Общая информатика. Теория информатики

Основная задача практикума — обеспечить выполнение студентами практических заданий и закрепление знаний по теоретико-методологическим основам информационных технологий. Издание отражает практические занятия в виде лабораторных работ. Структура пособия составлена в соответствии с методикой работ, выполняемых на компьютере. Каждая работа предусматривает: постановку задачи, методику и средства решения, основные этапы технологии выполнения работы, построение выводов по результатам работы. По каждой решаемой практической задаче приводятся, по мере необходимости, краткие теоретические сведения. Для студентов, обучающихся по информационным специальностям: «Прикладная информатика», «Информационные системы и технологии», «Информационный менеджмент» и др., а также для студентов других специальностей, аспирантов и преподавателей, специалистов и руководителей, занимающихся вопросами изучения, создания и применения информационных технологий.

Цель книги — разъяснить читателям методические основы и практические технологии управления информационными проектами. Особое внимание уделяется специфике структуры и содержания проектов создания и внедрения автоматизированных информационных систем, методам и технологиям реализации их конкретных этапов, а также финансовым аспектам информационных проектов. Учебное пособие ориентировано на студентов, изучающих прикладную информатику в университетах, политехнических институтах, экономических академиях, высших школах управления и бизнеса, на преподавателей и научных сотрудников этих учебных заведений, а также на специалистов, занимающихся реализацией и внедрением информационных проектов.

В книге известных голландских ученых Даана Френкеля и Беренда Смита «Принципы компьютерного моделирования молекулярных систем: от алгоритмов к приложениям» (Daan Frenkel and Berend Smit, Understanding molecular simulation: from algorithms to applications, Academic Press, an imprint of Elsevier, 2002) подробно рассмотрены алгоритмы и методы молекулярного моделирования и дано их теоретическое обоснование с точки зрения современной физики. В этой ставшей уже классической книге обсуждаются многие практические приемы, специальные трюки и эмпирические правила, которые регулярно используются в моделировании. Приводятся многочисленные примеры изучения свойств различных молекулярных систем с помощью компьютерного эксперимента, что делает эту книгу очень полезной для практического использования. Книга адресована ученым, преподавателям, аспирантам, студентам, работающим в области компьютерного моделирования молекулярных систем.

Цель данной книги состоит в том, чтобы помочь читателям и организациям в улучшении своих возможностей по управлению свойствами и характеристиками создаваемых и/или эксплуатируемых ими систем. В книге рассмотрены вопросы применения системного мышления для анализа свойств и особенностей функционирования различных систем. Описаны принципы системной инженерии, включая управление жизненным циклом систем. Особое внимание уделено совместному использованию системного подхода и системной инженерии для формирования возможности мыслить и действовать на языке систем. Изложение иллюстрируется многочисленными примерами. Книга будет полезна как специалистам, занятым созданием сложных инженерных, социотехнических и организационных систем, так и студентам и аспирантам инженерно-технических и менеджерских направлений подготовки, а также лицам интересующимся проблемами создания сложных систем.

Компьютер не знает иного языка, кроме машинного, состоящего из довольно примитивного набора команд, которые придумывают разработчики процессора. Именно этими командами приходилось пользоваться первым программистам, чтобы заставить компьютер что-то выполнить. Этот машинный язык сохранился и в наши дни, но теперь между ядром компьютера и приложениями возникли многочисленные посредники в виде микропрограмм, операционных систем и языков программирования высокого уровня. Независимо от конкретных типов процессора и операционной системы, современный компьютер можно рассматривать как абстрактную многоуровневую иерархическую систему, каждый уровень которой выполняет определенные типовые функции. В этой книге описываются самые базовые принципы организации компьютера, что позволяет читателю получить фундаментальное представление о его работе. В четвертом издании структура книги в целом сохранилась, но содержание обновилось, отражая изменения в компьютерных технологиях. Например, все примеры программ, которые в предыдущих изданиях были написаны на языке Pascal, в четвертом издании переписаны на языке Java, популярном в последнее время. При описании аппаратной части компьютера рассматриваются более современные устройства ввода-вывода. В книге затрагивается широкий круг вопросов: от мультипроцессоров до кластерных систем, поэтому материал, связанный с архитектурами параллельного действия, был полностью переделан и значительно расширен.

