редкость, когда система объединяет в общее информационное пространство более чем 40 тысяч пользователей, размещающихся по разным странам и континентам. Одним из таких примеров может служить компания McDonalds, имеющая свои подразделения по всему миру.

2. Системный анализ: сущность, закономерности и методы системного анализа.

Под системным анализомпонимают всестороннее, систематизированное, то есть построенное на основе определенного набора правил, изучение сложного объекта в целом, вместе со всей совокупностью его сложных внешних и внутренних связей, проводимое для выяснения возможностей улучшения функционирования этого объекта.

Системный подход — направление методологии исследования, в основе которого лежит рассмотрение объекта как целостного множества элементов в совокупности отношений и связей между ними, то есть рассмотрение объекта как системы.

Говоря о системном подходе, можно говорить о некотором способе организации наших действий, таком, который охватывает любой род деятельности, выявляя закономерности и взаимосвязи с целью их более эффективного использования. При этом системный подход является не столько методом решения задач, сколько методом постановки задач. Как говорится, «Правильно заданный вопрос — половина ответа». Это качественно более высокий, нежели просто предметный, способ познания.

Системный подход — это подход, при котором любая система (объект) рассматривается как совокупность взаимосвязанных элементов (компонентов), имеющая выход (цель), вход (ресурсы), связь с внешней средой, обратную связь. Это наиболее сложный подход. Системный подход представляет собой форму приложения теории познания и диалектики к исследованию процессов, происходящих в природе, обществе, мышлении. Его сущность состоит в реализации требований общей теории систем, согласно которой каждый объект в процессе его исследования должен рассматриваться как большая и сложная система и, одновременно, как элемент более общей системы.

Главное в системном анализе - как сложное превратить в про­стое, как не только трудноразрешимую, но и труднопонимаемую про­блему превратить в четкую серию задач, имеющих методику решения. Системный анализ не исчерпывается расчленением сложной пробле­мы на более мелкие, а направлен на то, чтобы понять сущность цело­го, выявить факторы, влияющие на принятие решений и, в конечном счете, вернуться к целому, к проблеме.

Системный анализ представляет собой совокупность определен­ных научных методов и практических приемов, используемых при ис­следовании и конструировании сложных и сверхсложных объектов и решения разнообразных проблем, возникающих во всех сферах целе­направленной деятельности, при проектировании и управлении соци­альными, экономическими, человеко-машинными и техническими сис­темами. Характерным для системного анализа является то, что поиск лучшего решения проблемы начинается с определения и упорядоче­ния целей деятельности системы, при функционировании которой воз­никла данная проблема. При этом устанавливается соответствие меж­ду целями, возможными путями их реализации и потребными для это­го ресурсами.

Системный анализ предназначен для исследования в первую очередь слабоструктурированных систем, состав элементов и взаимо­связей которых установлен только частично, для решения задач, воз­никающих в ситуациях, характеризующихся неопределенностью и со­держащих неформализуемые элементы, которые не переводятся на язык математики. Поэтому основная особенность методик системного анализа заключается в сочетании формальных методов и неформали­зованного экспертного знания.

Целостность системы, как одна из основных закономерно­стей ее развития, проявляется в возникновении у системы новых инте­гральных качеств, не свойственных ее компонентам. Для понимания сущность целостности, необходимо учитывать две ее стороны: свой­ства системы как единого целого не являются суммой свойств элемен­тов; свойства системы зависят от свойств элементов. В силу этого объединенные в систему элементы могут терять ряд свойств, прису­щих им вне системы, или приобретать новые свойства.

Двойственной по отношению к закономерности целостности яв­ляется обособленность или суммативность системы. Она проявляется в полной мере у системы, как бы распавшейся на независимые эле­менты. Для такого состояния свойства системы равны сумме свойств отдельных элементов.

Любая система не изолирована от других систем, она тесно свя­зана со средой. Последняя, в свою очередь, представляет собой сложное и неоднородное образование более высокого порядка, кото­рое задает требования и ограничения исследуемой системе. Отдель­ную группу представляют системы одного уровня с рассматриваемой. И, наконец, есть соподчиненные системы. Тесное единство системы со средой является закономерностью, которая называется коммуника­тивностью.

Классификация Методов системного анализа.

