Избранные материалы совместного семинара
ИПИ РАН и ИНИОН РАН
«Методологические проблемы наук об информации»

Построение системы терминов
информационно-компьютерной науки:
проблемно-ориентированный подход

Доклад на 6-м заседании семинара «Методологические проблемы наук об информации» (Москва, ИНИОН РАН, 19 апреля 2012 г.)

Игорь Моисеевич Зацман, кандидат технических наук, зав. Отделом информационных технологий структуризации и поиска данных ИПИ РАН.  

Содержание

-1. Аннотация
0. Введение
1. Приоритетные направления исследований по ИКТ и конвергентным технологиям
2. Четыре составляющих парадигмы отрасли знаний (фундаментальной дисциплины)
3. Построение системы терминов информационно-компьютерной науки как составляющей ее научной парадигмы
4. Заключение
5. Литература
6. Послесловие  

Аннотация  ⇑ 

Рассматривается проблема интеграции информационной науки (information science) и компьютерной науки (computer science). Интерес к этой проблеме возник около 50 лет назад, и ей была посвящена серия статей американского ученого Сола Горна (Saul Gorn, 1912-1992), опубликованных в период 1963-1983 гг. (38-43). В наше время актуальность интеграции информационной и компьютерных наук существенно возросла. Об этом свидетельствуют приоритетные направления исследований и разработок по информационно-коммуникационным технологиям (ИКТ) 7-й Рамочной программы Европейского Союза (ЕС), принятой на период 2007- 2013 гг. (33; 34; 36; 44; 45; 46), а также включение в конкурс 2011 г. РФФИ по ориентированным фундаментальным исследованиям проблематики конвергентных технологий, существенная часть которых относится к информационной, компьютерной и когнитивным наукам.

Приоритетные направления разработки новых поколений ИКТ и конвергентных технологий представлены как внешние факторы интеграции информационной и компьютерной наук. Помимо внешних факторов, в докладе рассматриваются исторические предпосылки их интеграции. Согласно подходу А. Соломоника перечисляются четыре составляющих научной парадигмы информационно-компьютерной науки как единой фундаментальной дисциплины. Предлагается система терминов этой дисциплины. Приведенный в докладе процесс построения системы терминов не претендует на завершенность.. 

Введение  ⇑ 

В апреле 2013 г. исполнится 50 лет с того момента, как была опубликована статья американского ученого Сола Горна (Saul Gorn, 1912- 1992) «Информационно-компьютерные науки как новая фундаментальная область знаний» (41). В течение 20 лет в 1963-1983 гг. Горн опубликовал серию статей, в которых обосновывал необходимость преподавания дисциплин, относящихся к новой области знаний, интегрирующей информационную и компьютерную науки, а также предпринял попытку описать ее задачи и предметную область. В 1963 г. Горн использовал множественное число в названии этой дисциплины (науки). Единственное число появилось в 1982 г. в названии его статьи «Информатика как информационно-компьютерная наука: ее идеология, методология и социальные аспекты», т.е. через 20 лет после публикации первой работы из этой серии (39).

Почти 50 лет назад результат интеграции информационной и компьютерной наук понимался Горном именно как фундаментальная наука, что нашло отражение в самом названии его работы – «a new basic discipline» (41). В качестве смежных дисциплин Горн называет библиотековедение, теорию информационного поиска, информационную науку, кибернетику, когнитивную психологию, искусственный интеллект, семиотику, лингвистику и математику (40, с. 121).

Уже в 1963 г. Горн перечислил вопросы, которые относятся к информационно-компьютерной науке: «Примерами основных вопросов исследования в этой области могут быть системы программирования, проектирование компьютерных систем, искусственный интеллект, информационный поиск и т.д. Вероятностная информационная теория Шеннона определенно принадлежит к этой области знания, но помимо нее существует еще теория информации искусственных языков и ее обработки, которую также необходимо включить в предметную область этой науки. Одним из центральных вопросов этой новой дисциплины, скорее всего, станет синтез и анализ искусственных языков и их процессоров» (41, с. 150).

Горн в явном виде включает в перечень направлений, изучаемых информационно-компьютерной наукой, искусственный интеллект, информационный поиск, синтез и анализ искусственных языков. После перечисления этих направлений, информационно-компьютерная наука рассматривается им как учебная дисциплина и далее говорится о необходимости описать способы различения новой области знаний от соседних с ней областей в учебном процессе. К примеру, каким образом абитуриент может узнать, относится ли сфера его интересов именно к этой новой области знаний, а не к одной из уже устоявшихся дисциплин? Какое ему необходимо образование для того, что бы углубиться в эту новую область знаний?