Эта книга представляет собой введение в математику, служащую основой программирования и анализа алгоритмов. Главная цель ее знаменитых авторов — заложить теоретический математический фундамент и помочь овладеть практическими навыками, необходимыми для решения сложных задач, вычисления сумм устрашающего вида, обнаружения тонких закономерностей в данных и многого другого. Это книга не только для специалистов в области информатики — каковыми являются ее авторы, — но и для всех тех, кто всерьез использует математику независимо от области знаний, в которой они работают. Название «конкретная математика» произошло от двух терминов: «КОНтинуальная математика» и «дисКРЕТНАЯ математика». Его можно понимать и буквально: обучение общим методам ведется на многочисленных конкретных примерах и упражнениях разной степени сложности. Всего в книге представлено более 500 упражнений, разделенных на шесть категорий сложности. Ко всем упражнениям (кроме исследовательских проблем) приводятся полные ответы, что делает книгу особенно ценной для самостоятельного изучения. Книгу можно рассматривать как расширенную версию «Математического введения» из Искусства программирования Д. Кнута, но с более подробным и обстоятельным изложением материала и более глубоким погружением в отдельные темы. В нее добавлен ряд новых тем, а развитие наиболее важных идей прослежено до исторических корней.

Изучение методов исследования операций является важной составляющей при подготовке специалистов в области информационных технологий. Оно формирует определенную методологию совершенствования существующих и создания новых систем на основе современных компьютерных средств. Данная книга написана на основе лекций, которые автор читал студентам факультета «Информатика» Самарского государственного аэрокосмического университета. Элементы теории в книге изложены компактно (предполагается хорошая подготовка студентов в области классических разделов математики, вычислительных методов и дискретной математики). Материал имеет конструктивный характер: идеи методов, алгоритмы, наглядное их объяснение, числовые примеры, — все это составляет основное содержание пособия. Цель такого подхода — дать студенту конкретный материал для практических занятий, лабораторных и курсовых работ, где необходимо выбрать метод решения, возможно, модифицировать его и решить задачу с использованием современных компьютерных средств. Книга предназначена для студентов, обучающихся по специальностям «Информационные технологии» и «Автоматизированные системы обработки информации и управления», а также может быть полезна студентам смежных специальностей, изучающим методы оптимизации и исследования операций, специалистам, работающим в промышленности и научным работникам.

Раскрыты особенности работы с разными типами интерактивных досок (ACTIVboard компании Promethean, SMART Board компании SMART Technologies Inc., Star Board компании Hitachi, InterWrite SchoolBoard компании GTCO CalcComp Inc., Mimio компании Virtual INK, QOMO компании QOMO HiteVision). Даны основные характеристики, описаны установка и настройка доски и ее программного обеспечения, возможности информационных ресурсов их программных комплексов. Особое внимание уделяется организационным и методическим аспектам обучения школьников и использованию интерактивных досок в разных предметных областях. Содержатся материалы по подготовке интегрированных уроков, организации проектной деятельности, созданию дидактических материалов. На прилагаемом компакт-диске представлены многочисленные примеры использования интерактивных досок на основе как готовых продуктов, так и разработок учителей-практиков.

Основная задача учебного пособия — предоставить современные системные знания по одному из наиболее интенсивно развивающихся направлений информатики — информационным технологиям. Содержание издания отражает системообразующие признаки информационных технологий — цели, задачи, функции, структуру, способы и процессы обработки информации, оценки качества информационных технологий. Рассмотрены информационные технологии конечного пользователя, технологии интегрированных и открытых систем, методология информационных технологий и перспективы их развития. Для студентов, обучающихся по информационным специальностям, а также для студентов других специальностей, аспирантов и преподавателей, специалистов и руководителей, занимающихся вопросами изучения, создания и применения информационных технологий.