1. Неформальные методы. Метод сце­нариев Формирование проблемы, ее развития в прошлом и будущем, про­гноз и анализ будущих условий, устойчивых тенденций развития, прогнозирование развития среды. Метод экс­пертных оценокАнализ существующего состояния; оценка вариантов развития; оценка взаимодействия с другими системами; прогнозирование раз­вития и изменения среды; предсказание новых факторов, оказываю­щих существенное влияние на развитие системы; исследование воз­можных сдвигов целей и критериев; оценка реальности целей и пу­тей их достижения. Диагности­ческие ме­тодыАнализ существования проблемы и возможности ее разрешенности; анализ структуры системы; выявление потенциальных возможностей действующей системы; выявление "узких мест" и недостатков в управлении, проектирование организационных структур.

2.Графические методы. Метод дерева целей. Формирование целей и критериев системы; декомпозиция целей и выявление потребности в ресурсах и мероприятиях; исследование возможных сдвигов целей и критериев; анализ целей на совмести­мость, входимость и полноту; планирование вариантов достижения целей; совмещение комплекса взаимосвязанных вариантов; проектирование организационных структур управления. Матричные методы.Разложение проблемы на комплекс четко сформулированных задач; анализ внутренних связей между элементами системы; отбор средств для достижения целей; выявление потенциальных возможностей дей­ствующей системы; построение комплексной программы развития; проектирование матричных структур управления. Сетевой метод. Выявление потребности в процессах и ресурсах; прогноз и анализ будущих условий; проектирование комплексной программы решения проблемы и развития системы и ее распределение в пространстве и времени; проектирование организации ДЛЯ достижения целей.

3. Количественные методы Методы экономического анализа. Анализ развития системы в прошлом; анализ внутренней и внешней среды; оценка современного состояния ресурсов; оценка реализо­ванных и запланированных проектов; оценка целей и отбор средств их реализации, анализ ресурсов; оценка экономической эффективно­сти вариантов достижения целей, диагноз эффективности функцио­нирования существующей системы; оценка эффективной комплекс­ной программы развития. Морфологические методы: Анализ структуры системы; композиция общего критерия из крите­риев подсистемы, оценка факторов, влияющих на цели и средства; оценка процессов; проверка цели на совместимость и полноту. Статистические методы. Прогноз и анализ будущих условий, комплексный анализ взаимодей­ствия факторов будущего развития.

4.Методы моделирования: Киберне­тические методыОпределение взаимосвязи между элементами системы и окружающей среды; определение и спецификация процессов управления и каналов информации, формирование общей цели и критерия системы; выяв­ление недостатков в организации и управлении системой; проектиро­вание организации для достижения целей. Описа­тельные моделиКомпозиция целей и критериев в системах, где их трудно выразить явным образом; оценка взаимодействий между элементами и средой в слабо структурированных системах, прогнозирование тенденций раз­вития системы и окружающей среды; исследование возможных сдви­гов целей и критериев; создание системы ответственности при по­строении комплексной программы развития Норма­тивные операци­онные моделиОпределение целей - требований подсистем; формирование процедуры определения общей цели и конструирование критериев; формиро­вание комплексных программ развития; поиск оптимальных вариан­тов развития подсистемы и достижения локальных целей.

Большинство перечисленных методов разработано задолго до появления системного анализа и используется самостоятельно. Сис­темный же подход позволяет более точно очертить круг задач, наибо­лее эффективно решаемых каждым методом, а в отношении некото­рых - переосмыслить и переоценить их значение, границы применяе­мости и найти типовые постановки задач. Новое, что вносит системная методология, - это подход не от метода, а от задачи, требования ком­плексного использования целой серии методов, или их системного ис­пользования для решения различных частей и этапов проблемы.

Принципы системного подхода – это некоторые положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. `

Основные принципы системного подхода:

• Принцип целостного подхода к объекту. Разделение системы на элементы должно быть «целостным», таким, чтобы элементы несли на себе определенные свойства целого объекта. Например, шариковая ручка, как система состоит из двух частей корпуса, колпачка и стержня. Каждый из элементов имеет определенные свойства, которые и формируют общие свойства ручки. Но не являются элементом ручки молекулы пишущего вещества (чернил, пасты) или атомы пишущего металлического шарика. Это элементы более мелких систем – пасты и, собственно, шарика.

• Принцип иерархичности. Каждая подсистема объекта рассматривается, в свою очередь, как система, а сам системный объект – как часть суперсистемы. Например, крупная коммерческая компания как система состоит из подсистем – входящих в нее предприятий-филиалов. В свою очередь, каждое предприятие может быть расчленено на подсистемы – отделы, отделы – на участки и т.д. С другой стороны, сама компания представляет собой подсистему системы более высокого уровня – отрасли.