Горн рассматривает вопросы преподавания дисциплин новой области знаний, отталкиваясь в своих рассуждениях от прагматических аспектов исследований в этой области: «Информационно-компьютерная наука отличается от лингвистики, психологии, философии и инженерных наук прагматическим ракурсом исследования тех же объектов. Например, студент, изучающий численный анализ, в процессе разработки или анализа какого-либо алгоритма позиционирует себя как математик в том случае, если его единственный прагматический интерес заключается в доказательстве существования алгоритма или определения его теоретической точности. Если он позиционирует себя как будущий специалист в области информационно-компьютерной науки, то он рассматривает этот алгоритм с другой прагматической точки зрения: его реализации и обработки процессором, т.е. он интересуется эффективностью работы этого алгоритма, временными затратами, распределением памяти и т.д.

Аналогично, студент, изучающий процедуру адаптивного управления, описывающую процедуру поведения животного в некоторой ситуации, позиционирует себя как психолог в том случае, если его главной задачей является выяснение того, обладает ли он хорошей моделью поведения этого животного. Если его интересует проблема искусственного интеллекта, как одного из направлений информационно-компьютерной науки, то он интересуется применимостью этой процедуры независимо от того, является ли она моделью поведения животного или не является.

Студент, занимающийся грамматикой, мыслит себя как лингвист в том случае, если его больше всего интересует, действительно ли изучаемый естественный язык работает так, а не иначе. Однако он думает как будущий ученый в области информационно-компьютерной науки в том случае, если его занимает вопрос, каким образом можно использовать эту грамматику в информационных системах. Например, лингвист может рассматривать механизм стековой памяти, но с глубиной не более семи уровней из-за ограниченных возможностей локальной памяти человека, но для решения информационно-компьютерных задач такой глубины явно недостаточно» (41, с. 154).

Рассмотрев в статье 1963 г. эти примеры, Горн предлагает перечень тех дисциплин, которые должны преподаваться студентам, изучающим информационно-компьютерной науку, включая математику, физику, философию, лингвистику, психологию, вычислительную технику и компьютерное программирование.

Предложенный подход к изучению информационно-компьютерной науки уже тогда начал опробоваться в Пенсильванском университете. Через двадцать лет, в 1983 г., когда уже накопился опыт ее преподавания, Горн пишет, что его понимание концепции информационно-компьютерной науки заключается в том, что эта область знания не является ветвью математики, так как она должна соотносить себя с прагматическими вопросами, от которых математика не должна зависеть (40, с. 137).

Следует отметить, что процитированная статья 1983 г. начинается со следующей фразы: «Позвольте мне, прежде всего, выбрать более короткое название, чем информационно-компьютерная наука. Я выбираю термин «информатика», созвучный французскому Informatique и немецкому Informatik. Он несет в себе идею информации, а оканчивается так же, как и математика, подразумевая формализованную теорию. Плохо то, что при использовании слова «информатика» теряется компьютерная составляющая в названии, и кроме того, оно не вызывает ассоциаций с какой-либо экспериментальной основой» (40, с. 121).

Таким образом, используя в 1983 г. термин «информатика», Горн подразумевает под ним именно информационно-компьютерную науку. Ученый обращается к истокам этой дисциплины, чтобы дать четкое определение информатике: «Все, что я до сих пор говорил о вычислениях, является ориентированным на практическую деятельность и связано с компьютером. Но сама теория вычислений уже сформировалась и существовала к тому времени, когда появились цифровые компьютеры. /…/ Специалисты в области символьной логики уже исследовали логические пределы вычислений; была описана универсальная машина Тьюринга и доказана неразрешимость проблемы остановки; Гедель продемонстрировал пределы формализма при помощи своих теорем о неразрешимости; Черч, Клини и Карри проанализировали вычисления в теории рекурсивных функций и комбинаторной логике; Туэ и Пост, а в более позднее время Марков, рассмотрели вычисления с синтаксической точки зрения. /…/ Поэтому, когда появились компьютеры, обсуждение лингвистики естественных языков Ноамом Хомским происходило в ракурсе вычислений. /…/ В результате этих новых разработок появились лингвистические описания процессов программирования, математическая теория автоматов и формальные языки. Эти результаты, в свою очередь, повлияли на разработки языков программирования и программируемых вычислительных машин. /…/ Теперь под информатикой мы понимаем нечто, связанное с синтезом и анализом символьных выражений, а также синтез и анализ процессоров, которые интерпретируют, транслируют и обрабатывают такие выражения. Если говорить более прозаично, то информатика занимается изучением, проектированием и использованием структур данных и их обработкой» (40, с. 131).

Главный вывод Горна о составе и статусе новой области знания, которым он завершает статью 1983 г., состоит в следующем: «…нам не следует отделять компьютерную науку от информационной науки, а следует пытаться отстаивать единую область знания – информатику. Любая попытка поощрить такое разделение /…/ повлечет за собой отделение практической деятельности от знаний, как это произошло с математикой Пифагора, риторикой софистов, метафизикой и органоном Аристотеля, грамматикой стоиков, логикой и грамматикой логических позитивистов. Такое разделение будет причиной прекращения деятельного кипения, которое поддерживается сплавом знаний и практической деятельности» (40, с. 139-140).