В настоящей книге рассматриваются основные информационные понятия: код, элемент, система, пространство, среда, сеть. Коротко описываются действия, выполняемые над кодированной информацией, — кодирование, перекодирование, декодирование, восприятие, переработка, реализация, передача, хранение, размножение. Анализируются свойства кодированной информации, такие как количество, семантика, ценность, правдивость, понимаемость, контекстность, востребованность, доступность, конфиденциальность, опасность, виртуальность. Прослеживается ход эволюционного информационного процесса, начиная от первых логических элементов и примитивных информационных кодов и заканчивая естественными разумными системами и «настоящим» искусственным интеллектом. Высказывается и обосновывается предположение, что такие феномены, как жизнь и разум, являются продуктами эволюции кодированной информации. Книга может быть полезна широкому кругу исследователей, занимающихся информационными системами и проблемами эволюции.

Книга, выходящая уже в 4-м издании, посвящена структурной организации компьютера и отражает революционные изменения, происходящие в области аппаратного обеспечения, в частности стремительный переход от однопроцессорных систем к многоядерным микропроцессорам. В издании подробно описывается архитектура компьютера и устройство всех его компонентов: процессоров, блоков памяти, средств ввода-вывода и хранения данных. Отличительной особенностью книги является демонстрация взаимодействий между аппаратными средствами и системным программным обеспечением. Особое внимание уделяется многоядерным вычислительным системам и параллельному программированию. Многочисленные упражнения и задачи, приводимые после каждой темы, помогают закрепить материал. Книга рассчитана на широкий круг читателей: от студентов, изучающих компьютерные технологии, до опытных разработчиков, которые хотят освоить современные концепции многопроцессорного программирования.

Представляем Вашему вниманию третий выпуск альманаха, посвященного развитию и применению современных суперкомпьютерных технологий в самых разных областях науки, образования и промышленности. Суперкомпьютерные технологии постоянно совершенствуются, набирают все большую мощь и уже много лет очень активно используются как действенный инструмент для решения множества важных научно-технических проблем. Нынешний альманах представляет собой подборку из 28 научно-популярных статей, написанных ведущими российскими учеными, занимающимися фундаментальной наукой, и специалистами-практиками, которые проводят фундаментальные и прикладные исследования в различных областях, где сокращение времени и стоимости разработок является критическим фактором конкурентоспособности на мировом рынке. А требования современного рынка таковы, что создание новых продуктов, особенно в сфере высоких технологий, невозможно без суперкомпьютерных вычислений. В данном издании, призванном продемонстрировать многообразие применения суперкомпьютерных технологий в постиндустриальном обществе, речь пойдет о решении задач молекулярного моделирования, медицины, гидродинамики, развития авиапромышленного комплекса, совершенствования конструкции ядерных реакторов, оптимизации, обработки сейсмических данных в процессе поисков и разведки месторождений нефти и газа, экономики, исследования динамики сложных космических систем и многих других. Примеры эффективного использования мощных вычислительных ресурсов в современном мире — безграничны.

В книге рассматриваются модели, методы и алгоритмы обработки информации в пространственно-распределенных системах радиомониторинга, предназначенных для оценивания состояния и координатометрии радиоизлучающих объектов (системы пассивной радиолокации и радионавигации, определения местоположения потребителей сотовой связи, RFID-системы, системы двухмерного и трехмерного определения местоположения объектов в помещениях и сооружениях для целей технической диагностики, медицины, обеспечения жизнедеятельности и пр.) Изложение указанных вопросов базируется на использовании положений современной теории информационно-измерительных радиосистем, теории оптимальной фильтрации, а также достижений в области информационных технологий и средств обработки данных. Большое внимание уделяется рассмотрению и сравнению алгоритмов обработки информации, синтезируемых в рамках статистического подхода, и алгоритмов, реализуемых с использованием нейросетевых технологий. Анализируются особенности информационных процессов в сетевых системах радиомониторинга. Для научных работников, специалистов, аспирантов и студентов, занимающихся изучением, исследованием и разработкой информационно-измерительных систем различного назначения.

Освещены вопросы обеспечения отказоустойчивости МФМ-систем посредством функциональной реконфигурации. Рассмотрены теоретические основы выбора стратегий функциональной реконфигурации таких систем, предложен формализованный понятийный базис в области отказоустойчивости, определены необходимые и достаточные условия существования работоспособных состояний, допустимые перераспределения функций в этих состояниях, условия существования отказоустойчивых состояний. Описаны процедуры целенаправленного поиска вариантов перераспределения функций после возникновения функциональных отказов. Изложен комплекс методов функциональной реконфигурации систем и их технической реализации. Рассмотрены отдельные вопросы оценки отказоустойчивости МФМ-систем. Для научных работников и специалистов в области информационных технологий, информационной безопасности и надежности информационных систем. Может быть полезна студентам и аспирантам вузов соответствующих специальностей.