• Принцип множественности описания системы. Для получения адекватного знания о системе требуется построение некоторого класса взаимосвязанных ее описаний, каждое из которых способно охватить лишь определенные аспекты системы. В общем случае для любой системы требуется три разных способа ее описания:

1) макроописание - с точки зрения целостных, присущих ей внешних свойств;

2) микроописание - с точки зрения ее внутреннего строения и участия ее элементов в формирование целостных свойств системы;

3) иерархическое описание - с точки зрения понимания данной системы как подсистемы более высокого уровня.

• Принцип открытости системы. Система не изолирована от окружающей среды. Исследование системы неотделимо от исследования условий ее существования.

• Принцип непрерывного саморазвития системы. Источник развития системы лежит обычно в самой системе. В объектах, образующих целое, появляются противоречия, которые делают невозможным сохранение объекта в неизменном состоянии. Для преодоления возникающих противоречий в системе появляются изменения.

• Принцип конечной цели. Это подход к конечной (глобальной) цели как приоритетной, абсолютной. Принцип имеет несколько правил:

• для проведения системного анализа необходимо в первую очередь сформулировать цель исследования. Расплывчатые, не полностью определенные цели влекут за собой неверные выводы;

• анализ следует вести на базе первоочередного уяснения основной цели (функции, основного назначения) исследуемой системы, что позволит определить ее основные существенные свойства, показатели качества и критерии оценки;

• при синтезе систем любая попытка изменения или совершенствования должна оцениваться относительно того, помогает или мешает она достижению конечной цели;

• цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.

• Принцип измерения. О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. Другими словами, для определения эффективности функционирования системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы.

• Принцип эквифинальности. Система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.

• Принцип единства. Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.

• Принцип связности. Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и выявление связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой или старшей системой.

• Принцип модульного построения. Полезно выделение модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных воздействий (абстрагирование от излишней детализации).

• Принцип функциональности. Это совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой. Принцип утверждает, что любая система тесно связана с функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельно процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов:

· материальный поток;

· поток энергии;

· поток информации;

· смена состояний.

С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.

• Принцип адаптации. Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися. С другой стороны, при анализе принцип развития ориентирует на необходимость учета предыстории развития системы и тенденций, имеющихся в настоящее время, для вскрытия закономерностей ее функционирования.

Одним из способов учета этого принципа является рассмотрение системы относительно ее жизненного цикла. Условными фазами жизненного цикла исследуемой системы являются проектирование, изготовление, ввод в эксплуатацию, эксплуатация, наращивание возможностей (модернизация), вывод из эксплуатации (замена), уничтожение.

• Принцип историчности или открытости. Для того, чтобы система функционировала во времени и пространстве, она должна изменяться и, обязательное условие, она должна взаимодействовать с внешней средой.

• Принцип децентрализации. Это сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленной цели. Недостаток децентрализованного управления – увеличение времени адаптации системы. Он существенно влияет на функционирование системы в быстро меняющихся средах. То, что в централизованных системах можно сделать за короткое время, в децентрализованной системе будет осуществляться весьма медленно. Например, общее время для синхронизации принятого решения в системе N с централизованным управлением соствляет 1 такт, а для (системы с децентрализованным управлением) взаимодействующих только с непосредственными соседями составляет ~ 3N такта.

Недостатком централизованного управления является сложность управления из-за огромного потока информации, подлежащей переработке в старшей системе управления. Поэтому в сложной системе обычно присутствуют два уровня управления. В медленно меняющейся обстановке децентрализованная часть системы успешно справляется с адаптацией поведения системы к среде и с достижением глобальной цели системы за счет оперативного управления, а при резких изменениях среды осуществляется централизованное управление по переводу системы в новое состояние.

• Принцип неопределенности. Это учет неопределенностей и случайностей в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены.

Сложные открытые системы не подчиняются вероятностным законам. В таких системах можно оценивать «наихудшие» ситуации и рассмотрение проводить для них. Этот способ обычно нвзывают методом гарантируемого результата. Он применим, когда неопределенность не описывается аппаратом теории вероятностей.

При наличии информации о вероятностных характеристиках случайностей (математическое ожидание, дисперсия и т.д.) можно определять вероятностные характеристики выходов в системе.

Перечисленные принципы обладают высокой степенью общности. Для непосредственного применения исследователь должен наполнить их конкретным содержанием применительно к предмету исследования. Такая интерпретация может привести к обоснованному выводу о незначительности какого-либо принципа. Однако знание и учет принципов позволяют лучше увидеть существенные стороны решаемой проблемы, учесть весь комплекс взаимосвязей, обеспечить системную интеграцию.