Другой подход к позиционированию информатики как единой области знаний, охватывающей предметные области компьютерной и информационной наук, был предложен Ю.А. Шрейдером (27;28). Результаты работы получены независимо от Горна, но идейно эти два подхода весьма близки. Например, в статье Шрейдера «Информация и знание» говорится, что не существует двух информатик (информационной науки и компьютерной науки), а есть два облика информатики. Первый из них (информационная наука) дополнительно нагружен представлениями о традиционном информационном обслуживании специалистов-ученых и инженеров в области их профессиональных интересов. Второй облик (компьютерная наука) неправомерно искажен чисто программистскими проблемами, не специфичными для информатики. Специфические же проблемы информатики оказываются там, где возникают задачи информационного представления знаний в форме, удобной для обработки, передачи и творческого реконструирования знаний в результате усилий пользователя (27, с. 51).

В этой же работе Ю.А. Шрейдер формулирует ряд положений научной парадигмы информатики: «…информация есть общественное достояние, она в принципе социальна, в то время как знание, вообще говоря, соотнесено с конкретной личностью, с тем, кто им владеет и непосредственно пользуется. /…/ Информация должна пройти через "когнитивный экран" тех, для кого она представляет ценность. Так возникает необходимость считаться не только с существованием мира объективированного социализированного знания, т.е. информации как превращенной формы знания, но и с феноменом личностного знания. /…/ Тождественность информации и знания при этом исключается, но информация как превращенная форма знания сохраняет следы своего происхождения. /…/ Наиболее принципиальные вопросы информатики всегда возникали на стыке информации и знания, там, где речь шла о превращении одного в другое». Далее Шрейдер пишет о пропасти, разделяющей информацию и знания как сущности разной природы (27, с. 50- 51).

В наши дни, почти через 50 лет после первой работы Горна (41), мы наблюдаем следующий парадокс. С одной стороны, эти работы Горна редко вспоминают, о чем говорит приведенная таблица с их цитированием, построенная на основе данных Web of Science (http://apps.webofknowledge.com). Бурного развития идей Горна и Шрейдера и формирования информационно-компьютерной науки как единой фундаментальной дисциплины не наблюдается.

С другой стороны, существует потребность в единой области знаний, научная парадигма которой должна охватывать предметные области компьютерной и информационной наук. Приведем три примера, иллюстрирующих потребность в разработке подобной парадигмы. Вопервых, это перечень приоритетных направлений исследований и разработок по ИКТ 7-й Рамочной программы Европейского Союза, принятой на период 2007-2013 гг. Во-вторых, проблематика конкурса РФФИ 2011 г. по ориентированным фундаментальным исследованиям, в первую очередь, по разработке фундаментальных основ создания конвергентных технологий (см. следующий раздел доклада). В-третьих, аналитический отчет по вопросам обеспечения конкурентоспособности США в 21 в., подготовленный Консультативным комитетом по информационным технологиям при Президенте США (32). Информацию об этом отчете можно также найти в работе (12).

В этом аналитическом отчете информационные технологии представляются как важная составляющая триады «научная теория – научный эксперимент – информационные технологии, обеспечивающие проведение эксперимента», являющейся основой процессов научного познания практически во всех областях знаний. Чтобы выразить в явной форме сферу применения, роль и функции информационных технологий в триаде научного познания, авторы отчета называют эту междисциплинарную область исследований и разработок «computational science», что буквально переводится как «вычислительная наука».

Определение этой области исследований и разработок, предлагаемое в отчете, имеет следующий вид (32, с. 10): «Вычислительная наука – это быстро растущая мультидисциплинарная предметная область, в которой используются возможности передового компьютинга (advanced computing) для понимания и решения сложных проблем. Вычислительная наука интегрирует три компонента:

• алгоритмы (численные и нечисленные), программное обеспечение для моделирования и имитирования, разработанные для решения проблем естественных, гуманитарных и инженерных наук;
• информационно-компьютерная наука, которая разрабатывает и оптимизирует современные аппаратные, программные и сетевые средства, а также компоненты управления данными, которые необходимы для решения вычислительно сложных проблем;
• вычислительная инфраструктура, которая поддерживает решение научных и инженерных проблем, а также развитие «информационно-компьютерной науки»*Computational science is a rapidly growing multidisciplinary field that uses advanced computing capabilities to understand and solve complex problems. Computational science fuses three distinct elements:
  • Algorithms (numerical and non-numerical) and modeling and simulation software developed to solve science (e.g., biological, physical, and social), engineering, and humanities problems;
  •