Современный интересно и доступно написанный учебник по всему комплексу новых информационных технологий: основам информатики, нанотехнологиям и транзисторам, микропроцессорам и чипсетам, модулям и устройствам памяти, компьютерам (от суперЭВМ до карманных), вычислительным, связным, аудио- и видео-устройствам и их интеграции и конвергенции, проводным и беспроводным сетям и работе с современными массовыми программными средствами. Даны основы компьютерной математики и математического моделирования с большим числом полезных примеров. Для студентов и преподавателей университетов и ВУЗов педагогического и иного профилей, всех пользователей средствами новых информационных технологий.

Приводится краткая характеристика основных понятий и терминов, раскрываются закономерности теории систем, описываются методы и модели системного анализа, применяемые для моделирования организационных социально-экономических систем. Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Прикладная информатика (по областям)» и по другим экономическим специальностям, связанным с управлением социально-экономическими системами, а также для аспирантов, докторантов и преподавателей соответствующих дисциплин.

В книге изложены новые результаты в области теории управления и компьютерных вычислений, полученные на факультете прикладной математики — процессов управления (ПМ-ПУ) Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) в 1990-2002 гг. Эти результаты настолько просты и значимы, что их можно и нужно использовать в компьютерных вычислениях и ввести в учебный процесс. В основе книги лежат спецкурсы, прочитанные автором на факультете ПМ-ПУ СПбГУ. Представлены полученные автором результаты в области синтеза оптимальных систем управления, рассмотрена проблема расчета устойчивости и запасов устойчивости различных технических систем и устройств, рассказано об ошибках, обнаружившихся в популярных пакетах прикладных программ. Работа выполнялась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, гранты 01-01-00217 и 04-01-00200. Для пользователей персональных компьютеров, студентов, инженеров и преподавателей, работающих в области управления и компьютерных вычислений.

Книга посвящена анализу и обобщению опыта наиболее развитых стран по созданию и использованию информационных систем в жизни современного человеческого общества. Особое внимание уделяется исследованию эволюции технологии проектирования систем и возможным последствиям. Для специалистов, занимающихся проектированием и эксплуатацией крупномасштабных информационных систем, а также может быть полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

Рассмотрены инновационные разработки в сфере информационных технологий и связи с использованием новых сигнальных конструкций, алгоритмов обработки информации и протоколов информационных систем (ИС). Разработки основаны на применении кодов восстановления целостности (КВЦ) информации, включающих элементы двоичного помехоустойчивого кодирования и криптографии Шеннона и обеспечивающих комплексность защиты информации от всех видов воздействия на нее в рамках единого алгоритма обработки информации при однократном введении избыточности. Протоколы ИС, использующих КВЦ, могут применять принципы адаптивного и робастного управления передачей в системе. Использование этих разработок расширяет функциональные возможности и улучшает характеристики информационных (информационно-телекоммуникационных) систем. В частности, системы приобретают свойство повышенной устойчивости к преднамеренным деструктивным воздействиям на систему (устойчивость к кибертерроризму). Для руководителей и экспертов инновационных и венчурных компаний, «бизнес-ангелов»; разработчиков и научных работников, специализирующихся в области информационных технологий и систем, теории информации, помехоустойчивого кодирования, криптографии, информатики, теории управления; будет полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

В настоящей книге систематически рассматривается главный продукт искусственного интеллекта — интеллектуальные системы. Интеллектуальные системы, представленные в книге, реализуют оригинальный метод анализа данных и машинного обучения — ДСМ-метод автоматического порождения гипотез. Рассмотрены применения метода в интеллектуальных системах для наук о жизни и социальном поведении. Основной идеей ДСМ-метода является синтез трех познавательных процедур — индукции, аналогии и абдукции, реализуемый посредством ДСМ-рассуждений в интеллектуальных системах. Средствами ДСМ-метода предложено частичное решение проблем индукции для систем искусственного интеллекта, которое использует идеи об индуктивных методах рассуждения Д.С. Милля. В книге также обсуждаются логические проблемы формализации когнитивных рассуждений и представлены версии логик аргументации, применяемые для анализа данных и машинного обучения. Книга является оригинальным введением в проблематику искусственного интеллекта, его методологию и эпистемологию. Она адресована специалистам в области искусственного интеллекта, логики, методологии и философии науки, а также всем, кто интересуется применением методов искусственного интеллекта в информационных технологиях и когнитивных исследованиях.

Рассматриваются методы компьютерного анализа информации, носителем которой является сигнал; отражены теоретические и практические аспекты анализа. Каждый раздел книги заканчивается расчетными выражениями, удобными при практическом использовании описанных методов в исследовании сигналов, цепей и систем. Разработанные программы, реализующие описанные методы, позволили получить графики, иллюстрирующие их возможности. Монография рассчитана на инженеров и исследователей в области информационных технологий и других смежных научных направлений. Полезна преподавателям и студентам старших курсов соответствующих специальностей. Ее структура и содержание могут быть положены в основу учебной дисциплины с таким же названием.

Книга представляет собой систематическое изложение различных вопросов, связанных с понятием «инженерная онтология». Инженерные онтологии представляют собой бурно развивающееся направление компьютерной науки. Различные приложения инженерных онтологий можно найти в самых разных областях инженерии: от интеллектуальных систем до поисковых программ для Интернет. В книге содержится большое количество информации по конкретным реализациям систем конструирования онтологий. Поэтому книгу можно использовать в качестве справочника. Некоторым популярным системам управления онтологиями и языкам создания онтологий посвящены целые главы. Так, третья глава представляет собой систематическое изложение идей, связанных с языками RDF и OWL, созданными для описания семантики Web. В четвертой главе изложена информация, касающаяся системы Ontolingua и языка KIF, на котором эта система предоставляет интерфейс. Пятая глава представляет собой описания наиболее объемной на сегодня базы знаний — системы Сус. Книга может быть полезна как новичку, так и опытному профессионалу. Для чтения текста не требуется предварительной подготовки, поэтому книгу можно использовать для повседневного чтения. С другой стороны, профессионал найдет в книге для себя много интересного: от описания конкретных реализаций онтологий до обсуждения общих вопросов, лежащих в основе понятия «инженерная онтология».

Рассмотрены разработанные на кафедре математического обеспечения и применения ЭВМ Технологического института Южного федерального университета теория устойчивых оптимизированных дельта-преобразований второго порядка, алгоритмы преобразований и адаптивной оптимизации к внешним возмущениям. Подробно освещены возможности эффективного решения на основе использования единой математической базы научных и прикладных задач в областях цифрового управления линейными и нелинейными объектами, параллельной обработки информации в специализированных вычислительных устройствах, сжатия сигналов, построения сплайн-функций в компьютерной графике, защиты сигналов от несанкционированного доступа. Отличительными особенностями процессов, реализуемых с использованием предлагаемых методов и алгоритмов, являются возможности обеспечения гарантированных быстродействия и точности, уменьшения пересылаемых и хранимых объемов информации, реализации адаптивных процессов, вычислительной простоты алгоритмов и некоторые другие. Излагаемый материал сопровождается многочисленными контрольными примерами и результатами модельных экспериментов. Книга предназначена для специалистов, работающих в областях, связанных с информационными системами и компьютерными технологиями, хранением и передачей непрерывно-дискретной информации в телекоммуникационных системах, компьютерными системами мультимедиа, вычислительной техникой, системами цифрового автоматического управления, а также может быть полезна студентам старших курсов, магистрантов, аспирантов.

Обсуждается возможность машинного моделирования интеллекта человека; приведены обоснования гипотез о материальности мысли, материальности информации и универсальности процессов управления. На основании этих гипотез уточнены основные понятия управления, информационной связи и языковой коммуникации. Установлено качественное различие процессов моделирования природы мозгом и компьютерной программой. Предложены два направления исследования скрытых от наблюдения процессов мышления. Книга рассчитана на широкий круг читателей различных специальностей, которых интересуют интеллектуальные возможности компьютеров и относящиеся к ним проблемы философии, психологии, лингвистики и программирования. Может быть использована как учебное пособие для студентов и аспирантов, обучающихся по специальностям в области информатики и управления.